22
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Simulasi Putaran Pisau
Simulasi dilakukan untuk menduga bentuk putaran yang akan terjadi pada saat melakukan pengujian. Di samping itu dari hasil simulasi ini dapat diketahui pitch yang terjadi pada proses pemotongan. Masukan untuk pembuatan simulasi ini menggunakan Persamaan 3 dan Persamaan 5. Berdasarkan hasil simulasi yang diperoleh dengan menggunakan Software MS Office Excel pada kecepatan putar pisau 500 rpm, jumlah pisau 8, dan kecepatan maju 0.5 m/s, nilai pitch yang diperoleh sebesar 0.0075 m atau 7.5 mm. Hasil simulasi dapat dilihat pada Gambar 21.
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dibuat, nilai pitch yang diperoleh dapat dijadikan acuan pembuatan pisau. Pisau yang dibuat menjadi tiga tipe pisau, yaitu pisau tipe 1, tipe 2 dan tipe 3 (lihat Gambar 14, 15, dan 16).
B. Daya, Torsi, dan Gaya Pemotongan
Pengeprasan tebu dilakukan agar tebu hasil panen dapat tumbuh kembali, di mana tujuan utamanya agar tunas yang muncul setelah pengeprasan tumbuh dari bagian tebu dalam tanah dan dapat tumbuh perakaran baru di dalam tanah yang dapat menopang lebih kuat dari batang tebu tersebut. Untuk melakukan pengeprasan diperlukan daya untuk memutar alat kepras itu sendiri.
Daya merupakan usaha atau energi yang dilakukan per satuan waktu. Data hasil pengukuran arus dan tegangan, dapat dilihat pada Lampiran 1.
Rata – rata daya pemotongan dengan kecepatan maju 0.3 m/s disajikan pada Tabel 4. Rata – rata daya pemotongan dengan kecepatan maju 0.5 m/s disajikan pada Tabel 5.
Tabel 4. Rata – rata daya pemotongan (Watt) pada kecepatan maju 0.3 m/s Posisi tebu Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah 78 75 73
Kanan 76 77 79
Kiri 78 77 75
Rata - rata 77 76 75
Gambar 21. Hasil simulasi putaran pisau kepras
23 Tabel 5. Rata – rata daya pemotongan (Watt) pada kecepatan maju 0.5 m/s
Posisi tebu Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah 93 78 95
Kanan 88 114 93
Kiri 102 93 95
Rata - rata 94 95 94
Berdasarkan hasil yang didapat daya pemotongan menggunakan pisau tipe 3 lebih kecil dari dua pisau lainnya baik pada kecepatan maju 0.3 m/s ataupun 0.5 m/s. Ini menandakan pisau tipe 3 lebih baik dari sisi kebutuhan daya potongnya. Namun demikian hasil perbedaan kebutuhan dayanya relatif kecil. Perbedaan yang kecil ini dikarenakan luas bidang potong untuk ketiga jenis pisau tersebut sama.
Selain itu dapat dibandingkan daya antara kecepatan maju 0.3 m/s dengan 0.5 m/s.
Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan daya yang terjadi pada kecepatan 0.3 m/s lebih rendah dari kecepatan 0.5 m/s. Salah satu faktor yang mempengaruhi adalah kualitas pemotongan oleh tiap pisau. Pada kecepatan 0.5 m/s terjadi pemotongan dengan pitch yang lebih besar dari pemotongan pada kecepatan 0.3 m/s. Dengan pitch yang lebih besar, maka luas bidang potong semakin besar, sehingga daya pemotongannya lebih besar. Grafik perbandingan daya antara kecepatan 0.3 m/s dan 0.5 m/s dapat dilihat pada Gambar 22.
Posisi tebu saat pemotongan (kiri, tengah dan kanan) tidak memberikan perbedaan yang konsisten pada pengukuran daya pemotongan (lihat Tabel 4, Tabel 5 serta Gambar 23).
Torsi merupakan gaya yang terjadi sepanjang lengan gaya. Kecepatan putar rata – rata dari pisau pemotong adalah 547 rpm. Dengan kecepatan putar tersebut dapat diperoleh torsi pemotongan seperti pada Tabel 6 dan Tebel 7. Data torsi pemotongan tebu dapat dilihat pada Lampiran 3.
Gambar 22. Grafik perbandingan daya antara kecepatan 0.3 m/s dan 0.5 m/s
24 Tabel 6. Rata – rata torsi pemotongan (Nm) pada kecepatan maju 0.3 m/s
Posisi tebu Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah 1.36 1.31 1.27
Kanan 1.33 1.34 1.38
Kiri 1.36 1.34 1.31
Rata -rata 1.35 1.33 1.32
Tabel 7. Rata – rata torsi pemotongan (Nm) pada kecepatan maju 0.5 m/s
Posisi tebu Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah 1.62 1.37 1.65
Kanan 1.54 1.99 1.62
Kiri 1.79 1.62 1.65
Rata -rata 1.65 1.66 1.64
Selaras dengan hasil pengukuran daya pemotongan, rata – rata torsi pada proses kepras terlihat bahwa pisau 3 memiliki nilai torsi paling kecil dari ketiga tipe pisau. Namun seperti halnya daya, nilai torsi pun memiliki selisih yang kecil di setiap tipe pisau. Hal ini sangat wajar mengingat daya dan torsi berbanding lurus. Sehingga selisih yang terjadi antara daya dan torsi tidak akan berbeda jauh. Apabila dibandingkan torsi antara kecepatan maju 0.3 m/s dan 0.5 m/s, maka nilai torsi pada 0.3 m/s lebih rendah dari kecepatan 0.5 m/s. Hal ini karena dipengaruhi daya yang digunakan pada kecepatan 0.3 m/s lebih rendah, sehingga nilai torsi lebih rendah pula.
Gaya pemotongan merupakan gaya luar yang harus diberikan oleh pisau kepada material agar bahan tersebut dapat terpotong (Persson 1987 dalam Lisyanto 2007). Gaya diperoleh dari perhitungan dengan menggunakan Persamaan 10, di mana diketahui jari – jari pemotongan sepanjang 0.3 m. Data gaya pemotongan dapat dilihat pada Lampiran 3. Rata - rata gaya pemotongan setiap pisau disajikan pada Tabel 8 untuk kecepatan maju 0.3 m/s dan Tabel 9 untuk kecepatan maju 0.5 m/s.
Gambar 23. Grafik perbandingan daya terhadap posisi tebu pada pisau tipe 3
25 Tabel 8. Rata – rata gaya pemotongan (N) pada kecepatan maju 0.3 m/s
Posisi tebu Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah 4.54 4.37 2.53
Kanan 4.43 4.48 4.60
Kiri 4.52 4.46 4.38
Rata -rata 4.50 4.44 3.84
Tabel 9. Rata – rata gaya pemotongan (N) pada kecepatan maju 0.5 m/s
Posisi tebu Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah 5.39 4.55 5.51
Kanan 5.15 6.62 5.42
Kiri 5.96 5.41 5.51
Rata -rata 5.50 6.02 5.48
Nilai gaya untuk kecepatan maju 0.3 m/s, pisau 3 mencapai 3.84 N sedangkan pisau 1 dan 2 masing – masing 4.50 N dan 4.44 N. Pisau 3 membutuhkan gaya pemotongan yang paling kecil dari dua tipe pisau lainnya. Begitu pula pada kecepatan 0.5 m/s, nilai gaya untuk pisau 3 mencapai 5.48 N sedangakan untuk pisau 2 dan 3 memiliki nilai masing – masing 5.50 N dan 6.02 N. Pisau 3 memiliki gaya paling kecil akibat diminimalisirnya pemotongan secara ditebas pada batang tebu tersebut. Ini disebabkan oleh bentuk mata pisau yang lebih panjang di bagian belakang mata pisau, sehingga pemotongan yang terjadi adalah memotong secara mengiris dan pisau selanjutnya akan masuk ke bagian dalam tebu yang kemudian akan memotong secara mengiris juga. Hal inilah yang menyebabkan gaya untuk pisau 3 lebih kecil.
Secara teori, gaya potong dengan kecepatan maju 0.3 m/s berbanding lurus dengan gaya potong dengan kecepatan maju 0.5 m/s, di mana gaya potong pada kecepatan 0.5 m/s adalah lima per tiga (1.67) kali gaya potong pada kecepatan 0.3 m/s. Pada pengukuran, ternyata rasio gayanya tidak demikian, seperti diperlihatkan pada Tabel 10.
Tabel 10. Rasio gaya pada kecepatan 0.5 m/s dengan gaya pada kecepatann 0.3 m/s
Jenis Pisau
Kec. 0.3 m/s
Kec 0.5 m/s
Rasio F0.5/F0.3
1 4.50 5.50 1.22
2 4.44 6.02 1.35
3 3.84 5.48 1.43
Rataan 4.26 5.67 1.33
C. Hasil Potongan
Hasil pemotongan tebu dengan kepras sangat penting dalam pengujian, karena hasil potongan inilah yang dapat dijadikan acuan tipe pisau yang efektif dalam proses kepras. Data hasil potongan tebu dapat dilihat pada Lampiran 2. Selain itu hasil keprasan yang mengalami pecah akan merusak tebu dan menghambat pertumbuhan tunas. Dengan pecahnya tebu tersebut
26 berpeluang besar tebu tidak akan tumbuh kembali. Skema pemotongan pada pisau tipe 1, 2 dan 3 masing – masing dapat dilihat pada Gambar 24, 25, dan 26.
Berdasarkan skema pemotongan pada Gambar 26, pisau tipe 3 secara teori lebih banyak memotong secara mengiris. Dapat dilihat bahwa pisau ke 1 bagian muka memotong terlebih dahulu tebu, kemudian dilanjutkan dengan pisau bagian belakang yang memotong secara mengiris. Sedangkan untuk pisau tipe 1 dan tipe 2, pisau lebih banyak memotong tebu (tidak secara mengiris). Hal ini dapat dikuatkan dengan hasil pemotongan pada Tabel 11 yang menunjukkan hasil potongan untuk tipe 1 dan tipe 2 lebih banyak tebu mengalami rusak dibandingkan pisau tipe 3. Tebu hasil potongan diklasifikasikan menjadi tiga, diantaranya baik (A) yaitu tebu terpotong rapi dan kulit pecah, rentan rusak (B) yaitu tebu retak dan kulit terkelupas, dan rusak (C) yaitu tebu pecah. Hasil potongan tebu dapat dilihat pada Gambar 27.
(a) (b)
(b)
(a) (b) (a)
Gambar 24. Skema pemotongan pisau 1. (a) Kecepatan 0.5 m/s, (b) kecepatan 0.3 m/s
Gambar 25. Skema pemotongan pisau 2. (a) Kecepatan 0.5 m/s, (b) kecepatan 0.3 m/s
Gambar 26. Skema pemotongan pisau 3. (a) Kecepatan 0.5 m/s, (b) kecepatan 0.3 m/s Arah
putaran
Arah maju
Arah putaran
Arah maju
Arah putaran
Arah maju
27 Tabel 11. Hasil potongan tebu berdasarkan tipe pisau
Kualitas Pemotongan Tebu
Pisau
1 2 3
A 14 23 30
B 17 13 7
C 11 6 5
Gambar 27. Hasil potongan tebu. (a) Kualitas A, (b) kualitas B, (c) kualitas C.
(c)
(a) (b)
Gambar 28. Grafik perbandingan jumlah setiap kualitas tebu pada kecepatan 0.3 m/s
Gambar 29. Grafik perbandingan jumlah setiap kualitas tebu pada kecepatan 0.5 m/s
28 Berdasarkan hasil pemotongan menunjukkan pada pisau tipe 3, kualitas potongan tebu lebih banyak menghasilkan kualitas baik (A) dan sedikit menghasilkan potongan tebu rusak (C) dibandingkan dua tipe pisau lainnya. Pada Gambar 28 dan Gambar 29 dapat dilihat pula perbandingan hasil potongan akibat perbedaan kecepatan maju antara 0.3 m/s dengan 0.5 m/s.
Semua tipe pisau menunjukkan pada kecepatan 0.3 m/s, bahwa hasil potongan tebu mengalami kerusakan yang lebih sedikit dibandingkan kecepatan 0.5 m/s.
Berdasarkan tingkat kerusakan, maka pada pisau tipe 1 hasil potongan menunjukkan 26.19% tebu rusak, tebu yang berpeluang tumbuh kembali sebesar 33.33% dan terdapat sekitar 40.47% tebu rentan rusak. Ini menandakan pisau 1 kurang efektif apabila digunakan untuk kepras tebu karena lebih berpeluang tebu mengalami kerusakan dibandingkan dengan tebu yang berpeluang tumbuh kembali.
Pisau tipe 2 menghasilkan potongan tebu yang rusak (C) mencapai 14.28%, tebu yang rentan rusak (B) mencapai 30.95%, dan tebu yang memiliki kualitas baik (A) mencapai 54.76%.
Hasil potongan untuk pisau tipe 3 menunjukkan jumlah yang terpotong rapi lebih banyak dibandingkan kedua tipe yang lain, dengan tingkat kerusakan tebu pada pisau tipe 3 adalah 11.90% tebu mengalami rusak, 16.66% tebu rentan rusak dan 71.42% hasil potongan menunjukkan potongan yang baik (A). Sehingga dari ketiga pisau yang telah dibuat maka pisau tipe 3 menghasilkan potongan yang lebih baik dibandingkan tipe 1 dan tipe 2.
Tabel 12. Perbandingan jumlah kualitas potongan tebu (%) terhadap posisi tebu
% Pisau 1 Pisau 2 Pisau 3
Tengah Sisi Tengah Sisi Tengah Sisi
A 28.6 28.6 50 57.1 57.1 78.6
B 57.1 32.1 50 21.4 28.6 10.7
C 14.3 39.3 0 21.4 14.3 10.7
Berdasarkan Tabel 12, untuk setiap posisi pun menunjukkan bahwa pisau tipe 3 menghasilkan potongan kualitas A lebih baik dibandingkan dua tipe lainnya, baik posisi di tengah maupun posisi di sisi pusat putaran pisau.
Selain itu hasil percobaan menunjukkan baik pada kecepatan 0.3 m/s maupun 0.5 m/s pada berbagai tipe pisau, bahwa sebagian besar hasil potongan menghasilkan pecah pada kulit. Pecah kulit umumnya terjadi pada bagian tepi tebu dimana bagian tersebut merupakan bagian terkahir dari proses pemotongan pada tebu. Ini sangat umum terjadi pada pengujian yang dilakukan, hal ini disebabkan tidak adanya tahanan pada tebu bagian belakang saat terjadi dorongan dan putaran dari pisau. Kondisi pecah kulit kebanyakan terjadi pada posisi tebu di sisi pusat putaran pisau, sedangkan di posisi tengah sangat jarang kondisi kulit pecah. Maka dalam pengujian ini pecah kulit masih dapat dikategorikan dalam kondisi baik sebab tidak merusak tebu tersebut dan berpeluang besar dapat tumbuh kembali dan tebu yang pecah dapat mengakibatkan gagalnya tunas baru muncul maka tebu pecah dikategorikan kondisi buruk. Tebu yang mengalami pecah ini dapat dikarenakan karena kondisi pisau yang kurang tajam.
29
D. Retakan Hasil Kepras
Tebu yang mengalami rentan rusak diantaranya adalah tebu yang mengalami retak. Retakan yang terjadi pada setiap pisau berbeda – beda. Data jumlah dan panjang retakan disajikan pada Lampiran 2. Pisau tipe 1 mengalami tebu retak dengan jumlah 15 tebu, untuk pisau tipe 2 tebu yang retak berjumlah 11 tebu dan untuk pisau tipe 3 yang mengalami retak mencapai 7 tebu.
Dilihat dari jumlah retakan maka dapat diketahui bahwa pisau tipe 3 lebih menghasilkan potongan tebu yang lebih baik. Untuk mengetahui perbandingan jumlah retakan pada setiap pisau maka dibuat grafik yang menunjukkan jumlah panjang retakan dari semua perlakuan. Grafik dapat dilihat pada Gambar 30.
Berdasarkan grafik pada Gambar 30, dapat dilihat bahwa pisau tipe 1 memiliki jumlah panjang retakan yang besar dengan mencapai 422.2 cm, kemudian untuk pisau tipe 2 mencapai panjang total retakan 163.3cm, dan pisau tipe 3 memiliki nilai panjang total retakan mencapai 94.2 cm. Berdasarkan total panjang retakan ini dapat disimpulkan bahwa pisau tipe 3 dapat meminimalkan retakan pada proses kepras tebu.
Gambar 30. Grafik perbandingan panjang total retakan (cm) pada setiap pisau.
