ESTIMASI KEBUTUHAN DAYA ALAT POTONG GERGAJI PIRINGAN UNTUK MESIN PEMANEN TEBU

(1)

POLITEKNOSAINS VOL. XI NO. 2 Maret 2013

Daya Pemanen Tebu… 1

ESTIMASI KEBUTUHAN DAYA ALAT POTONG GERGAJI PIRINGAN UNTUK MESIN PEMANEN TEBU

Bambang Sugiyanto¹⁾, Burhan Ibnu Mubtadi²⁾

1)Dosen Politeknik Negeri Medan

2)Dosen Politeknik Pratama Mulia Surakarta

ABSTRACT

Haversting sugarcane machine that suitable for Indonesia Plantation is a machine that is not make the labour lose their job, but it must make the labours to improve their work capacity. Alternative of harversting sugarcane machine solution is a hand tractor with rotary cutting tool with serrate in peripheral and driven by a little power of motor. In designing the harvesting sugarcane mahine with serrate in peripheral as rotary cutting tool, first information must be found is power needed to machine prime mover. The variables most influent to find the sugarcane cutting power are : rotary speed of cutting tool, feeding vilocity, and diameter of cutting tool disc. From analisys and discussion, one of cutting tool disc with 25 cm diameter and 750 rpm (rotary speed) and 5 km/h feeding vilocity is needed 2 HP prime mover power.

Key Word: Harvesting Machine, Disc with serrate, Sugarcane

I. PENDAHULUAN

Pertanian tebu yang hasilnya sebagai bahan dasar dalam proses produksi gula banyak diusahakan oleh petani di Indonesia.

Mekanisasi dalam proses pertanian tebu masih terbatas pada pengolahan tanah saja yaitu menggunakan traktor pengolah tanah, sedangkan proses panen masih dilakukan secara manual, yaitu dengan cara membabat tebu dengan alat potong tradisional yang pada umumnya menggunakan sabit.

Proses panenan tebu secara manual / tradisional membutuhkan tenaga kerja (buruh) yang relatip lebih

banyak dengan kapasitas kerja yang rendah, pekerja harus mengeluarkan tenaga sangat besar yakni harus mengayunkan alat potong (sabit) untuk memotong batang tebu sehingga cepat mengalami kelelahan yang akhirnya kapasitas kerja menjadi rendah.

Untuk kondisi pertanian tebu di Indonesia pemilihan alat mekanis

pemanen tebu harus

mempertimbangkan kondisi pekerja (buruh) perkebunan, jangan sampai kehadiran alat mekanis tersebut meggusur lapangan kerja buruh perkebunan tebu sehingga dampak

(2)

sosialnya menjadi tidak menguntungkan.

Maka perlu dicari alternatip alat mekanis pemanen tebu yang dapat membantu buruh perkebunan tebu untuk meningkatkan kapasitas kerja mereka tanpa harus meggusur atau menghilangkan lapangan kerja mereka.

Salah satu alternatip alat mekanis pemanen tebu yang ditawarkan adalah jenis alat potong piringan rotary portable dengan gerigi gergaji pada sekeliling luar piringannya dan digerakkan oleh motor pembangkit daya sekala kecil yang dapat digendong oleh buruh perkebunan tebu atau digerakkan dengan mesin traktor portable kecil (traktor tangan).

Untuk dapat mendesain / merancang-bangun alat mekanis pemanen tebu jenis gergaji piringan informasi utama yang harus didapat adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan peralatan tersebut. Sedangkan daya penggerak peralatan dapat ditentukan berdasarkan torsi pemutar piringan gergaji saat proses pemotongan bahan tanaman (tebu).

Makalah ini membahas dasar perhitungan (estimasi) kebutuhan daya pada mesin pemanen tebu yang menggunakan alat potong gergaji piringan dengan mempertimbangkan variabel-variabel :

-Kecepatan tangensial (putaran poros);

-Kecepatan pengumpan;

-Diameter gergaji piringan.

II. MESIN PEMANEN TEBU Dalam hal pemotongan tebu pada proses panenan tebu, telah dilakukan kajian-kajian antara lain:

Gupta dkk,(1972) menggunakan peralatan yang terdiri atas sudu (blade) yang digerakkan dengan sebuah lengan pendulum, diayun untuk memotong spisemen dan menyimpulkan bahwa: Energi dan gaya potong minimum terjadi pada sudut tepi (edge angle) 25° , Energi pemotongan meningkat dengan bertambahnya kecepatan pisau dan juga bertambahnya diameter batang.

Juga C.P. Gupta & M.F.

Oudori (1992) pada penelitiannya yang berdujul Design of the revolving knife-type sugarcane basecutter, menyimpulkan bahwa kombinasi nilai-nilai parameter yang optimum untuk mendapatkan daya pemotongan paling menguntungkan adalah pada kecepatan keliling sudu (blade peripheral vilocity) 18,4 m/s atau pada kecepatan putaran 800 rpm. sudut kemiringan 35° dan sudut puncak 27°.

Kecepatan keliling sudu minimum 13,8 m/s atau putaran 600 rpm, jika kecepatan keliling sudu lebih rendah dari itu maka pemotong (cutter) cenderung terhenti. Jika kecepatan keliling sudu lebih besar dari 18,4 m/s maka daya pemotongan akan meningkat.

C.P. Gupta dkk (1996), telah mengembangkan mesin traktor pemanen tebu yang dapat mengangkat

(3)

sendiri batang tebu yang telah dipotong dan mengarahkannya (melemparkannya) ke salah satu sisi dari mesin tersebut. Kapasitas lapang efektip mesin bervariasi antara 0,11 sampai 0,15 ha/jam dengan rata-rata 0,13 ha/jam. Kapasitas pemindahan material tebu yang dipanen bervariasi antara 3,8 sampai 6,5 Mg/jam dengan rata-rata 4,9 Mg/jam. Jika dibandingkan dengan tenaga orang (buruh) yang bekerja secara manual maka mesin ini memiliki kapasitas 104 kali lebih besar. Pemakaian bahan bakar bervariasi dari 1,5 sampai 1,8 liter/jam dengan daya mesin 6 kW (8 HP).

Mesin pemanen tebu yanag akan dihitung pada makalah ini adalah mesin pemanen tebu dengan alat potong gergaji piringan yang diputar oleh daya motor bakar.

Sesuai yang diuraikan pada pendahuluan bahwa mesin pemanen yang diusulkan / ditawarkan tidak boleh menggusur lapangan pekerjaan bagi karyawan perkebunan tebu, maka dari itu mesin pemanen yang cocok adalah mesin pemanen kecil yang

dapat didorong oleh traktor tangan atau mesin dengan sekala lebih kecil yang motornya dapat digendong dan gagang alat potongnya dipegang tangan oleh operator seperti mesin pemotong rumput.

Jika mesin pemanen yang dipilih adalah mesin yang didorong oleh traktor tangan maka gergaji piringan yang dipasang pada traktor dapat lebih dari satu, dipasang secara berjajar, sehingga lebar kerja pemotongan bisa semakin besar dan dapat menambah kapasitas kerja mesin, dengan konskuensi daya yang dibutuhkan untuk pemotongan batang tebu juga bertambah.

III TEORI DASAR

PEMOTONGAN TANAMAN TEBU

Jika batang tebu dipotong satu persatu menggunakan gergaji piringan, besarnya torsi untuk memotong batang tebu dapat dihitung dengan persamaan:

Db 0,2751 0,2058 Vb 0,242 T = 9,8560 x 10^-4 τ R³ ---- Φ ----

R Vt ---(Sugiyanto. B, 2004)

dimana:

T = torsi pemotongan [N-m]

τ = tegangan geser batang tebu [N/m²]

R = jejari gergaji piringan

[m]

Db = diameter batang te [m]

Φ = Kemiringan sudut mata gergaji [radian]

(4)

Vb = Kecepatan pengumpan (majunya gergaji piringan) [m/det]

Vt = Kecepatan tangensial mata gergaji piringan [m/det]

Besarnya tegangan geser batang tebu tidak seragam untuk seluruh penampang, tegangan geser pada kulit tebu relatip lebih besar bila dibandingkan bagian dalamnya.

Tegangan geser tebu τ pada persamaan tersebut di atas sesungguhnya adalah tegangan geser rata-rata penampang batang tebu.

Dari hasil pengujian tegangan geser batang tebu di laboratorium didapatkan tegangan geser sekitar kulit tebu sedalam 5 mm memiliki tegangan geser :

τ kl = 18201904,76 (N/m²) sedangkan bagian didalamnya memiliki tegangan geser τ dl = 2494000,00 (N/m²).

(Sugiyanto.B, 2004), Sehingga untuk menghitung tegangan geser rata-rata batang tebu dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :

Teg geser = (τkl x Ak + τ dl x Ad ) / (A) Dimana :

Teg. Geser = tegangan geser tebu Τkl = tegangan geser kulit Ak = Luasan kulit

sedalam 5 mm τdl = Tegangan geser bagian dalam Ad = Luasan dalam A = Luasan sesuai dengan diameter tebu.

Dimisalkan batang tebu yang akan dipanen memiliki diameter rata-

rata sebesar 3,0 cm, setelah dilakukan perhitungan maka tegangan geser batang tebu rata-rata τ adalah sebesar

= 11220613 [N/m²]

IV. ESTIMASI KEBUTUHAN DAYA MESIN PEMANEN TEBU

Jika gergaji piringan digunakan sebagai alat pemotong pada mesin pemanen tebu yang digerakkan oleh motor bakar yang dilengkapkan pada traktor tangan atau mesin dengan sekala lebih kecil yang motornya dapat digendong oleh buruh perkebunan tebu, berikut ini perhitungan daya motor penggerak yang dibutuhkan.

Dalam percobaan di laboratorium, besarnya torsi dihitung berdasarkan pemotongan tebu perbatang, sedangkan pada prakteknya di lapangan tidaklah demikian karena tanaman tebu pada umumnya tumbuh pada rumpun-rumpun sehingga pengoperasian gergaji piringan sebagai alat potong tidak mungkin memotong satu-satu batang tebu akan tetapi sekali memotong bisa dua sampai tiga batang tebu sekaligus, maka dari itu dalam pembahasan ini diasumsikan dalam waktu bersamaan satu gergaji piringan memotong tiga batang tebu sekaligus.

Asumsi-asumsi lainnya adalah:

Diameter tanaman tebu dianggap sama 3,0 cm;

Diameter piringan 25 cm;

Sudut profile gergaji 90°;

(5)

Putaran poros piringan 750 rpm, atau kecepatan tangensial piringan adalah:

Vt = 2 x 3,14 x 0,125 x (750 /60)

= 9,82 m/det;

Kecepatan pengumpan Vb = 1,4 m/det atau setara dengan kecepatan 5 km/jam.

Pemilihan asumsi diameter piringan dan sudut profile gergaji tersebut didasarkan pada jenis gergaji piringan yang banyak beredar di pasaran.

Jika hanya memotong satu-satu batang tebu maka torsi yang dibutuhkan dapat dihitung dengan :

0,003 ^0,275190 22 ^0,2058 1,4 ^0,242 T = 9,8560x10^–4 x11220613x(0.125)³ --- --- x --- ---

0,125 180 7 9,82 T = 5,3029 N-m

Ini adalah besarnya torsi pemotongan untuk satu gergaji piringan memotong satu batang tebu.

Dengan asumsi sekali memotong tiga

batang tebu yang terpotong secara bersamaan oleh satu gergaji piringan maka Torsi overal

To = 3 x 5,5433 N-m To = 15,9087 N-m

Daya pemotongan yang dibutuhkan: Dp = 2 x 3,14 x To x (N/60) Watt Dp = 2 x 3,14 x 15,9087 x (750/60) Dp = 1248,84 Watt

Apabila efisiensi mekanis (ηm) transmisi daya dari poros motor pembangkit sampai poros gergaji piringan diasumsikan sebesar 0,90 maka daya output motor (Dpo) = Dp / ηm

Dpo = 1248,84 / 0,90 = 1387,60 Watt

Atau Dpo = 1,8609 HP

Untuk keamanan

pengoperasian di lapangan, mengantisipasi adanya kejutan-kejutan putaran dan hentakan-hentakan lain yang mungkin terjadi secara tiba-tiba, maka ditentukan motor penggerak yang digunakan pada mesin pemanen tebu harus memiliki Daya output

sebesar 2 HP pada putaran 750 rpm untuk memutarkan satu gergaji piringan.

V. KESIMPULAN

Untuk meningkatkan kapasitas kerja karyawan/buruh perkebunan tebu, maka sangat dibutuhkan mesin/alat mekanis pemanen tebu.

Mesin pemanen traktor tangan yang dilengkapi alat potong gergaji piringan merupakan satu alternatip yang layak dipertimbangkan untuk dibuat dan dikembangkan, mengingat kehadirannya dapat meringankan beban kerja, meningkatkan kapasitas kerja karyawan serta daya motor yang

(6)

dibutuhkan relatip kecil sehingga besarnya biaya operasi alat tersebut relatip ringan/hemat.

VI. DAFTAR PUSTAKA

Ajit K. Srivastava, Carrol E. Goering, Roger P. Rohrbach, 1993.

Enginering Prinsiples of Agricultural Machines . ASAE Michigan USA.

C.P. Gupta, M. F. Oduori, 1992.

Design of The Revolving Knife-Type Sugarcane Basecutter . Transaction of the ASAE, 36(6), 1747 – 1752.

C.P. Gupta, L.Lwin, T.Kiatiwat,1996.

Development of A Self Propelled Single Axle Sugarcane Harvester . Applied Engineering in Agriculture, 12(4), 427 – 434.

Sugiyanto Bambang, 2004, Kajian Torsi Gergaji Piringan Pada Mesin Pemanen, Agrosains Volume 17 (1), Berkala Penelitian Pasca Sarjana UGM, Yogyakarta.