73
PERHITUNGAN ELEMEN MESIN DAN ANALISA PANEL SURYA PADA MESIN PENYERUT DAUN SAWIT
Suwarto1,a*, Agus Hariyanto2,b, Markus Tato Mangando3,c
1,2,3 Program Studi Teknik Mesin Produksi dan Perawatan, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik
Negeri Samarinda
a[email protected], b[email protected]
Info Artikel Abstrak
Riwayat Artikel:
Diterima: 11 September 2023 Diterima dalam bentuk revisi:
19 September 2023
Diteima/publis: 25 Oktober 2023
Kegiatan pemisahan lidi dari daun sawit dilakukan dengan beberapa tahapan, mulai dari pelepasan lidi dari helaian daunnya.
Siklus gerakan ini masih dilakukan secara manual, sehingga menghabiskan sebagian besar hari dalam proses pemisahanya.
Proses yang lama akan mengurangi kualitas lidi karena lidi yang bagus berasal dari pelepah yang baru dipotong dari kelapa sawit itu sendiri. Maka penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang bertemakan” Perhitungan elemen mesin dan analisa panel surya pada mesin penyerut daun sawit”. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan desain mesin penyerut daun sawit dan menjadikan energi surya sebagai daya utama untuk motor penggerak. Metode pengumpulan data yang digunakan adalah metode kualitatif dan kuantitatif. Hasil dari penelitian ini adalah Poros: bahan S30-C, diameter: 20mm, Sabuk menggunakan sabuk tipe-A, bantalan yang digunakan P204, pully bahan allumunium ukuran pully 3in”, panel surya menggunakan polikristalin.
Kata Kunci: Penyerut, Panel surya, Pulley, Poros
Abstract
The activity of separating the sticks from palm leaves is carried out in several stages, starting from removing the sticks from the leaves.
This movement cycle is still done manually, so it takes most of the day for the separation process. A long process will reduce the quality of the stick because good sticks come from freshly cut fronds from the palm oil itself. So the author is interested in conducting research with the theme "Calculation of machine elements and analysis of solar panels on palm leaf shredding machines". The aim of this research is to produce a design for a palm leaf shredding machine and use solar energy as the main power for the driving motor. The data collection methods used are qualitative and quantitative methods. The results of this research are: Shaft:
material S30-C, diameter: 20mm, belt using type-A belt, bearing used P204, pully made of aluminum, pully size 3in", solar panels using polycrystalline.
http://dx.doi.org/10.31602/al-jazari.v8i2.12553
@UNISKA 2023. Diterbitkan oleh UPT Publikasi dan Pengelolaan Jurnal
Jurnal Al Jazari is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
PENDAHULUAN
Areal pertanaman kelapa sawit yang cukup luas saat ini di Kabupaten Kutai Timur, Kutai Kartanegara dan Paser. Sedangkan beberapa Kabupaten dan Kota lainnya masih dalam luasan terbatas. Dengan potensi dan perkebunan yang ada di Kalimantan Timur, maka pemeritah RI telah menetapkan Kalimantan Timur sebagai zona industri berbasis pertanian dan oleo chemical, yang berlokasi di Maloy Kabupaten Kutai Timur, Kalimantan Timur dengan nama Kawasan Industri dan Pelabuhan Internasional (KIPI) Maloy. (Dinas Perkebunan Kalimantan Timur)
Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) merupakan salah satu spesies tanaman dari keluarga Arecaceae yang banyak tersebar di Provinsi Kalimantan Timur. Kelapa sawit banyak digunakan dalam industri sebagai bahan mentah untuk membuat minyak goreng, minyak modern, dan bahan bakar. Hampir semua aspek kelapa sawit memiliki nilai finansial yang tinggi untuk ditangani dan diawasi. Selain menghasilkan minyak, beberapa bagian dari kelapa sawit juga dapat diolah menjadi barang-barang dengan nilai uang yang tinggi, seperti batangnya diolah menjadi papan partikel, pelepah dan daunnya untuk dijadikan pakan ternak, serta lidi dari kelapa sawit juga dapat diolah menjadi produk kerajinan tangan yang memiliki nilai fungsi jika dikelola dengan baik. Sebelum diolah, lidi sawit tersebut harus dipisahkan daunnya terlebih dahulu (Marpaung, 2016).
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut maka kami tertarik untuk melakukan penelitian yang bertemakan “Perhitungan elemen mesin dan analisa panel surya pada mesin penyerut daun sawit” sebagai solusi dalam peningkatan produksi lidi dan bahan dasar kerajinan dari lidi sehingga dapat membantu pengrajin memenuhi permintaan pasar. Mesin ini menggunakan motor listrik sebagai penggerak dan Brush Baja sehingga efisiensi waktu dapat dicapai namun dengan hasil akhir lidi tetap bersih.
TINJAUAN PUSTAKA Lidi Kelapa Sawit
Daun kelapa sawit terdiri dari pelepah daun, anak daun, dan lidi. Panjang pelepah daun bervariasi tergantung varietas dan kondisi lingkungan. Rata-rata Panjang pelepah dewasa mencapai 9 meter. Jumlah anak daun pada satu pelepah berkisar antara 100-150 anak daun yang terletak di kiri dan kanan pelepah daun. Setiap anak daun terdiri dari lidi dan dua helai daun,
Panjang tiap lidi sawit yaitu 40-60 cm (Agus, 2015). Lidi merupakan satu limbah padat hasil pemanenan kelapa sawit. Di tingkat pengepul umumnya lidi yang telah dibersihkan harga jualnya berkisar antara Rp. 2.400-2.700/kg yang kemudian bisa diolah menjadi kerajinan bernilai ekonomis.
Proses Perautan
Alat perautan lidi ini menggunakan pisau daput ibu-ibu rumah tangga yang sering kita jumpai dirumah seperti tampak pada gambar
Gambar 1 Perautan daun sawit
Kegiatan perautan lidi ini dilakukan dengan beberapa tahapan, mulai dari pelepasan bagian anak daun dari pelepah, kemudian pelepasan lidi dari helaian daunnya tingkat ketajaman pisau sangat berpengaruh dalam proses perautan. Lidi diraut menggunakan pisau dengan cara manual sehingga memerlukan tenaga yang lebih dan waktu yang cukup lama untuk merautnya.
Panel Surya Polikristal
Panel surya jenis polikristal terbuat dari silikon, lelehan beberapa potongan silikon membentuk irisan bagi panel. Panel surya polikristal juga disebut sebagai ‘multi-kristal’, atau banyak kristal silikon. Karena ada banyak kristal di setiap sel, elektron kurang bebas bergerak. Sebabnya, panel surya polycrystalline punya efisiensi yang sedikit lebih rendah dari pada panel surya tipe monokristal
Gambar 2. Panel Surya Polikristaline
METODE PENELITIAN Momen Puntir Rencana ( T ) T = 3 x 9,81 x 76,2
T = 2.242,566 kg/mm Bahan Poros
Bahan poros yang digunakan dapat melihat tabel 2.4 dan bahan poros yang digunakan adalah S30C, dengan kekuatan tarik (𝜎𝐵) yaitu 48 kg/𝑚𝑚2
Tegangan Geser yang di Izinkan 𝑟𝑎 = 48
6 X 1.5
=
5,3 kg/𝑚𝑚2Gambar 3 Mesin Penyerut Daun Sawit
Dalam perencanaan mesin ini meliputi beberapa tahapan yaitu :
Diameter Poros
T = 2207,25 kg/mm² M = 337,5 kg/mm²
𝟏
Tahap Persiapan
Persiapan perencanaan mesin penyerut daun
5,1 ds = [(
5,3) √(Km. M)𝟐 + (Kt. T)
𝟐] 𝟑
sawit bertenaga panel surya dengan kapasitas 20 batang daun/proses dimaksudkan untuk melakukan studi literature dan membuat daftar alat dan bahan yang digunakan
Tahap Perencanaan
Tahap ini meliputi beberapa langkah, yaitu:
1. Mendesain rangka mesin penyerut daun sawit menggunakan software Solidworks dengan ukuran yang telah ditentukan
2. Perhitungan Daya Motor 3. Perhitungan Poros 4. Perhitungan Pulley
dₛ = [0,963×6698,72]1/3 dₛ =[6450,86736]1/3 𝑑𝑠= 18.61 𝑚𝑚 = 19 mm Perhitungan Pulley Diameter Pulley
DpB = 𝑛1x Dpn
𝑛2
DpB = 76,2 mm
Putaran Pulley yang digerakkan
n2 =
Dp X n1=
76,2 X1400=
1400 rpmdp 76,2
Menentukan Momen Puntir Pulley T1 = 9,74 x 105 xPd
=
9,74 x 105 x 0,205 5. Perhitungan Sabuk6. Perhitungan Bantalan 7. Perhitungan Panel Surya
HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan sistem Mekanik Daya Motor
Motor Penggerak (n) : 1400 rpm
Daya Motor (P) = ¼ HP = 0,25 HP 1 HP = 0,746 kWP = 0,25 x 0,746 = 0,1865 kW Perhitungan Poros
n1
T1 = 142,72 Perhitungan Sabuk Menentukan tipe sabuk
Motor penggerak ( n ) : 1400 rpm Daya Motor ( P ) = ¼ HP = 0,25 HP 1 HP = 0,746 kW
P = 0,25 x 0,746 = 0,1865 Kw Menentukan daya rencana
Pd = Fc x P
Pd = 1,1 x 0,1865 kW Pd = 0,20515 kW
Menentukan kecepatan sabuk
1400
P : 0,25 HP = 0,1865 kW d1 : 76,2 mm ,d2 : 76,2 mm
76,2 X 1400
V= 60 X 1000
=
17,78 m/sFc : 1,1 Kt : 1,2 Panjang Keliling Sabuk
L = 2 x 400 + 3,14 (76,2+76,2)+ 1
( Cb : 1,5 Sf1 : 6,0
Sf2 : 1,5 Bahan Poros : S30C
2
76,2−76,2)2 =1039 mm
4𝑥400
Putaran Poros yang Di Gerakkan (n2)
Proses perancangan poros mempunyai langkah-langkah perencanaan seperti dibawah dimana nilai:
n2 = 1400 X 76,2 = 1400 rpm
76,2
Menentukan daya rencana
Pd = 1,1 x 0,1865 = 0,20515 kW
Nomor nominal sabuk-V : No.41, L = 1041 mm. Jadi hasil panjang sabuk yang didapat adalah 1051 mm sehingga yang mendekati dengan hasil tersebut adalah tipe sabuk A 41 dengan panjang 1041 mm.
Jarak Sumbu Poros b = 2.L – 3,14 (d1 + d2)
b = 2 x 1041 - 3,14 ( 76,2 + 76,2 )
b = 2082 – 479 b = 1603 mm C= b+√b2−8(dp−Dp)2
8
=
1603 +√16032−8(76,2+76,2)2 8Perhitungan Bantalan Nomor Bantalan : P204
= 400 mm
Diameter Luar Bantalan D : 47 mm Diameter Dalam Bantalan d : 20 mm Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C ) = 1000 Kg
Kapasitas nominal statis spesifik ( C𝑜 ) = 635 Kg
Putaran Bantalan (Vc) Vc = 3,14 .20 .1400
=
1,46 mm/s260 .1000
Menentukan faktor kecepatan (Fn)
1
Fn = ( 33,3 )3= 0,287
1400 Menentukan Jari-jari
rb = 47 = 23,5 mm 2
Menentukan beban radial
Fr = 2.243 = 95,446 kg/mm
23,5
Beban ekuivalen statis (P)
P = 0,6 x 95,45 P = 57,27 kg
Faktor umur bantalan (Fh)
Dari data yang terdapat pada tabel 1, dilihat bahwa pada suhu pada panel surya terbilang normal dan pencahayaan yang cukup untuk panel surya. Pada jam 12.00 sampai 14.00 suhu mengalami kenaikan sekitar 1-2 °C dikarenakan sinar matahari yang menuju panel surya tidak tertutup awan yang menyebabkan Fh = 0,287 x 1000
57,27 = 5,0113 pencahayaan pada panel surya sangat
maksimal. Suhu pada tanggal 21 Juli 2022 jam
Menentukan umur bantalan (Lh)
Lh = 500 . (5,0113)3 = 500 . 125,751507
= 62.875 jam = 21,83 bulan Perhitungan Panel Surya
Pengukuran Suhu Pada Panel Surya
Pengukuran suhu dilakukan dengan menggunakan thermogun pada saat pengecasan baterai. Untuk mengetahui suhu pada panel surya, memerlukan pengukur suhu agar mengetahui keluaran panel surya dengan mendeteksi suhu sesuai interval pengukuran tersebut, dalam penelitian ini ingin mengetahui suhu yang dihasilka pada panel surya, adapun data yang dapat berbentuk tabel dan grafik sebagai berikut
Tabel 1 Perbandingan Waktu dan Suhu Luar
12.00 sampai 14.00 juga mengalami kenaikan sekitar 1-2 °C dikarenakan sinar matahari yang menuju panel surya tidak tertutup awan yang menyebabkan pencahayaan pada panel surya sangat maksimal. Sedangkan pada tanggal 22 Juli 2022 dari jam 12.00 – 13.00 mengalami kenaikan suhu, namun pada jam 14.00 mengalami penurunan drastis, dikarenakan sinar matahari yang menuju panel surya tertutup oleh awan. Pada pagi hari suhu menurun dikarenakan matahari baru terbit dan pada sore hari suhu juga mengalami
penurunan dikarenakan matahaari terbenam, intensitas cahaya ke panel surya kurang maksimal
nAdapun nilai rata-rata suhu yang dihasilkan setiap harinya adalah pada hari ke-1 sebesar 40,6 °C, hari ke-2 sebesar 42,9 °C, dan hari ke-3 40,2 °C
9 14.00 32.5
10 15.00 30.6
11 16.00 33.6
12 17.00 38.6
13 07.00 40.4
42.9
14 08.00 41.4
15 09.00 37.5
16 10.00 37.8
17 11.00 51.9
18 12.00 42.4
19 13.00 44.6
20 14.00 58.1
21 15.00 40.6
22 16.00 38.6
23 17.00 38.6
24 07.00 42.5
40.2
25 08.00 40.2
26 09.00 43.2
27 10.00 41.7
28 11.00 43.2
29 12.00 41.5
30 13.00 38.3
31 14.00 37.4
32 15.00 36.3
33 16.00 38.6
34 17.00 38.6
No Waktu
Suhu Permukaan Panel Surya (°C)
Rata- rata
1 07.00 42.3
40.6
2 08.00 41.3
3 09.00 43.2
4 10.00 41.7
5 11.00 49.8
6 12.00 43.9
8 13.00 48.9
Gambar 4 Grafik Perbandingan Waktu dan Suhu
Pengukuran Panel Surya terhadap Arus dan Tegangan
Pengukuran arus pada solar charger controller menggunakan tang ampere pada saat pengecasan baterai sedangkan pengukuran tegangan pada solar charger controller dilakukan dengan menggunakan avometer saat pengecasan baterai.Adapun hasil pengukuran panel surya terhadap arus dan tegangan dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 2 Hasil Pengukuran Panel Surya Terhadap Arus dan Tegangan
No Jam Tegangan
(V)
Arus (A)
Daya (Watt)
1 07.00 12.7 5.2 66.1
2 08.00 12,6 5.2 65.6
3 09.00 12.3 5.1 62.8
4 10.00 12,5 5.1 63.8
5 11.00 12.6 5.2 65.6
6 12.00 12.3 5,0 61.5
7 13.00 12.4 5.1 63.3
8 14.00 12.4 5.1 63.3
9 15.00 12.3 5.1 62.3
10 16.00 12.3 5.1 62.8
11 17.00 12.3 5.1 62.8
Rata-Rata 12.5 5.2 63.6
12 07.00 12.6 5.2 65.6
13 08.00 12.7 5.2 66.1
14 09.00 12.7 5.3 67.4
15 10.00 12.6 5.2 65.6
16 11.00 12.8 5.3 67.9
17 12.00 12.3 5.1 62.8
18 13.00 12.6 5.1 64.3
19 14.00 12.7 5.2 66.1
20 15.00 12.6 5.2 65.6
21 16.00 12.5 5.1 63.8
22 17.00 12.3 5.1 62.8
Rata-Rata 12.6 5.2 65.3
23 07.00 12.6 5.2 65.6
24 08.00 12.7 5.1 64.8
25 09.00 12.8 5.2 66.6
26 10.00 12.8 5.3 67.9
27 11.00 12,7 5.2 66.1
28 12.00 12, 6 5.2 65.6
29 13.00 12,5 5.1 63.8
30 14.00 12.4 5.1 63.3
31 15.00 12.4 5.1 63.3
32 16.00 12.3 5.1 62.8
33 17.00 12.3 5.1 62.8
Rata-Rata 12.6 V 5.6 A
Dari tabel 2 diperoleh nilai rata-rata untuk tegangan yang dihasilkan pada hari ke-1 sebesar 12,5 volt, hari ke-2 sebesar 12,6 volt dan hari ke-
3 12,6 volt. Demikian pula pada arus yang dihasilkan yaitu diperoleh nilai rata-rata arus pada hari ke-1 sebesar 5,2 ampere, hari ke-2 sebesar 5,2 ampere dan hari ke-3 sebesar 5,2 ampere. Dari tegangan dan arus yang diperoleh maka dapat kita hitung besarnya nilai rata-rata daya yang dihasilkan setiap harinya, yaitu pada hari ke-1 sebesar 63.6 watt, hari ke-2 sebesar 65.3 watt dan hari ke-3 sebesar 64,8 watt. Dengan demikian dapat kita ketahui bahwa nilai rata-rata tegangan, arus dan daya yang dihasilkan pada setiap harinya adalah relatif sama
Proses pengolahan data dilakukan dari pagi sampai dengan sore hari. Yaitu Pengukuran dengan menggunakan multi meter untuk mengetahui keluaran panel surya yang berupa tegangan dan arus.
selama tiga hari penelitian. dari Tabel 4.1 tentang perbandingan suhu dan waktu, bandingkan dengan Tabel 4.2 hasil pengukuran, bahwa suhu mempengaruhi tegangan dan arus pada panel surya. Tapi yang paling berpengaruh pada suhu panel surya berupa arus. Jika suhu di permukaan panel surya meningkat arus pada panel surya meningkat jika suhu pda panel surya menurun arus keluaran panel surya menurun juga, Berikut adalah cara mengetahui mendapatkan daya pada panel surya.
Pada pukul 07.00 tegangan 12,7 volt dan arusnya 5,2 ampere, maka untuk memerlukan daya listrik bisa dihitungdengan rumus sebagai berikut :
P = V.I = 12.7 x 5.2 = 66.1 Watt
Gambar 5 Grafik Pengukuran Perbandingan Waktu dengan Tegangan
Sedangkan Gambar 5 di atas, grafiknya memperlihatkan data tegangan yang dihasilkan oleh panel surya dibandingkan dengan waktu, keadaan normal tidak mengalami penurunan drastis pada keluaran panel surya, dibandingkan paga jam 12.00 – 13.0 mengalami kenaikan, namun pada jam 14.00 mengalami penurunan drastis. Suhu tertinggi pada jam 12.00 dan menurun pada jam selanjutnya
Gambar 6 Grafik Pengukuran Perbandingan Waktu dengan Arus
Pada Gambar 6 diatas, memperlihatkan grafik perbandingan arus dengan waktu, bahwa naik atau turunnya suhu pada panel surya berpengaruh besar pada arus. selama tiga hari penelitian suhu menurun pada pagi hari arus ikut menurun dan meningkat pada siang hari arus ikut meningkat ketika sore suhu menurun kembali Perhitungan lama pengisian baterai menggunakan panel surya
Untuk mengetahui energi yang diserap oleh baterai dari panel surya kita ambil dari table dengan menjumlahkan seluruh energi yang diserap oleh baterai sebagai berikut:
Total energy = ∑(V x I)
= 65,52 wh + 66,04 wh + 67,31 wh + 65,52 wh + 67,84 wh+ 62,73 wh + 64,26 wh + 66,04 wh + 65,52 wh +63,75 wh + 64,26 wh = 718,79 wh Jadi total energi yang diserap baterai dari panel surya adalah 718,79 wh
Untuk mengetahui lama pengisian baterai, dapat dihitung dengan rumusnya sebagai berikut:
W = P . t t = W/P
t = 718,79 wh / 540 watt = 1,3 jam
Dari hasil perhitungan diatas maka lama pengisian baterai 12 volt 45 Ah menggunakan panel surya 50 wp yaitu selama 1,3 jam
Sedangkan untuk mengetahui lama waktu pemakaian beban dari motor listrik, maka kita akan melakukan analisa dari beban motor listrik dengan energi yang disimpan di baterai Adapun rumusnya sebagai berikut :
Waktu pemakaian = kapasitas baterai / daya yang dibutuhkan motor= 540 wh / 528 w = 1,0 jam
Dari hasil perhitungan diatas maka alat ini dapat jalan selama 1,0 jam, sehingga selama dalam pengoperasian mesin akan hidup 1,0 jam dalam kondisi normal
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan pembuatan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Alat ini dirancang dan dibuat untuk masyarakat yang dimana akan membantu proses pembuatan Sapu Lidi yang di buat secara manual, dengan adanya mesin ini masyarakat bisa membuat Sapu Lidi dengan cara massal/banyak.
2.
Produk yang dihasilkan dari mesin penyerut daun sawit ini memiliki ukuran yang beragam dengan ukuran maksimal 1 meter dan memiliki batang daun yang bersih sehingga menghasilkan kualitas yang baik.
3. Adapun alat ini dirancang dengan mudah dan sesedarhana mungkin agar masyarakat atau industri sapu lidi dapat mengoprasikan dengan mudah dan benar sesuai langkah – langkah pengerjaan.
4.
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah diuraikan pada bab sebelumnya, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut
a. Daya Motor Alat : 1/4 HP (0,1865 kW) b. Putaran Motor (n₁): 1400 rpmc. Putaran Poros n₂: 1400 rpm d. Bahan poros: S 30 C
e. Besar poros : Panjang 450 , diameter 20 f. Bantalan : P204
g. Pulley : 3 inch h. V-belt : A41
i. Panel Surya : Polikristalin 50 Wp
REFERENSI
[1] Efendi, A. (2015 Juni). Teknologi Pengolahan dan Manfaat Bambu Jurnal Riset Industri Hasil Hutan vol 7, No hal 45-52.
Banjarbaru.
[2] Sularso, Kyokatsu. (1987). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin .Jakarta: Pradnya Paramitha.
[3]
Suryanto & sarana, d. (2015). Rancang Bangun Mesin Irat dan Slicer Bambu untuk Produksi Irat Bambu sebagai Bahan Baku Kerajinan Kualitas Ekspor.
Prosiding Sentrinov vol 001. semarang.
Politeknik Negeri Semarang
