RANCANG BANGUN
MESIN PENGERING JAHE MERAH SISTEM KONVEYOR
KAPASITAS 35 KG/PROSES
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3
KONSENTRASI PERAWATAN DAN PERBAIKAN PROGRAM STUDI TEKNIK MEKANIK
Oleh :
ARBOTOMO M. RAFAEL MARBUN NIM: 1105011012
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
v INTISARI
Rancang Bangun Mesin Pengering Jahe Merah Sistem Konveyor Kapasitas 35 Kg/ Proses
Pengolahan hasil pertanian memerlukan penanganan yang baik agar dapat dijaga mutunya. Salah satu hasil pertanian yang rentan terhadap kerusakan fisiologi adalah jahe. Kerusakan pada jahe disebabkan oleh kandungan air yang tinggi yaitu sekitar 85 %, padahal untuk dapat menembus pasaran maka harus memenuhi persyaratan diantaranya kadar air jahe harus sekitar 10 – 15 %. Satu-satunya jalan untuk mendapatkan jahe kering yang berkualitas adalah melalui proses pengeringan. Pengeringan dapat dilakukan secara alami dan buatan (semi mekanik). Proses pengeringan secara alami yang diperlukan untuk mengawetkan jahe merah mempunyai beberapa kekurangan, yaitu waktu yang lama, membutuhkan area yang luas, dan kurang higienis.
Untuk mengatasi masalah ini, maka penulis merancang dan membuat mesin pengering jahe merah dengan sistem konveyor. Mesin pengering ini dapat menurunkan kadar air jahe dari sekitar 45 % menjadi 15 %. Mesin ini menggunakan motor ½ Hp dan suhu maksimal yang dihasilkan 1000 C. Dalam proses pengeringan ini, udara panas dihasilkan oleh finned heater yang dihembuskan oleh blower (kipas) berlawanan dengan arah gerak jahe, kemudian keluarannya adalah jahe merah yang telah kering.
Dari percobaan yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa mesin secara keseluruhan dapat bekerja dengan efektif karena mesin tersebut dapat mencapai kapasitas dan kadar air yang penulis inginkan.
vi ABSTRACT
Design of Red Ginger Drying Machine Conveyor System with Capacity 35 Kg/ Process
Agricultural processing requires good handling so that the quality can be kept. One of the agricultural products that are susceptible to physiology damage is ginger. The damage of ginger is caused by the high water content around 85%, whereas in order to penetrate the market it must meet requirements including it’s water content should be about 10-15%. The only way to get a qualified dry ginger is through the drying process. Drying can be done naturally and artificial (mechanical spring). Naturally drying process required to preserve red ginger has some shortcomings, namely a long time, requires a large area, and less hygienic.
To overcome this problem, the authors designed and made of red ginger drying machine with conveyor systems. This dryer can reduce the water content from 45% to 15%. This machine uses a ½ Hp motor and a maximum temperature of 1000 C produced. In the drying process, the hot air generated by finned heater air that exhaled by the blower (fan) opposite to the movement of ginger, then the output is dried red ginger.
From the experiments were carried out, it can be concluded that the overall machine can work effectively as the machine can achieve the capacity and water content that authors wanted.
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmad dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Laporan Tugas Akhir ini yang berjudul “RANCANG BANGUN MESIN
PENGERING JAHE MERAH SISTEM KONVEYOR KAPASITAS 35 KG/ PROSES” ini disusun untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma 3, Jurusan
Teknik Mesin Program Studi Teknik Mekanik Politeknik Negeri Medan.
Dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun secara tidak langsung, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. M. Syahruddin, S.T., M.T., sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T., M.T., sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Medan;
3. Joni Indra, S.T., M.T., sebagai Kepala Program Studi Teknik Mekanik Politeknik Negeri Medan;
4. Melvin E. Simanjuntak, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini;
5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 6. Staf Administrasi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan;
7. Kedua orangtua penulis M. Marbun dan T. br Tampubolon yang selalu menjadi motivasi dan memberi dukungan baik moril doa dan materi; 8. Rekan-rekan satu team yang tergabung dalam tim tugas akhir yakni :
Chanro, Maripul, Harun, dan Shakti;
9. Teman-teman di Jurusan Teknik Mesin angkatan 2011 Politeknik Negeri Medan.
Penulis menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan ketidak sempurnaan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan
viii kritikan dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak agar menjadi masukan untuk kebaikan dikemudian hari.
Akhir kata, semoga laporan tugas akhir ini dapat memberi manfaat bagi kita semua.
Medan, 25 Agustus 2014 Penulis,
Arbotomo M. Rafael Marbun NIM : 1105011012
ix
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN` ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
INTISARI ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL... xvi
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A.Latar Belakang ... 1
B.Rumusan Masalah ... 2
C.Tujuan ... 2
D.Manfaat ... 3
E. Teknik Pengumpulan Data ... 3
BAB II LANDASAN TEORI ... 4
A. Sejarah Tanaman Jahe Merah ... 4
1. Kadar Air Jahe Merah ... 6
2. Kegunaan Tanaman Jahe Merah ... 6
3. Pengolahan Jahe... 6
4. Standart Mutu Jahe ... 7
B. Pengeringan ... 8
x
2. Pengeringan dengan Pengering Buatan ... 10
C. Proses Pengeringan ... 10
D. Laju Pengeringan ... 14
1. Periode Laju Konstan (Constant Rate Periode) ... 15
2. Periode Laju Menurun (Falling Rate Periode)... 15
E. Perhitungan Performansi Teknis Pengeringan... 16
1. Kadar Air ... 16
2. Kebutuhan Energi Pengeringan ... 19
a. Energi untuk mengeringkan jahe merah (Qjahe) ... 19
b. Energi untuk menguapkan air jahe merah (Qair) ... 19
c. Energi yang hilang dari dinding penutup ruang pengering (Qdinding) ... 19
d. Total energi yang dibutuhkan untuk mengeringkan jahe per siklus (QTotal) ... 20
3. Laju Pengeringan ... 20
4. Efisiensi Sistem ... 21
F. Perhitungan Performansi Teknis Elemen Mesin ... 21
1. Perhitungan Kecepatan Konveyor ... 21
2. Perhitungan Putaran Poros Idler Konveyor ... 22
3. Perhitungan Rasio pada Gear Box ... 22
4. Perhitungan Kapasitas Angkut Belt Konveyor ... 22
5. Perhitungan Daya Motor... 23
a. Perhitungan daya untuk menggerakkan belt konveyor ... 23
b. Daya rencana motor ... 23
6. Perhitungan Tegangan pada Belt Konveyor ... 23
a. Perhitungan Tegangan Sisi Kencang dan Tegangan Sisi Kendur... 23
b. Perhitungan Tegangan Maksimal ... 24
7. Perhitungan Diameter Poros Idler Konveyor ... 24
xi
a. Perhitungan Beban Ekuivalen ... 25
b. Perhitungan Umur Nominal ... 26
BAB III PEMBAHASAN ... 27
A. Desain Konstruksi Mesin ... 27
B. Komponen Utama Mesin ... 27
1. Rangka Mesin ... 27
2. Belt Konveyor ... 28
3. Motor Listrik ... 29
4. Roller (Pully Idler) ... 29
5. Poros Pully Idler ... 30
6. Bantalan ... 30
7. Frame Penutup ... 30
8. Kopling ... 31
9. Gear Box (Speed Reducer) ... 31
10.Sensor Suhu ... 32
11.Finned Heater... 32
C. Prinsip Kerja Mesin ... 33
D. Prosedur Pengolahan Data ... 33
1. Perhitungan Teknis Proses Pengeringan ... 33
a. Perhitungan Kadar Air ... 33
1) Massa air mula- mula ... 33
2) Massa air yang diuapkan ... 34
3) Massa jahe kering ... 34
4) Massa air akhir ... 34
5) Kadar air akhir ... 34
b. Kebutuhan Energi Pengeringan ... 34
1) Total Energi Pengeringan ... 34
2) Energi pengeringan jahe ... 35
xii 4) Energi yang Hilang dari Dinding Penutup
Ruang Pengering ... 35
5) Total Energi yang Dibutuhkan Untuk Mengeringkan Jahe Per Siklus... 38
c. Laju Pengeringan ... 38
d. Efisiensi sistem ... 38
2. Perhitungan Teknis Elemen –Elemen Mesin ... 40
a. Menghitung Kecepatan Belt Konveyor ... 40
b. Menghitung Putaran Poros ... 40
c. Perhitungan Rasio Gear Box ... 41
d. Menghitung Kapasitas Angkut Belt Konveyor... 41
e. Menghitung Daya Motor ... 42
1) Daya untuk menggerakkan belt ... 42
2) Daya untuk menggerakkan poros ... 42
a) Menghitung massa poros idler ... 42
b) Menghitung massa roller (pully idler) ... 43
c) Menghitung massa penutup lubang roller... 43
d) Menghitung massa total roller konveyor ... 44
3) Daya rencana motor ... 44
f. Tegangan Pada Belt Konveyor ... 45
1) Tegangan Sisi Kencang dan Tegangan Sisi Kendur ... 45
2) Tegangan Maksimal... 46
g. Perhitungan Diameter Poros Idler Konveyor ... 46
1) Beban poros dari belt konveyor ... 46
2) Beban dari roller (pully idler) ... 47
3) Beban poros dari penutup roller (pully idler) ... 47
4) Diameter poros berdasarkan momen bengkok ... 48
xiii
h. Bantalan ... 50
1) Perhitungan beban bantalan ... 50
2) Perhitungan umur bantalan ... 50
BAB IV ANALISA BIAYA ... 52
A. Daftar Biaya ... 53
1. Biaya Material ... 53
2. Biaya Alat ... 55
3. Biaya Jasa ... 54
4. Biaya Listrik ... 54
5. Biaya Pengerjaan Mikrokontroller ... 55
6. Total Biaya Pembuatan Mesin ... 55
7. Harga Jual Mesin ... 55
B. Analisa Titik Impas (Break Event Point)... 56
BAB V PERAWATAN DAN PERBAIKAN ... 59
A. Perawatan dan Perbaikan ... 59
1. Preventive Maintenance... 59
2. Predictive Maintenance ... 59
B. Perawatan dan Perbaikan Komponen Utama Mesin ... 60
1. Perawatan pada Bantalan ... 60
2. Perawatan pada Poros ... 60
3. Perawatan pada Belt Konveyor ... 60
4. Perawatan pada Kopling Flens ... 60
5. Perawatan pada Gear Box ... 61
xiv
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ... 62
A. Simpulan ... 62 B. Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Rimpang Jahe Merah ... 5
Gambar 2. Pengeringan di bawah sinar matahari langsung ... 9
Gambar 3. Proses Pengeringan pada Diagram Psikometrik... 11
Gambar 4. Kurva laju pengeringan ... 14
Gambar 5. Desain Konstruksi Mesin Pengering Jahe Merah Sistem Konveyor ... 27
Gambar 6. Rangka Mesin ... 28
Gambar 7. Belt Konveyor ... 28
Gambar 8. Motor Listrik ... 29
Gambar 9. Roller (Pully Idler) ... 29
Gambar 10. Poros Pully Idler ... 30
Gambar 11. Bantalan Gelinding 6206 ... 30
Gambar 12. Frame Penutup... 31
Gambar 13. Kopling Flens ... 31
Gambar 14. Gear Box ... 32
Gambar 15. Finned Heater ... 32
Gambar 16. Grafik Psikrometrik untuk proses pemanasan dan penguapan adiabatic ... 39
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Komposisi kimia dan zat gizi jahe merah setiap 100 gram... 7
Tabel 2. Persyaratan Khusus Jahe ... 8
Tabel 3. Data Laboratorium Hasil Percobaan ... 53
Tabel 4. Biaya Material ... 54
Tabel 5. Biaya Alat ... 55
Tabel 6. Biaya Jasa ... 56
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Faktor-faktor Koreksi Daya yang Akan ditransmisikan (fc) Lampiran 2. Ukuran Pasak
Lampiran 3. Faktor – faktor V, X, Y, dan X0 dan Y0 Bantalan Lampiran 4. Tabel bantalan Gelinding
Lampiran 5. Konduktivitas Termal Berbagai bahan Lampiran 6. Kalor Jenis Bahan
Lampiran 7. Berat Belt Standart, W1 Lampiran 8. Faktor Konversi
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Jahe menempati posisi yang sangat penting dalam perekonomian masyarakat Indonesia, karena peranannya dalam berbagai aspek kegunaan. Jahe termasuk komoditas yang sudah ada sejak ribuan tahun digunakan sebagai bagian dari ramuan rempah-rempah yang diperdagangkan secara luas di dunia. Walaupun tidak terlalu mencolok, penggunaan komoditas jahe berkembang dari waktu ke waktu, baik jumlah, jenis, kegunaan maupun nilai ekonominya.
Jahe merah memiliki karakteristik ukuran rimpang yang kecil, berwarna merah jingga, berserat kasar, beraroma serta berasa tajam (pedas). Dipanen setelah tua dan memiliki minyak atsiri yang sama dengan jahe kecil sehingga jahe merah pada umumnya dimanfaatkan sebagai bahan baku obat-obatan.
Jahe merah dapat diolah dalam berbagai bentuk produk olahan, salah satunya adalah jahe kering. Produk jahe kering ini sangat populer di pasaran karena jahe kering sifatnya awet dan tidak cepat busuk walaupun disimpan dalam waktu yang lama.
Alasan yang mendukung proses pengeringan dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme adalah untuk mempertahankan mutu produk terhadap perubahan fisik dan kimiawi yang ditentukan oleh perubahan kadar air, mengurangi biaya penyimpanan, pengemasan dan transportasi, untuk mempersiapkan produk kering yang akan dilakukan pada tahap berikutnya, menghilangkan kadar air yang ditambahkan akibat selama proses sebelumnya, memperpanjang umur simpan dan memperbaiki kegagalan produk.
Proses pengeringan yang dilakukan oleh petani selama ini masih sederhana yaitu dengan metode penjemuran langsung dibawah sinar matahari. Metode ini kurang efektif karena akan membutuhkan waktu pengeringan yang relatif lama yaitu 5 – 8 hari, proses pengeringan tergantung cuaca, membutuhkan area yang luas, mudah terkontaminasi, serta suhu dan kelembaban udara tidak dapat
2 dikontrol. Mempertimbangkan kekurangefektifan metode tersebut, maka perlu dicari metode yang dapat menggantikan, namun masih memiliki fungsi sama yaitu sebagai pengering yang dapat menurunan kandungan air dalam jahe merah menjadi sekitar 15 %.
Menyikapi masalah tersebut, penulis mencoba merancang mesin pengering jahe merah dengan kondisi temperatur udara maksimum 70 0C dan kecepatan udara maksimum 2 m/s, sehingga diharapkan proses pengeringan dapat berlangsung lebih cepat dengan keseragaman kandungan air di semua bagian jahe lebih merata.
B. Rumusan Masalah
Dalam hal perencanaan mesin pengering jahe merah ini penulis membatasi ruang lingkup pembahasan dan disesuaikan dengan permasalahan yang timbul secara garis besar, antara lain:
1. Bagaimana prinsip kerja dan komponen-komponen utama mesin pengering jahe ?
2. Bagaimana menghitung performansi teknis yang menunjang mesin pengering ?
3. Bagaimana proses pembuatan dan menghitung biaya untuk membuat mesin pengering jahe ?
4. Bagaimana cara pengoperasian dan perawatan mesin pengering jahe ?
C. Tujuan
1. Untuk mempercepat proses pengeringan jahe dan memperoleh hasil yang lebih baik dibandingkan metode pengeringan alami;
2. Untuk merancang mesin pengering jahe yang nantinya dapat digunakan masyarakat, khususnya para petani dan pengusaha jahe;
3 3. Untuk mengetahui prinsip kerja dan komponen-komponen utama mesin
pengering jahe;
4. Untuk mengetahui cara mengoperasikan dan merawat mesin pengering jahe.
D. Manfaat
Hasil kegiatan rancang bangun ini diharapkan dapat bermanfaat bagi :
1. Pelaku industri pangan untuk memanfaatkan peluang usaha dengan efisien dan higienis serta mengembangkan jahe merah sebagai produk olahan yang bersaing;
2. Mahasiswa politeknik yang akan menyusun tugas akhir dengan judul yang hampir sama untuk dijadikan bahan perbandingan;
3. Semua orang yang membaca Tugas Akhir ini dapat untuk menambah wawasan tentang rancang bangun mesin pengering jahe.
E. Teknik Pengumpulan Data
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini dibutuhkan data yang benar dan akurat, agar kelayakan laporan tugas akhir ini dapat dipertanggungjawabkan.
Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan penulis dalam menyusun tugas akhir adalah :
1. Melakukan diskusi dengan dosen yang pembimbing maupun pihak-pihak yang dapat membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini yang memahami dan mengerti tentang perancangan alat tersebut;
2. Melakukan studi literatur dengan mencari buku – buku yang ada di perpustakaan kampus Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain dari luar yang berkaitan dengan perancangan mesin tersebut;
3. Melakukan diskusi dengan teman sekelompok; 4. Pengambilan data melalui internet.
