RANCANG BANGUN MESIN PENEPUNG UBI KAYU TIPE HAMMER MILL(Design and Manufacturing Hammer Mill of Cassava)

Warji1), Sapto Kuncoro1), Sandi Asmara1), dan Heny Rahmawati2)

1) Staf Pengajar Fakultas Pertanian Universitas Lampung, Jl. Prof. Dr. Sumantri Brojonegoro No. 1, Gedungmeneng, Bandar Lampung 35145, HP 0813 6910 4919, Email: warji@unila.ac.id, warji1978@yahoo.com

2) Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung

ABSTRACT

Cassava is a very important food crop that is capable of providing food security. An increase in production of cassava to sustain the national food security needs improved processing machinery. The objective of this research is to develop cassava milling machine, which able produce cassava flour as material source of cassava rice. The method consist of material properties identify and determine design parameter, design, manufacturing and testing. The hammer mill has been designed and constructed for producing basic and composite flours used in making cassava rice. The hammer mill produces particles in the coarse, medium and fine categories with proportion 71,44%, 19,57%, and 8,28% respectively. The milling process based on moving and hammer stroke in the milling chamber. The result showed that the hammer mill machine has good work produce cassava flour used in making cassava rice. The hammer mill work capacity was 286 kg/hour , the affectivity was 98.98%, and the efficiency was 91,20 %.

Key words: design, manufacturing, hammer mill, cassava and cassava flour.

PENDAHULUAN

Ketahanan pangan didefinisikan sebagai kondisi terpenuhinya pangan bagi

rumah tangga yang tercermin dari tersedianya pangan yang cukup, baik jumlah maupun

mutunya, aman, merata, dan terjangkau. Upaya mewujudkan penyediaan pangan

dilakukan dengan bertumpu pada sumberdaya lokal, kelembagaan, dan budaya lokal

(Menteri Pertanian RI, 2008). Permasalahan umum dalam pembangunan ketahanan

pangan meliputi kegiatan produksi pangan, distribusi dari lahan produksi sampai ke

konsumen, serta pada tahap pra-konsumsi dan proses konsumsinya oleh masyarakat.

Permasalahan utama dalam mewujudkan ketahanan pangan di Indonesia saat ini terkait

dengan adanya fakta bahwa pertumbuhan permintaan pangan yang lebih cepat dari

pertumbuhan penyediaannya.

1

Ubi kayu sudah memasyarakat di Indonesia dan telah banyak dimanfaatkan

menjadi berbagai macam makanan olahan tradisional, salah satunya nasi tiwul (Warji,

2009). Menurut Biro Pusat Statistik (2009), produksi ubi kayu mencapai 21.990.381

ton dengan daerah penghasil utamanya yaitu Lampung, Jawa Tengah, Jawa Timur, dan

Jawa Barat. Berdasarkan data Departemen Pertanian RI (2008) menunjukkan bahwa

pemanfaatan terbesar ubi kayu di Indonesia adalah untuk bahan pangan (58%), diikuti

bahan baku industri (28%), ekspor dalam bentuk gaplek (8%), pakan (2%) dan sisanya

(4%) menjadi limbah pertanian.

Tepung ubi kayu merupakan produk strategis yang mempunyai nilai ekonomi

tinggi dibanding produk awalnya, serta memberikan kontribusi cukup tinggi dalam

mempertahankan ketahanan pangan baik regional maupun nasional. Tepung ubi kayu

dibuat dengan menghancurkan chip ubi kayu tingkat kehalusan tertentu.

Alat penepung yang umum digunakan adalah tipe hammer mill dan disk mill.

Ebunilo (2010) menggunakan hammer mill untuk menepungkan biji-bijian dan mineral

padat, Murphy (2009) menggunakan untuk menepungkan biji-bijian, dan Yeung (1979)

menggunakan untuk penghomogen tepung. Sementara disk mill tipe double jacket

digunakan untuk menepungkan komoditas biofarmaka (Paramawati, 2008).

Hammer mill dipilih sebagai penepung ubi kayu karena hammer mill mampu

menghancurkan bahan bertekstur keras dan menghasilkan tepung dengan kapasitas

tinggi serta getaran yang rendah (Kosse, 2001). Hammer mill memiliki konstruksi yang

sederhana dan jika terjadi keausan pada palu tidak mengurangi efisiensi alat

(Henderson, 1989). Tujuan penelitian ini adalah merancang bangun mesin penepung

ubi kayu tipe hammer mill dengan bilah hammer yang bergerak mengayun bebas untuk

menghasilkan tepung ubi kayu yang tepat untuk membuat tiwul instan.

2

BAHAN DAN METODE

Penelitian ini dilaksanakan di Bengkel Mekanisasi Pertanian Jurusan Teknik

Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung pada bulan Desember 2009 sampai

dengan bulan April 2010.

Bahan

Konstuksi hammer mill terbuat dari besi siku ukuran 50x50 mm, ruang

penepungan terbuat dari besi plat 5 mm sementara bilah hammer terbuat dari besi strip

dengan ketebalan 4 mm. Sumber daya penggeraknya menggunakan motor listrik,

putaran diteruskan ke poros penepungan dengan menggunakan puli dan sabuk V. Chip

ubi kayu yang digunakan untuk menguji kinerja mesin adalah chip ubi kayu kering

dengan kadar air 12-14%.

Metode

Metode rancang bangun dimulai dari identifikasi properties bahan baku dan

penentuan parameter desain, dilanjutkan pembuatan sketsa perancangan (gambar

sketsa), dilakukan perhitungan-perhitungan desain teknik dan dibuat gambar teknik.

Tahap selanjutnya berupa pengadaan bahan dan komponen, proses fabrikasi dan

modifikasi penyempurnaan. Tahap terakhir berupa uji fungsional dan verifikasi.

Pengujiaan berupa pengamatan terhadap kinerja mesin dan derajad kehalusan tepung.

Kapasitas kerja mesin penepung secara aktual dihitung dengan menggunakan

rumus:

......................................................................................................... (1)

Sementara efektifitas kerja mesin penepung dihitung dengan menggunakan rumus:

3

....................................................................................... (2)

Efisiensi kinerja mesin penepung dihitung dengan menggunakan rumus:

..............................................................................................(3)

Dimana KK, TP, t, E, TL dan Eff secara berturut-turut adalah kapasitas kerja

mesin penepung (kg/jam), jumlah tepung yang dihasilkan (kg), waktu penepungan

(jam), efektifitas kerja mesin penepung (%), tepung yang hilang/losses (kg) dan

effisiensi kinerja mesin penepung (%).

Perhitungan derajat kehalusan dan indeks keseragaman bahan hasil penggilingan

mengacu pada Tabel 1 dan persamaan (4), (5) dan (6).

Tabel 1. Perhitungan derajat kehalusan dan indeks keseragaman hasil penggilingan (Pratomo, 1982)

........................................ (4)

Indeks keseragaman, dimana kasar : sedang : halus = 6 : 3 : 1 ....................... (5)

Persentase pada tiap saringan, .......................................... (6)

Dimana, H, Mb dan Ma secara berturut-turut adalah persentase tingkat kelulusan

(%), berat bahan yang tidak lolos ayakan (g), dan berat bahan yang diayak (g).

Rancangan Fungsional dan Struktural

Rancangan mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill meliputi beberapa

bagian: kerangka, hopper, ruang penepungan, saluran pengeluaran, saringan, puli, dan

motor penggerak. Prinsip kerja mesin penepung ubi kayu adalah prinsip pemukulan

bahan yang ditempatkan dalam ruang penepungan dengan menggunakan bilah hammer

yang berayun bebas. Bahan diumpankan melalui hopper yang terbuat dari plat besi

dengan ketebalan 1 mm, ukuran penampang atas 200 mm x 200 mm, penampang bawah

4

150 mm x 150 mm, dan tinggi hoper 240 mm. Bahan masuk ke dalam ruang

penepungan dan dipukul dengan menggunakan bilah hammer dengan kecepatan poros

penepung mengikuti persamaan (7) berikut ini:

......................................................................................................(7)

Sementara panjang sabuk V dihitung dengan menggunakan rumus:

................................................................(8)

Dimana n2, D2, D1, n1, L dan C secara berturut-turut adalah rpm poros mesin

penepung, diameter puli pada poros motor listrik (mm), diameter puli pada poros mesin

penepung ubi kayu (mm), rpm motor listrik, panjang sabuk V (mm) dan jarak antara

poros kedua puli (mm).

Berdasarkan Persamaan (7) dapat dihitung kecepatan putar poros mesin

penepung, dimana kecepatan putar motor yang digunakan besarnya 2900 rpm,

sementara diameter puli pada poros motor listrik 100 mm, dan diameter puli pada poros

mesin penepung ubi kayu 170 mm, sehingga kecepatan putar poros mesin penepung

dapat dihitung sebagaimana persamaan berikut:

Panjang sabuk V dihitung berdasarkan persamaan (8). Jarak antara kedua poros

(C) sebesar 550 mm, maka panjang sabuk V standar yang dibutuhkan adalah:

5

L = 1100 + 436,983 = 1536,983 mm

Sementara panjang sabuk V yang ada di pasaran adalah 1549 mm, sehingga

perlu dilakukan penyetelan letak motor listrik agar sabuk V jenis A dengan panjang

1549 mm dapat digunakan dengan baik.

Bahan yang ditepungkan adalah chip singkong kering dengan berat jenis 0,278

kg/l, ruang penepung berbentuk silinder berdiameter 155 mm, dan tinggi 300 mm

sehingga volume silinder besarnya 5,663 liter. Ruang penepung juga berisikan bilah

hammmer dan poros. Bilah hammer berjumlah 36 buah berbentuk persegi panjang

dengan panjang 97 mm, lebar 29,5 mm dan ketebalan 4 mm, sehingga volume bilah

hammer adalah 0,412 liter, sementara volume poros secara keseluruhan sebesar 0,545

liter sehingga ruang penepung hanya dapat diisi chip singkong sebesar 4,91 liter.

Berdasarkan ujicoba, untuk menghancurkan chip singkong dalam ruang penepung yang

terisi penuh memerlukan waktu 15 detik. Berdasarkan parameter di atas dapat dilakukan

perhitungan kapasistas secara teoritis dengan Persamaan (9) berikut:

...................................................................................................... (9)

Dimana KT, BJ, V dan tp secara berturut-turut adalah kapasitas teoritis (kg/jam),

berat jenis chip singkong (kg/l), volume ruang penepung (liter) dan waktu penepungan

sekali proses (detik), sehingga besarnya kapasitas teoritis mesin penepung sebagai

berikut:

6

Diameter poros mesin penepung dihitung dengan Persamaan (12), persamaan ini

merupakan penggabungan antara persamaan daya yang diperlukan proses penepungan

dan besarnya torsi poros penepung , Persamaan (10) dan Persamaan (11).

......................................................................................................(10)

...................................................................................................(11)

.............................................................................................(12)

Dimana P, T, d dan fs secara berturut-turut adalah daya motor yang digunakan

(Watt), Torsi (Nm), diameter poros (mm), dan shear stress (N/mm2).

Besarnya daya motor yang digunakan sebesar 2 HP (1,5 kW), sementara shear

stress ubi kayu segar kadar air 50%, 60% dan 70% sebesar 0,112 N/mm2, 0,112 N/mm2,

dan 0,112 N/mm2 (kolawole, 2010), sementara shear stress chip kering sebesar 0,082

N/mm2 (hasil ekstrapolasi), sehingga besarnya diameter poros penepung adalah sebagai

berikut:

Berdasarkan faktor keamanan digunakan angka keamanan 2 sehingga besarnya

poros penepung yang digunakan adalah 3,4 cm, sementara poros bilah hammer besarnya

1,7 cm tanpa ada faktor keamanan karena dalam ruang penepung terdapat 4 buah poros

bilah hammer sehingga besarnya daya penepung tersebar pada keempat poros tersebut.

Rancangan mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Rancangan mesin penepung ubi kayu

7

HASIL DAN PEMBAHASAN

Mesin Penepung Ubi kayu Tipe Hammer Mill

Prototipe mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill yang terdiri atas: rangka,

hopper, ruang penepungan, saluran pengeluaran, saringan, puli, dan motor penggerak.

Hammer mill tersebut berfungsi sebagai alat penggiling bahan yang bekerja berdasarkan

prinsip putaran dan pemukulan di dalam ruang penepung. Prototipe mesin penepung

ubi kayu tipe hammer mill dapat disajikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Prototipe mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill

Spesifikasi mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill adalah sebagai berikut:

Nama : Mesin Penepung Ubi Kayu Tipe Hammer Mill

Panjang mesin : 600 mm

Lebar mesin : 400 mm

Tinggi mesin : 1300 mm

Sumber tenaga : Motor Listrik 2 HP, 2900 rpm

Putaran puli mesin tanpa beban : 1661 rpm

Putaran puli mesin dengan bahan : 1657 rpm

Kapasitas kerja aktual : 286 kg/jam

Mekanisme Kerja Mesin Penepung Ubi kayu

Mekanisme kerja hammer mill untuk menggiling/menghancurkan material/chip

ubi kayu dalam ruang penepung terdiri dari tiga langkah kerja, yaitu: material masuk

dalam ruang penggiling melalui feeder/hopper karena pengaruh gravitasi, material yang

masuk bertumbukan dengan sekumpulan hammer yang melekat pada palang mesin yang

berputar dengan kecepatan tinggi di dalam ruang penepung dan material itu dihancurkan

oleh tumbukan hammer yang berulang-ulang dan gesekan dengan dinding ruang

8

penepung, serta material yang sudah dihancurkan/dihaluskan turun ke bawah karena

gravitasi melewati saringan atau ayakan yang selanjutnya menuju saluran pengeluaran.

Bilah hammer digerakkan oleh motor listrik yang berkekuatan 2 HP dengan kecepatan

putaran 2900 rpm, putaran ini ditransmisikan ke poros yang terhubung dengan hammer

mill.

Uji Kinerja Mesin Penepung Ubi kayu Tipe Hammer Mill

Hasil pengujian fungsional menunjukkan bahwa mesin penepung ubi kayu tipe

hammer mill mampu menepungkan chip ubi kayu. Tepung ubi kayu yang dihasilkan

terdiri atas tiga jenis agregat tepung yaitu agregat halus, agregat sedang dan agregat

kasar. Persentase keseragaman agregat tepung disajikan pada Tabel 2 sedangkan untuk

grafik keseragaman agregat tepung ubi kayu dapat dilihat pada Gambar 3.

Tabel 2. Persentase keseragaman agregat tepung ubi kayu

Berdasarkan Tabel 2 dan Gambar 3 menunjukkan bahwa pada tiap ulangan

tepung yang dihasilkan sebagian besar termasuk dalam agregrat kasar. Perbedaan hasil

gilingan yang diperoleh dari mesin penepung ini terutama disebabkan oleh ukuran

saringan yang digunakan di dalam mesin, selain faktor-faktor lain seperti kecepatan

putaran mesin (rpm) dan jarak hammer mill dengan saringan serta ruang penepung

(clearance).

Gambar 3. Grafik keseragaman agregrat tepung ubi kayu

Ukuran saringan yang terdapat pada mesin adalah 40 mesh. Penggunaan

saringan dengan ukuran tersebut dilakukan karena tepung yang dihasilkan akan

dipergunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan agregat tiwul instan. Komposisi

untuk pembuatan agregat tiwul instan yang baik adalah dengan penggunaan agregat

tepung kategori kasar dalam jumlah yang lebih besar dibanding agregat yang lain,

9

dengan perbandingan agregat kasar : sedang : halus yaitu 50% : 30% : 20%

(Darmawansah, 2006).

Rata-rata perbandingan ukuran tepung yang dihasilkan untuk masing-masing

agregat kasar : sedang : halus adalah 7 : 2 : 1 dengan persentase tingkat kehalusan untuk

fraksi kasar sebesar 71,44%, fraksi sedang sebesar 19,57% dan fraksi halus sebesar

8,28% dengan derajat kehalusan 4,12. Derajat kehalusan dan indeks keseragaman

menunjukkan keseragaman hasil giling atau penyebaran fraksi halus dan kasar dalam

hasil giling seperti disajikan dalam Tabel 3.

Tabel 3. Rata-rata derajat kehalusan dan indeks keseragaman tepung ubi kayu

Berdasarkan pengujian didapatkan kapasitas kerja mesin penepung ubi kayu tipe

hammer mill sebesar 286 kg/jam, efektivitas kerja sebesar 98,98% untuk penggunaan

ukuran saringan setara dengan 40 mesh, dan effisiensi kinerja mesin sebesar 91,20%.

Tabel 4. Hasil pengujian kapasitas kerja mesin

KESIMPULAN DAN SARAN

Prototipe mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill telah dapat digunakan

untuk menepungkan chip ubi kayu menjadi tepung ubi kayu dengan tingkat

keseragaman tepung yang dihasilkan adalah fraksi kasar 71,44%, sedang 19,57%, dan

halus 8,28%. Kapasitas kerja mesin sebesar 268 kg/jam, efektivitas penepungan sebesar

98,98% dan effisiensi kinerja mesin sebesar 91,20%. Tepung ubi kayu yang dihasilkan

dominan kasar sehingga cocok untuk pembuatan tiwul instan.

Disarankan menggunakan saringan yang lebih kecil diameter luangnya untuk

menghasilkan tepung ubi kayu yang lebih halus ukurannya.

10

UCAPAN TERIMA KASIH

Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Pendidikan Nasional

yang telah memberikan dana penelitian Hibah Strategis 2009 dan 2010 melalui DIPA

Universitas Lampung sehingga penelitian ini dapat terlaksana.

DAFTAR PUSTAKA

Biro Pusat Statistik. 2009. Produksi Ubi Kayu. http://www.bps.go.id. [diakses: 2 Januari 2010].

Darmawangsah E. 2006. Mesin Pempuat Butiran Tiwul. Skripsi. Fakultas Pertanian Universitas Lampung. Lampung.

Departemen Pertanian RI. 2008. Budidaya kacang-kacangan dan umbi-umbian. http:/www.deptan.go.id [diakses: 6 Maret 2010].

Ebunilo P. O., Obanor A. I. And Ariavie G. O. 2010. Design And Preliminary Testing Of A Hammer Mill With Endsuction Lift Capability Suitable For Commercial Processing Of Grains And Solid Minerals In Nigeria. International Journal of Engineering Science and Technology. Vol. 2(6):1581-1593.

Henderson, S. M dan R. L. Perry. 1989. Agricultural Process Engineering. Avi Publishing Co. Inc. English.

Kolawole P. O., Leo A., and Simeon A. O. 2001. Sustaining World Food Security with Improved Cassava Processing Technology: The Nigeria Experience. Sustainability. Vol( 2): 3681-3694.

Kosse, Vladis and M. Joseph. 2001. Design of hammer mills for optimum performance. Journal of Mechanical Engineering Science (Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C), 215(1). pp. 87-94.

Menteri Pertanian RI. 2008. Makalah Seminar dan Gelar Teknologi Nasional 2008. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta, 18-19 November 2008.

Murphy A, C. Collins, A. Philpotts, A. Bunyan, and D. Henman. 2009. Influence Of Hammer Mill Screen Size And Grain Source (Wheat Or Sorghum) On The Growth Performance Of Male Grower Pigs. Research Report. http://www.porkcrc.com.au/1B-107_Research_Report_.pdf. [diakses tanggal 06 Desember 2010].

Paramawati, R., Sigit, T., Mardison dan Reni Yuliana, G. 2008. Rekayasa Mesin Penepung Tipe Doble Jacket Untuk Komoditas Biofarmaka. Jurnal Enjiniring Pertanian. Vol.VI, No.2:93-98.

11

Pratomo, M., A.K. Irwanto dan D. Pakpahan. 1982. Alat dan Mesin Pertanian 2. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Jakarta.

Warji. 2009. Rekayasa Mesin Pembuat Butiran Tiwul. Jurnal Enjiniring Pertanian. Vol.VII, No.2:91-98.

Yeung, C. C. and Hersey, J. A. 1979. Powder Homogenization Using a Hammer Mill. Journal of Pharmaceutical Sciences, 68: 721–724. http://onlinelibrary.wiley.com/ doi/10.1002/jps.2600680618/abstract. [diakses tanggal 6 Desember 2010].

12

Lampiran

Gambar 1. Rancangan mesin penepung ubi kayu

Gambar 2. Prototipe mesin penepung ubi kayu tipe hammer mill

Gambar 3. Grafik keseragaman agregrat tepung ubi kayu

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2Ulangan

Tin

gkat

Keh

alus

an (%

)

Kasar

Sedang

Halus

13

Tabel 1. Perhitungan derajat kehalusan dan indeks keseragaman hasil penggilingan

MeshPersentase pada tiap saringan

Angka yang telah ditetapkan

Hasil perkalian

Jumlah persentase pada tiap saringan

Angka bulat yang mendekati

40 A 5 5a4b Kasar =

misal = 5,896

60 B 480 C 3 3c

2d Sedang =

misal = 3,013100 D 2

120 E 1 1e0 Halus =

misal = 0,751Panci F 0

JumlahJumlah = a+b+c+d+e+f = 100%

Jumlah = 5a+4b+3c+2d+e

Tabel 2. Persentase keseragaman agregat tepung ubi kayuBahan 10 kg Persentase kehalusan rata-rata (%) Derajat

KehalusanKasar Sedang Halus1 71,34 19,78 8,08 4,122 71,53 19,35 8,48 4,12Rata-rata 71,44 19,57 8,28 4,12

Tabel 3. Rata-rata derajat kehalusan dan indeks keseragaman tepung ubi kayu

MeshPersentase pada tiap saringan

Angka yang telah ditetapkan

Hasil perkalian

Jumlah persentase pada tiap saringan

Angka bulat yang mendekati

40 61,28 5 306,440,64 7,14 760 10,16 4

80 17,78 3 53,343,58 1,96 2100 1,79 2

120 4,20 1 4,200 0,83 1Panci 4,08 0

Jumlah Jumlah = 99,29

Jumlah = 408,16 9,87 10

DK = 4,12Indeks keseragaman = 7 : 2 : 1

Tabel 4. Hasil pengujian kapasitas kerja mesinUlangan Waktu yang digunakan (jam) Kapasitas kerja (kg/jam)1 1 275 2 1 261Rata-rata 1 268

14

15