TUGAS MATAKULIAH
RANCANGAN ALAT DAN MESIN
MESIN PEMERAS TEBU
Rahmat Haidy 05021281520094
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tebu merupakan salah satu komoditas pertanian Indonesia yang cukup besar produksinya. Total luas perkebunan tebu di Indonesia pada tahun 2014 mencapai 478.108 hektar sedangkan total produksi tebu pada tahun yang sama mencapai 2.579.173 ton. Produksi tebu didalam negeri mengalami peningkatan dari tahun ketahun dimana pada tahun 2015 jumlah tebu yang di prosuksi sebanyak 2.623.931 ton, sementara total produksi tebu pada tahun 2016 mencapai 2.715.883 ton (Subiyantoro dan Arianto, 2016).
Pengolahan tebu di indonesia biasanya dijadikan gula dan penyedap rasa (monosodium glutamat) namun tebu juga dimanfaatkan masyarakat sebagai bahan baku minuman yaitu es tebu. Es tebu adalah minuman yang di buat dari air perasan tebu langsung dan di beri es batu sebagai penyegar. Usaha es tebu di Indonesia sudah terbilang cukup banyak, dimana kita dapat menjumpai pedagang es tebu di pasar dan di pinggir jalan.
Proses pembuatan es tebu mengharuskan air (nira) tebu di pisahkan dari material lain selain nira tebu dengan cara memeras batang tebu dengan alat atau mesin pemeras. Banyak alat dan mesin pemeras tebu yang berefisiensi besar seperti halnya pada pabrik gula, namun untuk di gunakan membuat es tebu atau produksi produk yang berbahan nira tebu dalam skala rumahan adalah tidak mungkin mengingat mesin pemeras tebu skala pabrik gula rumit dan mahal. Karena itu munculah berbagai alat dan mesin pemeras tebu skala kecil yang menggunakan roller.
Universitas Sriwijaya
1.2. Tujuan dan Manfaat 1.2.1. Tujuan
Tujuan dari penulisan proposal rancangan ini, sebagai berikut:
1. Untuk merancang mesin pemeras tebu yang murah dan mudah di produksi secara masal namun tetap dapat menjaga efesiensi .
1.2.2. Manfaat
Manfaat dari perancangan dalam proposal ini, adalah:
1. Dapat digunakan sebagai pedoman dalam membuat mesin pemeras tebu baik oleh perusahaan maupun masyarakat.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tebu (Saccharum officinarum L.)
Tebu merupakan jenis tanaman monokotil yang dibudidayakan sebagai tanaman penghasil gula. Tanaman tebu diperbanyak secara vegetatif dalam bentuk bagal, namun pada saat ini telah berkembang metode pembibitan mata ruas tunggal, dan mata tunas tunggal (Rokhman et al., 2014). Tebu merupakan sumber pemanis utama di dunia, hampir 70 % sumber bahan pemanis berasal dari tebu sedangkan sisanya berasal dari bit gula (Lubis et al., 20s15). Menurut United States Department of Agriculture (2013), klasifikasi tanaman tebu adalah sebagai berikut:
Spesies : Saccharum officinarum L.
Universitas Sriwijaya
2.2. Nira Tebu
Nira tebu merupakan cairan hasil perasan yang diperoleh dari penggilingan tebu yang memiliki warna coklat kehijauan. Nira tebu selain mengandung gula, juga mengandung zat-zat lainnya (zat non gula). Kandungan gula pada nira tebu berbeda-beda, hal tersebut dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu cara pemeliharaan, jenis tebu, iklim, dan umur tebu, komponen lengkap yang terkandung dalam tebu di tunjukan pada tabel 2.1. Pada proses pembuatan gula Perolehan nira tebu yang mengandung sukrosa, diperoleh dari tebu dengan pemerahan dalam unit penggilingan setelah melalui proses dalam unit pencacah tebu. Proses ini dimaksudkan untuk mempermudah proses ekstraksi berikutnya. Dalam unit penggilingan tebu, nira terperah keluar, yang tersisa adalah ampas (Irawan et al., 2015).
Tabel 2.1. Komposisi Nira Tebu
Nira tebu mengandung senyawa-senyawa kimia baik yang larut maupun yang membentuk koloid. Komposisi senyawa kimia di dalam nira tebu berbeda-beda tergantung jenis tebu, lokasi penanaman dan umur tebu saat dipanen. Nira memiliki sifat yang tidak tahan lama disimpan, setelah 4 jam akan terjadi penurunan pH, hal ini disebabkan terjadinya proses fermentasi oleh khamir (Irawan et al., 2015).
2.3. Mesin Pemeras Tebu
berdasarkan jumlah rollernya, mesin pemeras tebu di bagi menjadi tiga yaitu mesin pemeras tebu mekanik dua roll, mekanik tiga roll, dan mekanik empat roll (Doe et al., 2016).
Untuk menghasilkan perasan tebu yang benar–benar tersisa ampasnya dibutuhkan tekanan yang kuat untuk memeras tebu namun karena bentuk tebu yang berbeda ukuranya jadi dibutuhkan kecepatan motor yang berbeda pula untuk dapat memeras tebu, sehingga dapat menghasilkan perasan tebu yang maksimal. Kecepatan roll pemeras tergantung tebu yang dimasukan kedalam roll pemeras, jika jumlah tebu yang dimasukan kedalam roll pemeras semakin banyak maka kecepatan putar motor akan semakin cepat (Sujito, 2010).
2.3.1. Pemerasan Mekanik Dua Roll
Mekanisme kerja mesin press tipe roll adalah ketika sumber daya berupa motor dihidupkan, maka putaran dari motor akan memutar puli dan belt atau sabuk akan menggerakkan puli transmisi, kemudian akan diteruskan ke Puli yang terhubung dengan salah satu poros rol. Transmisi bertingkat ini dibuat untuk menghasilkan putaran poros rol dengan putaran rendah. Tahap selanjutnya rol yang difungsikan sebagai penekan dapat diturunkan dengan cara diputar hingga menyentuh produ yang akan dilakukan pengerolan atau pengepressan (Murdiyanto dan Redianto, 2015). Kelebihan dua roll pemeras tebu yaitu lebih murah dibandingkan dengan yang meng-gunakan tiga roll, kelemahannya yaitu tidak ada tempat hasil perasan tebu, sedangkan kelebihan memakai tiga roll terdapat sela untuk hasil perasan tebu, namun kele-mahanya lebih mahal dibandingkan yang menggunakan dua roll (Sujito, 2010).
Roll pemeras merupakan salah satu bagian penting pada mesin pemeras tebu selain gear dan motor. Hasil perasan tebu menggunakan roll yang terbuat dari besi lebih baik digunakan dibandingkan dengan perasan tebu menggunakan roll yangterbuat dari kayu. Kelebihan roll yang terbuat dari besi yaitu tekanan untuk memeras tebu lebih kuat dibandingkan roll yang terbuat dari kayu namun jarak antar roll tidak dapat berubah (Sujito, 2010).
Universitas Sriwijaya Roller pemeras tebu haruslah terbuat dari material yang kuat, tahan korosi, dan aman untuk kontak langsung dengan makanan (food grade). Stainless Steel
adalah salah satu material yang tahan korosi dan aman untuk makanan terutama tipe SS 304. Stainless steel merupakan baja paduan yang mengandung sedikitnya 11,5% krom berdasar beratnya. Stainless steel memiliki sifat tidak mudah terkorosi sebagaimana logam baja yang lain. Stainless steel berbeda dari baja biasa dari kandungan kromnya. Baja karbon akan terkorosi ketika diekspos pada udara yang lembab. Besi oksida yang terbentuk bersifat aktif dan akan mempercepat korosi dengan adanya pembentukan oksida besi yang lebih banyak lagi. Stainless steel memiliki persentase jumlah krom yang memadahi sehingga akan membentuk suatu lapisan pasif kromium oksida yang akan mencegah terjadinya korosi lebih lanjut (Sumarji, 2011).
Stainless Steel 304 merupakan jenis baja tahan karat austenitic stainless steel yang memiliki komposisi 0.042%C, 1.19%Mn, 0.034%P, 0.006%S, 0.049%Si, 18.24%Cr, 8.15%Ni, dan sisanya Fe. Beberapa sifat mekanik yang dimiliki baja karbon tipe 304 ini antara lain: kekuatan tarik 646 Mpa, yield strength 270 Mpa, elongation 50%, kekerasan 82 HRB. Stainless steel tipe 304 merupakan jenis baja tahan karat yang serbaguna.dan paling banyak digunakan. Komposisi kimia, kekuatan mekanik, kemampuan las dan ketahanan korosinya sangat baik dengan harga yang relative terjangkau. Stainless steel tipe 304 ini banyak digunakan dalam dunia industri maupun skala kecil. Penggunaannya antara lain untuk: tanki dan kontainer untuk berbagai macam cairan dan padatan, peralatan pertambangan, kimia, makanan, dan industri farmasi (Sumarji, 2011).
2.3.3. Motor AC
8 Universitas Sriwijaya
PELAKSANAAN PERANCANGAN
3.1.Rancangan Struktural 3.1.1. Berat Teoritis
Komponen Material Volume/satuan
per material Massa Jenis Jumlah Berat Total
Jari Jari Besi Behel 0.0000027475
Perhitungan titik berat ini di perlukan beberapa asumsi untuk mempermudah perhitungan. Karena mesin simetris searah dengan sumbu z maka sumbu titik berat pada sumbu z adalah 15,175 arah z. untuk mempermudah hitungan, berat
yang di perhitungan hanyakerangka, roller dan komponenya, serta reducer dan
motor listrik.
A1m1 = (30 x 34.55) x 25.291 kg = 26214,12 kg.cm2
X1=17,275 Y1=65,6
A2m2 = (50,6 x 80,6) x 22,5 kg =91763,1 kg.cm2
X2=40,3 Y2=25,3
A3m3 = (25,3 x 22,35) x 35 kg = 19791 kg.cm2
X3=71,725 Y3=12,65
X0 = . . .
= , . , , , . , , . ,
= 40,43 cm
Universitas Sriwijaya
= , . , , , . , , . ,
= 31,15 cm
Jadi titik berat mesin pemeras tebu ini adalah 40,43 X, 31,5 Y, 15,175 Z.
3.1.3. Perancangan Kebutuhan Daya
Menghitung kebutuhan daya motor listrik sangat perlu dalam perancangan mesin karena mencegah tidak proposionalnya daya yang di berikan pada rangkaian mesin. Langkah awal menghitung kebutuhan daya adalah dengan
menghitung gaya tekan rollerer. Menurut Santoso (), tekanan yang di perlukan
untuk memeras tebu adalah 300 kgf/cm2. Maka:
P1 = 300 kgf/cm2 x , /
/ = 2940 N/ cm
2
Dimana modulus young (E) stainless stell (AISI 304 ) = 190 GPa = 2,75 x
104 psi. Tebu memiliki diameter 2,5 hingga 4 cm. Diasumsikan tebu yang di pakai
pedagang adalah tebu yang kecil dengan ukuran 3 cm (do). jika celah antara kedua roller di atur menjadi 0,5 mm (max df). Maka:
ε = ln ( ) = ln ( , ) = 1,79
Batang tebu meiliki serat kasar yang dapatterlihat dengan kasat mata, arah serat tebu sejajar dengan panjang batang, artinya apabila tebu di press maka perubahan bentuk mengarah horizontal karena serat tebu terurai dengan bentuk penampang persegi dengan 32% dari volume tebu sebelum di peras. Karena rol berbentuk gerigi dengan panjang satu buah gerigi adalah 1 mm maka diasumsikan tebu kontak dengan satu buah gigi atas dan dua buah gigi bawah atau sebaliknya
sehingga lebar kontak roller adalah 3 mm. Maka dapat di ketahui panjang dan
lebar kontak pemerasan untuk satu batang tebu: Ltebusebelum press = Ltebusesudah press
Π r2 = (P x df ) 32% 3,14 x (1,5)2 = (P x 0,5) x 32%
7,065 cm= (P x 0,5)
P= ( ,, ) x 32% = 4,52 cm = 0,0452 m
Putaran roller yang rencanakan adalah 25 rpm sedangkan efisiensi mesin
adalah 95%. Dengan hubungan torsi keceptan sudut maka dapat di ketahui daya
press roller, dengan mencari terlebih dahulu gaya yang bekerja pada tebu oleh
Jadi motor listrik yang digunakan adalah motor listrik dengan daya 1 hp.
3.1.4. Perancangan Transmisi
Rasio untuk pulley yang di rencanakan masing-masing adalah 1 banding 2
Universitas Sriwijaya adalah 21-25 rpm, dengan putaran pada motor listrik 2800 rpm. Transmisi dari motor listrik ke reducer menggunakan sambungan ekspansi sehingga kecepatan
putar input reducer sama dengan motor listrik yaitu 2800 rpm. Sementara pulley
pada output reducer memiliki jari-jari (R2) 5 cm. Reducer yang tersedia di pasaran 1/20, 1/40, dan 1/60. Untuk memperkecil rpm digunakan reducer yang memiliki rasio terbesar yaitu 1/60. N1: kecepatan putar motor listrik, N2: kecepatan putar input reducer, N3: kecepatan putar output reducer, N4: kecepatan putar roller. Untuk mengetahui jari-jari pulley pada roller adalah:
N1=N2= 2800 rpm
θ1 adalah sudut kontak, c adalah jarak anatar poros reducer dan roller yaitu
40 cm, ω adalah angular velocity, e adalah logaritma naperian, β (half of included angle) adalah 18 derajat, f (faktor gesek yang terjadi) diasumsikan 0,3, a adalah panjang bagian lurus belt, L panajang keseluruhan belt, V belt yang digunakan
pada transmisi pulley adalah:
γ = efθ1/sinβ = e0,3 x 2,89rad / sin(18) = 16,53
L = 2a + R3(π-2α) + R4(π+2α)
L = 2x39,68 + 5(π-2x0,125) + 10(π+2x0,125) =
= 79,36 + 14,45 + 33,9 = 127,71 cm = 1277,1 mm
Pemilihan belt berdasarkan katalog SKF V-Belt. Untuk daya 1hp dengan N3
= 46.67rpm, maka ada beberapa pilihan tipe belt diantaranya SPA dan 5V. Dari lebar, tebal belt dan harga, maka dipilih SPA yang memiliki lebar dan tebal yang lebih kecil 5V supaya mereduksi biaya pembuatan namun tetap memenuhi standar.
3.1.5. Perencanaan Bantalan
Perancangan ini menggunaka bantalan gelinding agar mampu menahan beban radial yang besar. Pada perancangan ini bagian bantalan yang berotasi adalah bagian dalam yang artinya faktor rotasinya adalah 1. Perancangan bantalan
digunakan untuk menopang poros roller yang artinya memberikan beban radial
pada bantalan sehingga beban aksial dapat dianggap tidak ada. Bantalan yang digunakan adalah bantalan baris tunggal maka nilai X adalah 0,6 dan nilai Y adalah 0,3. Diaman Fr adalah 5561,36 N atau 567,48 dengan pembebanan tetap karena tidak terjadi perubahan putaran dan tidak bervariasi terhadap waktu serta memiliki putaran yang mulus tanpa tumbukan karena menggunakan tenaga motor listrik. Adapun bantalan yang digunakan adalah bantalan 62/28E dengan nilai C adalah 17,8 kN atau 1816,32 kg. Jika diasumsikan faktor keaandalan bantalan adalah 90%, dan bahan bantalan merupakan baja yang dicairkan secara terbuka maka umur nominal bantalan adalah:
Universitas Sriwijaya
= 106623,88 putaran
Jadi umur bantalan 62/28E adalah 106623,88 putaran atau dengan kata lain dapat digunakan dalam waktu 76,26 jam.
3.1.6. Perencanaan Poros
Pada perancangan ini menggunakan poros berdiameter 4 cm dan berbahan SNC22. untuk itu perlu diketahui apakah poros tersebut layak digunakan jika diasumsikan Sf1 = 6, Sf2 = 2, Cb = 1 dan Kt=1. Sedangkan pembebanan poros akibat pembebanan untuk pengepressan asalah 251,37 N.m namun karena pemebebanan di lakukan pada kedua poros jadi untuk satu poros pembebanan
Jadi terbukti bahwa poros dengan diameter 2,8 cm mampu menahan beban roller dan pembebananya.
3.1.7. Kapasitas Kerja Teoritis
Kapasitas kerja mesin pemeras tebu dapat berupa banyak satuan, bisa berupa liter air nira yang dihasilkan juga bisa berupa jumlah atau panjang tebu yang di peras. Namun karena beda jenis tebu berbeda pula densitas dan kadar niranya, untuk dari itu kapasitas kerja teoritis akan dihitung berdasarkan panjang tebu. Jika diasumsikan 2 batang tebu hanya 1 kali pemerasan, dimana 1 batang tebu setelah di peras melebar menjadi 4,52cm jadi untuk 2 batang tebu memerlukan ruang 9,4 cm tanpa pengulangan . Maka:
Keliling roller = 2 π r
= 2 x 3,14 x 5
= 31,4 cm
Kecepatan press = (2 x 31,4 cm) x 23,3 rpm = 1463,24 cm/menit
= 877,94 m tebu/jam
3.2.Rancangan Fungsional 3.2.1. Jejari Rollerer
Komponen ini berfungsi sebagai penampang radial rollerer stainless steel.
Penyambunganya dengan rollerer adalah dengan cara di las.
3.2.2. Baut dan Mur
Komponen ini berfungsi sebagai pengatur ketinggian rollerer atas. Dan
beberapa baut dan mur lain berfungsi sebagai perekat antara komponen lain kekerangka.
3.2.3. Dudukan Bearing (Pillow Housing)
Komponen ini berfungsi sebagai tempat istalasi bantalan, adapun untuk
dudukan bearing pada roller bagian atas berfungsi sebagai slider untuk mengatur
elevasi rollerer atas.
3.2.4. Bearing
Komponen ini berfungsi sebagai penampang komponen yang berputar, sekaligus sebagai penahan beban radial.
3.2.5. Saringan Nira
Saringan nira berfungsi untuk menyaring air nira perasan supaya tidak bercampur dengan amapas dan serpihan kotoran. Saringan nira terbuat dari stainles steel 304 baik pada jaring dan penampangnya.
3.2.6. Penampang Nira
Penampang nira berfungsi untuk manampung air nira hasil perasan. Komponen ini juga terbuat dari stainles steel 304 baik pada jaring dan penampangnya
Universitas Sriwijaya Penutup adalah komponen berupa plat aluminium setebal 2mm pada bagaian atas depan dan samping mesin. Fungsinya adalah untuk keamanan dan estetika.
3.2.8. Kerangka
Kerangka adalah komponen paling pentik dalam suatu mesin karena berfungsi sebagai penopang semua komponen lain.
3.2.9. Roda
Roda berfungsi untuk mempermudah pemindahan mesin.
3.2.10. Meja
Meja berfungsi sebagai alas untuk melakukan kegiatan pemotongan, peletakan, dan sebagainya.
3.2.11. Motor listrik
Komponen ini berfungsi sebagai sumber tenaga mesin.
3.2.12. Pulley dan V Belt
Pulley dan V belt adalah dua komponen penting dalam transmisi tenaga pada mesin.
3.2.13. Reducer
Reducer berfungsi sebagai komponen penurunan kecepatan putar.
3.2.14. Inlet
Inlet berfungsi sebagai tempat memasukan bahan dalam hal ini tebu.
3.2.15. Poros
Poros berperan penting dalam transmisi daya(tenaga), anatara rollerer
3.2.16. Sekat
Sekat berfungsi melindungi bagian rollerer dari kotoran dan pelumas pada
bantalan dan poros.
3.2.17. Rollerer
Rollerer berfungsi sebagai komponen yang menggilas atau menekan
langsung tebu hingga mengeluarkan nira. Rollerer harus terbuat dari material yang
foodgrade contohnya stainless steel 304.
3.2.18. Besi lintasan
18 Universitas Sriwijaya Doe, H., Djamlu, Y., dan Liputo, B., 2016. Rancang bangun mesin peras tebu sistem mekanik tiga roll menggunakan motor bensin. Jurnal Teknologi Pertanian Gorontalo. Vol. 1. No. 1. Hal. 8-20.
Irawan, S.A., Ginting, S., dan Karo-Karo, T., 2015. Pengaruh perlakuan fisik dan lama penyimpanan terhadap mutu minuman ringan nira tebu. Jurnal Rekayasa Pangan dan Pertanian. Vol. 3. No. 3. Hal. 343-353.
Lubis, M.M.R., Marwani, L., dan Husni, Y., 2015. Respon pertumbuhan tebu (Saccharum officinarum L.) terhadap pengolahan tanah pada dua kondisi drainase. Jurnal Online Agroekoteknologi. Vol. 3.No. 1. Hal. 214-220.
Murdianto, D., dan Redianto, N.T., 2015. Rancangbangun alat roll press untuk mengolah batang tanaman rumput payung (Cyperus Alternifolius) menjadi serat bahan baku komposit. Jurnal Rekayasa Mesin. Vol. 6. No. 2. Hal. 111-118.
Rochman, H., Taryono,. dan Supriyanta., 2014. Jumlah anakan dan rendemen enam klon tebu (Saccharum officinarum L.) asal bibit bagal, mata ruas tunggal, dan mata tunas tunggal. Jurnal Vegetalika. Vol. 3. No.3. Hal. 89-96.
Subiyantoro, E., dan Arianto, Y. 2016., Statistik Perkebunan Indonesia Komoditas Tebu 2014-2016. Direktorat Jendral Perkebunan. Jakarta.
Sujito,. 2010. Mesin pemeras tebu dengan sistem kontrol menggunakan sensor tekanan. Jurnal TEKNO. Vol. 13. No.1. Hal. 64-74.
Sumarji,. 2011. Studi perbandingan ketahanan korosi stainless steel tipe ss 304 dan ss 201 menggunakan metode u-bend test secara siklik dengan variasi suhu dan pH. Jurnal ROTOR. Vol. 4. No.1. Hal. 1-8.
United States Department of Agricultural. 2013. Saccharum officinarum L.
sugarcane. USDA Natural Resource Conservation Service.
https://plants.usda.gov/core/profile?symbol=SAOF.
