- 1 -

ANALISIS DINAMIK DAN SIMULASI ALAT PENGUPAS BUAH KOPI DENGAN BANTUAN PROGRAM DINAMIKA BENDA JAMAK

Iman Satria dan Ruddi Hartoni

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Bung Hatta Jalan Gajah Mada No. 19 Olo Nanggalo, Padang 25134

ABSTRAK: Makalah ini menyajikan analisis perilaku dinamik batang pemukul pada suatu alat pengupas buah kopi dengan bantuan perangkat lunak berbasis Dinamika Benda Jamak. Dalam analisis ini, model batang pukul di modelkan sebagai benda tegar dimana massa dan panjang batang pukul akan divariasikan. Sedangkan beban yang bekerja pada batang pukul adalah beban dinamik, yaitu berupa beban dengan variasi ketinggian buah kopi yang membentur ke batang pemukul dan diteruskan kedinding pembentur. Dari analisis respon dinamik dapat diketahui gaya-gaya yang terjadi pada sambungan batang pukul, perilaku batang pukul ketika membenturkan buah kopi kedinding pembentur, linier momentum buah kopi ketika dipukul oleh batang pukul dan terbentur oleh dinding pembentur, serta seberapa besar gaya yang bekerja pada buah kopi tersebut. Dengan diketahui hal tersebut, kita dapat memprediksi buah kopi apakah buah kopi itu pecah karena dipukul atau terbentur dari dinding pembentur serta dapat menghasilkan rancangan yang optimum. Respon dinamik model dapat dipelajari melalui program ini sehingga dapat digunakan sebagai design tool dalam proses disain alat pengupas buah kopi.

1. PENDAHULUAN

Alat pengupas kopi yang sudah ada kurang efektif dan efisien. Karena kapasitas yang dihasilkan kecil dan waktu yang dibutuhkan lama, untuk daya penggerak yang digunakan ini adalah tenaga manusia dengan perantara engkol, dan banyak juga biji yang didapatkan dalam keadaan pecah.

Dengan dasar hal diatas untuk meningkatkan kerja dari alat pengupas kopi dapat dilakukan dengan optimalisasi kerja pengupas kopi yang dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya adalah dengan mengamati langsung dan mengambil data dilapangan lalu menganalisa data tersebut dilain tempat (Benny, Ezzul, 2005). Alternatif lain adalah dengan memodelkan sistim kerja pengupas kopi tersebut. Pemodelan perangkat pengupas kopi dalam hal ini dapat membantu untuk mengetahui kinerja dari perangkat pengupas kopi tanpa harus kelapangan, meskipun hasil yang diperoleh tidak seakurat dilapangan. Dengan adanya model perangkat pengupas kopi, proses optimalisasi dapat disimulasikan dengan tanpa harus melihat perangkat yang sebenarnya. Pemodelan geometri dan kinematik perangkat pengupas kopi dapat dilakukan dengan membuat gambar sebenarnya serta simulasi kinematik perangkat pengupas kopi, pemodelan dibuat tidak hanya untuk fungsi diatas saja. Suatu model dapat dijadikan alat peraga mengenai cara kerja dan sistim operasi tersebut dilapangan. Pemodelan geometri perangkat pengupas buah kopi menggunakan bantuan software Inventor 5.3 dan untuk analisis kinematik dinamiknya menggunakan software MSC. Visual Nastran 4D 2002.

2. METODE BILANGAN KOMPLEKS

Suatu vektor dapat dituliskan dalam bentuk bilangan kompleks. Gambar 2.1 menunjukkan sebuah vektor OZ dalam bidang kompleks yang dinyatakan sebagai:

Z = x + iy atau Z = r cos θ + ir sin θ ( )θθ sincos irZ +=

Gambar 2.1Vektor Dalam Bidang Kompleks

- 2 -

Gambar 2.2 Siklus dari Vektor Bilangan Kompleks

Untuk memudahkan pengertian, selanjutnya akan dibahas perkalian i dengan vektor bilangan kompleks sebagai berikut : i eiθ = i ( cos θ + i sin θ ) i eiθ = cos (θ + π/2) + i sin (θ + π/2) i eiθ = ei(θ+π/2) ...(2.4) Dengan cara yang sama dapat juga diturunkan hubungan berikut:

i2 eiθ = - eiθ = ei(θ+π)

i3 eiθ = - i eiθ = ei(θ+3π/2)3

Atau dalam persamaan umum dapat ditulis sebagai berikut :

ik eiθ = ei(θ+kπ/2) ...(2.5)

dengan k = 0,1,2,3,...... Harga i0 eiθ akan sama dengan eiθ (k = 0) karena siklusnya berulang. Vektor-vektor dalam bilangan kompleks ini dapat dilihat pada Gambar 2.1. Penggunaan metode ini akan ditunjukkan pada kasus sederhana dari batang yang berotasi murni (Gambar 2.2). Dalam kasus ini akan ditentukan kecepatan dan percepatan titik P, Vp dan Ap bila diketahui kedudukan sudut θ2, kecepatan sudut ω2 dan percepatan sudutnya α2. Posisi dari titik P dinyatakan oleh vektor Rp (Gambar 2.4b) dalam persamaan berikut :

Rp = rp (cos θ2 + i sin θ2) = rp eiθ2 ...(2.6)

Interpretasi dari persamaan 2.6 adalah sebagai berikut: rp mewakili panjang vektor dan eiθ2 merupakan unit vektor yang mempunyai arah θ2. Deferensiasi terhadap waktu dari Rp akan menghasilkan vektor kecepatan Vp sebagai berikut :

)( 2θθ ip ierRVp &&==

= rp ω2 ei(θ2 + π/2 ...(2.7)

Dengan 2θ& = ω2 dan i eiθ2 = ei(θ2 + π/2) seperti telah dibahas pada persamaan 2.3. Gambar 2.3c menunjukkan vektor kecepatan Vp dan berarah (θ2 + π/2) atau tegak lurus sumbu batang 2 dan besarnya sama dengan rp ω2. Hasil ini sesuai dengan analisis sebelumnya.

- 3 -

Gambar 2.3 Analisis Kecepatan dan Percepatan Batang Berputar

Selanjutnya diferensiasi dari kecepatan Vp akan menghasilkan vektor kecepatan Ap sebagai berikut :

Ap = pR&& = )()( 222

222

θθ ωω ip

ip iereir &+

= )2/(2

)(22

22 πθπθ αω ++ + ip

ip erer ...(2.8)

Dengan 22 ωα &= komponen pertama pada bagian kanan menyatakan komponen normal, Ap

n dari ap dengan rp.ω22

adalah besar vektor dan (θ2 + π) menyatakan arah sudut yang berlawanan 180o dengan vektor posisi. Komponen kedua menyatakan komponen tangensial Ap

t dengan rp.α adalah besarnya dan (θ + π/2) arah sudutnya yang tegak lurus sumbu batang (Gambar 2.3c). Persamaan 2.6 menyatakan bahwa Ap adalah penjumlahan dari dua buah vektor yang saling tegak lurus arahnya. Untuk menentukan harga resultan dan arah Ap, dipergunakan persamaan-persamaan berikut :

Ap = -rpω2

2 ( cos θ2 + i sin θ2 ) + rp α2

( i cos θ2 – sin θ2) = -( rpω2

2 cos θ2 + rp α2 sin θ2 ) + i ( -rpω2

2 sin θ2 + rp α2 cos θ2) = a + ib

Jadi besar vektor Ap adalah :

Ap = ) b (a 22 +

= }+

++2

22p22

2p

222p2

22p

) cos r sin (-r

)sin r cos {(r

θαθω

θαθω

= ⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

+

++

)cos(sin(

)sin(cos(

22

222

22

22

224

22

θθα

θθω

p

p

r

r

Dimana : 122 =+ θθ SinCos

= { })()( 22

242

2 αω pp rr +

= } )(r ){(r 22p

222p αω + ...(2.9)

dan arahnya dapat dinyatakan oleh sudut β sebagai berikut :

- 4 -

tan β =ab

= )sin cos (-) cos sin (-

2222

2

2222

2

θαθωθαθω

++

...(2.10)

Untuk kondisi yang lebih umum, dimana panjang vektor Rp berubah terhadap waktu seperti pada kasus batang peluncur, dapat digunakan persamaan vektor sebagaiberikut :

Gambar 2.4 Vektor kecepatan dan percepatan batang peluncur

Rp = rp eiθ2

Vp = pr&eiθ2 + i rp ω2 eiθ2

= pr&eiθ2 + rp ω2 ei (θ2 + π/2) ...(2.11)

Secara fisik pr&diartikan sebagai kecepatan relatif antara titik batang peluncur dan batang nomor 2, sedangkan rp.ω2

adalah kecepatan relatif antara titik-titik dibatang nomor 2. Gambar 2.5c menjelaskan hubungan ini. Vektor percepatannya dinyatakan oleh : Ap = pp rr&& eiθ2 + 2 pr&ω2 i e iθ2 + rp α2 i eiθ2

+ rp ω22 i2 eiθ2

= pr&& eiθ2 + (2 pr& ω2 + rp α2) ei (θ2 + π/2)

+ rp ω22 ei (θ2 + π) ...(2.12)

dalam persamaan 2.10, pr&& eiθ2 menyatakan percepatan relatif antara titik pada batang peluncur dan titik pada batang

nomor 2. Sedangkan komponen 2 pr&ω2 ei(θ2 + π/2) adalah pecepatan koriolis. Dua komponen lainnya adalah

komponen normal dan komponen tangensial. 3. PEMODELAN GEOMETRI DENGAN AUTODESK INVENTOR 5.3

Seluruh model dibuat dalam makalah ini menggunakan program Autodesk Inventor 5.3. Sebenarnya ada beberapa program komputer yang dapat digunakan untuk pemodelan geometri suatu struktur. Pemodelan dua dimensi suatu benda yang selama ini dikenal dalam bidang engineering dan arsitektur lebih banyak menggunakan program Auto-CAD. Demikian pula dengan model 3-dimensinya. Setelah membandingkan program Auto-CAD dengan program lain, ada beberapa kelemahan yang dimiliki Auto-CAD dalam hal editing dan pengorganisasian model geometri karena Auto-CAD memodelkan obyek dalam bentuk wire frame. Sebagai perbaikan/tambahan dari kekurangan pada Auto-CAD 3-D, muncul produk Autodesk yang lebih baik dalam editing gambar dan manajemen gambar, sehingga Autodesk Inventor 5.3 mampu menutupi kekurangan pada Auto-CAD 3D.

Autodesk Inventor adalah suatu paket yang terintegrasi antara konseptual, disain dan dokumen produk. Dimana mampunyai kemampuan untuk mendisain suatu produk seperti perakitan part atau model.

- 5 -

Autodesk Inventor memberikan kemudahan dalam mendisain pada model 3D yang memiliki keunggulan sebagai berikut ;

Kualitas produk lebih baik (proses manufaktur lebih mudah dikontrol) Ketelitian lebih tinggi Waktu perancangan lebih pendek Mengurangi ongkos pembuatan prototipe Terhubung dengan program gambar (AutoCad) serta program kinematik dinamik MCS Visual Nastran.

Autodesk Inventor juga menyajikan tool yang dapat digunakan secara individu atau bersama-sama untuk membuat dokumentasi atau disain, seperti berikut ini:

Menampilkan part dan assembly Pada perancangan suaru produk dapat dengan mudah membuat part-part dan part tersebut digabungkan

dengan perintah assembly, dimana masing-masing mempunyai kemampuan yang baik dan integrasi. Menggabungkan Gambar (assembly) Menggabungkan bagian-bagian yang dikombinasikan. Baik bagian tunggal ataupun suatu kelompok part

yang membentuk bagin gabungan part, Inventor dapat menggabungkan komponen yang individu kedalam suatu assembly adalah suatu cara yang hirarkis menurut pasangannya.

Disain dokumentasi Autodesk Inventor menabahkan suatu dimensi penting dalam disain satu produk.

Beberapa kelebihan dari software Autodesk Inventor 5.3 dapat dijelaskan sebagai berikut : Wire Frame

Satu kurva tertutup sederhana yang dibentuk dari beberapa entity Bentuknya dapat diubah Tersedia fasilitas array, copy dan mirror untuk memperbanyak geometri yang sama Langsung dibuat pada file yang sama

Solid Geometry

Dibuat dari profile sebuah sketsa yang didefinisikan sebagai wire frame Dibuat dengan mengolah (cut, fillet joint, intersect, dll) geometri primitif (kotak, silinder, bola, dll)

yang sudah tersedia dengan/tidak menggunakan surface Satu komponen yang terdiri dari beberapa feature didefinisikan sebagai part Dalam satu file dapat terdiri dari beberapa part Feature tidak dapat diperbanyak, yang dapat di perbanyak adalah part Part adalah hasil perbanyakan (array dan copy) akan didefinisikan sebagai part baru yang dependent

terhadap part induknya.

Assembling Terbentuk dari beberapa part yang di-attach dari file komponen Hanya ada beberapa variasi constraint (mate, flush, insert opposed, insert alligned,angel, tangen

inside, tangen outside) untuk memudah proses assembli komponen Fasilitas snap dapat membantu memudahkan assembli Proses modifikasi dimensi dan editing komponen (part) hanya dapat dilakukan pada file part yang

bersangkutan.

Export/Import File Export ke file dalam bentuk :

IGES STEP VDAS VRML

Data : Metafile (*.wmf) ACIS (*.sat) Lithography EPS DXX Bitmap (*.bmp) 3D Studio (3ds) block (*.dwg)

Import dari file dalam bentuk :

IGES STEP VDAS

Data : Metafile (*.wmf)

- 6 -

Dengan segala kelebihannya, sebagaimana disebutkan diatas, akhirnya Autodesk Inventor 5.3 dipilih untuk memodelkan geometri seluruh komponen pengupas buah kopi yang akan disimulasikan nantinya. Tulisan mengenai Autodesk Inventor 5.3 kebanyakan diambil dari manual dan eksplorasi penulis terhadap software bersangkutan pada saat pemodelan.

4. PEMODELAN GEOMETRI Pemodelan merupakan suatu gambaran dari mekanisme yang akan dianalisa kearah yang lebih simpel dan sederhana, tanpa adanya perubahan pada dimensi. Dimana alat pengupas buah kopi adalah kumpulan beberapa komponen yang terdiri dari hopper, rumah pukul, rangka, bearing, motor penggerak, batang pemukul, plat pemisah, cincin pemisah, poros as pukul, pen, saringan, dan pully. Pada pemodelan ini, motor penggerak dan sistem transmisi daya tidak digambarkan dengan detail. Komponen-komponen tersebut hanya dimodelkan seperti motor penggerak pada saat pemodelan kinematika nanti untuk menyederhanakan geometri dan pembatasan jumlah komponen.

Komponen-komponen pelengkap (baut, mur, dan lainnya) tidak dimodelkan juga dalam pemodelan geometri pengupas buah kopi. Pembuatan geometri menggunakan software Inventor 5.3. Hal dapat dilihat pada gambar dibawah ini, dimana semua gambar perpart yang telah terassembly.

Gambar 4.1 Assembly Alat Pengupas Buah Kopi dengan Inventor 5.3

Penentuan Constraint dengan MSC Visual Nastran 4D 2002

Penentuan constraint pada perangkat Pengupas Buah Kopi didefinisikan sebagai berikut : Sebagai penggerak mula dari motor didefenisikan constraint revolute motor. Constraint antara poros dan puly didefinisikan sebagai rigid joint agar puly ikut berputar bersama poros. Sebagai penerus putaran dari motor penggerak ke puly poros as pukul didefenisikan constraint belt. Poros as pukul dengan bantalan didefenisikan dengan constraint revolute joint agar poros dapat berputar. Sedangkan antara bantalan dengan rangka didefenisikan dengan constraint rigid joint agar bantalan tetap diam. Constraint rigid joint didefenisikan antara saringan dengan rangka agar saringan tidak bergerak. Constraint revolute joint didefenisikan untuk batang pemukul dengan pen agar batang pemukul berotasi. Constraint rigid joint didefenisikan untuk plat penahan dengan pen agar plat penahan tidak bergerak. Begitu

juga terhadap poros as pukul. Constraint rigid joint didefenisikan untuk cincin penahan dengan poroa as pukul, agar cincin penahan tidak

bergerak.

- 7 -

Gambar 4.2 Pemodelan Constraint dengan MSC Visual Nastran 4D 2002

5. HASIL DISKUSI DAN ANALISIS

Pengamatan perilaku dinamik biji kopi dan batang pemukul dengan mengunakan program dinamika benda jamak merupakan tujuan dari penelitian ini. Dimana hasil simulasi dinamik sangat ditentukan pada saat proses pemodelan geometri dan sambungan kinematik dari sistem yang akan di amati seperti yang dibahas pada bab sebelumnya. Pada bagian sub bab ini akan dibahas perilaku dinamik gerak biji kopi dan batang pemukul, misalnya analisis momentum untuk mendapat percepatan sesaat, kecepatan sehingga diperoleh gaya tumbukan yang terjadi.

5.1 Analisis Dinamik Gerak Biji Kopi Gerak dan posisi awal biji kopi sangat menentukan apakah biji kopi tersebut membentur batang pemukul pada posisi maksimal yaitu posisi dimana biji kopi menyentuh pada bagian ujung batang pemukul. Pada program dinamika benda jamak (MSC Visual Nastran 4D 2002) persamaan dinamik kopi dan batang pemukul diturunkan dengan mengunakan metode runge-kuta dengan selang waktu (ΔT). Hasil tampilan data disajikan dengan menggunakan bantuan program Matlab agar memudahkan pengolahan dan pembacaan data numeric dari hasil ekperimen numeric yang dilakukan.

5.1.1 Kecepatan Biji Kopi

a. Biji Kopi 1 Kecepatan biji kopi merupakan awal dari analisis untuk menentukan seberapa besar linear momentum yang bekerja pada biji kopi yang nantinya berlanjut untuk mendapatkan gaya yang dibutuhkan untuk membenturkan biji kopi sehingga biji kopi terkelupas dari kulit tanduknya dengan optimal.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

5

10

15

20

25

30

35

Waktu(s)

Kec

epat

an B

uah

Kop

i(m/s

)

Gambar 5.1 Grafik Kecepatan Biji Kopi 1 Terhadap Waktu Posisi biji kopi 1 (satu) terletak pada ketinggian 133 mm dari atas plat penahan. Posisi biji kopi dalam simulasi dibedakan, hal ini bertujuan untuk melihat apakah biji kopi terpukul oleh batang pukul pada posisi yang optimal. Dari simulasi terlihat bahwa kopi 1 tepat terpukul di ujung batang pukul yang mengakibatkan kecepatan biji kopi naik. Hal ini dapat dilihat dalam gambar 4.1 dengan range waktu dari t = 0 sampai t = 2 detik. Harga kecepatan maksimum yang terjadi adalah pada t = 0.1 detik dengan V = 34.4 m/s.

- 8 -

0.098 0.1 0.102 0.104 0.106 0.108 0.11 0.112 0.114 0.116 0.1180

5

10

15

20

25

30

35

Waktu(s)K

ecep

atan

Bua

h K

opi(m

/s)

Gambar 5.2 Grafik Kecepatan Biji Kopi 1 Terhadap Waktu

Untuk memudahkan dalam analisis dapat dilihat pada gambar 5.2 yang merupakan cuplikan dari gambar 5.1 yang axisnya diperkecil dari t = 0.0097 sampai t = 0,119 detik. Dimana terlihat kecepatan (V) biji kopi ketika dipukul naik pada t1 = 0.098 s dengan V1 = 0.9612 m/s dan t2 = 0.1 s, V2 = 34.40 m/s. sehingga kecepatan biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah sebesar ; ΔV = V2- V1 ΔV = 34.40 m/s - 0.96 m/s = 33.44 m/s Selanjutnya biji kopi membentur dinding pembentur dengan harga kecepatan pada t3 = 0.1 s, V3 = 34.40 m/s dan t4 = 0.102, V4 = 21.13 m/s sehingga kecepatan biji kopi setealh terbentur adalah sebesar ΔV = V4- V3 ΔV = 21.13 m/s -34.40 m/s = - 13.26 m/s (arah laju biji kopi kebawah)

5.1.2 Linier Momentum Perubahan momentum atau impulse merupakan salah satu sifat yang menjadi pertimbangan dalam analisis energi batang pemuluk buah kopi. Dimana momentum adalah suatu vekor dan begitu juga impulse. Pada analisis ini harga impuls diperoleh dari hasil pengujian numeric seperti yang diurai pada bagian berikut.

a. Linier Momentum Biji Kopi 1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Waktu (s)

Lini

er M

omen

tum

Bua

h K

opi (

kg m

/s)

Gambar 5.3 Grafik Momentum Linier Biji Kopi 1 Terhadap Waktu

Pada gambar grafik 5.3 terlihat linier momentum biji kopi berubah dengan range waktunya dimulai dari t = 0 sampai t = 2 detik dengan harga linier momentum maksimumnya pada t = 0.1 detik adalah L = 0.0516 kg m/s.

- 9 -

0.098 0.1 0.102 0.104 0.106 0.108 0.11 0.112 0.114 0.116 0.1180

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Waktu (s)Li

nier

Mom

entu

m B

uah

Kop

i (kg

m/s

)

Gambar 5.4 Grafik Momentum Linier Biji Kopi 1 Terhadap Waktu

Gambar 5.4 merupakan cuplikan dari gambar 5.3 yang mana digunakan untuk memepermudah analisa dengan range waktunya dari t = 0.098 s sampai t = 0.118 s. Dari gambar linier momentum biji kopi memperlihatkan tumbukan pada saat awal terjadi pada waktu, t1 = 0.098 detik yaitu sebesar L1 = 0.001 kg m/s dan berakhir pada waktu, t2 = 0.1 detik dengan harga momentum yang terjadi sebesar L2 = 0.0516 kg m/s. Sehingga besar linier momentum yang terjadi pada biji kopi akibat terpukul oleh batang pukul adalah :

ΔL = L2-L1 ΔL = 0.051 kg m/s-0.0014 kg m/s = 0.0502 kg m/s

Δt = t2- t1 Δt = 0,1 s – 0,098 s = 0.002 s Gambar 5.4 memperlihatkan grafik linier momentum biji kopi ketika membentur dinding pembentur adalah pada t3 = 0,1 s dengan harga L3 = 0.051 kg m/s dan pada t4 = 0.102 s, L4 = 0.031 kg m/s. Sehingga besar linier momentum yang terjadi pada biji kopi akibat terbentur dinding pembentur adalah :

ΔL = L4-L3 ΔL = 0.031 kg m/s - 0.051 kg m/s = -0.0199 kg m/s

(arah momentum biji kopi kebawah)

Δt = t4- t3 Δt = 0,102 s – 0,1 s = 0.002 s

5.1.3 Perhitungan Gaya Pada Biji Kopi

Analisis gaya ini bertujuan untuk mencari seberapa besar gaya yang bekerja pada biji kopi baik itu pada waktu dipukul oleh batang pukul atau setelah membentur dari dinding pembentur. Sehingga dari analisis ini kita dapat memprediksi biji itu pecah akibat batang pukul atau setelah terbentur dari dinding pembentur.

Analisis gaya ini didapat dengan menghubungkan persamaan linier momentum terhadap waktu pada biji kopi tersebut. Sehingga gaya yang bekerja opi. Dimana perubahan momentum buah kopi saat membentur batang pemukul sama dengan gaya rata-rata pada suatu buah kopi dikali waktu sehingga gaya bekerja pada buah kopi adalah.

tLFΔΔ

= (N)

Dimana : F = Gaya (kg) ΔL = Linier Momentum (kg m/s) Δt = Waktu (s)

- 10 -

a. Gaya Biji Kopi 1 Gaya biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

Ns

F 1.25002,0

m/s kg 0.0502==

Gaya biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

Ns

F 9.95002,0

m/s kg 0.0199==

b. Gaya Biji Kopi 2

Gaya biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

Ns

F 05.22002,0

m/s kg 0.0441==

Gaya biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

Ns

F 5.14002,0

m/s kg 0.0290==

c. Gaya Biji Kopi 3

Gaya biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

Ns

F 3.7002,0

m/s kg 0.0146==

Gaya biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

Ns

F 85.4002,0

m/s kg 0.0097==

d. Gaya Biji Kopi 4

Gaya biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

Ns

F 35.9002,0

m/s kg 0.0187==

Gaya biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

Ns

F 1.5002,0

m/s kg 0.0102==

5.1.3 Percepatan Sesaat

Setelah gaya dari biji kopi dicari dengan menggunakan persamaan diatas, maka kita dapat mencari percepatan sesaat biji kopi dengan menghubungkan persamaan gerak Newton (gaya) terhadap massa dari biji kopi. Massa biji kopi ini adalah 1,5 gram atau setara dengan 0.0015 kg. Sehingga percepatan sesaat biji kopi adalah :

amF .= (Newton)

mFa = (m/s2)

Dimana : F = Gaya (N) m = Massa biji kopi (kg) a = Percepatan (m/s2)

a. Percepatan Biji Kopi 1 Percepatan biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

22

m/s 16733,333 0015.0

m/s kg 25.1==

kga

Percepatan biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

22 m/s 6633.333

/0015.0m/s kg 9.95

==sm

a

- 11 -

b. Percepatan Biji Kopi 2 Percepatan biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

22

m/s 14700 0015.0

m/s kg 22.05==

kga

Percepatan biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

22 m/s 666.9666

/0015.0m/s kg 14.5

==sm

a

c. Percepatan Biji Kopi 3

Percepatan biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

22

m/s 4866.666 0015.0

m/s kg 7.3==

kga

Percepatan biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

22 m/s 3233.333

/0015.0m/s kg 4.85

==sm

a

d. Percepatan Biji Kopi 4

Percepatan biji kopi ketika dipukul oleh batang pukul adalah :

22

m/s 6233,333 0015.0

m/s kg 9.35==

kga

Percepatan biji kopi ketika membentur dari dinding pembentur adalah :

22 m/s3400

/0015.0m/s kg 5.1

==sm

a

5.2 Analisis Dinamik Batang Pukul

Pada program dinamika benda jamak ( MSC Visual Nastran 4D 2002 ) persamaan dinamik batang pemukul diturunkan dengan mengunakan metode runge-kuta dengan selang waktu (ΔT). Dari program ini kita dapat mencari kecepatan, percepatan sesaat dan gaya yang bekerja pada constraint dari batang pemukul. Hasil tampilan data disajikan dengan menggunakan bantuan program Matlab agar memudahkan pengolahan dan pembacaan data numeric dari hasil ekperimen numeric yang dilakukan.

5.2.1 Kecepatan Batang Pukul a. Kecepatan Batang Pukul 1 Pada Coord [276]

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

5

10

15

20

25

30

35

40

Waktu (s)

Kec

epat

an B

atan

g P

ukul

(m/s

)

Gambar 5.5 Grafik Kecepatan Batang Pemukul 1 Coord[276].[V]

Terhadap Waktu Dari gambar 5.5 diatas terlihat bahwa respon kecepatan batang pukul 1 pada Coord[276] adalah berupa gelombang sinusoidal yang berubah terhadap waktu. Dimana harga kecepatan minimum adalah V = 0.189 m/s dan terjadi pada waktu, t = 0.512 detik. Sedangkan pada kondisi maksimum terjadi pada waktu, t = 1.46 detik dengan harga kecepatan 39.7 m/s.

- 12 -

5.2.2 Posisi Batang Pemukul

a. Posisi Batang Pemukul 1 Pada Coord [276]

Dari gambar 4.29 dibawah terlihat bahwa respon posisi batang pukul 1 pada Coord[276] adalah berupa gelombang sinusoidal yang berubah terhadap waktu, yang terdiri dari kondisi transient. Kondisi transient terjadi disebabkan kondisi setimbang dinamik yang belum tercapai pada saat kondisi awal. Dimana harga posisi maksimum pada kondisi transient adalah 0.451 m dan terjadi pada waktu, t = 1.33 detik. Sedangkan harga minimumnya terjadi pada waktu, t = 0 detik dengan harga posisi sebesar, p = 0.347 m.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Waktu (s)

Pos

isi (

m)

Gambar 5.6 Grafik Posisi Batang Pemukul 1 Coord[276].p Terhadap Waktu

6. HASIL DAN KESIMPULAN

Berikut beberapa kesimpulan yang dapat diambil penulis dalam melakukan analisis pada mesin pengupas buah kopi dengan bantuan software MSC Visual Nastran 4D 2002, dengan menginputkan variabel dari massa biji kopi, putaran mesin, massa dan material alat pengupas buah kopi serta sifak fisik masing-masing material, sehingga didapat:: 1. Kecepatan biji kopi 2. Kecepatan dan percepatan batang pukul 3. Momentum linear biji kopi 4. Kecepatan sudut batang pukul 5. Gaya-gaya yang terjadi pada sambungan (constraint) 6. Tension Belt Momentum linier biji kopi dianalisa untuk mendapatkan gaya biji kopi dengan menghubungkan persamaan linier momentum terhadap gaya untuk mendapatkan gaya biji kopi itu, baik ketika dipukul oleh batang pukul ataupun ketika membentur dinding pembentur. Sedangkan untuk mendapatkan percepatan biji kopi, kita dapat menghubungkan persamaan gerak Newton. Sehingga gaya biji kopi adalah :

Biji Kopi (Ketinggian

Terhadap Plat Pemisah)

Gaya Ketika Dipukul Oleh Batang Pukul

Gaya Ketika Membentur

Dinding Pembentur

Biji kopi 1 (133 mm) F = 25.1 N F = 9.95 N

Biji kopi 2 ( 182 mm) F = 22.05 N F = 14.5 N

Biji kopi 3 ( 263 mm) F = 7.3 N F = 4.85 N

Biji kopi 4 ( 302 mm) F = 9.35 N F = 5.1N

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa gaya biji kopi lebih besar ketika dipukul oleh batang pukul dari pada ketika membentur dinding pembentur. Dengan ini kita dapat mengasumsikan bahwa biji kopi itu terkelupas dari kulit tanduknya adalah ketika dipukul oleh batang pukul.

- 13 -

DAFTAR PUSTAKA

Benny, Ezzul, 2005, “Pembuatan dan Pengujian Mesin Pengupas Kopi Sistem Pukul”, Skripsi Jurusan Teknik Mesin FTI

UBH Padang Elan Computer Group, Inc, 1996, ”AutoCAD Designer Release 2 Part Modeling” ,Autodesk,U.S.A. Hibbeler, R. C, 1997, “ Mekanika Teknik : Dinamika”, Penerbit PT. Prenhallindo, Jakarta. Holowenko,A.R, 1993, ”Dinamika Permesinan”, Penerbit Erlangga, Jakarta. Kastroud, 1989, ”Matematika Untuk Teknik”, Penerbit Erlangga, Jakarta. Martin, H, GeorgeDinata, 1992, ”Kinematika dan Dinamika Teknik“, Edisi Kedua , Erlangga, Jakrta. Purcell, J, Edwin, 1995, ”Kalkulus dan Geometri”, Penerbit Erlangga, Jakarta. Sularso, 1978, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”, Cetakan Kesemblilan, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Suryanto, 1995, “Elemen Mesin I’, Penerbit Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Bandung, Bandung. Ulrich, Karl T, dan Eppinger, Steven D, 2001 ”Perancangan dan Pengembangan Produk”, Penerbit Salemba Teknik, Jakarta.