23

3.3.6 Penyempurnaan Ide

Penyempurnaan ide yang masih bersifat imajinatif, disusun dalam bentuk

rancangan secara stuktural. Untuk menyusun rancangan struktural perlu diketahui

terlebih dahulu fungsional dari rancangan mesin pencacah ini.

3.3.7 Analisis Rancangan Fungsional

Mesin ini terdiri dari 10 bagian utama yaitu:

1. Rangka utama (frame) merupakan kerangka dasar dari mesin ini yang

berfungsi untuk mendukung dan sekaligus merupakan dudukan dari

komponen-komponen lain, sehingganya dibuat sekokoh mungkin agar mesin

ini stabil.

2. Pencacah berfungsi untuk mencacah/memotong jerami menjadi ukuran-ukuran

kecil sehingga pada proses pengomposan diharapkan akan semakin cepat.

Dengan berputarnya pencacah yang tersusun dari mata pisau pemotong, maka

proses pemotongan/pencacahan akan berlangsung saat diberikan input berupa

jerami.

3. Poros berfungsi untuk menahan beban dari silinder serta untuk

mentransmisikan daya dari motor bakar. Poros akan mengalami beban lentur

dan beban puntir.

4. Tutup bawah merupakan bagian utama dari mesin pencacah, yang berbentuk

setengah lingkaran, sebagai area berputarnya mata pisau dinamis.

5. Tutup atas merupakan bagian utama mesin yang berfungsi untuk menutupi

mesin bagian atas, di bagian ini juga terdapat plat pembatas (sirip).

6. Bantalan duduk (bearing), bantalan duduk berfungsi sebagai tempat kedudukan

poros, memperlancar putaran poros, menahan gaya-gaya yang terjadi akibat

pembebanan poros pada mata pencacah.

7. Transmisi daya berfungsi sebagai penyalur tenaga, pada mesin ini sistem

transmisi yang akan digunakan pulley dan belt, belt yang akan digunakan ialah

tipe V-belt. Daya yang berasal dari motor bakar diteruskan pada poros motor

yang memutar pulley driver kemudian akan diteruskan melalui belt menuju

pulley driven yang akan memutar poros pencacah sehingga dapat

menggerakkan pencacah.

24

8. Pengumpan (hopper) selain berfungsi untuk bak pengumpan juga berfungsi

agar jerami yang akan dicacah tersusun dengan baik.

9. Corong pengeluaran berfungsi untuk menyalurkan hasil cacahan jerami keluar.

10. Motor bakar bensin merupakan sumber tenaga untuk menggerakkan mata

pencacah dengan sistem transmisi menggunakan pulley dan belt.

3.3.8 Rancangan Struktural

1. Rangka utama

Rangka utama akan dibuat dari besi staal dengan ukuran 4 cm x 4 cm x 0,2

cm merupakan kerangka dasar mesin. Rangka utama memiliki dimensi, lebar

mesin 52 cm, panjang 58 cm, dan tinggi 97 cm.

2. Motor bakar

Sumber tenaga yang akan digunakan pada mesin ini merupakan tenaga motor

bensin dengan daya 5,5 HP agar tenaga yang dihasilkan mampu untuk

menggerakkan mata pencacah dengan beban yang berat.

3. Transmisi Daya

Pemindahan daya dari poros motor penggerak ke poros pencacah akan di

gunakan sistem transmisi pulley dan belt, hal ini bertujuan untuk mengurangi

kebisingan, serta penggunaan pulley dan belt sebagai sistem transmisi karena

sistem transmisi pulley dan belt mampu mentransmisikan frekuensi putar yang

tinggi.

4. Tutup Bawah

Tutup bawah terbuat dari besi plat tebal 0,2 mm dengan ukuran jari-jari 17

cm, lebar 34 cm, dan panjang 50 cm. Pada tutup bawah terpasang corong

pengeluaran.

5. Tutup Atas

Tutup atas sekaligus menjadi penutup mesin dan bagian yang tertinggi,

terbuat dari plat setebal 0,2 mm, dimensi sama dengan tutup bawah dan

terpasang corong pemasukan (hopper).

6. Bantalan (bearing)

Pisau pencacah dan poros akan dipasang pada rangka utama dengan

menggunakan bantalan, gesekan terjadi antara poros dan bantalan sangat kecil.

25

7. Mata Pencacah

Mata pencacah dibuat dari mata yang sudah dijual dipasaran baik untuk mata

pisau statis maupun mata pisau dinamis.

Massa mata pencacah dapat dicari menggunakan persamaan berikut ini:

m = (p x l x t . ) + (p x l x t . ) x n ................................................... (1)

keterangan : m = Massa silinder ( kg)p = Panjang ( m)l = lebar ( m)t = tinggi (m)n = jumlah mata pisau

= Massa jenis besi ( 7.860 kg/m3)

8. Poros

Penelitian ini bahan poros yang digunakan adalah baja karbon dengan

tegangan geser ijin 152 MPa ( Jensens dan Chenoweth, 2002). Penggunaan baja

karbon pada poros bertujuan untuk mendapatkan kekuatan yang lebih pada saat

menahan beban puntir dan beban lentur. Perancangan poros dapat dihitung dengan

persamaan beban puntir dan beban lentur dengan rumus :

d ≥ ........................... ......... (2)

dengan :

d = Diameter poros (mm)Km = Faktor koreksi momen lentur pembebanan tetap (1,5)Kt = Faktor koreksi untuk torsi (1)M = Momen maksimum ( kg.m) T = Torsi yang bekerja (N.m) ιa = Tegangan geser ijin (152 x 106 Pa)

Torsi yang bekerja dapat dihitung dengan persamaan berikut (Sularso dan Suga,

1987):

T(kg.mm) = 9,74 x 105 x .......................................... (3)

dengan :

T = Torsi yang bekerja (N.m)P = Daya yang ditransmisikan (kW)

9. Pengumpan (hopper)

26

Pengumpan yang akan digunakan untuk keperluan mesin ini menggunakan

plat besi.

10. Corong pengeluaran

Corong pengeluaran yang dipakai untuk keperluan mesin ini dirancang

menggunakan plat besi dengan tujuan agar corong pengeluaran tidak mudah

rusak, tahan lama, dan menahan agar cacahan tidak terpental jauh.

3.3.9 Pelaksanaan Penelitian

a. Tahap pembuatan mesin

Tahap ini meliputi semua kegiatan dalam pembuatan komponen-

komponen mesin dan perakitannya yang meliputi :

1. Rangka utama, alat-alat yang dibutuhkan untuk pembuatan rangka utama ialah

las listrik, gerinda, dan gergaji besi.

2. Mata pencacah, alat-alat yang dibutuhkan untuk penyusunan mata pencacah

ialah mesin bubut, gerinda, gergaji besi, dan palu.

3. Pengumpan, alat-alat yang dibutuhkan untuk pembuatan pengumpan ialah

gerinda potong, las listrik, palu, dan bor.

4.Corong pengeluaran, alat-alat yang dibutuhkan untuk pembuatan corong pe-

ngeluaran ialah gerinda potong, las listrik, meteran, dan palu.

b. Tahap pengujian

Tahap pengujian mesin adalah tahap melakukan uji teknis untuk

mengidentifikasi kondisi pengoperasian mesin, langkah-langkah pengujian mesin

dapat dilakukan sebagai berikut: (1) Motor (engine) dihidupkan, (2) melakukan

perhitungan frekuensi putar poros pencacah tanpa beban. (3) Memasukkan

komoditi yang diuji kedalam pengumpan (hopper), dan dilakukan pengamatan

hasil cacahan dan pengamatan saat proses pencacahan berlangsung.

3.4 Pengamatan

Pengamatan pada penelitian ini dilakukan di bengkel Teknik Pertanian.

Hasil pengamatan dihitung berdasarkan nilai rata-rata tiga kali ulangan pada tiga

variasi perlakuan, adapun parameter yang diamati pada saat penelitian adalah :

1. Kondisi Bahan

27

Pengamatan ini dilakukan dengan cara menghitung dimensi jerami yang

telah dicacah meliputi, panjang, dan kadar air.

2. Kapasitas Kerja Mesin

Kapasitas pencacahan jerami adalah berat jerami hasil pencacahan per

satuan waktu, yang dinyatakan dalam kg/jam. Berat jerami yang akan digunakan

pada tiap-tiap ulangan pada penelitian ini seberat 5 kg . Kapasitas kerja mesin

dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Kp = ....................................................................................... (4)

dengan :

Kp = Kapasitas kerja mesin pencacah jerami (kg/jam)

Bb = Banyaknya jerami hasil cacahan (kg)

t = Total waktu (jam)

3. Kebutuhan Daya Motor Bakar

Cara untuk mendapatkan besar daya yang dibutuhkan untuk melakukan

proses pencacahan jerami diperlukan penelitian pendahuluan, penelitian

pendahuluan dilakukan dengan cara melakukan pemotongan jerami secara manual

menggunakan parang dan juga terlebih dahulu dilakukan perhitungan kecepatan

linear susunan mata pencacah, dengan cara menghitung kecepatan pemotongan

jerami menggunakan parang.

V mata pisau pencacah = V parang ……………………………...……. (5)

Selanjutnya dapat diketahui frekuensi putar yang diperlukan susunan mata

pencacah untuk memotong jerami menggunakan persamaan :

V = . R ......……................................................... (6)

= v / R ……………............................................ (7)

dengan : V = Kecepatan linear mata pencacah (m/s)

R = Jari-jari mata pisau pencacah (m)

= kecepatan sudut mata pisau pencacah (Rad/ s )

Frekuensi putar mata pisau pencacah dapat dicari menggunakan persamaan :

= .....................................................

(8)

28

rpm = ...................................................... (9)

Daya yang diperlukan untuk mencacah jerami dapat ditentukan melalui

pengukuran denyut jantung operator pada saat melakukan pemotongan jerami

secara manual menggunakan parang. Berdasarkan pendapat Christensen, seperti

pada Tabel 2.

Tabel 2. Klasifikasi Tingkat Kerja Manusia Berumur 20 Sampai 50 Tahun

Tingkat Kebutuhan tenaga Denyut jantung pekerjaan (kW) per menit

Sangat ringan Kurang 0.17 Kurang 75Ringan 0.17 – 0.33 75 - 100

Sedang 0.33 – 0.55 100 - 125 Berat 0.55 – 0.67 125 - 150

Sangat berat 0.67 – 0.84 150 - 175 Di luar batas Di atas 0.84 Lebih 175

Sumber (Wanders, 1987)

Gaya yang diperlukan untuk memotong jerami menggunakan parang dapat dicari

menggunakan persamaan :

P = F x V………………………………………………............… (10)

F = …………………………………………………...........…. (11)

dengan : P = Daya yang diperlukan pada saat memotong jerami (Watt)

F = Gaya untuk memotong jerami ( N )

V = Kecepatan pemotongan ( m/s )

Sesuai dengan persamaan di atas, gaya memotong jerami secara manual

sama dengan gaya yang dibutuhkan pencacah untuk mencacah jerami. Setelah

nilai gaya memotong jerami didapatkan, maka untuk mencari nilai torsi pencacah

dapat dicari menggunakan persamaan :

Torsi = F x R……………………………………………...........… (12)

dengan : F = Gaya memotong jerami ( N )

R = Jari-jari susunan mata pencacah (m)

Nilai daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pencacah dapat dicari

menggunakan rumus :

P = T x …………………………………………….........……….(13)

dengan : P = Daya yang dibutuhkan pisau pencacah ( Watt )

29

T = Nilai torsi pisau pemotong (N.m)

= kecepatan sudut pisau (Rad/s)

Nilai daya motor bakar harus lebih besar dari nilai daya yang dibutuhkan

pencacah untuk mencacah jerami.

Gambar 7. Flow Chart Kebutuhan Daya Motor Bakar

Kebutuhan daya motor bakar berdasarkan penggunaan bahan bakar dapat dihitung

menggunakan persamaan :

Kecepatan parang (V)

V pencacah = V parang

Mulai

Daya berdasarkan denyut jantung

F Parang =

T mata pencacah = F pisau x R pisau

Ppisau = T x

F mata pisau pencacah

= V / R

rpm =

P engine =

Selesai

30

Daya Mekanis = Daya kimia x γ bensin

Daya Kimia = ...... (14)

dengan : γ bensin = 0,195

ρ bensin = 0,725 kg/l

Nilai kalor bensin = 10.100.000 kal/kg

4. Rendemen Mesin

Besarnya rendemen mesin pencacah adalah persentase antara keluaran

dibagi dengan masukan mesin atau dengan persamaan sebagai berikut :

R = ....................................................... (15)

dengan : R = Rendemen mesin (%)

output = Banyaknya keluaran jerami (kg)

input = Banyaknya jerami yang dimasukkan (kg)

5. Frekuensi Putar

Frekuensi putar yaitu banyaknya putaran poros per menit untuk mencacah

bahan. Frekuensi putar yang akan diukur yaitu frekuensi putar poros motor

penggerak dan frekuensi poros pencacah, pengukuran dilakukan saat poros

berputar tanpa beban (kosong) dan pada saat bekerja. Frekuensi putar dapat diukur

dengan menggunakan tachometer Krisbow HD 2235B+.

6. Tingkat Kebisingan

Tingkat kebisingan mesin pencacah ini akan diukur dengan menggunakan

alat sound level meter Extech 407736.

7. Hasil

Pengamatan hasil dilakukan bertujuan untuk menentukan efektifitas mesin

terhadap jerami hasil cacahan, pengamatan hasil dilakukan secara visual dengan

cara mengambil sampel pada tiap-tiap ulangan dan hasil dikelompokkan menjadi :

1. <10 mm

2. 10 -25 mm

3. 25 – 50 mm

4. > 50 mm

31

Sesuai dengan Rancangan Standar Nasional Indonesia untuk mesin

penghancur (crusher), persentase minimum hasil cacahan 0 – 50 mm mencapai 80

%. Persentase masing - masing kelompok jerami hasil cacahan dapat dicari

menggunakan persamaan :

……………………………………………………… (16)

dengan : W = Persentase jerami hasil cacahan menurut pengelompokan (%)

Kn = Berat hasil pencacahan menurut pengelompokan (kg)

Ws = Berat keseluruhan sampel jerami (kg)

3.5 Biaya Pokok Pencacahan Jerami

Biaya pokok dapat ditentukan dengan menghitung biaya tetap, biaya tidak

tetap, dan kapasitas mesin.

a. Biaya Tetap

Biaya Penyusutan

D = .................................................................................. (17)

dengan :

D = Penyusutan mesin pencacah jerami (Rp/th)

P = Harga awal mesin pencacah jerami (Rp)

S = Harga akhir mesin pencacah jerami (Rp)

N = Umur Ekonomis mesin pencacah jerami (th)

Bunga Modal

I = ... i ...…………............……………………….. (18)

dengan :

I = Bunga modal (Rp/ tahun)

i = Suku bunga bank ( desimal/ tahun)

BT = D + I ....…………………………………………………… (19)

32

b. Biaya Tidak Tetap

Biaya tidak tetap (variable cost) disebut juga dengan biaya operasi

(operating cost). Biaya operasi ini bervariasi menurut pemakaian mesin serta

dipengaruhi pula lamanya waktu mesin dioperasikan.

1. Biaya Perbaikan dan Pemeliharaan Mesin

PP = 2 % …………………………….................... (20)

dengan :

PP = Biaya perbaikan dan pemeliharaan mesin pencacah jerami

(Rp/jam)

P = Harga awal dari mesin pencacah jerami (Rp)

S = Nilai akhir mesin pencacah jerami (Rp)

2. Biaya Bahan Bakar

BB = Bb x Hbpl ……………….......………………………………. (21)

dengan :

BB = Biaya bahan bakar (Rp/ jam)

Bb = Bahan bakar terpakai (l/ jam)

Hbpl = Harga bahan bakar tiap liter (Rp/l)

3. Biaya Tenaga Kerja (operator)

L = …………......………………………………………… (22)

dengan :

L = Upah tenaga kerja (Rp/jam)

Wop = Upah tenaga kerja tiap hari (Rp/hari)

Wt = Jam kerja per hari (jam/hari)

Biaya operator per jam tergantung pada keadaan upah pada suatu daerah, sebab

upah bervariasi menurut lokasi masing-masing daerah.

4. Biaya Minyak Pelumas (oli)

BO = Oli terpakai (l/jam) x harga oli (Rp) ............................................. (23)

Dengan : BO = Biaya pelumas (oli)

BTT = L + PP + BB + BO ………………........…….………………… (24)

33

Biaya Pokok Pencacahan

Berdasarkan biaya tetap, biaya tidak tetap dan kapasitas kerja mesin, maka

biaya pokok mesin adalah :

BP = ……………….......………………………. (25)

dengan:

BP = Biaya pokok mesin pencacah jerami (Rp/kg)

BT = Biaya tetap (Rp/th)

BTT = Biaya tidak tetap (Rp/jam)

Kp = Kapasitas kerja mesin pencacah jerami (kg/jam)

X = Jumlah jam kerja mesin pencacah jerami (jam/th)