Modifikasi Mata Pisau Mesin Penepung Rumput Laut

ABSTRAK

Karagenan adalah senyawa hidrokoloid yang diekstrasi dari rumput laut merah jenis euchema cottoni.Rumput laut yang sudah dialkalisasi (ATC) memiliki tekstur yang sangat keras dan ulet.Sebelumnya mesin penepung rumput laut ini telah dirancang dan dibuat namun masih memiliki kekurangan yakni ukuran tepung yang masih belum sesuai dengan harapan, guna memperbaiki kekurangan tersebut akan dilakukan modifikasi mata pisau mesin penepung rumput laut (ATC) dengan perhitungan mekanikal dan analisis kekuatan menggunakan Software SolidWorksdengan harapan akan menghasikan kekasaran tepung adalah 0,5 – 0,6 mm dan safety factor > 1.Adapun spesifikasi mesin hasil modifikasi  rancangan yaitu daya yang digunakan berasal dari motor listrik dengan daya 0,5 Hp, transmisi puli dan sabuk dengan perbandingan putaran 2 : 1, dengan dimensi tinggi pisau gerak = 45 mm, tinggi pisau diam = 65 mm, tinggi kerucut t = 10 mm, sudut pisau α = 75̊, safety factor = 13,26, jumlah mata pisau = 112 buah, sudut mata pisau = 45̊serta dokumentasi gambar 2D dan 3D. Lalu dari rancangan modifikasi tersebut nantinya akan diproduksi dan digunakan untuk membuat serbuk rumput laut yang akan diekstraksi menjadi karagenan.

Kata Kunci :Karagenan, modifikasi mesin penepung, ATC, software SolidWorks.

                                                                  ABSTRACT                                                                 

Carrageenan is a hydrocolloid compounds which extracted from red seaweed types euchema cottoni. Seaweeds are already to alkalitation (ATC) has a texture that is very hard and tenacious,.Previouslythis Seaweed flouring machine has been designed and created but still lack of the size of the flour is still not in accordance with expectations, in order to fix the lackness will be conducted blades modification by mechanical calculation and strength analytic by Solidworks software with hope yield roughness is 0,5 to 0,6 mm and safety factor > 1. The specifications of the modified design which ispower came from the electric motor with power 0,5 Hp, with transmission by pulley & beltwith rotating ratio 2 : 1, a high blade dimensional rotor blade = 45 mm, stator blade = 65 mm, height of the cone t = 10 mm, blade angle α = 75̊ , safety factor = 13,26, amount of blade = 112 pieces, edge blade angle = 45̊ and documentation 2D and 3D images. Then the modification of design will be produced and used to make seaweed powder will be extracted into carrageenan.

Key Word :Carrageenan, Modification blade of flouring machine, ATC, SolidWorks software.

1.   PENDAHULUAN

Karagenan adalah senyawa hidrokoloid yang diekstrasi dari rumput laut merah jenis euchema cottoni. Karagenan dapat digunakan untuk meningkatkan kestabilan bahan pangan yang berbentuk suspensi (disperse padatan dalam cairan), emulsi (disperse gas dalam cairan). Selain itu dapat digunakan sebagai bahan penstabil karena mengandung gugus sulfat yang bermuatan negatif disepanjang rantai polimer dan bersifat hidrofilik yang dapat mengikat air atau gugus hidroksil lainnya. Karena sifatnya yang hidrofilik maka penambahan karagenan dalam produk emulsi akan meningkatkan viskositas fase kontinyu sehingga emulsi menjadi stabil.

Dalam proses pengolahan rumput laut menjadi karagenan mempunyai serangkaian langkah – langkah yang harus dilakukan, antara lain adalah proses alkalisasi dan pengeringan dengan hasil yang didapat adalah  ATC (Alkali Treated Cottoni). ATC akan dicacah menjadi ukuran yang lebih kecil lalu dilakukan proses penepungan agar mudah diekstraksi menjadi karagenan.

Pada saat mesin penepung rumput laut tersebut telah dirancang dan dibuat, namun masih memiliki kekurangan yakni belum mampu memenuhi kriteria kekasaran tepung yang diinginkan yakni antara 0,5 – 0,6 mm. Maka dalam penelitian ini akan dimodifikasi kembali rancangan mata pisau mesin penepung rumput laut guna memperbaiki kekurangan tersebut dengan harapan mampu memenuhi kriteria kekasaran tepung yang diinginkan.

2.   METODA PENELITIAN

Mulai

Secara umum metode yang dilakukan untuk mendapatkan hasil modifikasi mata pisau rancangan mesin penepung rumput laut dapat dilihat pada Gambar 1 yaitu dimulai dengan studi literatur, karakteristik rumput laut dan data perancangan sebelumnya, jenis mekanisme mesin, target spesifikasi mata pisau mesin penepung, konsep keseluruhan mata pisau mesin penepung, modifikasi mata pisau mesin penepung menggunakan metoda analitik dan simulasi software, dan dokumentasi rancangan.

Studi literatur

Jenis mekanisme mata pisau yang akan dipakai

Membuat target spesifikasi rancangan modifikasi mata pisau mesin penepung rumput laut

 

                                                                  

Gambar 1. Diagram Alir Modifikasi Rancangan

Membuat konsep keseluruhan mata pisau mesin penepung rumput laut

Mewujudkan konsep perancangan melalui perhitungan mekanik dan analisis software

Safety Factor> 1

Gambar teknik 2D dan 3D

A

A

 

TIDAK

YA

Selesai

3.   RANCANGAN MODIFIKASI MATA PISAU MESIN PENEPUNG RUMPUT LAUT

3.1 Karakteristik Rumput Laut

Rumput laut yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis Eucheuma cottoni dengan kadar air sesuai dengan standar mutu yaitu sekitar 35%. Karena yang akan diambil dari rumput laut adalah senyawa karagenan yang banyak digunakan untuk pengolahan karagenan maka bahan baku rumput laut yang digunakan harus memenuhi syarat berwarna putih, bersih, dan tidak berbau amis.

Rumput laut tersebut lalu diolah dengan cara dialkalisasi dengan larutan KOH lalu dikeringkan sampai kadar air berkisar 10 – 12 %. Hasil pengeringan dari alkalisasi adalah ATC (Alkali Treated Cottoni), dimana ATC ini adalah sebagai bahan untuk proses penepungan pada penelitian ini.

3.2 Mekanisme Mesin Penepung Yang Digunakan

Prinsip kerja mesin disk mill ini yaitu bahan baku yang telah dicacah kecil dimasukkan kedalam mesin dan bahan baku yang sudah masuk kedalam mesin lalu dihaluskan menjadi tepung menggunakan prinsip gesekan antara pisau dinamik dan pisau statik.Cara kerja mesin ini terdiri dari motor listrik yang dihubungkan ke puli dan menggerakkan poros penggerak yang kemudian menggerakkan pisau sehingga dapat menghaluskan bahan baku, lalu hasil bahan baku yang telah dihaluskan keluar melalui mesh.Tipe disk mill ini dipilih karena mampu menghaluskan bahan baku hingga ukuran kekasaran 0,4 mm sedangkan tipe hammer mill hanya mampu menghaluskan bahan dengan ukuran kekasaran 1 – 2 mm.

Berikut ini pada Gambar 2mesin penepung rumput laut yang sudah dirancang dan dibuat sebelumnya :

Daya motor	0,5 Hp
Dimensi mesin : ·         Panjang ·         Lebar ·         Tinggi ·         Kemiringan mesin	·         700 mm ·         285 mm ·         550 mm ·         45 o

Gambar 2.Mesin Penepung Rumput Laut

Tabel 1. Spesifikasi Mesin

 

Bentuk mata pisau rancangan sebelumnya pada Gambar 3 :

Gambar 3. Mata Pisau Gerak Dan Diam Sebelum Dimodifikasi

Tabel 2. Dimensi Pisau Sebelum Dimodifikasi

 

Dimensi Pisau Gerak ·      Diameter luar pisau (Do) ·      Diameter dalam pisau (Di) ·      Tebal pisau (t) ·      Sudut pisau (α)	150 mm 75 mm 45 mm 40o
Jumlah mata pisau (Zm)	30 buah

Dimensi Pisau Diam ·      Diameter luar pisau (Do) ·      Diameter dalam pisau (Di) ·      Tebal pisau (t) ·      Sudut pisau (α)	150 mm 75 mm 65 mm 40o
Jumlah mata pisau (Zm)	30 buah

3.3 Data Modifikasi Rancangan                

Untuk menghasilkan tepung rumput laut (ATC) dilakukan pengujian terhadap rumput laut. Dimana pengujian ini untuk mendapatkan gaya potong minimum pada rumput laut, dengan instalasi alat pengujian seperti pada Gambar 4 dilakukan dua kali pengujian yaitu pengujian statis dan pengujian dinamis didapat hasil gaya potong minimum terbesar dengan nilai 4,425 kg, sehingga Ft=4,425 kg 9,81 m/s² = 43,4 N.

Percobaan	Gaya Potong Ft (kg)
1	3,25
2	4,05
3	4,75
4	4,05
5	3,25
6	3,15
7	3,55
8	4,75
9	4,55
10	3,05
rata-rata	3,86

Percobaan	Gaya Potong Ft (kg)	Waktu (detik)
1	3,15	0,93
2	4,15	1,24
3	4,65	0,87
4	4,35	0,66
5	4,75	1,07
6	4,75	0,91
7	4,35	0,82
8	4,75	0,8
9	4,65	0,61
10	4,7	0,84
rata-rata	4,425	0,875

Gambar 4. Instalasi Pengujian Gaya Potong Rumput Laut

Tabel 3. Hasil Pengujian Statis

Tabel 4. Hasil Pengujian Dinamis

 

3.4 Gaya Potong Per Satuan Luas                    

Gaya potong persatuan luas adalah gaya potong terhadap rumput laut padasatu satuan luas :

                                                               

                                                               

                                                                 = 13,81 N/mm²

Dimana :

P_L                 = Gaya potong per satuan luas (N/mm²).

F_t                 = Gaya potong rata-rata (N).

A                       = Luas rumput laut (mm²).

3.5 Torsi Pisau

Untuk menentukan daya minimum motor listrik dibutuhkan torsi pada pisau, dimana persamaan torsi pada pisau :

= 3,19 N.m                  

Dimana :

                 = Torsi (N.m).

ω                 = Kecepatan sudut (rad/s).

                  = Jari-jari rata-rata rotor (m).

I                  = Momen inersia massa benda kerucut terpancung berlubang (kg.m²).

3.6 Torsi Pemotongan

Torsi pemotongan adalah torsi dengan beban :

T= .R , Dimana : = .A

                                                                Sehingga :

                                                                T= .A.R

T= 13,81 N/mm² . (1 mm)² . 75 mm

T =3252 N.mm  = 3,525 N.m 

            Dimana :

          R        = Jarak beban terjauh dari sumbu poros pisau (mm).

3.7 Daya Motor

Daya motor adalah daya minimum yang dibutuhkan oleh motor listrik agar dapat mentransmisikan torsi dan gaya potong minimum pisau. Maka :

                                       = 353,85 Watt atau0,47 Hp = 0,5 Hp.

Dimana :

N                  = Daya motor (Watt).

k                  = konstanta.

n                  = Putaran pisau (rpm).

4. DATA HASIL MODIFIKASI RANCANGAN

4.1 Mata Pisau Hasil Modifikasi

Hasil modifikasi rancangan mata pisau gerak dan diam mesin penepung rumput laut dapat dilihat pada Gambar 5 :

Gambar 5.Mata Pisau Gerak Dan Diam Hasil Modifikasi

Tabel 5. Dimensi Pisau Setelah Dimodifikasi

 

Dimensi Pisau Gerak ·      Diameter luar pisau (Do) ·      Diameter dalam pisau (Di) ·      Tebal pisau (t) ·      Sudut pisau (α)	150 mm 75 mm 45 mm 75o
Jumlah mata pisau	112 buah

Dimensi Pisau Diam ·      Diameter luar pisau (Do) ·      Diameter dalam pisau (Di) ·      Tebal pisau (t) ·      Sudut pisau (α)	150 mm 75 mm 65 mm 75o
Jumlah mata pisau	112 buah

4.2 Analisis Kekuatan

Analisis kekuatan pada komponen pisau gerak dengan menggunakan software SolidWorkdidapat hasil sebagai berikut :

4.2.1 Tegangan

Gambar 6. Hasil Simulasi Tegangan

 

Setelah dilakukan simulasi tegangan pada Gambar 6 didapat hasil tegangan maksimum pada pisau gerak adalah 16,630 N/mm² terletak pada lubang baut, karena tumpuan pada pisau gerak terdapat pada lubang baut. Sedangkan tegangan maksimum yang terjadi pada pisau gerak sebesar 0,022 N/mm².

4.2.2 Defleksi

Gambar 7. Hasil Simulasi Defleksi

Setelah dilakukan simulasi hasil defleksi pada Gambar 7 diperoleh defleksi yang maksimum sebesar 0,0011 mm pada terletak  pada pangkal mata pisau yang dikenakan gaya potong rumput laut. Sedangkan defleksi minimum yang didapat sebesar 0 mm.

               

4.2.3 Safety Factor

Gambar 8. Hasil Simulasi Safety Factor

Hasil faktor keamanan yang maksimum pada pemodelan Gambar 8 yaitu sebesar 10240. Sedangkan faktor keamanan minimum yang didapat sebesar 13,26pada lubang baut karena pada lubang baut tersebut mengalami tegangan maksimum.

5.   KESIMPULAN

1.    Data Teknis :

Parameter	Hasil
Daya motor listrik (N)	0,5 Hp
Putaran motor listrik (n)	1400 rpm
Torsi motor listrik	5 N.m
Mekanisme penggerak	Transmisi puli sabuk
Perbandingan Putaran puli	1 : 2
Material mata pisau	Plain Carboon Steel
Dimensi pisau gerak : ·         Diameter luar pisau (Do) ·         Diameter dalam pisau (Di) ·         Tinggi kerucut pisau (t) ·         Sudut pisau (α) ·         Tinggi pisau gerak ·         Jumlah mata pisau ·         Sudut mata pisau	·         150 mm ·         75 mm ·         10 mm ·         75 o ·         45 mm ·         112 buah ·         45 o
Dimensi pisau diam : ·         Diameter luar pisau (Do) ·         Diameter dalam pisau (Di) ·         Tinggi kerucut pisau (t) ·         Sudut pisau (α) ·         Tinggi pisau diam ·         Jumlah mata pisau ·         Sudut mata pisau	·         150 mm ·         75 mm ·         10 mm ·         75 o ·         65 mm ·         112 buah ·         45 o

2.    Gaya potong yang dibutuhkan untuk memotong rumput laut adalah sebesar 43,4 N.

3.    Torsi total yang dibutuhkan untuk mengoperasikan mesin adalah 4,36 N.m.

4.    Setelah melakukan proses analisis kekuatan menggunakan Software SolidWorks didapat :

a.    Tegangan maksimum (σ_max) dengan nilai 16,630 N/mm²_.

b.    Defleksi maksimum (y_max) dengan nilai 0,0011 mm.

c.    Faktor keamanan (FOS) dengan nilai 13,26.

DAFTAR PUSTAKA

Budynas & Nisbett. 2006. Shigley Mechanical Engineering. USA : McGraw-Hill.

E. P. Popov. 1983. Mekanika Teknik. Jakarta : Erlangga.

Meriam, J.L & Kraige. 1996. Statika. Jakarta : Erlangga.

Sularso & Kyokatsu Suga.Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.Jakarta : Pradya Paramita.

Septian. 2016. Pembuatan Mesin Pencacah Rumput Laut. Institut Teknologi Nasional, Bandung. Tugas Akhir Program Strata 1 Teknik Mesin.

Wahyu. 2016. Perancangan dan Analisis Kekuatan Mesin Penepung Rumput Laut. Institut Teknologi Nasional, Bandung. Tugas Akhir Program Strata 1 Teknik Mesin.