5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum Mesin Pembuat Serat Pelepah Pisang

Untuk merancang mesin pembuat serat pelepah pisang ini. Memerlukan konsep

yang baik dan memilih matrial matrial yang sesuia dalam perancangan mesin. Dan hal

hal lain harus juga diperhatian agar perancangan mesin ini sesuai dengan tujuan

peneliti. maka konsep matrial produk dari mesin pembuat serat pelepah pisang adalah

sebagai berikut :

2.2 Serat

Serat (dalam bahasa Inggris : fiber) merupakan suatu jenis bahan yang berupa

potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Sedangkan di

kamus besar bahasa Indonesia KBBI Serat adalah sel atau jaringan serupa benang atau

pita panjang, berasal dari hewan atau tumbuhan (ulat, batang pisang, daun nanas, kulit

kayu, dan sebagainya), digunakan untuk membuat kertas, tekstil, dan tali tambang;

Serat dibedakan menjadi 2 jenis:

1. Serat alam (Serat alami meliputi serat yang diproduksi alias dihasilkan oleh

tumbuhan, hewan dan proses geologis. Serat jenis ini sendiri memiliki sifat yang

mampu mengalami pelapukan).

2. Serat sintetis (Serat sintetis atau serat buatan dari manusia pada umumnya berasal

dari bahan petrokimia. Akan tetapi, ada juga serat sintetis yang dibuat dari selulosa

alami).

6

2.2.1 Serat Pelepah Pisang

Serat adalah suatu jenis bahan berupa potongan komponen yang membentuk

jaringan memanjang yang utuh. Serat pelepah pisang merupakan serat alam yang di

gunakan sebagai alternatife filler komposit untuk berbagai komposit polimer karena

keungulanya dibandingkan serat sintetis. Serat alam ini sangat mudah diproses dan

bisa didapatkan dengan harga murah, densitasnya rendah ramah lingkungan, dan dapat

diuraikan secara biologis (kusumastuti 2009).

Serat batang pisang merupakan jenis serat yang berkualitas baik, dan merupakan

salah satu bahan potensial alternatif yang dapat digunakan sebagai filler pada

pembuatan komposit polivinil klorida atau biasa disingkat PVC. Batang pisang sebagai

limbah dapat dimanfaatkan menjadi sumber serat agar mempunyai nilai ekonomis.

Rahman (2006) menyatakan bahwa perbandingan bobot segar antara batang, daun, dan

buah pisang berturut-turut 63, 14, dan 23%. Batang pisang memiliki bobot jenis 0,29

3g/cm dengan ukuran panjang serat 4,20 – 5,46 mm dan kandungan lignin 33,51%

(Syafrudin, 2004). Sifat mekanik dari serat pelepah pisang mempunyai densitas 1,35

gr/cm3, hemiselulosanya (20%), kandungan lignin 5%, kandungan selulosanya 63-

64%, kekuatan Tarik rata-rata 600 Mpa, Gpa dan pertambahan panjang 3,36% dan

modulus Tarik rata- rata 17,85 (lokantara, 2007).

7

Gambar 2.1 Serat alam dengan bentuk komponen memanjang

Sehingga pada riset kali ini peneliti mengambil topik tentang serat. Serat yang

akan diproduksi menjadikan serat yang bermanfaat untuk masyarakat untuk bahan

baku pembuatan tali tambang ataupun kerajinan yang lainnya.

2.3 Tanaman Pisang

Pada riset ini peneliti mengunakan tanaman pisang sebagai bahan dasar

pembuatan serat. Di Indonesia tanaman pisang sering kita jumpai dan sangat mudah

tumbuh tetapi jarang dimanfaatkan sehingga peneliti akan memanfaatkan limbah dari

tanaman pisang.

2.3.1 Definisi Tanaman Pisang

Pisang adalah tanaman buah herbal yang berasal dari kawasan di Asia Tenggara

(termasuk Indonesia). Tanaman ini kemudian menyebar ke Afrika (Madegaskar),

Amerika Selatan dan Tengah. Pisang di Indonesia memiliki sebutan yang berbeda beda.

Di Jawa timur dan Jawa tengah disebut gedang, sedangkan di Jawa Barat pisang disebut

cau. Klasifikasi botani tanaman pisang adalah sebagai berikut:

Devisi : Spermatophyta

Sub devisi : Angiospermae

Kelas : Monocotyledonae

Keluarga : Musaceae

8

Genus : Musa

Spesies : Musa sp

2.3.2 Jenis Pisang

1. Pisang yang dimakan buahnya tanpa dimasak, contoh: pisang raja

2. Pisang yang dimakan setelah buahnya dimasak, contoh: pisang kepok

3. Pisang yang diambil seratnya, contoh: pisang manila

4. Pisang berbiji, contohnya: pisang batu

Gambar 2.2. Tanaman Pisang (Suyanti dkk, 2008)

Tanaman pisang merupakan tanaman liar yang tidak dibudidayakan.

Dikalangan masyarakat Asia Tenggara diduga pisang telah lama dimanfaatkan,

terutama tunas dan pelepahnya. Saat ini, bagian-bagian lain dari tanaman pisang pun

juga telah dimanfaatkan. Sebagai salah satu negara produsen pisang dunia, indonesia

telah memproduksi sebanyak 6,02% dari total produksi dunia dan 50% produksi pisang

Asia berasal dari indonesia (suyanti, 2008).

2.3.3 Batang (pelepah) Pisang.

Batang pisang sebenarnya terletak dalam tanah berupa umbi batang. Sedangkan

yang berdiri tegak di atas tanah yang biasanya dianggap batang itu adalah batang semu.

9

Batang semu ini terbentuk dari pelapah daun panjang yang saling menelangkup dan

menutupi dengan kuat dan kompak sehingga bisa berdiri tegak seperti batang tanaman

dengan berkisar 3,5-7,5 meter tergantung jenisnya. Batang pisang banyak

dimanfaatkan sebagai alat untuk memandikan jenazah, menutup saluran, tancapan

wayang, kompos dan lain sebagainya (Satuhu dan Supriyadi, 1999).

Menurut Rismunandar (1989), pelapah (upih) daunnya dapat dipergunakan untuk

pembungkus tembakau dan dapat dipergunakan untuk tali. Pelapah pisang juga

mengandung serat yang halus terutama dari pisang kelutuk, menggala, dan susu.

Batang pisang cukup banyak mengandung zat karbohidatnya tidak mengesankan. Dari

hasil Penelitian Balai Industri tahun 1962, tercatat susunan kimiawi dari batang pisang

sebagai berikut:

Air : 92,5 %

Karbohidrat : 4,6 %

Protein : 0,35 %

Zat Kalium : 213 mg/100 gr batang

Zat Fosfor : 135 mg/100 gr batang

Batang pisang terdiri dari kumpulan pelapah yang bersusun atau berhimpitan

sedemikian rupa dan tumbuh tegak. Batang pisang dapat digunakan untuk berbagai

keperluan, antara lain, sebagai berikut:

1. Tudung penahan hujan maupun panas bagi bibit yang baru ditanam di kebun.

2. Pelapah batang pisang yang telah dikeringkan dapat digunakan sebagai

pembungkus tembakau, bahan anyaman kerajinan, dsb.

10

3. Pembungkus bibit tanaman (terutama akar) sewaktu dilakukan pengiriman

jarak jauh.

4. Sebagai mulsa biodegradabel untuk pertanian.

5. Batang pisang bisa dijadikan mainan tradisional.

Gambar 2.3. Pelapah pisang (Fathul, 2012)

Tabel 2.1 Komposisi Kimia dari Bagian-bagian Tanaman Pisang (Wina, 2001)

Komponen Daun Batang Bonggol Buah dan

Kulit Kulit

Bahan Kering 17,5 -

24,3 3,6 - 9,8 6,2 - 13,87 20,9 - 21,2 14,08 – 18

Protein Kasar 8,6 - 13,6 2,4 - 8,3 2,95 - 6,4 4,5 - 6,0 6,56 - 9,5

Lemak Kasar 12,6 3,2 - 8,1 0,96 - 7,0 0,87 - 2,1 6,7 - 8,3

Ekstrak bebas

nitrogen 50,1 31,6 - 53,0 39,5 82,87 33,5

Total abu - 18,4 - 24,3 10,64 5,5 11,15 -

22,0

Abu tidak

larut 1,52 0,83 - 1,7 1,92 - -

Serat Kasar 22,6 13,4 - 31,7 9,90 - 16,1 4 - 5,2 15,32 -

26,7

Serat

Deterjen

Netral (NDF)

47,6 -

63,5 40,5 - 64,1 35,2 16,6 -

Serat

Deterjen

Asam (ADF)

30,5 -

39,3 35,6 - 4,55 36,7 - -

Selulosa 20,5 -

23,5 19,7 - 35,2 - - -

Hemiselulosa 17,1 -

14,2 4,9 - 18,7 - - -

Lignin 4,5 - 10,4 1,3 - 9,2 8,8 - -

11

Sehingga pada riset ini peneliti menggunakan pelepah pisang sebagai bahan dasar

dari pembuatan serat. Peneliti menggunakan tanaman pisang karena melihat pada

kondisi pertanian yang sangat melimpah, maka pemanfaatan limbah pisang sangat

prospek untuk mesyarakat menjadi trobosan baru di dunia usaha kecil dann menengah.

2.4. Roll

Rolling atau pengerolan adalah proses pengurangan ketebalan atau proses

pembentukan pada benda kerja yang panjang. Proses rolling dilakukan dengan satu set

roll yang berputar dan menekan benda kerja supaya terjadi perubahan bentuk (John

Wiley & Sons, Inc. M P Groover, 2002)..

Dalam prosess pengerolan, benda dikenai tegangan kompresi yang tinggi yang

berasal dari gerakan jepit roll dan tegangan geser-gesek permukaan sebagai akibat

gesekan antara roll dan logam. Selama proses roll, tegangan ini mengakibatkan

terjadinya deformasi plastis. Tujuan dari pengerollan ini adalah untuk memperkecil

tebal dari produk yang akan dihasilkan. Biasanya terjadi sedikit penambahan lebar,

serta mengakibatkan penambahan panja

Gambar 2.4 roll

(http://blogriyani.blogspot.co.id/2012/07/rolling-mill-machine-a.html)

12

2.4.1. Mesin Roll Dua Tingkat

Mesin rolling dua tingkat dapat mereduksi luas penampang dalam berbagai

ukuran dan dapat diatur kemampuanya sesuai dengan ukuran batangan dan laju

reduksi. Mesin roll dua tingkat ini mempunyai diameter sekitar 0,6 – 1,4 m. Roll ini

dapat bekerja secara bolak-balik (reversing) atau searah (nonreversing). Roll yang

searah selalu berputar pada arah yang sama dan benda kerja selalu dimasukkan dari sisi

yang sama. Roll yang bekerja bolak-balik arah putar roll dapat dibalik, sehingga benda

kerja dimasukkan dari sisi yang lain.

1. Lembaran benda kerja bergerak antara roll kemudian dihentikan

2. Pada interval tertentu benda kerja diputar 90O agar penampang univorm dan butir-

butir benda kerja merata.

3. Arah roll dibalik, benda kerja dimasukkan dari sisi yang lain

(http://blogriyani.blogspot.co.id/2012/07/rolling-mill-machine-a.html)

Gambar 2.5. Roll dua tingkat.

(Kurt Lange.1985.Handbook of Metal Forming.University of Stuttgart:New York)

Keuntungan:

a. dapat mereduksi luas penampang dalam berbagai ukuran.

b. Dapat diatur kemampuanya sesuai dengan ukuran batangan dan laju reduksi.

13

Kelemaan:

a. Pada setiap pembalikan siklus pembalikan gaya kelembaman arus diatasi.

b. Ukuran panjang terbatas.

Gambar 2.6. Pengaruh pengerollan pada bentuk dan besar butir.

(Kurt Lange.1985.Handbook of Metal Forming.University of Stuttgart:New York)

Busur AB dan A’B’ merupakan daerah kontak dengan rol. Aksi jepit pada benda

kerja diatasi oleh gaya gesek pada daerah kontak dan logam tertarik diantara rol. Benda

kerja keluar dari rol dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan

kecepatan masuk. Pada titik antara A dan B kecepatan benda kerja sama dengan

kecepatan keliling rol. ketebalan mengalami deformasi terbanyak sedangkan lebar

hanya bertambah sedikit.

Sehingga pada riset ini peneliti memilih sistem roll dengan roll dua tingkat

sebagai komponen pada mesin produksi serat pelepah pisang. Mesin roll akan lebih

menguntungkan sehingga mesin yang akan di buat akan memiliki disean yang

memiliki ekstetika yang akan meningkatkan nilai jual yang sangat tinggi.

2.4.2 Tujuan Proses Rolling

Dalam perancangan mesin pembuat serat pelepah pisang mengunakan Proses

rolling. Sistem rolling ini bertujuan untuk:

14

Mengurangi ukuran penampang benda kerja.

Memperoleh bentuk yang diinginkan.

Memperhalus ukuran butir benda kerja (struktur butir lebih halus).

Mengurangi kegetasan benda kerja (benda kerja awal biasanya berupa ingot

hasil pengecoran yang bersifat getas).

Menghilangkan lubang-lubang kecil di dalam benda kerja.

Meningkatkan kekuatan benda kerja.

Meningkatkan kekerasan benda kerja.

Memperhalus permukaan benda kerja.

2.4.3 Gaya Pengerollan

Bahan yang digunakan AlMg3 :

τb = N/mm2 atau Mpa

δs = %

HB =

h = mm

b = mm

Panjang = mm

𝐹𝑎 = ℎ .𝑏2 .𝑈𝑇𝑆

𝑊

15

Gambar 2.7 gaya pengerolan

2.4.4. Gaya Tekan yang di Alami Roll

Pada roll 1 dan 2

Gaya tekan yang diterima roll 1dan 2 bisa dicari dengan melihat diagram bebas

gaya tekan roll

Diasumsikan h = mm karena W = mm

Dan menggunakan sudut =̊

Ʃ Fy = 0

Fb . cos α – Fa + Fc . cos α = 0

Jika titik tumpu pada titik A

Σ MA = 0

Fa . h – Fb cos α (2h) = 0

jadi, Fc = kgf

2.4.5 Mencari Gaya Gesek (Fs) dan Torsi (T)

Gambar 2,8 gaya gesek

16

a) Gaya Gesek

Fs = Gaya gesek (kgf)

μ = Koefisien gesek antara AlMg3 dengan Baja =

Fs = Fb . μ

b) Torsi Pengerollan

T = Fs . r

Dimana : Fs = Gaya Gesek (kgf)

r = Jari – jari roller (mm),

T = Kgf .mm

2.5 Jenis-Jenis Proses Pengerolan.

a) Proses Pengerolan Panas (Hot Rolling)

Hot rolling merupakan operasi pengerolan yang dilakukan pada temperature

lebih tinggi dari temperature rekristalisasi. Biasanya bahan kerja yang digunakan dalam

proses pengerolan panas berupa potongan besar logam dalam bentuk slab atau bloom

untuk tahap berikutnya, sehingga pada akhirnya diperoleh bentuk batang, plat, atau

lembaran.

Pada proses pengerolan panas ini, deformasi tidak menyebabkan terjadinya

penguatan logam. Tegangan alir bahan akan semakin kecil dengan semakin tingginya

temperature operasi. Energi deformasi yang dibutuhkan menjadi lebih kecil pada

temperature yang lebih tinggi. Dengan demikian, maka deformasi dapat dilakukan pada

benda kerja yang berukuran relative besar dengan total deformasi besar.

17

b) Proses Pengerolan Dingin (Cold Rolling)

Cold rolling merupakan proses pengerolan yang dilakukan pada temperature

dibawah temperature rekristalisasi benda kerjanya. Pengerolan dingin ini biasanya

dilakukan setelah proses pengerolan panas . Proses pengerolan dingin ini menghasilkan

kualitas permukaan yang lebih baik, dan kesalahan dimensional yang lebih kecil

daripada hasil proses pengerolan panas. Bahan baku untuk proses pengerolan dingin

ini biasanya adalah hasil dari proses pengerolan panas.

Proses pengerolan dingin ini akan menyebabkan terjadinya mekanisme

penguatan pada benda kerja yang diikuti dengan turunnya keuletan. Benda kerja

menjadi lebih kuat, lebih keras, dan lebih rapuh. Pada proses pengerolan dingin ini,

tegangan alir benda kerja menjadi semakin meningkat.

Pada saat benda kerja mengalami pengerolan dingin, terjadi perubahan yang

mencolok pada struktur butir dan pergeseran atom-atom. Untuk pengerolan dingin

diperlukan tekanan yang lebih besar daripada pengerolan panas, karena material akan

mengalami deformasi plastis bila tegangan melebihi batas elastis. Karena tidak

mungkin terjadi rekristalisasi selama pengerolan dingin, tidak terjadi pemulihan dari

butir yang mengalami perpecahan.

2.6 Variasi Pengerolan

a. Shape Rolling

Shape rolling atau dikenal juga dengan profile rolling merupakan proses

pembentukan material dimana benda kerja dilewatkan pada roll untuk mendapatkan

bentuk profil tetap yang diinginkan. Produk dari shape rolling bisa berupa profil I,

profil H, profil T, profil U, rel kereta api.

18

Gambar 2.9. Shape rolling

b. Roll Forging

Roll forging merupakan sebuah proses dimana sebuah benda kerja berupa lingkaran

ataupun plat dikurangi ketebalannya sehingga panjangnya bertambah. Roll forging

menggunakan 2 buah roll silinder ataupun roll semisilinder yang setiap rollnya

mempunyai satu atau lebih alur bentuknya.

Gambar 2.10 Roll forging

c. Skew Rolling

Skew rolling adalah sebuah proses pembentukan logam yang menggunakan dua

buah roll yg berputar berlawanan yang di desain khusus dan berputar terus menerus.

Skew rolling ini digunakan untuk membuat bola logam dari benda kerja.

19

Gambar 2.11 Skew rolling

d. Thread rolling

Thread rolling merupakan salah satu proses yang digunakan untuk pembuatan ulir.

Gambar 2.12 Thread rolling

e. Ring rolling

Pada proses pengerolan cincin, satu roll ditempatkan melalui lubang dari cincin

yang tebal dan roll kedua menekan dari luar. Sejalan dengan penjepitan roll dan

berputar, ketebalan dinding cincin direduksi dan diameter ring bertambah besar. Roll

yang dibentuk dapat dipakai untuk memproduksi berbagai profil penampang yang

berbeda. Hasilnya cincin tanpa sambungan untuk roket, turbin, pesawat terbang, jalur

perpipaan, dan ketel tekanan.

20

Gambar 2.13 Ring rolling

2.7 Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang penting dari setiap mesin. Hampir

semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam

transmisi seperti itu dipegang oleh poros (Sularso, 1987). Poros-poros yang dipakai

untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berar umumnya dibuat dari baja paduan

dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa di antaranya

baja khrom nikel,baja khrom nikel molibden, baja khrom, baja khrom molibden

(Sularso, 1987).

Gambar 2.14. Poros

(https://maretaramadhanis.wordpress.com/category/tak- berkategori/).

2.8 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran

atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur.

21

Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainya

bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh

sistem akan menurun atau tak dapat bekerja semestinya. Jadi, bantalan dalam

permesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi gedung (Sularso, 1987).

2.8.1 Bantalan Gilingan/Metal

Dalam perencanaan ini menggunakan bantalan gilingan yang biasa disebut

dengan metal. Bantalan ini umumnya terbuat dari perunggu atau kuningan. Komposisi

perunggu ini agak variabel yaitu : Cu, 84%; Sn, 10%; Zn, 3%; Pb, 3%; kekerasan

brinell, sekitar 85 (Handbook of Cane Sugar Engineering, E. Hugot, 1986).

Gambar 2.15. Bantalan kuningan roll atas (Handbook of Cane Sugar Engineering, E.

Hugot, 1986).

22

Gambar 2.16. Pelumasan bantalan gilingan (Handbook of Cane Sugar Engineering,

E. Hugot, 1986).

Pegangan bantalan, penting bantalan atas harus harus memiliki pegangan,

panjang pegangan tidak harus mengikat ketika roll cenderung keangkat. Tepi atas

pegangan pada sisi umpan harus sedikit membulat, untuk menghindari kemacetan, dan

permukaan kuningan harus diselesaikan dengan sangat hatihati, demikian pula

permukaan rumahan tempat meluncur. Itu adalah keuntungan untuk melumasi

permukaan ini dengan saluran masuk minyak khusus. Beberapa manufaktur

menyediakan pelat yang disisipkan dari bahan khusus, memberikan koefisien gesekan

yang sangat rendah (Handbook of Cane Sugar Engineering, E. Hugot, 1986).

2.9 Sabuk dan Puli

Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi

langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya yang

lain dapat diterapkan, di mana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan sekeliling puli

atau sproket pada poros (Sularso, 1987).

23

Sabuk-V adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari karet dan

mempunyai penampang trapesium. Dalam penggunaanya sabuk-V dibelitkan

mengelilingi alur puli yang perbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akan

mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya

gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan

transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah (Sularso, 1987).

Gambar 2.17. Sabuk dan Puli

(http://www.7kos.ru/catalog/kultivatorymotobloki/motokultivatory/2051/).

2.10 Pemilihan Baut dan Mur

Baut dan mur merupakan alat pengikat yang sangat penting. Untuk mencegah

kecelakaan, atau kerusakan pada mesin, pemilihan baut dan mur sebagai alat pengikat

harus dilakukan dengan seksama untuk mendapatkan ukuran yang sesuai. Untuk

menentukan ukuran baut dan mur, berbagai faktor harus diperhatikan seperti gaya yang

bekerja pada baut, syarat kerja, kekuatan bahan, kelas ketelitian, dll (Sularso, 1987).

24

Gambar 2.18 mur dan baut

(http://gambarteknik.blogspot.com/2008/12/baut-mur-dlm-gambar-teknik.html).

Adapun gaya-gaya yang bekerja pada baut dapat berupa :

1. Beban statis aksial murni.

2. Beban aksial, bersama dengan beban puntir.

3. Beban geser.

4. Beba tumbukan aksial.