BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perancangan Mesin Pemisah Biji Buah Sirsak

Proses pembuatan mesin pemisah biji buah sirsak melalui beberapa tahapan

perancangan yaitu tahap identifikasi kebutuhan, perumusan masalah, sintetis, analisis,

observasi dan presentasi. Pada tahap identifikasi kebutuhan ini ditemukan permasalahan

mengenai kesulitan dalam pemisahan biji buah sirsak dengan cara manual. Tahapan

perumusan masalah, dimana tahap ini merumuskan tentang masalah-masalah yang timbul

pada sistem yang dibutuhkan untuk memisahkan biji buah sirsak. Tahap berikutnya

adalah tahap sintetis dimana tahap ini merupakan tentang penemuan beberapa alternatif

desain dari mesin yang akan dibuat. Dari beberapa alternatif tersebut akan dipilih

alternatif terbaik, kemudian dianalisa lebih lanjut mengenai perhitungan gaya, tegangan,

deformasi, getaran dan faktor-faktor yang lain pada tahap analisis. Tahap berikutnya

adalah tahap evaluasi yang berisi tentang evaluasi hasil tahap analisis dan sintetis

dibandingkan terhdap spesifikasi mesin yang ditentukan. Tahap terakhir adalah tahap

presentasi, berupa penyusunan hasil perancangan mesin pemisah biji buah sirsak dalam

bentuk gambar lengkap, daftar komponen, spesifikasi bahan dan proses pembuatannya.

2.2 Alternatif Desain

2.2.1 Alternatif Desain Pertama

Alternatif desain yang pertama adalah mesin pemisah biji buah sirsak yang

menggunakan rol beratur dari karet dan kawat kasa stainless steel. kawat kasa ini

diletakkan dibagian bawah dari rol pemukul dengan diberi celah (clearance) yang dapat

diatur jaraknya. Kawat kasa ini dipilih ukuran lubang yang sesuai (9 mm x 9mm), agar

biji buah sirsak tidak dapat melewatinya.

Cara kerja dari mesin ini sebagai berikut, buah sirsak yang sudah dikupas dan

dibuang bonggolnya dimasukkan kedalam hopper, sirsak akan turun dan masuk kedalam

celah karena terdorong oleh rol pemukul dan tergerus oleh rol tersebut. Karena bagian

alasnya adalah kawat kasa, maka daging buah akan masuk kelubang-lubang kasa dan

jatuh kebawah menuju ketempat penampungan yang sudah disiapkan, sedangkan bijimya

akan tertahan dan keluar melalui saluran keluaran biji. Biji sirsak tersebut tidak akan

melewati lubang kasa, sedangkan daging buahnya bias karena berbentuk pasta (semi

padat).

Keterangan :

1. hopper

2. rol pemukul

3. rangka

4. pelat penahan

5. saluran biji

6. puli

7.sabuk V

8.saluran buah

9.kawat

10.motor listrik

11.penampang

Gambar2.1 Alternatif Desain Pertama

Gambar2.2 Detail Rol Karet dan Kasa

Dari alternatif yang pertama dapat diambil penilaian mengenai kelebihan dan

kelemahan pada mesin tersebut.

Kelebihan :

1. Hasil lebih bersih.

Daging buah yang diperoleh bersih karena daging buah yang sudah terpisah

dengan bijinya akan langsung menuju penampung melalui saluran buah.

2. Lebih mudah dalam perawatan dan pembersihan mesin sehabis digunakan.

3. Pengoperasiannya mudah.

Kelemahan :

1. Hasil yang diperoleh sedikit, karena dengan kecepatan rol pemukul yang

rendah maka kapasitas pemisahan menjadi sedikit. Kecepatan rol pemukul

dibuat rendah karena mempertimbangkan diameter rol pemukul yang tidak

terlalu besar (25 cm) sehingga diharapkan dengan kecepatan yang rendah

maka proses pemisahan akan lebih efektif dan bersih.

2. Mesin kurang praktis.

Setelah rol karet yang dipakai mengalami keausan, maka akan mengalami

kesulitan dalam penyetelan clearance antara rol karet dengan alas kasa.

3. Kemungkinan biji buah tidak bisa keluar dan ikut tergilas kembali.

4. Waktu yang diperlukan pemisahan lebih lama.

2.2.2. Alternatif Desain Kedua

Alternatif mesin kedua memanfaatkan rol pemukul yang biasa dipakai untuk

memisahkan kulit kacang tanah.

Prinsipnya hampir sama dengan alternatif yang pertama, bedanya pada mesin ini

daging buah tidak jatuh tetapi terdorong menuju saluran daging buah. Sirsak yang sudah

dikupas kulitnya dan dibuang bonggolnya dimasukkan kedalam hopper, selanjutnya

sirsak akan tergilas diantara rol dan alas karet yang bertingkat seperti anak tangga. Akibat

dari gilasan ini, daging buah sirsak terpisah dengan bijinya. Selanjutnya daging buah

akan terbawa menuju saluran buah, sedangkan bijinya akan terlontar keluar menuju

kesaluran pembuangan biji.

Keterangan :

1. hopper

2. saluran buah

3. saluran biji

4. motor listrik

5. penampung

6. rol pemukul

7. rangka

8. sabuk V

9. puli

Gambar2.3 Alternatif Desain Kedua

Gambar2.4 Detail Rol Karet dan alas Karet

Kelebihan dan kelemahan yang ada pada alternatif desain mesin kedua adalah

sebagai berikut :

Kelebihan :

1. Kemungkinan biji buah yang pecah selama proses pemisahan dapat

diperkecil karena menggunakan alas dari karet yang bersifat elastis.

2. Seandainya masih ada biji yang masih ikut tercampur dengan daging

buah, mudah untuk dibuang karena biji masih utuh (tidak pecah).

3. Pengoperasian mudah.

Kelemahan :

1. Kemungkinan masih ada biji yang ikut tercampur dengan daging buah

(walaupun sedikit). Hal ini karena ada biji yang masih melekat dengan

daging

2. Kesulitan dalam pembersihan mesin setelah dipakai karena banyak sisa

daging buah yang melekat diantara celah-celah rol dan celah-celah alas

karet.

3. Hasil pemisahan kurang bersih.

2.2.3 Alternatif Desain Ketiga .

Alternatif desain yang ketiga ini menggunakan pemukul seperti halnya alternatif

pada mesin yang pertama dan kedua, tetapi proses pemisahannya mirip dengan desain

yang pertama. Perbedaan yang paling menonjol adalah pada rotor pemukulnya. Mesin

pertama dan kedua mengginakan rol karet yang pejal, sedangkan mesin yang ketiga

menggunakan rotor pemukul yang mempunyai sudu-sudu seperti pada kipas, dimana

terdapat delapan sudu yang dilas dengan sleeve yang terbuat dari stainless steel. Sleeve

ini kemudian dilas menjadi satu dengan poros yang terhubung dengan penggerak.

Setiap sudu terdiri dari pelat stainless steel sebagai penguat, kasa penyaring yang

terbuat dari pelat, dan ujungnya terbuat dari karet. Karet ini dipasang pada pelat stainless

steel dengan menggunakan baut yang juga terbuat dari stainless steel agar tidak berkarat.

Prinsip kerja dari mesin ini hampir sama dengan alternatif desain yang pertama,

perbedaannya biji buah menuju saluran biji bukan karena desakan dari rol karet, tetapi

dipengaruhi gaya sentrifugal akibat putaran dari rotor pemukul. Buah sirak yang masuk

ke hopper akan tergilas diantara sudu-sudu dan alas kasa. Akibat dari gilasan ini maka

daging buah akan masuk ke celah-celah kasa yang terbuat dari pelat dan keluar menuju

penampungan melalui saluran buah, sedangkan bijinya akan terlontar dan menghantam

tutup atas mesin yang melengkung berbentuk setengah lingkaran lalu keluar melalui

saluran biji. Biji-biji ini ditampung dalam tempat penampungan yang telah disiapkan.

Gambar 2.5 Alternatif Desain Ketiga

Keterangan :

1. karet sudu pemukul 5. puli + sabuk V

2. plat penguat 6. motor listrik

3. saluran daging buah 7. rangka

4. hopper 8. saluran biji

Gambar2.6 Detail Rotor Pemukul dengan Sudu Karet dan Alas Penyaring

Kelebihan dan kelemahan yang ada pada alternatif desain ketiga adalah sebagai

berikut :

Kelebihan :

1. Hasil yang diperoleh dapat lebih banyak karena celah diantara sudu satu

dengan yang lain lebih besar sehingga kapasitas pemisahan lebih besar.

2. Hasil pemisahan lebih bersih karena daging buah yang sudah terpisah

langsung jatuh dan keluar menuju penampungan melalui saluran buah.

3. Biji buah yang terlontar tidak akan keluar melalui hopper karena letak

hopper di pinggir (samping mesin).

4. Mudah dalam perawatan dan pembersihan karena tutup mesin dilengkapi

dengan engsel yang dapat dibuka dan ditutup.

5. Pengoperasian mudah.

Kelemahan :

Biaya pembuatan mesin ini lebih mahal. Hal ini karena bahan-bahan untuk

membuat rotor pemukul seperti pelat penguat, sleeve, kasa penyaring, dan

baut pengikat harus dibuat dari bahan stainless steel yang harganya mahal.

2.3 Alternatif Desain Terbaik

Setelah diuraikan ketiga alternatif desain mesin, maka pada tahap berikutnya

adalah penilaian desain terbaik. Penilaian ini dilakukan untuk dapat menyimpulkan

mengenai analisa dari ketiga variasi mekanisme mesin.

Tabel 3.1 Perbandingan Nilai Prioritas masing-masing Kriteria

Kriteria jumlah

A 0,5 1 1 1 3,5

B 0,5 0 0,5 1 2,5 ,5

C 0 0 0,5 1,5 ,5 0,5

D 0 0,5 0,5 0,5 1,5

E 0 0 0,5 0,5 1

Ju 10 mlah kriteria

Keterangan :

A = Hasil pemisahan

B = kapasitas pemisahan

C = Pengoperasian

D = Perawatan

E = Proses pengerjaan

Untuk menentukan bobot dengan cara membandingkan setiap kriteria satu

persatu. Kriteria yang penting diberi nilai 1 dan yang kurang penting diberi nilai 0 dan

jika sama-sama penting maka nilainya masing-masing 0,5. Selanjutnya kriteria ini

digunakan untuk menentukan bobot dalam skala 100. Bobot masing-masing kriteria

adalah :

A= 10

5,3 x 100% = 0,35

B = 10010

5,2 x % = 0,25

C = 10010

5,1 x % = 0,15

D = 10010

5,1 x % = 0,15

E = 101 x 100% = 0,10

Tabel 3.2 Pemilihan Alternatif Terbaik

Alternatife I Alternatife II Alternatife III

Kriteria Bobot

(k) Nilai

(N)

Skor

(N x k)

Nilai

(N)

Skor

(N x k)

Nilai

(N)

Skor

(N x k)

Hasil pemisahan 0,35 5 1,75 5 1,75 8 2,8

Kapasitas pemisahan 0,25 4 1 5 1,25 7 1,75

Pengoperasian 0,15 7 1,05 7 1,05 7 1,05

Perawatan 0,15 6 0,9 6 0,9 6 0,9

Proses pengerjaan 0,1 6 0,6 6 0,6 6 0,6

Jumlah 1 5,3 5,55 7,1

Keterangan nilai :

0= sama sekali tidak menyelesaikan masalah

1= sangat tidak cukup untuk menyelesaikan masalah

2= sangat sedikit menyelesaikan masalah

3= sedikit menyelesaikan masalah

4= lumayan menyelesaikan masalah

5= cukup menyelesaikan masalah

6= cukup baik menyelesaikan masalah

7= baik menyelesaikan masalah

8= sangat baik menyelesaikan masalah

9= baik sekali menyelesaikan masalah

Setelah dilakukan penilian terhadap ketiga mesin tersebut maka dapat diambil

alternatif desain terbaik dengan mengambil nilai tertinggi dari ketiga mesin tersebut,

yaitu alternatif mesin ketiga.

2.4 Mesin Pemisah Biji Buah Sirsak dengan Kapasitas 50 Kg/jam

Proses perancangan mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam

telah melalui tahapan. Hasil gambar rancangan tersebut merupakan hasil dari

tahapan-tahapan tersebut. Dalam perancangan suatu mesin perlu adanya keterangan

tambahan untuk memperjelas cara kerja, bagian-bagian utama mesin maupun

fungsinya. Berikut cara kerja, bagian utama mesin serta fungsinya dari mesin pemisah

biji buah sirsak yang dibuat :

2.4.1 Cara Kerja Mesin

Cara kerja mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam adalah

sebagai berikut :

1. Siapkan buah sirsak yang sudah dikupas kulit dan bonggolnya sudah

dibuang, kemudian belah menjadi dua/empat bagian tergantung besarnya

ukuran sirsak.

2. Hidupkan mesin dengan menekan tombol ON hingga putaran rotor stabil.

3. Masukkan buah sirsak tersebut kedalam hopper, maka buah sirsak tersebut

akan masuk dan tergilas diantar sudu pemukul dan alas kasa stainless steel.

4. Karena pengaruh dari gilasan sudu rotor tadi, maka daging buah akan masuk

melewati celah kasa dan keluar menuju penampungan buah, sedangkan

bijinya yang tersaring akan terlontar dan keluar menuju penampungan biji

melalui saluran biji

5. Setelah proses pemisahan selesai, matikan mesin dengan menekan tombol

OFF, kemudian buka penutup mesin dan bersihkan.

2.4.2 Bagian-bagian Utama Mesin

Adapun bagian-bagian utama dari mesin pemisah biji buah sirsak dengan

kapasitas 50 Kg/jam secara garis besar adalah sebagai berikut :

a. Motor listrik

Motor yang dipakai sebagai tenaga penggerak mesin ini adalah motor listrik.

b. Puli

Untuk menghubungkan gerak putar motor ke poros rotor pemukul

menggunakan transmisi sabuk V (V-Belt).

c. Sabuk V (V-Belt)

Sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari motor ke poros

transmisi dan dari poros transmisi ke rotor pemukul adalah sabuk V.

d. Poros

Direncanakan bahan untuk poros transmisi dan poros rotor pemukul dibuat

dari S45C (baja tarik dingin yang mempunyai kekuatan tarik 58 Kg/mm2).

e. Rotor pemukul

Rotor ini terdiri dari sudu-sudu dengan ujung yang terbuat dari karet,

berfungsi untuk menggilas buah sirsak yang sudah dikupas dan dibuang

bonggolnya agar terpisah dari bijinya.

f. Alas penyaring

Alas penyaring ini mempunyai fungsi menyaring agar daging buah tidak

bercampur dengan bijinya.

g. Saluran daging buah dan saluran biji

Daging buah yang sudah terpisah dengan bijinya akan keluar melalui saluran

daging buah kemudian ditampung di tempat yang sudah disediakan.

Sedangkan bijinya yang terlontar akan keluar melewati saluran biji dan

menuju tempat penampungan biji.

h. Rangka mesin

Rangka mesin dibuat dari besi profil L dengan ukuran profil 4 cm x 4 cm dan

ketebalan 3 mm.

i. Engsel

Engsel ini berfungsi memudahkan membuka dan menutup tutup mesin pada

waktu proses pembersihan.

Keterangan :

1. ujung karet

2. pelat penguat

3. alas kasa

4. daging buah

5. biji terlontar

Gambar3.7 Detail Proses Pemisahan Biji dan Daging Buah Sirsak

2.4.3 Keunggulan Mesin.

Mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam ini direncanakan

mempunyai keunggulan-keunggulan dibanding dengan mesin yang sudah ada

maupun dengan cara manual.adalah sebagai berikut :

1. Kapasitas pemisahan lebih besar dan lebih cepat

2. Hasil pemisahan yang didapat lebih bersih.

Daging buah yang dihasilkan bersih dan higienis karena sistem

pemisahannya terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat dan terbuat dari

karet.

3. Pembersihan mesin setelah dipakai dan perawatannya lebih mudah karena

tutup mesin dilengkapi dengan.engsel yang memudahkan membuka dan

menutup mesin. Engsel ini juga dapat dilepas dengan cara melepas baut dan

mur yang terdapat pada engsel.

4. Kemungkinan biji pecah lebih kecil karena ujung sudu untuk menggilas

sirsak terbuat dari karet yang elastis.

2.5 Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan

2.5.1 Daya rotor tanpa beban

Rotor pemukul terdiri dari poros, sleeve yang terbuat dari stainlees steel. Data

tentang stainlees steel dan karet yang digunakan dalam pembuatan rotor pemukul

adalah sebagai berikut :

- ρ stainlees steel = 7,7 x 10 Kg/m (Robert C Junivall:169) 3 3

- ρ karet = 920 Kg/m 3 (Robert C Junivall:189)

- µ karet dengan steel = 0,3 (kering) (Khurmi,1980:651)

= 0,18 (basah)

a). Kecepatan Sudut (ω )

ω = 602 nπ (George H Martin,1985:19)

Dimana :

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

n = Putaran (rpm)

b). Poros Pejal

Volume (V)

V = 4π D . - 2 l

4π d (Sularso,2002:3) l.2

Dimana :

D = Diameter luar (mm)

d = Diameter dalam (mm)

= Panjang poros (mm) l

Massa (M)

M = ρ . V

Dimana :

ρ = Massa jenis (Kg/m)

V = Volume (m)

c). Daya Beban

Untuk proses pemisahan biji.

Gaya sentrifugal

fc = M . R . ω 2 (George H Martin,1985:406)

Dimana :

M = Massa (Kg)

R = Jari-jari (m)

ω = Kecepatan sudut (rad/s)

2.5.2 Perhitungan Sabuk

Perbandingan putaran yang digunakan

n . d1 = d . n 2 (Khurmi,1980:657) 1 2

Dimana :

d = Diameter puli penggerak (mm) 1

d = Diameter puli yang digerakkan (mm) 2

n = Putaran poros penggerak (rpm) 1

n = Putaran poros yang digerakkan (rpm) 2

a). Putaran pada poros transmisi

n . d = d . n 1 2 2 2

n = 22

11.d

dn

b). Putaran pada poros rotor pemukul

n = 22

1.1

ddn

2.5.3 Panjang Sabuk

a). Panjang keliling sabuk (L)

L = 2 C + 2π (dp + Dp) +

C41 (Dp – dp) (Sularso,2002:170) 2

Dimana :

L = Panjang keliling sabuk (mm)

C = Jarak antara sumbu poros (mm)

dp = Diameter puli penggerak (mm)

Dp = Diameter puli yang digerakan (mm)

b). Kecepatan linier (keliling) sabuk (V)

V = 60

.. ndπ (Khurmi,1980:667)

Dimana :

d = Diameter puli penggerak (m)

n = Putaran puli penggerak (rpm)

c). Perhitungan gaya tegang sabuk

Gaya yang bekerja pada sabuk V dapat dicari sebagai berikut :

2

1

TT = e (Khurmi,1980:670) µθ

T = 2 µθeT1

P = 75

)( 21vTT − (Khurmi,1980:669)

P = 75

111 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ − µθeTT

P = T1 . v . C

Dimana :

P = Daya yang direncanakan (HP)

T1 = Tegangan sabuk pada sisi kencang (Kg)

T = Tegangan sabuk pada sisi kendor (Kg) 2

µ = Koefisien gesek

θ = Sudut kontak sabuk pada puli kecil (rad)

v = Kecepatan linier sabuk (m/s)

2.5.4 Poros

a). Massa dari keseluruhan poros rotor pemukul adalah massa sleeve ditambah

dengan massa keseluruhan sudu termasuk baut pengikatnya.

m = Massa sleeve + massa sudu dan baut

b). Berat rotor pemukul (W)

W = m x g

Dimana :

m = massa keseluruhan (Kg)

g = Gravitasi (N)

2.5.5 Perhitungan defleksi poros akibat beban rotor pemukul

Modulus elastisitas (E)

E = 207 Gpa (Shigley&Mitchell,1991:464)

= 207 . 1011 (N/m ) 2

Defleksi yang terjadi

y = EI

Fl48

3

− (Shigley&Mitchell,1991:470)

Dimana :

F = Gaya yang membebani (N)

l = Panjang poros (m)

E = Modulus elastisitas (N/m ) 2

I = Momen inersia luasan (m 4 )

2.5.6 Pasak

a). Pasak pada poros motor listrik, digunakan pasak standar dengan ukuran b x l x

h (6 x 6 x 18) mm.

Torsi (T)

T = np

π260

Dimana :

P = Daya yang direncanakan (Watt)

n = Putaran motor listrik (rpm)

b). Gaya tangensial (Ft)

Ft = rT (Khurmi,1980:477)

Dimana :

T = Torsi (Nm)

r = Jari-jari (m)

c). Tegangan geser yang terjadi (τ k )

AFt

k =τ (Sularso,2002:25)

Dimana :

Ft = Gaya tagensial (N)

A = Ukuran pasak standar (mm)S

2.5.7 Bantalan

a). Umur nominal bantalan (Lh)

untuk bantalan bola adalah

Lh = 500 fh 3 (Sularso,2002:136)

780 = 500 fh 3

fh = 5007800

3

= 2,498

b). Faktor kecepatan (fn)

fn = 31

3,33⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

n (Sularso,2002:136)

n = Putaran poros (rpm)

c). Beban ekivalen untuk bantalan radian (Pr)

Pr = XVF + Yf a (Sularso,2002:135) r

Dimana :

V = Faktor pembebanan pada cincin dalam yang berputar (=1)

F r = Gaya yang membebani (N)

F a = Gaya aksial pada bantalan (N)

b). Faktor umur (fh)

fh = fn rP

C (Sularso,2002:135)

Dimana :

fn = Faktor kecepatan (rpm)

C = Kapasitas dinamis spesifik (Kg)

P r = Beban ekivalen (N)