DESAIN DAN SIMULASI ALAT PENGANGKUT TANDAN BUAH SEGAR KELAPA SAWIT SECARA MEKANIS

DESAIN DAN SIMULASI ALAT PENGANGKUT TANDAN BUAH SEGAR KELAPA SAWIT SECARA MEKANIS

SKRIPSI

OLEH :

THOMAS H PANJAITAN

130308074/KETEKNIKAN PERTANIAN

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2017

DESAIN DAN SIMULASI ALAT PENGANGKUT TANDAN BUAH SEGAR KELAPA SAWIT SECARA MEKANIS

SKRIPSI

OLEH :

THOMAS H PANJAITAN

130308074/KETEKNIKAN PERTANIAN

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas Sumatera Utara

Disetujui Oleh:

Komisi Pembimbing

(Dr. Taufik Rizaldi, STP, MP)

Ketua Anggota

(Achwil Putra Munir, STP, M.Si)

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2017

ABSTRAK

THOMAS HOBBES PANJAITAN : Desain dan Simulasi Alat Pengangkut Tandan Buah Segar Kelapa Sawit Secara Mekanis , dibimbing oleh TAUFIK RIZALDI dan ACHWIL PUTRA MUNIR

Kegiatan pemanenan merupakan pekerjaan yang sangat penting dalam proses produksi minyak kelapa sawit. Kegiatan pemanenan tandan buah segar (TBS) terdiri dari pemotongan, pengumpulan, dan pengangkutan. Pada umumnya pengangkutan TBS masih menggunakan tenaga manusia dengan bantuan alat berupa gerobak sorong dengan kapasitas 2-4 TBS. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain suatu alat pengangkut TBS kelapa sawit secara mekanis dan melakukan analisis kebutuhan bahan pada setiap komponen alat melalui simulasi software CATIA. Berdasarkan hasil analisis dan simulasi diperoleh suatu desain alat pengangkut TBS secara mekanis dengan kapasitas 150 kg atau 6-8 TBS dengan bagian-bagian fungsional bak penampung dengan ketebalan 11.63 mm untuk mengangkut 150 kg TBS, rangka dengan ketebalan 2 mm untuk dikenai bobot bak beserta muatan, pijakan operator dengan ketebalan 2.449 mm untuk dikenai bobot operator, roda penggerak berdiameter 380 mm sebagai penyalur tenaga putar, gearbox 1:20 untuk mereduksi putaran motor, dan motor penggerak bertenaga 5.5 Hp sebagai sumber tenaga penggerak .

Kata kunci : desain, simulasi, alat pengangkut TBS kelapa sawit

ABSTRACT

THOMAS HOBBES PANJAITAN: Design and Simulation of Fresh Palm Fruit Bunching Equipment Mechanically, guided by TAUFIK RIZALDI and ACHWIL PUTRA MUNIR

Harvesting is a very important job in the process of producing palm oil.

The fresh fruit bunch (FFB) harvesting activity consists of cutting, collection and transport. In general, the transportation of FFB still uses human labor with the help of a wheelbarrow with a capacity of 2-4 TBS. This research aims to design a mechanical oil palm fuels transporter and to analyze material requirement on each tool component through simulation of CATIA software. Based on the analysis and simulation results, a mechanical FFB carrier design with a capacity of 150 kg or 6-8 TBS with functional parts of container tubs with a thickness of 11.63 mm to carry 150 kg of TBS, a frame with a thickness of 2 mm for weight of the tub and the load , an operator footing with a thickness of 2,449 mm for operator weight, 380 mm diameter drive wheel for rotary power transmission, 1:20 gearbox to reduce motor rotation, and 5.5 Hp powered drive motor for power source.

Keywords: design, simulation, means of transporting oil palm FFB

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama Thomas Hobbes Panjaitan dilahirkan di Medan pada tanggal 16 Oktober 1995 dan merupakan anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Jannes Panigoan Panjaitan dan Ibu Nurhayari br Aruan. Pada tahun 2010 penulis melanjutkan pendidikan di SMA Nasrani 1 Medan dan lulus pada tahun 2012. Pada tahun yang sama penulis diterima di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur tertulis Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN).

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota dan pernah menjadi Badan Pengurus Harian (BPH) Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) pada tahun 2016-2017. Pada tahun 2015 penulis juga pernah menjadi asisten praktikum Ilmu Ukur Wilayah.

Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di pabrik kelapa

sawit LNK Stabat PT. Langkat Nusantara Kepong, Kecamatan Wampu,

Kabupaten Langkat, Sumatera Utara pada tahun 2016.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Desain dan Simulasi Alat Pengangkut Tandan Buah Segar Kelapa Sawit Secara Mekanis” yang merupakan salah satu syarat untuk dapat memperoleh gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Taufik Rizaldi, STP, MP selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Achwil Putra Munir, STP, M.Si selaku anggota komisi pembimbing yang telah membimbing dan memberikan berbagai masukan, saran, dan kritik berharga kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada orang tua serta abang dan adikku (Immanuel Panjaitan dan Margaretha), atas segala dukungan dan doa dan juga kepada keluarga besar IMATETA yang telah memberikan dukungan selama penulis mengikuti pendidikan di Keteknikan Pertanian Universitas Sumatera Utara.

Penulis juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.

Medan, Oktober 2017

Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...i

ABSTRACT ...i

RIWAYAT HIDUP ...ii

KATA PENGANTAR ...iii

DAFTAR SIMBOL ...vi

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ...vii

PENDAHULUAN Latar Belakang ...1

Tujuan Penelitian ...2

Manfaat Penelitian ...3

TINJAUAN PUSTAKA Kelapa Sawit ...4

Kriteria Panen ...4

Pemanenan Kelapa Sawit ...6

Pengangkutan Tandan Buah Segar Kelapa Sawit ...7

Pengguaan Alat/Mesin untuk Mengangkut TBS ...8

Sifat-Sifat Logam ...10

Motor Bakar ...11

Baut ...13

Proses Desain ...14

Simulasi ...16

Software CATIA ...17

METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian ...18

Bahan dan Alat ...18

Metodelogi Penelitian ...18

Tahapan Penelitian ...19

Gambaran Umum Rancangan ...20

Rancangan Fungsional ...21

Rancangan Struktural ...22

Simulasi Beban Statik Komponen Alat dengan CATIA ...24

HASIL DAN PEMBAHASAN Desain alat pengangkut TBS kelapa sawit secara mekanis...25

Analisa rancangan alat pengangkut TBS kelapa sawit secara mekanis ...26

Bak penampung TBS ...26

Rancangan rangka ...27

Roda Penggerak ...29

Rancangan Poros Roda ...29

Motor Penggerak ...30

Gearbox...33

Dudukan Motor ...33

Pijakan Operator ...33

Analisis Jangkauan Kemudi ...34

Simulasi Beban Menggunakan Perangkat Lunak CATIA ...34

Rangka ...35

Bak ...36

Poros roda ...37

Pijakan operator ...39

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ...41

Saran ...42

DAFTAR PUSTAKA ...43

LAMPIRAN

DAFTAR SIMBOL

Simbol Arti Satuan

Fr Beban sawit kg

Pb Panjang bahan cm

b Lebar bahan cm

τmax Tegangan geser maksimum kg/cm

Ρ

2

Massa jenis bahan kg/cm

Sf

3

Faktor keamanan -

I Inersia bahan mm

τa

4

Tegangan geser izin kg/cm

ME

2

Momen bahan kgcm

y Titik pusat bahan cm

h Tebal bahan cm

vol Volume bahan cm

Ƞs

3

Kecepatan maju kendaraan m/s

droda Diameter roda cm

Π Phi -

rr Tahanan gelinding kg

Crr Koefisien tahanan gelinding -

W Berat kendaraan kg

P Daya motor kw

T Torsi Nm

b Jari-jari roda m

τg Tegangan lentur izin kg/mm

∑ M

2

Sigma momen kgmm

F Gaya N

A Luas penampang mm

Fc

2

Faktor koreksi

m Massa benda kg

Vol Volume benda mm

DAFTAR GAMBAR

No. Hal

1. Gambar penggunaan angkong untuk transportasi TBS... 9

2. Gambar mini traktor dengan scissor/hi-lift trailer ... 10

3. Gambar diagram alir proses perancangan ... 15

4. Gambar sketsa bagian dasar bak penampung ... 27

5. Gambar luasan penampang besi U ... 28

6. Gambar sketsa jarak dan kemiringan putar roda penggerak ... 30

7. Gambar Von mises stress pada rangka ... 35

8. Gambar Von mises stress pada bak ... 37

9. Gambar Von mises stress pada poros roda ... 38

10. Gambar Von mises stress pada pijakan operator ... 40

11. Gambar diagram benda bebas bak ... 50

DAFTAR TABEL

No. Hal

1. Tabel hubungan kriteria panen dan tingkat kematangan kelapa sawit ... 5

2. Tabel fungsional komponen alat ... 23

3. Tabel koefisien tahanan gelinding roda dilahan sawit ... 31

4. Tabel spesifikasi motor penggerak ... 32

5. Tabel sifat mekanis material rangka ... 35

6. Tabel sifat mekanis material bak ... 36

7. Tabel sifat mekanis material poros roda ... 38

8. Tabel sifat mekanis material pijakan operator ... 39

9. Tabel analisa rancangan bak penampung TBS ... 49

10. Tabel analisa rancangan rangka ... 50

11. Tabel analisa rancangan poros roda ... 53

12. Tabel analisa rancangan motor penggerak ... 54

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perkembangan peralatan pengangkut TBS pada perkebunan kelapa sawit meningkat pesat. Beberapa negara penghasil kelapa sawit sudah mampu mengembangkan alat transportasi TBS dengan basis mekanis. Hal ini dikarenakan sering terjadi beberapa masalah dalam proses pengangkutan TBS secara manual yaitu membutuhkan banyak waktu dan mengakibatkan kelelahan tenaga kerja.

Alat transportasi yang berkembang saat ini adalah mini tracktor dengan hi-lift.

Saat ini kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) merupakan salah satu komoditas perkebunan unggulan dan utama di Indonesia. Tanaman yang produk utamanya terdiri dari minyak sawit (CPO) dan minyak inti sawit (KPO) ini memiliki nilai ekonomis yang tinggi dan menjadi salah satu penyumbang devisa negara terbesar dibandingkan dengan komoditas perkebunan lainnya (Pahan, 2008). Namun kenyataan dilapangan masih banyak kendala yang dimiliki oleh petani sawit dalam proses penanganan produksi sawit, salah satu diantaranya adalah sistem pemanenan tandan buah segar dari lapangan hingga menuju pabrik kelapa sawit.

Kegiatan pemanenan merupakan kegiatan yang sangat penting dalam

proses produksi minyak kelapa sawit. Kegiatan pemanenan terdiri dari

pemotongan, pengumpulan, dan pengangkutan tandan buah segar (TBS). Menurut

Pramudji et al. (2004) keterlambatan pengangkutan akan mempengaruhi proses

pengolahan dan kapasitas pabrik, bila proses pengolahannya terlambat karena

buah yang akan diolah tidak memenuhi pemasukannya maka mutu hasil minyak

yang dihasilkan di pabrik akan menurun. Keterlambatan pengangkutan

juga akan menyulitkan kontrol terhadap ekstraksi minyak, karena kadar air didalam buah tersebut akan turun, dan menjaga agar kandungan asam lemak bebas pada produksi buah 2-3%.

Pada umumnya untuk melakukan aktivitas pengangkutan tandan buah segar kelapa sawit (TBS) dari piringan pohon ke tempat pengumpulan hasil (TPH) masih menggunakan tenaga manusia dengan bantuan alat berupa gerobak sorong (wheelbarrow) atau sering disebut juga angkong. Menurut Hendra dan Rahardjo (2009) angkong ini mampu mengangkat hanya 2-4 TBS dalam satu kali angkut tergantung dari kekuatan dan kemampuan penggunanya, yang dijalankan dengan cara didorong menuju tempat pengumpulan buah. Untuk mengurangi tenaga manusia yang digunakan maka diperlukan suatu desain alat pengangkut yang dapat meringankan pekerjaaan panen.

Pada penelitian Nugraha (2013) menyatakan bahwa kriteria desain untuk angkong bermesin adalah memiliki kecepatan maju maksimum setara dengan kemampuan jalan manusia yaitu 5 km/jam dengan kapasitas angkut 4 TBS, sehingga diperlukan suatu desain alat pengangkut TBS yang lebih optimun.

Bedasarkan penjelasan di atas untuk menangani permasalahan dalam

pengangkutan tandan buah segar kelapa sawit, perlu di desain suatu alat

pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis yang dapat

dioperasikan dengan mudah dan cepat, serta dilakukan analisis kebutuhan bahan

pada setiap komponen alat untuk memperoleh dimensi/ukuran bahan yang

optimum dengan mempertimbangkan gaya-gaya yang bekerja sehingga biaya

pembuatan alat dapat diminimalkan melalui simulasi yang dilakukan

menggunakan software CATIA.

Tujuan Penelitian

Mendesain alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis dan melakukan analisis kebutuhan bahan pada setiap komponen alat melalui simulasi menggunakan software CATIA.

Manfaat Penelitian

1. Bagi penulis yaitu sebagai bahan untuk menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk dapat menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.

2. Bagi mahasiswa, sebagai informasi pendukung untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai desain dan simulasi alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit.

3. Bagi masyarakat, sebagai panduan dan informasi dalam merancang bangun

alat pengangkutan tandan buah segar kelapa sawit.

TINJAUAN PUSTAKA

Kelapa Sawit

Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) merupakan Palmae tropis yang berasal dari Afrika. Tanaman sawit mulai diusahakan dan dibudidayakan pada tahun 1911, sejak saat itu perkebunan kelapa sawit di Indonesia mulai berkembang (Pahan, 2008). Kelapa sawit merupakan salah satu komoditas perkebunan unggulan dan utama di Indonesia yang produk utamanya terdiri dari minyak sawit (CPO) dan minyak inti sawit (KPO) yang memiliki nilai ekonomis tinggi dan menjadi salah satu penyumbang devisa negara terbesar dibandingkan dengan komoditas perkebunan lainnya (Pahan, 2008).

Kelapa sawit dapat tumbuh pada daerah tropis dengan kondisi suhu udara sedang sampai panas dengan kelembaban udara 80% dengan curah hujan rata- rata 2000-2500 mm/tahun. Temperatur yang cocok berkisar 22 ^o C-33 ^o C dengan lama penyinaran 5-7 jam/hari. Tanaman kelapa sawit dapat tumbuh dan berbuah sampai ketinggian 1000 m di atas permukaan laut, namun secara ekonomis tanaman kelapa sawit diusahakan pada daerah ketinggian 1-500 mdpl (diatas permukaan laut). Kelapa sawit optimum berada di daerah yang memiliki kecepatan angin 5-6 km/jam untuk membantu proses penyerbukan (Pahan, 2008).

Kriteria Panen

Kelapa sawit siap panen jika telah berumur 31 bulan sejak inisiasi atau

sedikitnya 60% buah telah matang. Ciri tandan matang panen yang biasa

digunakan adalah apabila sedikitnya ada 5 brondolan yang lepas dari tandan yang

beratnya kurang dari 10 kg atau sedikitnya ada 10 buah yang lepas dari tandan

yang beratnya 10 kg atau lebih. Tanaman dengan umur kurang dari 10 tahun,

jumlah brondolan kurang lebih 10 butir dan tanaman dengan umur lebih dari 10 tahun, jumlah brondolan sekitar 15-20 butir. Dengan kriteria panen tersebut, diharapkan kandungan minyak dalam TBS optimal dengan kandungan asam lemak bebas yang sangat rendah dan biaya panen yang relatif lebih ekonomis (PPKS, 2003).

Tabel 1. Hubungan kriteria panen dan tingkat kematangan kelapa sawit

Fraksi Kriteria kematangan

Jumlah brondolan*

Warna kulit buah**

Warna mesokarp

Derajat kematangan

Rendamen minyak

Kadar ALB

(%)

00 Tidak ada 0 Hitam Kuning

kehijauhan

Sangat mentah

- -

0 1-12,5% 1 Hitam

kemerahan

Kuning kemerahan

Mentah 16,0 1,6

1 12,5-25% 2 Merah

kehitaman

Merah kekuningan

Kurang mentah

21,4 1,7

2 25-50% 3-5 Kuning

kemerahan

Merah kekuningan

Matang I 22,1 1,8

3 50-75% 6-7 Merah

kekuningan

Merah kekuningan

Matang II 22,2 2,1

4 75-100% 8-10 Merah

kekuningan

Merah kekuningan

Lewat matang I

22,2 2,6

5 Buah dalam juga ikut membrondol

>10 Merah kekuningan

Merah kekuningan

Lewat matang II

21,9 3,8

(Sumber: Lubis, 1992)

Keterangan : * = Brondolan dari tandan bagian luar untuk berat tandan ± 10 kg

** = Kelapa sawit varietas Nigrescens

Warna kulit buah umumnya menjadi salah satu tanda panen. Warna kulit

buah umumnya berubah dari hitam menjadi kemerahan pada saat matang. Untuk

mempermudah, kriteria panen biasanya mengacu pada fraksi panen Tabel 1.

Fraksi atau indeks kematangan yang biasa dipakai yaitu fraksi 2 dan fraksi 3, karena pada fraksi tersebut rendemen minyak yang dihasilkan tertinggi (Kristiani, 2008). Panen buah mentah dan kurang matang (fraksi 00, 0, 1) akan mengakibatkan rendemen minyak yang rendah sedangkan pemanenan buah yang lewat matang (Fraksi 4 dan 5) akan mengakibatkan kandungan ALB yang tinggi (Tabel 1).

Pemanenan Kelapa Sawit

Panen merupakan salah satu faktor penting yang menentukan kualitas dan

kuantitas produksi. Tanaman kelapa sawit umumnya sudah di panen pada umur

tiga tahun di kebun (Sukamto, 2008). Menurut Sukamto (2008) panen merupakan

kegiatan yang berurut yang dimulai dari pemotongan TBS, pengutipan brondol,

pemotongan buah, pengangkutan tandan buah segar (TBS) dan brondolan ke

tempat pengumpulan hasil (TPH), pengangkutan TBS dan brondol ke pabrik

kelapa sawit (PKS). Adapun faktor penentu keberhasilan panen adalah kesiapan

sarana dan prasarana, kriteria matang panen dan manajemen panen (rotasi dan

sistem panen). Sistem panen juga mempengaruhi hasil akhir dari kegiatan panen

TBS. Secara umum, sistem panen ini terbagi menjadi sistem ancak giring dan

ancak tetap. Ancak panen adalah luasan tertentu dari areal tanaman dimana

kegiatan panen dilaksanakan oleh satu pemanen. Ancak tetap merupakan ancak

yang diberikan kepada pemanen untuk diselesaikan pada hari tersebut tanpa ada

perpindahan dan akan dikerjakan terus menerus oleh pemanen yang sama pada

setiap rotasi. Keuntungan menerapkan ancak tetap yaitu, ancak terjaga kondisi

pohonnya, ancak terjaga bersih, buah memungkinkan terpanen tuntas, bila

terdapat kesalahan maka pelacakan akan mudah serta pemanen memiliki rasa tanggung jawab karena merasa memiliki ancak tersebut. Kekurangannya bila musim panen rendah, pemanen sulit mendapatkan target janjang sehingga biaya panen akan tinggi, buah akan terlambat diangkut ke pabrik karena pemanen mengumpulkan hasil ke TPH bila panen sudah selesai, serta kemungkinan buah mentah dipanen tinggi (Sinaga, 2011).

Pengangkutan Tandan Buah Segar Kelapa Sawit

Pengangkutan TBS memiliki tujuan mengirim TBS dan brondolan ke pabrik dalam keadaan baik melalui penanganan secara hati-hati dan menjaga jadwal pengiriman TBS dan buah secara tepat, sehingga pabrik kelapa sawit dapat bekerja secara optimal (Chairunisa, 2008). Menurut Pramudji et al. (2004) prinsip dasar dari pengangkutan adalah melakukan evakuasi TBS dari lapangan ke PKS secepat-cepatnya (maksimal 24 jam), sesegar-segarnya, dan sebersih-bersihnya.

Transport buah merupakan mata rantai dari tiga faktor yaitu panen, pengolahan

dan pengangkutan. Ketiga faktor ini merupakan faktor penting dan saling

mempengaruhi. Pengolahan transport buah memiliki enam sasaran yang harus

dicapai. Keenam sasaran tersebut yaitu meningkatkan kualitas TBS,

meningkatkan produktivitas kendaraan, menjaga agar asam lemak bebas (ALB)

produksi harian 2-3%, kapasitas dan kelancaran pengolahan di pabrik, keamanan

TBS di lapang serta cost (Rp/kg TBS) transport yang minimal (Pramudji et al.,

2004). Menurut Setyamidjaja (1991) buah kelapa sawit yang sudah matang dan

masih segar hanya mengandung 0.1% asam lemak. Tetapi buah-buah yang sudah

memar atau pecah dapat mengandung asam lemak bebas sampai 50%, hanya

dalam waktu beberapa jam saja. Oleh karena itu, pengangkutan tandan buah segar (TBS) sangat mempengaruhi kualitas dari TBS (Pahan, 2006).

Penggunaan Alat/Mesin untuk Mengangkut TBS

Pentingnya transportasi TBS secara tepat waktu baik menuju TPH maupun pabrik membuat berbagai perkebunan kelapa sawit menggunakan berbagai peralatan yang dianggap paling efektif sesuai dengan keadaan lahannya.

Perkembangan alat angkut sudah semakin maju mulai dari pengoperasian secara manual, digandengkan dengan traktor sampai berpenggerak sendiri. Namun setiap jenis alat/mesin yang digunakan memiliki karakteristik yang berbeda dan memiliki kelebihan serta kekurangan sesuai dengan kondisi perkebunan. Beberapa jenis alat/mesin angkut yang digunakan untuk transportasi TBS adalah sebagai berikut:

1. Angkong

Angkong merupakan alat yang digunakan untuk memindahkan hasil TBS dari

kebun ke TPH (tempat pengumpulan hasil). Ilustrasi angkong dapat dilihat pada

Gambar 1. Pemanen memuat angkong dengan 2-3 TBS, tergantung ukuran dan

berat TBS. Umumnya berat TBS berkisar antara 15-50 kg. Apabila TBS ukuran

besar, maka satu angkong hanya berisi 2 TBS, tetapi untuk TBS ukuran kecil,

angkong dapat diisi 3 TBS (Hendra dan Rahardjo, 2009). Kendala dari alat ini

yaitu membutuhkan tenaga manusia yang besar untuk dapat mengangkut TBS

yang lebih banyak, sehingga untuk meningkatkan kinerja kerja dari alat tersebut

dan mengurangi beban manusia yang digunakan maka angkong harus dilakukan

perancang ulang dengan penambahan mesin sebagai sumber tenaganya (Nugraha,

2013). Elemen pekerjaan pada penggunaan angkong terdiri dari loading,

pengangkutan dan unloading. Loading merupakan proses pengangkatan muatan ke dalam bak hingga akhirnya dapat dipindahkan. Pengangkutan merupakan pemindahan beban menuju tempat tertentu. Unloading merupakan proses pembongkaran muatan/beban yang dilakukan dengan pengangkatan angkong beserta muatannya ke arah depan sehingga muatan tersebut dapat dikeluarkan (Monasari, 2006).

Gambar 1. Penggunaan angkong untuk transportasi TBS (Sumber : www.pn8.co.id/pn8/index.php)

2. Mini Traktor dengan Scissor/ Hi-Lift Trailer

Pengangkutan menggunakan hi-lift trailer yang digandengkan dengan traktor mini ini biasanya diaplikasikan pada areal yang memungkinkan traktor mini masuk.

Biasanya mesin ini diaplikasikan pada kebun yang datar dengan permukaan tanah

yang cukup keras (mineral), sedangkan untuk kebun pada areal rawa dan gambut

mesin ini tidak memungkinkan untuk digunakan karena akan banyak terjadi slip

pada roda. Traktor yang digunakan untuk menarik trailer biasanya adalah traktor

mini dengan motor penggerak 30 hp sampai 50 hp. Traktor akan menggandeng

trailer yang dilengkapi hi-lift menggunakan hidrolik dari traktor, sehingga proses

unloading dapat dilakukan secara mekanis baik untuk ditempatkan pada

pengumpulan atau langsung dimuat ke dalam bin. Bin merupakan bak besi dengan kapasitas angkut berkisar antara 4-12 ton TBS. Ilustrasi Mini traktor dengan scissor/hi-lift trailer dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Mini traktor dengan scissor/hi-lift trailer (Sumber: Wijayanto, 2011)

Sifat-Sifat Logam

Bila suatu logam dibebani beban tarik maka akan mengalami deformasi.

Deformasi suatu logam adalah perubahan ukuran atau bentuk karena pengaruh beban yang dikenakan padanya. Deformasi ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis. Deformasi elastis yaitu suatu perubahan bentuk yang segera hilang kembali bila beban yang menyebabkan deformasi tersebut ditiadakan, sedangkan deformasi plastis yaitu suatu perubahan bentuk yang tetap ada, meskipun beban yang menyebabkan deformasi ini ditiadakan. Untuk menyebabkan tidak adanya deformasi maka tegangan bengkok yang diizinkan harus lebih kecil dari pada tegangan yang disebabkan oleh beban (Widodo dan Setyo, 2008).

Tegangan bengkok yang diizinkan dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan:

τa = ^{ME ×}

1 2 h

I ... (1) Dimana: ME = Momen lentur (kgcm)

h = Tebal benda (cm) I = Momen inersia (cm ⁴ Keterangan :

)

ME = ^{fr x Pb} ₄ ... (2) Dimana: fr = Gaya yang mengakibatkan tegangan (kg)

Pb = Panjang benda (cm)

I (persegi pejal) = ^{b h} ₁₂ ³ ... (3) Dimana: b = Lebar benda (cm) (Rudiansyah,2012).

Beban dinamis ialah beban yang berubah arah besarnya menurut waktu.

Bahan yang dibebani secara dinamis akan lelah dan patah meskipun dibawah kekuatan statis. Kelelahan adalah gejala patah dari bahan disebabkan beban yang berubah-ubah. Kekuatan kelelahan suatu logam yaitu tegangan bolak-balik tertentu yang dapat ditahan oleh logam itu sampai banyak balikan tertentu.

Sedangkan batas kelelahan adalah tegangan bolak-balik tertinggi yang dapat ditahan oleh logam itu sampai banyak balikan tak terhingga (Widodo dan Setyo, 2008).

Motor Bakar

Motor adalah gabungan dari alat-alat yang bergerak (dinamis) yang bila

bekerja dapat menimbulkan tenaga/energi. Sedangkan pengertian motor bakar

adalah motor yang sumber tenaganya diperoleh dari hasil pembakaran gas

didalam ruang bakar. Motor bensin sendiri mempunyai pengertian motor dimana

gas pembakarnya berasal dari hasil campuran antara bensin dengan udara dalam suatu perbandingan tertentu, sehingga gas tersebut terbakar dengan mudah sekali didalam ruang bakar, apabila timbul loncatan bunga api listrik tegangan tinggi pada elektroda busi. Dan alat yang mencampur bensin dan udara supaya menjadi gas pada motor bensin ini adalah karburator. Tenaga yang dihasilkan oleh motor adalah berasal dari adanya pembakaran gas didalam ruang bakar, oleh karena adanya pembakaran gas tersebut, maka timbullah panas. Dan panas ini mengakibatkan gas yang telah terbakar mengembang/ekspansi. Pembakaran dan pengembangan gas ini terjadi di dalam ruang bakar yang sempit dan tertutup/tidak bocor dimana bagian atas dan samping kiri kanan dari ruang bakar adalah statis/tidak bisa bergerak, sedangkan yang dinamis/bisa bergerak hanyalah bagian bawah, yakni piston sehingga dengan sendirinya piston akan terdorong ke bawah dengan kuatnya oleh gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada saat piston terdorong ke bawah ini, membawa tenaga yang sangat dahsyat, dan tenaga inilah yang dimaksud dengan tenaga motor (Wiratno dkk, 2012).

Motor bensin sebagai sumber tenaga menurut prinsip kerjanya dibedakan

menjadi 2 yaitu motor bensin 4 tak dan motor bensin 2 tak, dimana motor bensin

4 tak adalah motor yang setiap satu kali pembakaran bahan bakarnya memerlukan

4 langkah piston atau dua kali putaran poros engkol. Secara kasar atau garis

besarnya, cara kerja motor bensin 4 tak adalah pertama-tama gas yang merupakan

campuran bahan bakar dengan udara yang dihasilkan dari karburator dihisap

masuk ke dalam silinder kemudian dimampatkan dan dibakar. Karena panas, gas

tersebut mengembang dan karena ruang terbatas maka tekanan didalam silinder

atau ruang bakar naik dan tekanan ini mendorong piston diteruskan ke poros

engkol akan berputar, sedangkan motor bensin 2 tak adalah motor yang setiap kali pembakarannya membutuhkan hanya 2 kali langkah torak atau satu kali putaran engkol, dengan kata lain motor bensin 2 tak tak berbeda jauh dengan motor 4 tak, yaitu pada motor bensin 2 tak tidak bekerja dengan poros yang tunggal pada masing-masing langkahnya melainkan antara proses dan kompresi terjadi dalam satu langkah torak (Wiratno dkk, 2012).

Penentuan kebutuhan daya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

Power (KW) = torque (Nm) x 2π x rotational speed (RPM)/60000 ... (4) Keterangan : 60000 dapat diartikan adalah 1 menit setara 60 detik, dan untuk mendapatkan 1 kw setara 1000 watt.

Untuk menghitung torsi dapat digunakan rumus :

T = F x b ... (5) Dimana : T = Torsi benda berputar (Nm)

F = Gaya sentrifugal dari benda yang berputar (N) b = Jarak benda ke pusat rotasi (m) (Nugraha, 2013).

Baut

Baut merupakan bagian dari komponen permesinan dan banyak digunakan

sebagai pengikat atau penyambung antara dua elemen disamping sambungan las,

pateri dan keling. Dalam penggunaannya, sambungan baut banyak dipakai seperti

pada konstruksi jembatan, komponen permesinan, konstruksi bangunan, otomotif,

kendaraan berat, dan sebagainya. Umumnya baut akan mengalami beberapa

bentuk pembebanan yang terjadi, seperti ; beban puntir, beban geser dan beban

tarik, tergantung dari beban yang diterimanya, sehingga baut akan rusak. Jika beban yang diberikan lebih besar dari kekuatan baut maka sambungan baut akan mengalami berbagai bentuk kegagalan atau deformasi. Deformasi tersebut dapat berupa putus karena tarikan, puntiran dan geser (Handra dan Brazi, 2012).

Untuk menentukan diameter baut pada suatu sambungan digunakan persamaan

D baut ≥ � ^{4 m} _{π σa} ... (6) Dimana : m = Gaya yang mengakibatkan tegangan (kg)

σa = Tegangan izin bahan (kg/mm ² Proses Desain

) (Aziz dan Usada, 2012)

Perancangan (design) secara umum dapat didefinisikan sebagai formulasi suatu rencana untuk memenuhi kebutuhan manusia. Sehingga secara sederhana perancangan dapat diartikan sebagai kegiatan pemetaan dari ruang fungsional (tidak kelihatan/imajiner) kepada ruang fisik (kelihatan dan dapat diraba/dirasa) untuk memenuhi tujuan-tujuan akhir perancang secara spesifik atau obyektif.

Rangkaian kegiatan iterarif yang mengaplikasikan berbagai teknik dan prinsip scientifik yang bertujuan untuk mendefinisikan peralatan, proses, atau sistem secara detail sehingga dapat direalisasikan. Dalam scope yang lebih spesifik machine design adalah kegiatan yang berhubungan dengan “penciptaan (creation)” machinery yang dapat melakukan fungsinya dengan baik, safe, dan handal (Rudiansyah, 2012).

Menurut Harsokoesoemo (1999), perancangan adalah kegiatan awal dari

usaha merealisasikan suatu produk yang keberadaannya dibutuhkan oleh

masyarakat untuk meringankan hidupnya. Perancangan terdiri dari serangkaian

kegiatan yang berurutan, oleh karena itu perancangan kemudian disebut sebagai proses yang mencakup seluruh kegiatan yang terdapat dalam proses perancangan tersebut. Perancangan dianggap dimulai identifikasi kebutuhan produk yang diperlukan masyarakat. Berawal dari diidentifikasikannya kebutuhan produk tersebut maka proses perancangan berlangsung. Kegiatan-kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Salah satu deskripsi proses perancangan adalah deskripsi yang menyebutkan bahwa proses perancangan terdiri dari fase-fase seperti terlihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Diagram alir proses perancangan ( Sumber : Harsokoesoemo 1999)

Pada umumnya perancangan alat/mesin menggunakan pendekatan secara fungsional dan struktural. Pendekatan fungsional adalah pendekatan untuk menentukan fungsi-fungsi tunggal dan mekanisme yang harus dibangkitkan agar tujuan perancangan dapat tercapai. Pendekatan struktural pendekatan yang digunakan untuk mendapatkan persyaratan teknik yaitu nilai kuantitatif yang mempunyai spesifikasi tertentu (Rudiansyah, 2012).

Analisis Masalah, spesifikasi produk, dan perancangan proyek

Perancangan konsep produk Perancangan produk

Evaluasi produk hasil rancangan Dokumen untuk pembuatan produk

Kebutuhan

Menurut Ullman (1992), alasan penerapan perancangan adalah karena adanya kebutuhan produk baru, efektifitas biaya, dan kebutuhan akan produk yang berkualitas tinggi. Masalah yang sering muncul pada produk baru adalah produk tersebut tidak berfungsi sebagaimana mestinya, membutuhkan waktu yang lama dalam merealisasikannya di masyarakat, biaya terlalu mahal, dan hasil produk yang kurang memuaskan. Dari permasalahan-permasalahan tersebut maka perlu dilakukan analisis permasalahan untuk mendapatkan solusi melalui tahapan perencanaan yang tepat. Perencanaan merupakan tahapan bagaimana untuk memperoleh suatu produk tertentu yang sesuai dengan kebutuhan yang ada.

Tahapan-tahapan dalam melakukan perancangan meliputi identifikasi masalah, analisis masalah, konsep desain, pembuatan prototipe, dan pengujian kerja prototipe.

Simulasi

Simulasi merupakan suatu teknik meniru operasi-operasi atau proses- proses yang terjadi dalam suatu sistem dengan bantuan perangkat komputer dan dilandasi oleh beberapa asumsi tertentu sehingga sistem tersebut bisa dipelajari secara ilmiah. Dalam simulasi digunakan komputer untuk mempelajari sistem secara numerik, dimana dilakukan pengumpulan data untuk mendapatkan karakteristik asli dari sistem. Simulasi merupakan alat yang tepat digunakan untuk melakukan eksperimen yang memerlukan biaya yang sangat mahal dan memerlukan waktu yang lama jika eksperimen dicoba secara riil (Barus, 2016).

Dengan melakukan studi simulasi maka dalam waktu singkat dapat

ditentukan keputusan yang tepat serta dengan biaya yang tidak terlalu besar

karena semuanya cukup dilakukan dengan komputer. Dalam membuat suatu

simulasi maka diawali dengan pembangunan model sistem nyata. Model tersebut harus dapat menunjukkan bagaimana berbagai komponen dalam sistem saling berinteraksi sehingga benar-benar menggambarkan perilaku sistem. Setelah model dibuat maka model tersebut ditransformasikan ke dalam program komputer sehingga memungkinkan untuk disimulasikan (Indrawan, 2010).

Software CATIA

Kemajuan teknologi dibidang komputer saat ini sangat membantu dalam proses penyelesaian gambar teknik. Banyak software gambar saat ini yang dikembangkan beberapa perusahaan software. Dengan kemajuan teknologi sekarang banyak software gambar yang telah terintegrasi dengan analisa seperti analisa kekuatan struktur dan analisa aliran fluida. Untuk software gambar yang telah terintegrasi dengan analisa strukur salah satunya adalah CATIA yang merupakan produk keluaran dari Dessault Systemes (Rudiansyah,2012).

CATIA memiliki kelebihan dalam bidang desain dan simulasi. Salah satu

aplikasi yang digunakan untuk membantu dan menguatkan rancangan teknik

adalah simulasi beban statik. Simulasi dilakukan dengan menggunakan modul

aplikasi Analysis Design. Analysis Design merupakan aplikasi manual dari RULA

Method (Rudiansyah,2012).

METODOLOGI PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei sampai Oktober 2017 bertempat di Laboratorium Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara.

Bahan dan Alat Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kertas dan data-data pendukung untuk perhitungan teknik.

Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Perangkat keras berupa komputer pribadi

2. Perangkat lunak untuk mendesain menggunakan SolidWorks Premium 2012 3. Perangkat lunak untuk mensimulasikan rancangan CATIA

4. Perangkat lunak untuk menghitung analisis rancangan Mc.Excel 2007 5. Kalkulator untuk menghitung perhitungan teknik.

Metodologi Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode perancangan secara umum, namun fokus penelitian ini tidak sampai pengembangan prototipe.

Beberapa pendekatan yang digunakan dalam perancangan adalah pendekatan rancangan fungsional dan pendekatanrancangan struktural.

Penelitian ini dilakukan dengan cara membuat perancangan konsep desain

dan melakukan simulasi pada rancangan alat pengangkut tandan buah segar

kelapa sawit secara mekanis dengan menggunakan perangkat lunak CATIA, serta

dengan menggunakan beberapa peralatan ukur dan rumus-rumus perhitungan teknik untuk mengetahui mekanis medan struktur dari komponen-komponen alat sehingga dapat memenuhi target rancangan fungsional alat yang telah dirancangkan. Output dari penelitian ini adalah diperolehnya konsep desain alat yang dapat mengangkut TBS dengan kapasitas yang telah ditentukan.

Tahapan Penelitian

Adapun tahapan penelitian adalah sebagai berikut:

1. Analisis rancangan

Dalam tahapan ini dilakukan perhitungan teknik sehingga didapatkan dimensi komponen ,daya penggerak, analisis berat dan titik berat dari komponen/bagian mesin. Beberapa analisis rancangan mengacu pada:

1) Analisis kekuatan bahan

Analisis kekuatan bahan dilakukan untuk mempertimbangkan kemampuan maksimum dari komponen yang dirancang. Beberapa analisis kekuatan bahan diantaranya tekanan dan tarikan, lenturan dan tegangan geser.

2) Analisis daya dan tenaga

Analisis daya dilakukan untuk mengetahui kemampuan alat pengangkut TBS dalam daya tarik, dan kemiringan lahan maksimal yang dapat dilalui alat pengangkut TBS.

2. Gambar teknik

Setelah dilakukan analisis rancangan dan didapatkan dimensi atau ukuran dari

tiap komponen struktur maka dilakukan proses gambar teknik. Gambar

konseptual yang telah dibuat dikembangkan menjadi gambar yang telah

disesuaikan ukurannya menurut perhitungan analisis teknik/rancangan. Gambar

teknik juga dapat digunakan untuk proses manufaktur jika akan dilakukan pada tahapan yang lebih lanjut.

3. Simulasi rancangan

Setelah dilakukan proses gambar teknik tahap selanjutnya adalah dilakukan simulasi. Simulasi yang dilakukanan menggunakan perangkat lunak CATIA yang merupakan simulasi beban statik. Simulasi ini bertujuan untuk mendukung proses desain dan operasional rancangan, dan juga sebagai pendukung analisis teknik yang telah dilakukan sebelumnya.

Gambaran Umum Rancangan

Pemilihan alat dan mesin transportasi dalam proses pemanenan yang

dilakukan oleh banyak perusahaan kelapa sawit menjadi faktor penting untuk

pertimbangan efektivitas dan efisiensi perusahaan. Masalah yang teridentifikasi di

lapangan adalah menghabiskan banyak waktu dan tenaga karena masih dilakukan

dengan bantuan alat berupa gerobak sorong (wheelbarrow) atau sering disebut

juga angkong, di mana angkong ini hanya mampu mengangkat hanya 2-4 TBS

dalam satu kali angkut, sehingga penggunaan angkong sudah tidak efektif dan

efesien (Nugraha,2013). Oleh karena itu, rancangan alat yang akan dibuat

merupakan alat pengangkut TBS dengan efesiensi kapasitas kerja alat adalah

200% dari kemampuan suatu angkong yaitu 6-8 TBS atau sekitar 150 kg dan

disertai motor bakar sebagai sumber tenaga penggeraknya. Motor yang dirancang

memiliki mekanisme yang sederhana dan perawatannya mudah agar pada

pengaplikasian mesin dilapangan lebih sesuai. Proses unloading TBS dilakukan

secara manual (menggunakan tenaga manusia).

Rancangan Fungsional

Fungsi utama dari alat yang dirancang adalah sebagai pengangkut TBS dari titik panen sampai ke tempat pengumpulan hasil panen. Alat yang dirancang akan diaplikasikan untuk pengangkutan TBS yang akan dimuat pada bak penampung dengan kapasitas 150 kg. Setelah sampai di tempat pengumpulan hasil panen proses unloading dilakukan secara manual tanpa hidrolik. Untuk mendukung tercapainya fungsi utama tersebut maka diperlukan fungsi-fungsi turunannya antara lain: fungsi penampung TBS, fungsi penggerak, dan fungsi kemudi.

a. Bak penampung

Berat sawit yang akan dibawah pada alat pengangkut TBS adalah 150 kg atau sekitar 8 tandan sawit. Umumnya satu tandan sawit memiliki panjang 50 cm dan lebar 30 cm dengan berat rata-rata 18 kg yang telah diukur dilapangan.

Metode penyusunan TBS yang digunakan adalah berlapis, rapih, dan tegak, sehingga dimensi bak TBS yang dirancangkan akan disesuaikan dengan dimensi dari tandan sawit. Penentuan ketebalan plat yang akan digunakan membuat bak menggunakan asumsi bagian yang terbesar terkena beban yaitu pada bagian dasar bak, maka tebal dari plat besi yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan1, 2, dan 3.

b. Motor penggerak

Daya yang dibutuhkan sebagai sumber tenaga maju alat pengangkut TBS ini

yaitu putaran motor penggerak. Besarnya daya motor penggerak ini

dipengaruhi oleh besarnya nilai koefisien tahan gelinding roda pada lahan

sawit, beban alat pengangkut TBS beserta muatan, dan kecepatan acuan yang

direncanakan. Penentuan kebutuhan daya dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4 dan 5.

Rancangan Struktural

Untuk mendukung tercapainya fungsi utama dari rancangan alat pengangkut TBS tersebut maka diperlukan rancangan struktural yang memiliki fungsi-fungsi antara lain: memberikan bentuk dari alat dan sebagai tempat terpasangnya komponen lain, penyalur tenaga putar, pereduksi tenaga putar, sebagai sistem kendali arah gerak dan kecepatan alat pengangkut TBS, penopang beban operator saat mengemudi, dan lain-lain.

a. Rangka

Fungsi utama rangka adalah memberikan bentuk dari suatu alat atau mesin dan sebagai tempat terpasangnya bagian/komponen yang lain. Bahan utama yang digunakan untuk rangka adalah besi U.

b. Roda penggerak

Kecepatan maju dari alat pengangkut TBS ini bergantung dari kecepatan putar dari roda penggerak. Acuan kecepatan maju alat pengangkut TBS yang direncanakan adalah 6-10 km/jam. Kecepatan alat pengangkut TBS ini diasumsikan yaitu 8 km/jam atau setara dengan 2,2 m/s. Slip yang terjadi pada roda diasumsikan 20 % sehingga kecepatan maju alat pengangkut TBS yaitu 2,75 m/s. Diameter roda diasumsikan 380 mm.

c. Gearbox

Gearbox adalah perangkat mekanis yang digunakan untuk meningkatkan

keluaran torsi dan mengurangi kecepatan (RPM) dari sebuah motor. Pemilihan

gearbox dilakukan berdasarkan perhitungan putaran dari motor penggerak dan putaran yang dibutuhkan untuk disalurkan menuju roda penggerak.

d. Sistem kendali

Pengoperasian kemudi alat pengangkut TBS dilakukan oleh tangan. Parameter perancangan disesuaikan dengan daerah kerja operator meliputi jarak siku tangan-ujung jari tangan, dan jarak siku tangan-telapak kaki.

e. Tempat pijakan operator

Tempat pijakan operator terbuat dari bahan yang sama dengan bak penampung yaitu besi dengan ukuran panjang 60 cm, dan lebar 40 cm. Untuk mencari ketebalan plat yang akan digunakan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan1, 2, dan 3.

Tabel 2 di bawah menyajikan desain fungsional dan struktural yang menyatakan hubungan fungsi-fungsi yang dibutuhkan dengan komponen/bagian untuk mencapai fungsi alat tersebut.

Tabel. 2 Fungsional komponen alat

No Fungsi Komponen bagian

1

Memberikan bentuk dari alat dan sebagai tempat terpasangnya komponen yang lain

Rangka

2 Menampung TBS Bak

3 Penyalur tenaga putar Roda

4 Mereduksi putaran sesuai dengan kebutuhan Gearbox

5 Sumber tenaga penggerak Motor penggerak

6

Sebagai sistem kendali arah gerak dan kecepatan alat pengangkut TBS

Kemudi

7 Penopang beban operator saat mengemudi Tempat operator berdiri

Simulasi Beban Statik Komponen Alat dengan CATIA

Simulasi yang dilakukan menggunakan perangkat lunak CATIA adalah simulasi beban statik. Simulasi tersebut dilakukan untuk mendukung proses desain dan analisis teknik. Pada simulasi beban statik, struktur yang digunakan adalah struktur hasil analisis teknik pada tahapan sebelumnya.Tahapan simulasi beban statik sebagai berikut:

1. Pembuatan gambar desain untuk strukur yang dirancang menggunakan perangkat lunak CATIA

2. Pendefinisian material pada struktur yang akan disimulasikan.

3. Simulasi dimulai dengan membuka windowanalysis dan simulasion.

4. Pembebanan dilakukan sesuai dengan analisis teknik, sedangkan nilai beban

yang diberikan disesuaikan dengan analisis teknik secara manual.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Desain Alat Pengangkut TBS Kelapa Sawit Secara Mekanis

Pada penelitian ini dilakukan perancangan suatu desain alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis yang dapat dioperasikan dengan mudah dan cepat, dengan menganalisis kebutuhan bahan pada setiap komponen alat agar diperoleh dimensi/ukuran bahan yang optimun.

Pendesainan yang dilakukan langsung menggunakan perhitungan secara matematis untuk memperoleh kebutuhan daya dan dimensi/ukuran bahan dengan mempertimbangkan gaya-gaya yang bekerja pada alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis. Adapun bagian-bagian alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis yaitu bak penampung, motor penggerak, rangka, roda penggerak, gearbox, tempat pijakan operator, dan sistem kendali.

Pada penelitian Nugraha (2012) menyatakan bahwa penelitian ini

difokuskan pada kegiatan rancang bangun angkong bermesin sebagai sarana

pengangkutan pada proses pengumpulan buah kelapa sawit yang mampu

mengangkut 3-4 TBS dengan kecepatan maju angkong bermesin adalah kecepatan

jalan manusia normal yaitu 3-5 km/jam. Sehingga dengan membuat suatu desain

alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit yang memiliki efesiensi kinerja

alat adalah 200% dari kinerja angkong bermesin yaitu mampu mengangkut 6-8

TBS dengan kecepatan 6-10 km/jam, hal ini akan mempermudah dan

mempercepat pekerjaan operator pengangkut TBS. Alat pengangkut tandan buah

segar kelapa sawit secara mekanis ini memiliki dua komponen utama yaitu bak

penampung TBS, dan motor penggerak. Pada penelitian ini muatan kapasitas TBS

yang akan diangkut adalah 6-8 TBS,di mana ukuran rata-rata TBS yang telah

diukur dilapangan adalah 50,4 cm x 30,6 cm dengan berat rata-rata 18,2 kg sehingga kapasitas TBS yang akan diangkut adalah 150 kg.

Prinsip kerja alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis yaitu tenaga penggerak yang dihasilkan dari motor bakar akan direduksi oleh gearbox sehingga kecepatan putar yang diinginkan sesuai dengan kriteria desain alat. Tenaga putar yang telah direduksi oleh gearbox akan disalurkan untuk menggerakan poros roda. Poros yang berputar akan menggerakan roda penggerak yang menyatu dengan poros. Dengan kecepatan putar yang diinginkan alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis dapat bergerak maju sesuai dengan kecepatan yang diinginkan.

Hasil rancangan alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis dapat dilihat pada gambar teknik. Alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis ini dioperasikan oleh satu orang operator dengan posisi berdiri. Spesifikasi alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis ini memiliki panjang keseluruhan 1950 mm, lebar 1060 mm dan tinggi 1360 mm. Untuk kecepatan maju alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis diaumsikan adalah 2,2 m/detik.

Analisa Rancangan Alat Pengangkut TBS Kelapa Sawit Secara Mekanis Bak penampung TBS

Bentuk dan dimensi bak penampung TBS yang akan dibuat disesuaikan

dengan ukuran rata-rata TBS yang telah diukur di lapangan. Di mana ukuran rata-

rata TBS yang telah diukur dilapangan adalah 50,4 cm x 30,6 cm dengan berat

rata-rata 18,2 kg. Bak penampung ini dirancangkan akan menerima gaya beban

dari TBS dengan bobot 150 kg atau sebanyak 8 TBS, sehingga dimensi bak yang

dirancangkan adalah 101 cm x 62 cm x 62 cm. Bagian dasar bak diasumsikan menerima seluruh gaya beban dari TBS. Sketsa plat untuk menentukan ketebalan plat yang akan digunakan pada bagian dasar bak dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Sketsa bagian dasar bak penampung

Dengan demikian, beban yang diterima bagian bawah bak sebesar Fr bagian bawah bak berbentuk persegi panjang dengan panjang Pb dan b, maka tebal dari plat besi yang dibutuhkan dapat dihitung dengan Persamaan 1, 2, dan 3.

Sementara untuk tebal plat kanan, kiri, depan, dan belakang bak diasumsikan adalah 0,2 cm karena dianggap tidak ada gaya yang bekerja. Adapun bahan yang akan digunakan adalah medium carbon steel dengan τ max 207 MPa di mana 1 Mpa setara dengan 10,2 kg/cm ² sehingga τ max yang dimiliki setara dengan 2111,4 kg/cm ² dan massa jenis (ρ) 7800 kg/m ³ atau setara dengan 0,0078 kg/cm ³

Dari hasil analisis rancangan diketahui bahwa ketebalan plat pada bagian dasar bak yang dibutuhkan untuk menampung 150 kg TBS adalah 1,163 cm dengan bobot keseluruhan bak 88,93 kg..

.

Rancangan rangka

Rangka berfungsi sebagai pemberi bentuk dari suatu alat atau mesin dan

sebagai tempat terpasangnya komponen yang lainnya seperti gearbox, motor

penggerak, sistem kendali. Rangka juga difungsikan sebagai penahan beban dari

komponen yang berada diatasnya, sehingga pemilihan rangka harus diperhitungkan secara teliti. Bahan utama yang digunakan untuk rangka adalah besi U. Besi U yang digunakan memiliki panjang 80 mm, lebar 36 mm, dan tebal 2 mm. Bentuk dan dimensi rangka ini didasari oleh bobot beban terbesar pada alat pengangkut tandan buah segar kelapa sawit yaitu pada bak penampung.

Gambar 5. Luasan penampang besi U

Pada bagian rangka ini dapat dilakukan analisis penggunaan bahannya.

Beban yang mengenai rangka dengan asumsi beban maksimum yaitu pada bak

penampung yang disangga oleh rangka yaitu 238,93 kg. Adapun bahan yang

digunakan adalah S30C dengan τ ijin bahan adalah 30 kg/mm ² , agar rangka aman

untuk digunakan tegangan ijin yang disebabkan oleh beban harus lebih kecil

daripada tegangan ijin bahan. Pada analisis rancangan, tegangan ijin maksimum

yang terjadi adalah 3,92 N/mm ² kurang dari tegangan geser ijin bahan (30,72

N/mm ² ).

Roda penggerak

Roda penggerak merupakan penyalur tenaga putar terakhir dari sistem transmisi. Roda penggerak ini harus dapat menahan beban seluruh alat pengangkut TBS beserta dengan beban angkut dari alat pengangkut TBS tersebut.

Roda penggerak ini terdiri dari ban karet, ban dalam, dan velg dari bahan plat.

Rudiansyah (2012) menyatakan bahwa kemampuan ketahanan tanah pada lahan sawit yang paling besar adalah 754,6 kPa pada kedalaman 0-5 cm.

Sedangkan alat pengangkut TBS yang didesain beserta dengan muatan angkutnya berbobot 358,9055 kg atau 3589,055 N (10m/s ²

Kecepatan maju dari alat pengangkut TBS ini bergantung pada kecepatan putar roda penggerak. Kecepatan jalan manusia normal saat mengoperasikan angkong yaitu 3-5 km/jam (Nugraha, 2013). Acuan kecepatan maju alat pengangkut TBS adalah 200% kecepatan angkong saat beroperasi yaitu 6-10 km/jam dengan kecepatan rata-rata acuan 8 km/jam atau 132 m/menit. Dari kriteria desain tersebut dipilih diameter keseluruhan roda yaitu 38 cm dengan putaran roda adalah 110 RPM.

) sehingga dianggap tidak berpengaruh pada kondisi lahan.

Rancangan poros roda

Poros roda berfungsi sebagai penahan gaya dari dari total berat

keseluruhan alat dan TBS kelapa sawit yang diangkut. Diasumsikan poros roda

depan menerima beban statis sebesar 25% dari beban bak penampung beserta

muatannya (bobot bak dan bobot TBS), sedangkan poros roda belakang menerima

beban statis sebesar 80% dari total berat keseluruhan alat dan TBS kelapa sawit

yang diangkut. Jarak agar roda tidak mengenai body alat pengangkut TBS dapat

dihitung dengan persamaaan trigonometri dengan sudut maksimum roda berbelok 45 ⁰ (d roda=38cm) pada Gambar 6.

Gambar 6. Sketsa jarak dan kemiringan putar roda penggerak λx = ³⁶⁰ ₄₅ = 8

x = 2 rw sin ( ¹⁸⁰ _λx )

x = 16,05 cm ± 6 cm = 22 cm

Dari hasil analisis rancangan panjang poros roda yang dirancangkan adalah 22 cm agar roda tidak mengenai body alat pengangkut TBS. Adapun bahan yang digunakan untuk poros roda adalah S58C dengan τ ijin bahan adalah 58 kg/mm ²

Motor penggerak

, sehingga diameter poros roda depan yang dibutuhkan adalah 28 mm dengan batas minimum 26,24 mm, sedangkan diameter poros roda belakang yang dibutuhkan adalah 36 mm dengan batas minimum 35,1 mm.

Pemilihan motor penggerak didasarkan pada kebutuhan power yang akan

ditransmisikan. Motor penggerak yang dipilih harus mampu menjaga alat

pengangkut tetap berada dalam performa yang baik agar kegiatan pengangkutan

TBS berjalan lancar. Motor penggerak yang digunakan harus memiliki daya yang

cukup untuk menggerakkan roda alat pengangkut dengan berat alat pengangkut

beserta beban sawit dan operator yang akan diangkut oleh alat tersebut. Analisis

beban dan tenaga sangat diperlukan untuk menentukan jenis dan kebutuhan daya

motor yang akan digunakan. Faktor - faktor yang mempengaruhi analisis beban

dan tenaga diantaranya berat alat pengangkut, berat beban angkut, berat operator,

kecepatan maju alat pengangkut, tahanan gelinding, dan tahanan kelendaian.

Tahanan gelinding dipengaruhi oleh koefisien rolling resistence (Crr) yang mempengaruhi mobilitas alat pengangkut dilahan sawit. Data nilai koefisien tahanan gelinding dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Koefisien tahanan gelinding roda dilahan sawit

Kondisi lahan sawit Crr

Tanah sedikit berpasir 0,172

Tanah keras 0,159

Sumber: Nugraha 2013

Pada analisi ini ditentukan Crr pada tanah sedikit berpasir yaitu sebesar 0,172. Berat total alat pengankut TBS beserta muatanya yaitu :Bobot sawit + bobot bak + bobot motor + bobot gearbox + bobot operator + bobot dudukan engine + bobot pijakan operator = bobot total. Dari data tersebut maka dapat ditentukan tahanan gelinding, tahananan kelandaian, dan beban total alat pengangkut TBS.

Tahan an Gelinding (RR) = Crr x W (kg) (Nugraha, 2013).

Sedangkan tahanan kelandaian ada disaat alat pengangkut beroperasi pada suatu permukaan yang tidak datar, sehingga diperlukan tenaga traksi tambahan yang sebanding dengan besarnya kelandaian dari permukaan tersebut. Pada lahan kelapa sawit, kelandaian yang ada berkisar dari 12%-15%, sehingga diasumsikan bahwa kelandaian yaitu 14% (Nugraha,2013).

Tahan an kelandaian = %kelandaian x W (kg) (Nugraha, 2013).

Beban total alat pengangkut TBS yang harus diatasi alat tersebut terbagi atas tiga

kondisi pekerjaan yaitu:

Kondisi menanjak = Tahanan kelandaian + Tahanan gelinding Kondisi datar = Tahanan gelinding

Kondisi menurun = Tahanan gelinding – Tahanan kelandaian

Dari ketiga kondisi tersebut yang mungkin terjadi di lahan kelapa sawit, maka perhitungan beban total alat pengangkut TBS ini mengacu pada kondisi beban maksimum yaitu kondisi menanjak.

Beban total (W) = Tahanan kelandaian + Tahanan gelinding (Nugraha,2013).

Berdasarkan analisis rancangan diketahui bahwa tenaga yang dibutuhkan alat pengangkut TBS kelapa sawit secara mekanis untuk dapat bergerak maju adalah 5,15 HP, maka motor penggerak yang dipilih adalah Firman 5,5 Hp tipe SFE-160 dengan kecepatan maksimum putar 2500 rpm. Spesifikasi motor yang digunakan pada rancangan dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel. 4 spesifikasi motor penggerak rancangan II

Kategori Spesifikasi

Daya 5,5 Hp

Tipe mesin Air cooled, 4 tak OHV Single cylinder,

horizontal shaft

Volume silinder 163 cm

Diameter x langkah

3

68x 45 mm

Rasio kompresi 8,5:1

Torsi maksimum 1,1 kg m / 2500 rpm

Output maksimum 5,5 Hp / 2500 rpm

Sistem pengaraan Recoil

Kapasitas tangki 3,6 l

Kapasitas oli 0,6 l

Berat 15 kg

Konsumsi bahan bakar 313 g / kwh

Dimensi (PxLxT) 34 x 40 x 34 cm

Gearbox

Gearbox dibutuhkan untuk menyalurkan tenaga putar dari motor ke roda penggerak sehingga sesuai dengan fungsional rancangan. Pemilihan gearbox ini berdasarkan perhitungan putaran dari motor yang dibutuhkan untuk disalurkan menuju roda penggerak. Pada motor yang digunakan memiliki rpm maksimal yaitu 2500 rpm, sedangkan yang dibutuhkan untuk penyaluran tenaga putar pada roda hanya 110 rpm atau 1:22. Dari perbandingan tersebut dipilih gearbox 1:20 yang akan digunakan pada alat pengangkut TBS.

Dudukan motor

Dudukan motor ini difungsikan untuk menerima gaya beban dari motor dan gearbox. Berat total dari keduanya yaitu 24 kg. Dimensi dudukan motor ini disesuaikan dengan dimensi motor yaitu panjang 340 mm, lebar 400 mm, dan tinggi 340 mm. Bahan yang digunakan untuk dudukan motor ini yaitu besi medium carbon steel dengan tegangan ijin bahan adalah 30 kg/mm ²

Pijakan operator

. Dari hasil analisis teknik ketebalan plat besi yang dibutuhkan untuk dudukan motor ini adalah 1,01 mm.

Asumsi beban maksimum operator yang diperbolehkan untuk

mengoperasikan alat pengangkut TBS adalah 80 kg. Bahan dasar yang digunakan

untuk pijakan operator ini yaitu besi medium carbon steel dengan tegangan ijin

bahan adalah 30 kg/mm ² . Dimensi pijakan operator ini memiliki panjang 600 mm

dan lebar 400 mm. Dari hasil analisis teknik ketebalan plat besi yang dibutuhkan

untuk pijakan operator ini adalah 2,449 mm.

Sebagai pengikat antara pijakan operator dan rangka utama digunakan baut. Baut ini akan menerima beban geser. Baut yang dipilih adalah S24C dengan tegangan ijin bahan adalah 24 kg/mm ²

Analisis jangkauan kemudi

, sehingga besarnya diameter baut yang dibutuhkan dapat dihitung dengan Persamaan 6. Dari hasil analisis dipilih diameter baut yang dipakai untuk mengikat antara pijakan operator dan rangka adalah lebih besar dari 2,059 mm.

Pengoperasian kemudi alat pengankut TBS dilakukan oleh tangan yaitu meliputi rem, clutch handle, dan speed change. Parameter perancangan posisi kemudi disesuaikan dengan daerah normal kerja dan daerah maksimum kerja.

Daerah normal kerja merupakan radius dari jarak siku tangan – ujung jari tangan (47,47cm), dan daerah maksimum kerja yang merupakan radius jangkauan kedepan dari ujung siku tangan satu ke siku tangan lainnya (84,35cm) (Rudiansyah,2012).

Simulasi Beban Menggunakan Perangkat Lunak CATIA

Pada penelitian ini juga dilakukan simulasi beban dari desain alat

pengangkut tandan buah segar kelapa sawit secara mekanis yang bertujuan untuk

mendukung proses desain dan operasional rancangan, dan juga sebagai

pendukung analisis teknik yang telah dilakukan sebelumnya. Pada simulasi beban

ini, struktur yang digunakan adalah struktur hasil analisis teknik dengan bobot

TBS 150 kg karena merupakan rancangan alat yang memiliki efesiensi kapasitas

kerja alat 200% dari kemampuan suatu angkong bermesin pada penelitian

sebelumnya.

Rangka

Pendefinisian bahan pada proses simulasi beban rangka mengacu pada bahan S30C. Pendefinisian bahan meliputi sifat mekanik seperti young’s modulus, passion rasio, density, dan yield strength. Data sifat mekanik bahan disajikan dalam Tabel 5.

Tabel 5. Sifat mekanis material rangka

Elemen Nilai Satuan

Young’s modulus 2e+011 N/m ²

Passion rasio 0,266

Density 7860 kg/m

yield strength

3

3e+008 N/m ²

Sumber: http://www.meadinfo.org/2010/03/s45c-jis-mechanical-properties.html Pembebanan yang dilakukan adalah pembebanan statik dengan pembatas tiga dimensi. Hasil yang diperoleh dari analisis statik dengan beban tersebar yang diberikan beban 238,933 kg atau 2389,3 N (10m/s ² ) dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7. Von mises stress pada rangka

Hasil simulasi menunjukan tegangan minimum yang terjadi pada rangka bak adalah 4,5 x 10 ⁵ N/m ² dan tegangan maksimum yang terjadi adalah 3,58 x 10 ⁷ N/m ² . Walaupun didapatkan perubahan warna tersebar merata namun luluhan yang terjadi pada alas rangka bak tidak terlalu besar. Kisaran luluhan yang terjadi adalah antara 4,5 x 10 ⁵ N/m ² sampai 2,52 x 10 ⁷ N/m ² . Dari hasil simulasi tersebut rangka tidak mengalami deformasi karena tegangan yang terjadi lebih kecil dari pada kemampuan bahan untuk menerima tegangan atau aman digunakan untuk menopang beban 238,93 kg atau 2389,3 N (10m/s ²

Bak

) dari bobot total keseluruhan bak.

Pendefinisian bahan pada proses simulasi beban bak mengacu pada bahan S45C. Pendefinisian bahan meliputi sifat mekanik seperti young’s modulus, passion rasio, density, dan yield strength. Data sifat mekanik bahan disajikan dalam Tabel 6.

Tabel 6. Sifat mekanis material bak

Elemen Nilai Satuan

Young’s modulus 2e+011 N/m ²

Passion rasio 0,266

Density 7860 kg/m

yield strength

3

3e+008 N/m ²

Pembebanan yang dilakukan adalah pembebanan statik dengan pembatas

tiga dimensi. Hasil yang diperoleh dari analisis statik dengan beban tersebar yang

diberikan beban 150 kg atau 1500 N (g = 10 m/s ² ) dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Von mises stress pada bak

Hasil simulasi menunjukan tegangan minimum yang terjadi pada bak adalah 1,16 x 10 ⁴ N/m ² dan tegangan maksimum yang terjadi adalah 1,34 x 10 ⁶ N/m ² Tegangan yang paling besar terjadi pada bak bagian bawah yaitu pada bagian sisi bawah bak (Gambar 8). Dari hasil simulasi tersebut bak tidak mengalami deformasi karena tegangan yang terjadi lebih kecil dari pada kemampuan bahan untuk menerima tegangan atau aman digunakan untuk menopang beban 150 kg atau 1500 N (g = 10 m/s ²

Poros roda

) dari bobot total TBS kelapa sawit.

Pendefinisian bahan pada proses simulasi poros roda mengacu pada bahan

S58C. Pendefinisian bahan pada poros roda meliputi sifat mekanik seperti young’s

modulus, passion rasio, density, dan yield strength. Data sifat mekanik bahan

disajikan dalam Tabel 7.

Tabel 7. Sifat mekanis material poros roda

Elemen Nilai Satuan

Young’s modulus 2e+011 N/m ²

Passion rasio 0,266

Density 7860 kg/m

yield strength

3

3e+008 N/m ²

Pembebanan yang dilakukan adalah pembebanan statik dengan pembatas tiga dimensi. Hasil yang diperoleh dari analisis statik dengan beban yang diberikan 59,733 kg atau 597,33 N (g = 10 m/s ² ) pada poros depan dan beban 143,562 kg atau 1435,62 N (g = 10 m/s ² ) pada poros belakang dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Von mises stress pada poros roda

Hasil simulasi menunjukan tegangan minimum yang terjadi pada poros

depan adalah 1,06 x 10 ⁶ N/m ² dan tegangan maksimum yang terjadi adalah 2,65 x

10 ⁸ N/m ² , sedangkan tegangan tegangan minimum yang terjadi pada poros

belakang adalah 1,09 x 10 ⁶ N/m ² dan tegangan maksimum yang terjadi adalah

2,42 x 10 ⁸ N/m ² . Dimana tegangan yang paling besar terjadi pada poros ban

bagian ujung (Gambar 8). Dari hasil simulasi tersebut poros ban depan ataupun belakang tidak mengalami deformasi karena tegangan yang terjadi lebih kecil dari pada kemampuan bahan untuk menerima tegangan atau aman digunakan untuk menopang beban 59,73 kg atau 597,33 N (g = 10 m/s ² ) dari 25% beban bak penampung beserta muatannya pada poros depan dan beban 143,562 kg atau 1435,62 N (g = 10 m/s ²

Pijakan operator

) dari 80% total keseluruhan beban alat pengangkut TBS secara mekanis dan beban operator pada poros belakang.

Pendefinisian bahan pada proses simulasi beban pijakan operator mengacu pada bahan S30C. Pendefinisian bahan meliputi sifat mekanik seperti young’s modulus, passion rasio, density, dan yield strength. Data sifat mekanik bahan disajikan dalam Tabel 8.

Tabel 8. Sifat mekanis material pijakan operator

Elemen Nilai Satuan

Young’s modulus 2e+011 N/m ²

Passion rasio 0,266

Density 7860 kg/m

yield strength

3

3e+008 N/m ²

Pembebanan yang dilakukan adalah pembebanan statik dengan pembatas tiga

dimensi. Berat yang diasumsikan adalah berat manusia (operator) sebesar 80 kg

atau 800 N (g = 10m/s ² ). Asumsi yang dilakukan merujuk pada analisis

rancangan. Hasil simulasi pembebanan pada pijakan operator dapat dilihat pada

Gambar 10.