Jurnal Teknologi dan Rekayasa Manufaktur JTRM | Vol.
6 | No.
2 | Tahun 2024
ISSN (P): 2715-3908 | ISSN (E): 2715-016X
DOI: HTTPS://DOI.
ORG/10.
48182/JTRM.
V6I2.
Perancangan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kandungan Kalsium Oksalat pada Umbi Porang Widya Prapti Pratiwi 1.
Riky Adhiharto 2.
Muhammad Ilham Abdurrahman 3 Jurusan Teknik Perancangan Manufaktur.
Politeknik Manufaktur Bandung Email: widyapp@de.
polman-bandung.
Informasi Artikel:
ABSTRAK
Received:
Kendala utama yang dihadapi pada proses pengolahan umbi porang adalah keseragaman ketebalan chips porang dan kandungan kalsium oksalat yang tinggi.
Umbi porang melalui tiga tahapan untuk dapat menjadi chips porang : pencucian, perajangan, dan perebusan.
Rancangan mesin pada penelitian ini merupakan kombinasi dari mesin pencuci, perajang dan perebus.
Cara kerja dari mesin ini adalah memasukkan umbi porang pada hopper, lalu porang mengalami proses pencucian dengan bantuan sikat pencuci yang berputar dengan gerakan translasi dari screw Setelah itu umbi porang masuk ke ruang perajangan dengan output berbentuk chips.
Selanjutnya chips tersebut direbus dengan larutan NaCl untuk mereduksi kandungan kalsium oksalat pada umbi porang.
Penelitian ini menggunakan metodologi perancangan VDI 2222 meliputi merencana, mengonsep, merancang, dan penyelesaian.
Proses perancangan dan validasi komponen kritis dilakukan menggunakan Software CAE (Computer Aided Engineerin.
Setelah melalui proses perancangan dihasilkan rancangan mesin dengan kapasitas produksi 500 kg/jam.
19 Juli 2024 Accepted:
01 Oktober 2024 Available:
15 November 2024 Kata Kunci:
ABSTRACT
Perancangan Mesin Teknologi Pasca Panen Umbi Porang The main constraint in porang processing are porang chips thickness uniformity and high calcium oxalate content.
There are three stages of porang processing are washing, slicing, and boiling.
The machine designed in this research combining the function of three machines : washing machine, slicer, and boiler.
First, porang roots is placed into the hopper, then porang is cleaned using rotating washing brush with the translational movement of the screw conveyor.
After that, porang is sliced and boiled in NaCl solution to reduce its calcium oxalate content.
This research uses VDI 2222 design methodology including planning, conceptualizing, designing, and finishing.
The design and validation process of critical components is carried out using CAE (Computer Aided Engineerin.
After going through the design process, a machine design was produced with a production capacity of 500 kg/hour.
polman-bandung.
95 | JTRM
Widya Prapti Pratiwi.
Riky Adhiharto.
Muhammad Ilham Abdurrahman 1 PENDAHULUAN Umbi porang merupakan jenis umbi yang termasuk dalam genus Amorphophallus .
Umbi porang banyak dimanfaatkan oleh masyarakat sebagai bahan pangan.
Tepung umbi porang dapat diolah menjadi mi, agar-agar, dan tahu.
Selain sebagai bahan pangan, tepung umbi porang juga dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan lem dan kosmetik.
Umbi porang memiliki kandungan glukomanan yang cukup tinggi sehingga umbi porang memiliki manfaat bagi kesehatan antara lain dapat menekan risiko penyakit kardiovaskular, kegemukan, kolesterol, dan diabetes.
Umbi porang memiliki potensi besar untuk dapat menjadi komoditi ekspor Indonesia.
Pada tahun 2021.
Indonesia mengkspor porang sebanyak 14,8 ribu ton ke Tiongkok.
Vietnam.
Thailand, dan Jepang.
Umbi porang banyak dimanfaatkan dalam bentuk tepung porang, tepung glukomanan, dan chips.
Porang dalam bentuk chips memiliki harga jual lima kali lipat lebih tinggi daripada umbi porang basah.
Gambar 1.
Umbi Porang dan Olahannya .
com dan w.
Pengolahan umbi porang menjadi chips dilakukan melalui tiga tahap: pencucian, perajangan, dan perebusan.
Tahap pencucian berfungsi untuk menghilangkan tanah dan pengotor pada umbi porang.
Tahap perajangan berfungsi untuk memotong porang menjadi lembaran chips dengan ketebalan tertentu.
Chips porang harus memiliki ketebalan yang sama agar kadar air dalam porang dapat seragam.
Perbedaan kadar air dalam chips porang dapat mempengaruhi kualitas chips.
Kendala lain yang dihadapi dalam pengolahan umbi porang adalah kandungan kalsium oksalat pada umbi porang yang dapat menimbulkan rasa gatal pada kulit.
Untuk mengurangi kadar kalsium oksalat pada umbi porang, maka porang harus direndam dengan air bersuhu 34oC - 48oC selama 4 jam.
Saat ini proses pengolahan umbi porang masih dilakukan oleh beberapa mesin terpisah yang masing-masing hanya memiliki satu atau dua fungsi.
Penelitian mengenai teknologi pengolah hasil pertanian telah banyak dikembangkan di seluruh Umbi porang memiliki profil yang mirip dengan umbi-umbian lain seperti singkong, sehingga teknologi pasca panen pengolah singkong dapat dijadikan sebagai ref erensi rujukan Mesin perajang singkong bertenaga motor bensin dirancang oleh M.
Ndukwu, et.
dengan bilah pemotong yang berputar secara vertikal.
Mesin pemotong bertenaga motor listrik juga telah dirancang oleh beberapa peneliti dengan berbagai model pemotong.
Mesin pemotong dengan gerakan slicer bolak-balik secara linear dirancang pada penelitian oleh Kadurumba, et.
dan T.
Jinyemiema,et.
Sementara itu, mesin dengan 9 dan 15 mesin pemotong yang terpasang pada shaft yang berputar dirancang oleh O.
Seth .
Mekanisme berbeda dirancang oleh V.
Wangkuanklang,et.
yang merancang alat pemotong dengan empat buah pemotong dengan posisi tetap di dasar tabung dan bilah berputar untuk mendorong umbi menuju pisau pemotong.
Secara spesifik, mesin pemroses umbi porang pun telah dikembangkan di Indonesia.
Suharto et al.
merancang mesin pencuci porang berpenggerak motor bensin dengan poros penyikat 96 | JTRM Perancangan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kandungan Kalsium Oksalat pada Umbi Porang sebagai alat pencuci umbi.
Mesin perajang umbi porang hasil rancangan K.
Umam dan Wilarso .
menggunakan pisau horizontal sebagai alat pemotong dan motor bensin sebagai alat Rancangan mesin perajang lainnya oleh E.
Yuniwati, et.
menggunakan perajang yang dipasang pada piringan yang berputar untuk menghasilkan lebih dari 1 ton rajangan porang tiap jamnya.
Sementara itu.
Nurhibatullah dan Haryadi .
merancang mesin perajang umbi porang yang dilengkapi dengan sistem kendali menggunakan PLC .
rogrammable logic controlle.
Rancangan mesin yang menggabungkan fungsi pencuci dan perajang dirancang oleh R.
Panjaitan, et.
Pada penelitian ini akan dirancang mesin yang dapat menggabungkan tiga fungsi pengolahan sekaligus yaitu pencucian, perajangan, dan penghilangan kandungan kalsium oksalat.
Mesin yang dirancang akan memiliki fitur semi otomatis yang dapat mengurangi tenaga kerja dan meningkatkan produktivitas produksi pasca panen.
Manfaat yang dapat dinikmati oleh masyarakat dengan penggunaan mesin ini adalah peningkatan nilai ekonomi umbi porang karena nilai jual chips umbi porang lebih tinggi daripada umbi porang basah.
Hal tersebut dapat berdampak pada peningkatan pendapatan petani umbi porang.
Gambar 2.
Chips Umbi Porang .
2 METODE PELAKSANAAN
Mesin perajang dan perebus umbi porang ini dirancang menggunakan metode VDI 2222 yang merupakan salah satu metode perancangan yang terdiri atas empat tahapan yaitu merencana, mengonsep, merancang, dan penyelesaian.
Diagram alir perancangan mesin pembuat chips dan pereduksi kalsium oksalat umbi porang ditunjukkan pada Gambar 3 di bawah ini.
Tahap Merencana Tahap pertama atau tahap merencana dibagi menjadi tiga kegiatan yaitu identifikasi masalah dan review existing design, serta penyusunan daftar tuntutan.
Permasalahan yang dihadapi dalam pengolahan umbi porang adalah tuntutan keseragaman ketebalan chips porang dan kandungan kalsium oksalat yang tinggi pada umbi porang.
Perbedaan ketebalan chips porang dapat mempengaruhi kualitas produk akhir setelah proses pengeringan.
Perbedaan ketebalan chips menyebabkan hasil pengeringan tidak merata, sehingga chips berpotensi ditumbuhi Permasalahan lain yang dihadapi adalah kandungan kalsium oksalat yang tinggi pada umbi porang.
Kalsium oksalat atau getah pada umbi porang dapat menimbulkan rasa gatal pada kulit dan mulut.
Oleh karena itu, kadar kalsium oksalat harus dikurangi hingga mencapai kadar yang aman melalui proses perebusan atau perendaman dengan larutan garam.
Mesin pengolah umbi porang yang dijadikan rujukan dalam kegiatan review existing design adalah mesin dengan fungsi pencuci dan perajang umbi porang sekaligus yang dijual di e97 | JTRM Widya Prapti Pratiwi.
Riky Adhiharto.
Muhammad Ilham Abdurrahman Luaran dari mesin tersebut adalah chips umbi porang dengan kandungan kalsium oksalat yang tinggi.
Oleh karena itu, masih diperlukan proses lanjutan untuk menghilangkan kandungan kalsium oksalat dalam chips umbi porang.
Penelitian ini akan mengadaptasi dan mengembangkan rancangan mesin perajang porang dan menambah satu fungsi yaitu fungsi Gambar 3.
Diagram Alir Metode Perancangan VDI 2222 Berdasarkan identifikasi masalah dan review existing design yang telah dilakukan, maka dapat disusun Daftar Tuntutan yang berisi spesifikasi mesin yang diinginkan.
Daftar Tuntutan mesin pembuat chips dan pereduksi kandungan kalsium oksalat untuk umbi porang dicantumkan dalam Tabel 1 berikut.
Tabel 1.
Daftar Tuntutan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kalsium Oksalat pada Umbi Porang Tuntutan Tuntutan Utama Kapasitas produksi Ketebalan chips Dimensi mesin Kadar kalsium oksalat Tuntutan Tambahan Mudah pengoperasian Mudah perawatan Keterangan 500 kg/ jam A 10 mm Lebar < 5000 mm .
Tinggi 2000 Ae 2600 mm Tereduksi hingga 90% (<0,5 gram/ k.
Mesin bekerja secara semi otomatis Dilakukan berkala dalam jangka waktu yang lama Tahap Mengonsep Secara garis besar, prinsip kerja dari mesin pembuat chips dan pereduksi kandungan kalsium oksalat ini adalah membersihkan umbi porang lalu merajangnya menjadi bentuk lembaran, kemudian merebusnya.
Mesin pembuat chips terdiri atas beberapa fungsi bagian : fungsi
98 | JTRM
Perancangan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kandungan Kalsium Oksalat pada Umbi Porang penggerak, fungsi rangka, fungsi transmisi, fungsi penampung ( hoppe.
, fungsi pencuci, fungsi perajang, fungsi perebus, dan fungsi pemindah.
Prinsip kerja mesin berdasarkan fungsi-fungsi bagiannya ditampilkan dalam Gambar 4 dan 5 berikut.
Sinyal Sinyal Gambar 4.
Black Box Diagram Mesin Pembuat Chips Gambar 5.
Fungsi Bagian Mesin Pembuat Chips Kegiatan berikutnya dalam tahap mengonsep adalah menentukan alternatif pilihan dari fungsifungsi bagian mesin pembuat chips.
Alternatif dari masing-masing fungsi tersebut kemudian dikombinasikan menjadi tiga alternatif fungsi kombinasi.
Ketiga alternatif fungsi kombinasi tersebut kemudian dinilai menggunakan metode VDI 2205 untuk mendapatkan fungsi kombinasi yang paling optimal berdasarkan aspek teknis dan ekonomis.
Alternatif fungsi bagian mesin pembuat chips dalam kotak morfologi ditunjukkan pada Tabel 2.
99 | JTRM
Widya Prapti Pratiwi.
Riky Adhiharto.
Muhammad Ilham Abdurrahman Tabel 2.
Kotak Morfologi Fungsi Bagian Fungsi Penggera Fungsi Bagian Motor Listrik Alternatif Konstruksi Motor Bensin Alternatif Konstruksi Fungsi Transmisi V-Belt dan Pulley Timing-belt dan Pulley Rantai dan Sproket Fungsi Pencuci Bejana Berlubang .
Wash & Peeling Machine Poros Penyikat .
Fungsi
Perajang Slicer Disc
100 | JTRM
Urschel Microadjustable Slicer
Perancangan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kandungan Kalsium Oksalat pada Umbi Porang
Fungsi Pemindah Roller Conveyor
Silinder Hidrolik
Varian Konsep
VK1
VK2
VK3
Gambar 6.
Alternatif Varian Konsep Mesin Pembuat Chips 1, 2, dan 3 Tahap Penyelesaian Kegiatan yang dilakukan dalam tahap penyelesaian antara lain membuat gambar draft, gambar bagian, dan gambar susunan.
Gambar konstruksi rancangan mesin pembuat chips umbi porang ditunjukkan pada Gambar 7 di bawah.
Gambar 7.
Konstruksi Rancangan Lengkap 101 | JTRM Widya Prapti Pratiwi.
Riky Adhiharto.
Muhammad Ilham Abdurrahman 3 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil rancangan berupa alternatif varian konsep mesin pembuat chips umbi porang yang telah terpilih kemudian divalidasi untuk memastikan apakah mesin rancangan dapat memenuhi fungsi dan aman untuk digunakan.
Perhitungan Sistem Penggerak Berdasarkan perhitungan dengan formula .
berikut, didapatkan bahwa daya yang diperlukan oleh mesin pencuci adalah 7,28 kW dan daya yang diperlukan untuk mesin perajang adalah 2,31 kW.
Oleh karena itu, diperlukan daya mesin yang minimal sama dengan hasil perhitungan tersebut.
Spesifikasi daya motor terpilih ditampilkan pada Tabel 3.
ycEycoyceycycnycu ycyyceycuycaycycaycn = ycEycaycycaycn ycEycycaycyceyc = 7,28 ycoycO ycyycycoycn1 y ycyycycoycn2 y ycyycycoycn3 ycEycyycuycycuycuyci = 2,31 ycoycO ycEycoyceycycnycu ycyyceycoycuycycuycuyci = Tabel 3.
Spesifikasi Motor
ELECTRIC MOTOR
YUEMA TYPE : Y3
(MOTOR .
Merk Mesin Daya maksimal mesin ( P.
Putaran saat daya maksimal ( nM ) Torsi Maksimal Mesin (TM ) Voltase (V) Frekuensi .
7,5 kW / 10 HP
1000 rpm
105,4 Nm
220 Ae 380 V
50 Hz
ELECTRIC MOTOR
YUEMA
TYPE : YU-132S
(MOTOR .
5,5 kW / 7,5 HP 1500 rpm 23,3 Nm 220 Ae 380 V 50 Hz Perhitungan Sistem Transmisi Sistem penggerak pada konsep rancangan mesin adalah sebagai berikut, putaran motor pertama akan ditransmisikan dengan perlambatan menuju 3 .
buah poros pencuci yang kemudian akan ditransmisikan lagi ke screw conveyor.
Sementara putaran pada motor kedua akan ditransmisikan dengan perlambatan menuju poros perajang.
Sistem pencucian dan perajangan umbi porang memerlukan jumlah putaran yang berbeda.
Oleh karena itu, diperlukan perhitungan rasio yang sesuai untuk masing-masing fungsi.
Skema putaran antar fungsi dan dan data elemen transmisi ditampilkan pada Gambar 8 dan Tabel 4 berikut .
Gambar 8.
Skema Hubungan Elemen Transmisi Antar Fungsi
102 | JTRM
Perancangan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kandungan Kalsium Oksalat pada Umbi Porang Tabel 4.
Spesifikasi Rancangan Puli Parameter Puli 1
Puli 2
Puli 4
Puli 5
Daya Awal Rasio Puli Tipe Puli Diameter Puli penggerak 12 kW
T10
yo95,5 mm 11,25 kW
B/17
yo112 mm 11,25 kW
0,873
SPA
yo90 mm 8,25 kW
2,143
A/13
yo71 mm Diameter Puli yang yo191 mm yo112 mm yo78,5 mm yo150 mm Rentang Jarak antar Puli 300 mm 302,4 mm 227,5 mm 301,25 mm Panjang Sabuk 1050 mm 956,658 mm 719,92 mm 958,47 mm Jarak Antar Poros 296,13 mm 304,071 mm 227,562 mm 302,2 mm Pitch Gigi Sabuk Parameter Jumlah Gigi Puli Penggerak Jumlah Gigi Puli yang 10 mm Puli 1 Puli 2 Puli 4 Puli 5 30 mm 60 mm Menghitung lebar sabuk 50 mm groove Pulle.
groove Pulle.
groove Pulle.
Jarak Pengencangan 31,5 dan 15,75 28,8 mm dan 14,4 mm 21,6 mm dan 10,8 mm 28,8 mm dan 14,4 mm Kecepatan Puli Gaya sabuk pada poros 5 m/s 2,639 kN 2,932 m/s 3,837 kN 0,157 m/s 15,97 kN 5,576 m/s 2,071 kN Perhitungan Komponen Kritis Perhitungan pada komponen-komponen yang paling banyak menerima gaya, atau lebih dikenal dengan komponen kritis, perlu dilakukan untuk memastikan kekuatan dan keamanan konstruksi mesin.
Selain itu, perhitungan komponen kritis dilakukan untuk membuktikan bahwa geometri komponen dan material mesin mampu memenuhi fungsi yang direncanakan.
Hasil perhitungan kemudian divalidasi menggunakan simulasi software.
Bagian-bagian kritikal yang dihitung pada rancangan mesin pembuat chips ini antara lain bagian pencuci dan bagian 1 Perhitungan Poros Pencuci Poros pencuci utama merupakan poros pencuci yang terhubung langsung dengan motor kemudian akan meneruskan putaran kepada dua poros pencuci sekunder melalui puli 1 dan 2.
Ilustrasi hubungan antara poros pencuci utama dengan poros pencuci sekunder dan diagram benda bebas poros pencuci utama ditampilkan dalam Gambar 9 dan Gambar 10.
103 | JTRM
Widya Prapti Pratiwi.
Riky Adhiharto.
Muhammad Ilham Abdurrahman Poros Pencuci Sekunder Poros Pencuci Sekunder Poros Pencuci Utama Motor Gambar 9.
Ilustrasi Hubungan Poros Pencuci Utama dengan Poros Sekunder Gaya-gaya yang bekerja pada poros pencuci utama ditampilkan pada Tabel 5.
Tabel 5.
Data Perhitungan Poros Pencuci Besaran yc ycya
yc ycya
Deskripsi
Gaya Poros Berdasarkan Puli 1
Gaya Poros Berdasarkan Puli 2
Gaya Poros Berdasarkan Pengikatan dengan Sikat
Sudut Kemiringan Puli 1
Sudut Kemiringan Puli 2
Nilai 2,813 kN
5,371 kN
4,38 kN
28,24A
Gambar 10.
Diagram Benda Bebas Poros Pencuci .
DBB Poros Pencuci Sumbu XYZ, .
DBB Poros Pencuci Sumbu XZ, .
DBB Poros Pencuci Sumbu XY 2 Perhitungan Poros Perajang Poros perajang berfungsi untuk mentransmisikan putaran dari puli menuju ke pengarah perajang agar umbi porang dipastikan menyentuh pisau perajang sehingga terjadinya proses Gaya-gaya yang bekerja pada poros perajang dan diagram benda bebas poros perajang ditampilkan dalam Tabel 6 dan Gambar 11 berikut.
Tabel 6.
Data Perhitungan Poros Perajang Besaran ycycye ycyc yuycye 104 | JTRM Deskripsi Gaya Poros Berdasarkan Puli 5 Gaya Poros Berdasarkan Bobot Perajang Sudut Kemiringan Puli 5 Nilai 2,071 kN 0,297 kN Perancangan Mesin Pembuat Chips dan Pereduksi Kandungan Kalsium Oksalat pada Umbi Porang Gambar 11.
Diagram Benda Bebas Poros Perajang Validasi Menggunakan CAE Solidworks Tahap validasi perhitungan dilakukan menggunakan perhitungan CAE pada software Solidworks.
Simulasi CAE dilakukan untuk mensimulasikan tegangan von mises, defleksi, dan faktor keamanan.
Hasil simulasi CAE ditampilkan pada gambar dan tabel berikut.
Gambar 12.
Defleksi Poros Pencuci .
dan Poros Perajang .
Tabel 7.
Hasil Validasi Perhitungan Poros Pencuci Von Mises Defleksi Safety Factor Perhitungan Manual 132,929 MPa 0,073 mm 2,238 Analisis Software 133,116 MPa 0,064 mm 2,066 Selisih 0,187 MPa 0,009 mm 0,172 Hasil validasi perhitungan manual menggunakan simulasi software menghasilkan selisih yang relatif kecil.
Selisih perhitungan von mises antara perhitungan manual dengan simulasi software adalah 0,187 MPa.
Sementara selisih nilai defleksi antara perhitungan manual dengan simulasi software adalah 0,009 mm.
Nilai safety factor rancangan pada kedua perhitungan lebih besar dari 1 sehingga rancangan komponen aman untuk digunakan.
105 | JTRM
Widya Prapti Pratiwi.
Riky Adhiharto.
Muhammad Ilham Abdurrahman Tabel 8.
Hasil Validasi Perhitungan Poros Perajang Von Mises Defleksi Safety Factor Perhitungan Manual 109,621 MPa 0,039 mm 2,509 Analisis Software 102,023 MPa 0,086 mm 2,695 Selisih 7,598 MPa 0,043 mm 0,186 Hasil validasi perhitungan manual menggunakan simulasi software menghasilkan selisih yang relatif kecil.
Selisih perhitungan von mises antara perhitungan manual dengan simulasi software adalah 7,598 MPa.
Sementara selisih nilai defleksi antara perhitungan manual dengan simulasi software adalah 0,043 mm.
Nilai safety factor rancangan pada kedua perhitungan lebih besar dari 1 sehingga rancangan komponen aman untuk digunakan.
4 KESIMPULAN
Penelitian ini telah menghasilkan rancangan mesin pembuat chips dan pereduksi kandungan kalsium oksalat pada umbi porang berdaya 7,5 kW.
Mesin yang dirancang memiliki tiga fungsi utama: fungsi pencucian menggunakan sikat dan screw conveyor, fungsi perajang menggunakan sistem pisau sentrifugal, dan fungsi perebusan menggunakan metode perebusan dengan larutan NaCl.
Mesin pembuat chips yang dirancang memiliki kapasitas sebesar 1074 ton.
Jumlah ini mampu memenuhi 13% dari jumlah kebutuhan ekspor umbi
5 REFERENSI