1
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Industri peternakan merupakan industri yang bergerak di bidang pengembangbiakkan dan pembudidayaan hewan ternak dengan tujuan untuk mendapatkan manfaat dan hasil dari kegiatan tersebut. Salah satu pekerjaan dalam industri peternakan adalah produksi pakan ternak. Pada proses produksi bahan baku pakan ternak, penggilingan merupakan aktifitas utama dimana pada aktifitas ini bahan baku mengalami pengecilan ukuran atau proses penggilingan. Salah satu alat yang paling umum digunakan dalam proses penggilingan bahan baku pakan ternak adalah mesin hammer mill. Hammer mill merupakan alat yang digunakan untuk keperluan industri, penelitian, pertanian dan perumahan dengan tujuan melakukan proses pengecilan ukuran bahan seperti biji-bijian, pakan ternak, pupuk, kayu, dan lain-lain. Bahan yang dijatuhkan kedalam hammer mill akan dihancurkan oleh hammer dan akan melewati celah antara hammer dan “mendarat” di sebuah screen. Bahan dengan ukuran yang lebih kecil dari celah screen dapat keluar dari hammer mill dan menjadi produk sedangkan bahan yang lebih besar akan terbawa lagi oleh hammer sehingga terjadi lagi proses penghancuran lebih lanjut.. Gambar I.1 memperlihatkan schematic drawing dari hammermill secara umum.
2
Berdasarkan pernyatan tersebut dapat dikatakan bahwa pengecilan ukuran bahan pada mesin hammer mill terjadi karena adanya tumbukan yang terus menerus antara bahan yang dimasukkan dengan hammer yang berputar pada sebuah rotor dengan kecepatan tinggi. Pada studi di lapangan yang sudah dilakukan, permasalah yang ditemukan dalam rangka penggunaan mesin hammer mill untuk produksi pakan ternak adalah kualitas dari produk yang dihasilkan berukuran cukup besar dan masih diperlukan suatu kegiatan pengembangan agar produk hasil penggilingan menjadi lebih halus sehingga mampu meningkatkan kualitas produk perusahaan. Terdapat beberapa macam produk pakan ternak yang diproduksi di lapangan yang merupakan salah satu perusahaan yang bergerak di produksi pakan ternak, pakan ternak yang diproduksi adalah dari ampas kecap giling, dedak padi giling, onggok giling, kulit kopi giling, bungkil sawit giling, sekam dan mako. Berdasarkan data terakhir yang didapatkan di lapangan, produk pakan ternak dari kulit kopi memiliki jumlah produksi paling tinggi dibandingkan dengan pakan ternak dari bahan lainnya. Hal ini dapat dilihat pada Gambar I.2 berikut.
Gambar I.2 Persentase Produksi Pakan Ternak (Sumber: PT. XYZ, 2016)
Berdasarkan Gambar I.2, jumlah produksi tertinggi adalah pada produksi pakan ternak dari kulit kopi dengan persentase sebesar 37%. Tingginya jumlah produksi ini seiring dengan tingginya permintaan pakan ternak dari kulit kopi pada PT.XYZ.
28% 37% 13% 5% 2%4% 11%
Persentase Produksi Pakan Ternak PT. XYZ
Bungkil Sawit Kulit Kopi Ampas Kecap Dedak Padi
3
Menurut Doerksen (1993), terdapat beberapa hal yang harus dipertimbangkan untuk proses penggilingan yang efisien pada hammer mill yaitu sifat kerapuhan bahan yang akan digiling, kecepatan putaran rotor, metoda pemberian makan (feeding) bahan ke penggiling, kadar air (moisture content) dari bahan yang digiling, serta instalasi dan maintenance mesin desain saringan, serta desain hammer. Hammer merupakan bagian utama dalam kerja penggilingan. Ukuran, jumlah, desain, dan susunan hammer sangat penting untuk mendapatkan ukuran partikel yang diinginkan. Penempatan dan desain hammer ditentukan berdasarkan parameter operasi seperti kecepatan putaran rotor, tenaga motor, serta area terbuka di saringan (Hoque, Sokhansanj, Naimi, Bi, & Lim, 2007). Desain dan penempatan palu yang optimal memberikan kontak maksimal dengan bahan pakan. Jumlah hammer, kecepatan putar rotor, tipe dan jumlah dari bahan pakan, serta area saringan yang tersedia harus dipertimbangkan untuk mendapatkan konfigurasi yang sesuai (Hoque et al., 2007).
Untuk meningkatkan kapasitas penggilingan suatu bahan pakan diperlukan rancangan konfigurasi dari komponen yang bekerja pada hammer mill dimana pada studi ini, komponen yang dijadikan sebagai objek rancangan adalah hammer. Perlu dilakukan kajian suatu kinerja mesin hammer mill terhadap perubahan desain hammer dalam melakukan penggilingan bahan-bahan granular yang dilakukan melalui pendekatan simulasi. Rancangan hammer terdahulu yang didapatkan melalui pengamatan di lapangan digambarkan pada Gambar I.3 berikut:
Gambar I.3 Rancangan Hammer Terdahulu
Gambar I.3 merupakan rancangan hammer terdahulu yang dipasangkan pada hammer mill yang didapatkan melalui pengamatan di lapangan dalam melakukan penggilingan kulit kopi. Pengembangan rancangan hammer dilakukan untuk dapat meningkatkan kehalusan penggilingan kulit kopi dibandingkan dengan penggilingan menggunakan rancangan hammer terdahulu.
4
Menurut Steinbach dan Raymond (2000), dalam rangka evaluasi penggunaan hammer yang akan dipasangkan pada hammer mill terdapat empat faktor yang harus dipertimbangkan yaitu kekuatan, kapasitas, run time, dan jumlah gaya yang disampaikan. Semakin besar gaya yang dapat disampaikan oleh hammer semakin meningkat pula tumbukan atau pemecahan bahan yang digiling. Semua faktor yang dipertimbangkan tersebut memiliki keterkaitan, seperti untuk meningkatkan jumlah gaya yang disampaikan, bobot palu akan meningkat sehingga kapasitas mesin akan turun karena keterbatasan tenaga mesin. Steinbach dan Raymond (2000) telah melakukan penelitian dan pembaharuan dalam pengembangan desain hammer pada hammer mill untuk optimalisasi 4 faktor diatas. Elemen hammer yang dikembangkan adalah pada bagian ujung hammer. Pengembangan tersebut berupa menambah ketebalan, menerapkan pengelasan, dan membelah ujung hammer menjadi 2 bagian sehingga ,mata pisau menjadi dua .
Discrete element method (DEM) mengacu kepada suatu teknik komputasi yang memungkinkan simulasi dan analisis tentang bagaimana suatu bahan yang berupa butiran dalam jumlah banyak akan berinteraksi dengan peralatan dalam berbagai kondisi operasi dan proses. Discrete element method menjadi alat yang berguna untuk memodelkan proses tumbukan, memberikan informasi yang berguna mengenai pemanfaatan energi, dan prediksi distribusi ukuran produk. Metoda ini telah diterapkan dalam suatu studi dari G.W. Delaney pada tahun 2015 yang berhasil melakukan prediksi dari aliran dan distribusi ukuran suatu material dalam sistem penghancuran partikel pada alat cone crusher.
Simulasi discrete element method perlu dirancang berdasarkan pada faktor-faktor yang terdapat pada perancangan hammer sehingga dibutuhkan suatu pendekatan sistematik dalam rangka mengidentifikasi pengaruh dari faktor-faktor rancangan hammer. Design of Experiment mengacu kepada metoda yang memodelkan efek dari satu atau lebih faktor proses terhadap keluaran yang dipilih (Dixon, Eatock, Meenan, & Morgan, 2006). Metode DOE meliputi percobaan-percobaan yang dilakukan untuk mengidentifikasi pengaruh faktor yang relevan yang memberikan efek pada output yang dihasilkan. Penerapan design of experiment pada simulasi discrete element method telah diterapkan pada studi yang dilakukan oleh Simon Grunditz pada tahun 2015 yang menerapkan simulasi discrete element method
5
untuk menginvestigasi pengaruh dari kecepatan rotor dan geometri rotor terhadap sistem penghancuran partikel pada alat vertical shaft impact dengan menggunakan DOE untuk memastikan pengumpulan data dari eksperimen dan memberikan kesimpulan yang benar karena batasan minimalisasi biaya dan upaya penggunaan percobaan yang efektif.
Pada mesin hammer mill proses pengecilan ukuran bahan terjadi karena adanya tumbukan antara bahan dengan hammer yang berputar yang menyebabkan terjadinya perpecahan pada masing-masing butiran/partikel individual. Dengan menggunakan discrete element modelling, peristiwa tumbukan pada masing-masing partikel dapat ditentukan melalui distribusi frekuensi energi yang hilang. Spektrum energi tumbukan ini memberikan pemahaman berbagai kontribusi terhadap kehilangan energi secara keseluruhan di dalam mesin giling (Cleary and Morrison, 2004). Percobaan discrete element modelling telah dilakukan untuk mengetahui nilai energy loss pada penggilingan menggunakan hammer terdahulu. Dengan mengikuti aturan pada pemodelan discrete element, rata-rata nilai energy loss pada partikel kulit kopi yang dihasilkan menggunakan hammer terdahulu adalah sebesar 60.3 J. Distribusi energy loss menggunakan hammer terdahulu dapat dilihat pada Gambar I.4 berikut:
Gambar I.4 Distribusy Energy Loss (J) Menggunakan Hammer Terdahulu
Gambar I.4 memperlihatkan distribusi energy loss yang yang terjadi pada penggilingan kulit kopi di dalam hammer mill dengan menggunakan hammer terdahulu. Dengan melakukan percobaan simulasi penggilingan menggunakan
0,00 50,00 100,00 150,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 E n er g y L o ss ( J) Time (S) Hammer Terdahulu
6
beberapa rancangan hammer yang dikembangkan, hasil energy loss yang dihasilkan akan berbeda dibandingkan dengan rancangan hammer terdahulu. Sehingga pada studi ini penggilingan bahan menggunakan hammer mill dimodelkan dan disimulasikan menggunakan discrete element method untuk mengetahui pengaruh perubahan rancangan hammer terhadap hasil penggilingan. Sistematika eksperimen simulasi dilakukan berdasarkan tahapan pada design of experiment untuk dapat mengumpulkan data dari eksperimen berdasarkan faktor-faktor yang ada hingga dapat ditarik kesimpulan dari nilai yang dihasilkan melalui simulasi sehingga mendapatkan perubahan desain pada hammer terdahulu yang membantu menjawab kebutuhan penggilingan bahan di hammer mill yang digunakan.
I.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana rancangan hammer pada hammer mill berdasarkan faktor yang ditentukan agar dapat meningkatkan kehalusan penggilingan bahan pakan? I.3 Tujuan Penelitian
1. Menentukan rancangan hammer pada hammer mill berdasarkan faktor yang ditentukan agar dapat meningkatkan kehalusan penggilingan bahan pakan. I.4 Batasan Masalah
Studi ini memiliki batasan masalah agar lebih terfokus dalam mencapai tujuan. Batasan-batasan masalah dari studi ini adalah sebagai berikut:
1. Pendekatan simulasi yang dilakukan tidak dibandingkan dengan eksperimen nyata di lapangan.
2. Simulasi pada studi ini tidak memodelkan terjadinya perpecahan produk saat proses penggilingan.
3. Kemampuan simulasi sesuai dengan kapasitas software EDEM versi 2.7 tanpa iterasi full scale serta perangkat keras yang digunakan dalam melakukan simulasi dengan spesifikasi CPU processor Intel Core i3 dengan RAM 6Gb dan VGA Card 2GB.
7 I.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapatkan dari studi ini adalah sebagai berikut:
1. Sebagai dasar untuk penelitian lebih lanjut pada tahap perancangan desain hammer atau pemilihan proses parameter dalam proses pengecilan ukuran menggunakan hammer mill.
2. Dalam industri kedepannya dapat diaplikasikan untuk menentukan rancangan hammer pada hammer mill yang digunakan untuk penggilingan pakan.
I.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dari penelitian terdiri dari enam bab, yaitu bab pendahuluan, bab landasan teori, bab metode penelitian, bab pengumpulan dan pengolahan data, bab hasil eksperimen dan analisis, serta bab kesimpulan dan saran. Penjelasan dari enam bab tersebut dijelaskan sebagai berikut:
Bab I Pendahuluan
Bab ini membahas latar belakang dari perancangan hammer. Setelah itu didapatkan perumusan masalah yang mengantarkan pada penetapan tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.
Bab II Landasan Teori
Bab ini berisi penjelasan tentang metode pendekatan yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan yang sudah didefinisikan pada bab pendahuluan. Teori yang dibutuhkan membahas tentangi model simulasi,discrete element method, design of experiment, sistem penggilingan bahan melalui software serta analisis statistika terhadap hasil dari rancangan simulasi eksperimen. Bab III Metode Penelitian
Bab ini membahas tentang model konseptual yang dikembangkan dalam penelitian. Selanjutnya dari model konseptual tersebut dikembangkan sistematika pemecahan masalah yang menjabarkan tahapan perancangan yang dilakukan.
8
Bab IV Pengumpulan dan Pengolahan Data
Bab ini membahas data-data keperluan studi beserta pengolahannya. Bab ini juga membahas design of experiment dalam menentukan kombinasi faktor dan level dalam melakukan simulasi eksperimen serta sistematika jalannya simulasi eksperimen penggilingan pada discrete element method.
Bab V Hasil Eksperimen dan Analisis
Bab ini akan menampilkan hasil simulasi eksperimen dari setiap faktor dan kombinasi faktor yang dijalankan. Hasil eksperimen akan dianalisis menggunakan analisis statistika. Berdasarkan hasil analisis akan dihasilkan respon terbaik dari masing-masing faktor kombinasi antar faktor.
Bab VI Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan yang menjawab rumusan masalah berdasarkan hasil dan analisis pengolahan data. Selain itu terdapat saran yang berisi masukan untuk peneliti selanjutnya yang ingin meneruskan dan mengembangkan penelitian ini ke tahap selanjutnya.
