4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanaman Hanjeli (Coix Lacryma Jobi L.)

Hanjeli merupakan serealia (biji-bijian) dari ordo Glumiflora, family

poaceae yang dapat dimanfaatkan sebagai pangan, pakan, obat dan barang

kerajinan. Hanjeli juga termasuk salah satu tanaman yang mengandung karbohidrat

dan kalori yang cukup tinggi. Selain karbohidrat kandungan lainnya yang terdapat

dalam hanjeli juga cukup untuk memenuhi kebutuhan gizi masyarakat (Grubben

dan Partohardjono, 1996 dalam Ramdani, 2015)

Jenis hanjeli menurut Nurmala (1998) dalam Ramdani (2015), di Indonesia

khususnya di Jawa ada dua kelompok hanjeli, yaitu:

1) Tanaman hanjeli liar

Tanaman hanjeli liar adalah varietas Agrotis, sering disebut juga sebagai

hanjeli batu yang umumnya tumbuh di lahan kering. Hanjeli batu ini berbentuk

bulat telur dengan kulitnya yang sangat mengkilap dan warnanya bervariasi dari

putih, abu-abu, abu kehitaman sampai cokelat. Varietas ini belum banyak

dibudidayakan karena kulit bijinya yang tebal dan keras sehingga sulit diolah

namun terdapat cukup banyak tumbuh liar di daerah Garut, Jawa Barat. Berikut ini

adalah gambar tanaman hanjeli liar disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Tanaman Hanjeli Liar Sumber: (Prakarsita, 2013)

2) Tanaman hanjeli yang telah dibudidayakan

Tanaman hanjeli ini umumnya memiliki kulit biji relatif lebih tipis dari

hanjeli liar sehingga mudah diolah sebagai bahan pangan. Terdapat tiga varietas

hanjeli yang telah dibudidayakan yaitu varietas Mayuen (hanjeli pulut) ditanam di

5

sawah, kebun atau ladang, ditepung atau dibuat berbagai macam makanan, varietas

Palustris, dan Agustina hanjeli yang tumbuh di tempat-tempat yang basah. Di Jawa

jenis ini banyak dijumpai di danau-danau dan di Rawa Pening, bijinya keras

(Nurmala, 2010). Berikut ini adalah tanaman hanjeli yang telah dibudidayakan yang

disajikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Tanaman Hanjeli yang Telah Dibudidayakan (Sumber: https://www.agrotani.com/cara-budidaya-hanjeli/)

2.2 Karakteristik Fisik Biji Hanjeli Pecah Kulit

Proses perancangan suatu peralatan untuk penanganan, pemisahan,

pengeringan, penyimpanan dan pengolahan bahan pertanian, termasuk juga biji-

bijian seperti hanjeli, memerlukan karakteristik fisik bahan. Karakteristik fisik

penting diketahui untuk mengoptimalkan perancangan peralatan untuk penanganan

komoditi tersebut. Karakteristik fisik bahan biji hanjeli pecah kulit yang akan

ditentukan adalah kadar air, dimensi biji pecah kulit, kebulatan, bulk density, sudut

repos, dan kekerasan biji pecah kulit.

2.2.1 Kadar Air

Informasi kadar air dari suatu bahan hasil pertanian sangat diperlukan untuk

mengetahui kondisinya apakah telah memenuhi syarat dalam proses penanganan

pascapanen, misalnya untuk proses perontokan, penyimpanan, dan lain-lain (Zain,

dkk, 2005).

Metode pengukuran kadar air yaitu dengan pembacaan pada moisture tester

basis basah dan metode oven basis kering. Pengukuran kadar air basis basah biji

hanjeli dilakukan sesuai dengan prosedur pengukuran kadar air beras dalam

pengujian mesin penyosoh beras menurut SNI 0835-2008 yaitu dengan

menggunakan moisture tester dengan syarat mutu kadar air beras yaitu antara 13,5-

6

14%. Pengukuran kadar air basis basah dan basis kering dengan metode oven pada

105℃ (AOAC, 1995) sesuai dengan Persamaan 1 dan Persamaan 2.

Kadar air basis basah (Ka wb) = (b−c) gram

(b−a)gram x 100% …………….(1)

Kadar air basis kering (Ka db) = (b−c)gram

(c−a) gram 𝑥 100% …...……..…(2)

Keterangan:

a = Berat cawan kering (gram)

b = berat sampel awal (gram)

c = berat cawan dan sampel kering (gram)

2.2.2 Bentuk dan Ukuran

Bentuk dan ukuran bahan hasil pertanian merupakan dua karakteristik yang

tidak dapat dipisahkan. Ada beberapa kriteria yang dapat digunakan untuk

menjelaskan bentuk dan ukuran bahan hasil pertanian, yaitu: berdasarkan bentuk

acuan, kebulatan, dimensi sumbu, serta kemiripan bahan hasil pertanian terhadap

benda-benda geometri tertentu (Zain dkk., 2005).

Informasi mengenai panjang, ukuran, bentuk, dan diameter penting dalam

proses desain saringan pembersih ataupun penggiling (Meghwal dan Goswami,

2011 dalam Mukhlis dkk., 2017). Diameter rata-rata biji dihitung dengan

menggunakan rata-rata aritmatik dan geometrik dari ketiga sumbunya. Diameter

rata-rata aritmatik (𝐷𝑎) dan diameter rata-rata geometrik (𝐷𝑔) dihitung dengan

menggunakan Persamaan 3 dan 4 (Sacilik dkk, 2013; Dursun dkk, 2007 dalam

Mukhlis dkk., 2017). Gambar 3 disajikan gambar sumbu mayor (biji utuh hanjeli )

dan sumbu minor (biji pecah kulit hanjeli).

(Daritmatik) = (𝑎+𝑏+𝑐)

3 ……………………………………………......(3)

(Dgeometrik) = (abc)1/3………………………………………………..(4)

Dimana:

Gambar 3. Sumbu Mayor dan Sumbu Minor Biji Hanjeli (Sumber: Wulan dkk., 2012)

7

Kebulatan (sphericity) yaitu perbandingan diameter bola yang memiliki

volume yang sama dengan diameter bola terkecil yang dapat mengelilingi objek

(Zain dkk., 2005). Nilai kebulatan berkisar antara 0 – 1. Apabila nilai kebulatan

mendekati satu maka bahan tersebut mendekati bentuk bola. Kebulatan endosperm

biji hanjeli yaitu 0,83 (Wijaya, 2014). Seperti pada umumnya, tanaman serealia biji

hanjeli terdiri dari bagian pericarp dan aleuron yang menyelimuti bagian

endosperm. Lapisan kulit (pericarp) ini terdiri dari dua jenis lapisan yaitu epicarp

(lapisan kulit luar) dan mesocarp (lapisan kulit dalam). Epicarp biji hanjeli terlihat

mengkilap dengan struktur yang keras sedangkan mesocarp biji hanjeli berbentuk

serat lunak menyerupai serabut yang rapat menutupi lapisan endosperm di

dalamnya. Adapun lapisan aleuron biji hanjeli yaitu lapisan terdalam pericarp yang

menyelimuti endosperm dan berwarna cokelat kemerah-merahan. Lapisan epicarp,

lapisan mesocarp dalam dan lapisan aleuron tersaji pada Gambar 4.

(a) (b)

Gambar 4. (a) Lapisan Pericarp (Epicarp dan Mesocarp) Biji Hanjeli dan

(b) Lapisan Aleuron Biji Hanjeli (Sumber: Wijaya, 2014)

Persentase massa antara lapisan epicarp, lapisan mesocarp, dan lapisan

aleuron dengan bagian endosperm biji hanjeli mencapai ± 45%. Dengan diketahui

persentase ketiga lapisan tersebut maka dapat dijadikan pertimbangan dalam

menentukan persentase massa dan keberadaan bagian-bagian lain dalam biji

hanjeli. Bagian-bagian biji hanjeli terdapat pada Gambar 7.

Gambar 5. Penampang Melintang Biji Hanjeli

Sumber: Damardjati (1998), dalam Hendriyani (2004))

8

2.2.3 Bulk Density

Bulk Density berkaitan dalam proses pengangkutan dan analisis ruang

kerjanya, yang berguna dalam pertimbangan dalam menghitung beban struktur

(Altuntas dkk., 2005 dalam Mukhlis dkk., 2017). Oleh karena itu, karakteristik fisik

penting diketahui untuk mengoptimalkan perancangan peralatan untuk penanganan

komoditi tersebut. Bulk density dihitung dengan Persamaan 5.

𝜌 = 𝑚

𝑉 …………………...……………………………………...…..(5)

Keterangan:

𝜌 = massa jenis (kg/𝑚3)

m = massa (kg)

v = volume (𝑚3)

2.2.4 Sudut Repos (Angle Of Repose)

Sudut repos adalah sudut yang terbentuk antara bidang alas datar dan bidang

alas miring dari sebuah segitiga pada saat bahan curah (biji-bijian) mulai bergerak

jatuh bebas. Nilai sudut repos dari suatu bahan dipengaruhi oleh bentuk, ukuran,

kadar air, dan orientasi bahan (Zain dkk., 2005). Sudut repos memiliki peran dalam

perancangan kemiringan/sudut pada hopper agar dapat mengetahui pada

kemiringan berapa bahan hasil pertanian mulai bergerak bebas.

2.2.5 Kekerasan (Hardness)

Kekerasan biji hanjeli merupakan salah satu faktor yang sangat menentukan

terhadap kebutuhan gaya yang dibutuhkan untuk menyosoh biji hanjeli. Semakin

tinggi kekerasannya maka semakin besar pula gaya yang dibutuhkan untuk

menyosoh biji hanjeli tersebut (Wijaya, 2014).

2.3 Penyosohan

Penyosohan merupakan proses yang dilakukan untuk memisahkan lapisan

yang menutupi endosperm yaitu mesocarp (lapisan kulit dalam) dan lapisan aleuron

(kulit tipis yang berwarna cokelat). Tahap penyosohan biji hanjeli dapat disebut

juga whitening atau polishing yang artinya melakukan suatu proses memutihkan

biji hanjeli dengan cara menggosok permukaan biji hanjeli tersebut sampai

didapatkan bagian endosperm yang putih. Menurut Darajat (2008), dasar proses

9

pengulitan dan penyosohan biji-bijian yaitu dengan memberikan gaya gesek pada

biji sehingga kulit biji tersisih dari bagian endosperm-nya.

Penyosohan terjadi apabila dua benda atau lebih yang bersentuhan dan

bergerak berlawanan arah akan mengalami gesekan (Yusuf, 2011). Gesekan yang

bekerja dalam proses penyosohan ini merupakan gesekan kinetik selama

penyosohan yang terjadi antara biji hanjeli dengan silinder penyosoh rol yang

berputar. Besarnya gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal yang bekerja.

Jika biji terus menerus mendapatkan gaya gesek 𝜇N maka gaya gesek akan terus

menerus bekerja dan pada saat tertentu kulit biji tidak mampu lagi menahan gesekan

yang bekerja dan mengakibatkan kulit biji sobek dan terkupas. Diagram bebas kerja

gaya disajikan pada Gambar 6.

Gambar 6. (a) Diagram Bebas Kerja Gaya Biji Hanjeli pada Kondisi Diam dan (b)

Bergerak. (Sumber: Yusuf, 2011)

Diagram bebas kerja gaya (a) pada keadaan biji tetap diam maka gaya gesek

yang bekerja pada benda adalah gaya gesek statis dengan demikian gaya normal

akan sama dengan berat benda mengacu pada hukum Newton. (b) apabila setelah

diberi gaya Tarik atau gaya dorong F biji bergerak, maka biji akan mengalami

percepatan (a ≠0) dan gaya gesek yang bekerja pada benda adalah gaya gesek

kinetis. Jika koefisien gesek kinetik antara permukaan benda dengan bidang adalah

Μn, dengan demikian besar gaya normal akan sama dengan gaya berat benda

(benda diam atau bergerak tidak mempengaruhi gaya normal).

Teori penyosohan untuk biji-bijian ini tidak mudah diturunkan secara

matematis dan sampai saat ini pendekatan yang dilakukan adalah pendekatan secara

eksperimental (Yusuf, 2011). Sebagai upaya mendekatkan gaya gesek yang

kontinyu maka dipilih gerakan melingkar. Prinsip kerja mesin-mesin penyosoh

dapat dilihat pada Gambar 7.

10

Gambar 7. a. Menggosok b. Menekan dan menggesek

Prinsip kerja mesin-mesin penyosoh (Sumber: Patiwiri, 2006)

Berdasarkan kedua prinsip penyosohan di atas, maka mesin-mesin

penyosohan digolongkan menjadi dua jenis, yaitu tipe gerinda (abrasive type) dan

tipe gesekan (friction type). Tipe abrasif memiliki kecepatan gerakan permukaan

gesek di atas 900 m/menit, sedangkan tipe gesekan memiliki kecepatan gerakan

permukaan gesek di bawah 300 m/menit. Pada prinsip menggerinda biasanya

menggunakan permukaan kasar yang terbuat dari batu abrasif, seperti batu gerinda.

Permukaan abrasif digerakkan dengan kecepatan tinggi yang membuat permukaan

kasar tersebut memiliki fungsi seperti gerinda dapat mengikis permukaan hanjeli.

Selain itu, butiran hanjeli yang terjepit di dalam ruang penyosohan ikut bergerak

yang mengakibatkan terjadinya gesekan antara sesama butiran hanjeli dan juga

butiran hanjeli dengan permukaan yang diam. Sedangkan pada prinsip menekan

dan menggesek, permukaan yang digunakan berbeda dengan prinsip menggerinda,

begitu juga kecepatan pergerakannya. Pada prinsip ini, yang dibutuhkan adalah

tekanan yang tinggi terhadap biji yang disosoh dan juga adanya gerakan yang

mampu membuat biji bergesekan satu dengan yang lainnya sehingga mampu

melepaskan sisa lapisan kulit hanjeli. Permukaan yang digunakan biasanya berupa

tonjolan-tonjolan yang terbuat dari besi atau baja. Prinsip ini biasanya diterapkan

untuk mesin-mesin penyosohan tahap pertengahan atau tahap akhir. Perbedaan tipe

abrasif dan tipe tekanan terdapat pada Tabel 1.

a b

11

Tabel 1. Perbedaan mesin penyosoh tipe abrasif dan tipe tekan

Uraian Tipe Abrasif Tipe Tekanan

Prinsip kerja Asah Gesek

Putaran poros utama Tinggi Rendah

Bahan rol Batu Besi

Jika kapasitas dinaikkan Butir patah turun Butir patah naik

Jika kapasitas diturunkan Pra-pemutihan Pemutihan

Kenaikkan butir patah 0,8-1,8% 3,7-8,3%

Tingkat keputihan beras Tinggi Rendah

Tingkat keilapan beras Rendah Tinggi

Proses pengelupasan lapisan bekatul dan

lembaga Mudah Sukar

Efisiensi Penyosohan Tinggi Rendah

(Sumber : PT Rutan Machinery Trading Co. (1993) dalam Rudiana (2016).

Proses penyosohan dapat dilakukan beberapa kali, baik dengan menggunakan

mesin yang sama atau berbeda. Menurut Patiwiri (2006), ada dua alasan kenapa hal

ini dilakukan, yaitu :

1) Untuk mendapatkan hasil penyosohan yang baik, yaitu dimulai dengan

pemutihan pada tahap pertama, dan pengilapan pada tahap berikutnya. Tahap

pertama memakai mesin tipe abrasif dan tahap kedua memakai mesin tipe

tekanan.

2) Untuk menghindari timbulnya panas pada butiran biji hanjeli sehingga

mengurangi resiko kerusakan biji hanjeli. Panas berlebihan dapat dihindari

dengan membatasi lama waktu butiran hanjeli disosoh pada satu tahapan

penyosohan.

Untuk mendapatkan mutu hanjeli hasil penyosohan yang tinggi, yaitu derajat

sosoh yang tinggi maka penyosohan dilakukan dua kali atau lebih. Istilah yang

diberikan untuk penyosohan yang dilakukan satu tahapan saja adalah penyosohan

one pass, sedangkan untuk penyosohan dua tahap disebut double pass, dan tiga

tahap atau lebih disebut multi pass. Pada Tabel 2 data kualitas hasil penyosohan

yang dihasilkan oleh tiap-tiap kombinasi.

12

Tabel 2. Kualitas beras sosoh dengan berbagai sistem penyosohan

No Sistem

Penyosohan

Tipe Mesin yang

Digunakan Kualitas Output Beras Sosoh

Suhu

Beras Tahap

I

Tahap

II

Tahap

III

Derajat

Sosoh

(%)

Beras

Utuh

(%)

Beras

Patah

(%)

Menir

(%)

1 1 Kali

Penyosohan

F 85-90 76,95 19,85 3,16 Tinggi

A 85-90 85,5 11,55 2,94 Tinggi

2 2 Kali

Penyosohan

F F 92-95 79,7 18,51 4,30 Sedang

A F 92-95 83,5 15,06 2,40 Sedang

3 3 Kali

Penyosohan

F F F 95-100 11,10 Rendah

A F F 95-100 8,90 Rendah

A A F 95-100 6,79 Rendah

Sumber: PT Rutan (diolah) *) Gabah 100% bernas, kadar air< 14 %, varietas IR 64

Keterangan: F : Friction ; A : Abrasif

2.4 Mesin Penyosoh Hanjeli TEP-04

Mesin penyosoh hanjeli TEP-04 merupakan mesin penyosoh hanjeli yang

dikembangkan oleh Laboratorium Alat dan Mesin Pertanian, Departemen Teknik

Pertanian dan Biosistem, Universitas Padjadjaran. Prinsip kerja mesin ini

menggunakan silinder penyosoh berupa batu abrasif sebanyak 23 buah yang

berputar pada poros horizontal. Hanjeli akan tersosoh melalui gesekan yang

dihasilkan oleh perputaran batu abrasif yang berputar. Bagian-bagian penyusun

mesin penyosoh hanjeli TEP-04 dapat dilihat pada Gambar 8, 9, dan 10.

Gambar 8. Unit Penyosoh Mesin Penyosoh Hanjeli TEP-04

13

Gambar 9. Mesin Penyosoh Hanjeli TEP-04

Gambar 10. Tampak Belakang Mesin Penyosoh Hanjeli TEP-04

(Sumber: Itasari, 2017)

Menurut Itasari (2017) mekanisme mesin penyosoh hanjeli TEP-04 melakukan

dua fungsi kerja secara langsung, yaitu mengupas dan menyosoh. Seharusnya

penggunaan batu gerinda lebih efektif apabila digunakan khusus untuk penyosohan

karena prinsip kerjanya mengikis permukaan kulit, sedangkan untuk pengupasan

seharusnya menggunakan prinsip pisau pengupas. Prinsip penggunaan 23 buah batu

gerinda disusun secara horizontal, semua batu gerinda tersebut disusun pada sebuah

poros dengan kecepatan putar sebesar 1410-1500 rpm yang memiliki fungsi

mengikis permukaan hanjeli, butiran hanjeli yang terjepit di dalam ruang

penyosohan ikut bergerak yang mengakibatkan terjadinya gesekan antara sesama

biji hanjeli dan juga biji hanjeli dengan permukaan diam yaitu saringan. Adapun

jenis saringan yang digunakan pada mesin ini yaitu jenis saringan berlubang elips.

Mesin penyosoh hanjeli TEP-04 beroperasi secara per batch, dimana biji hanjeli

disosoh di dalam ruang penyosohan selama 4 menit lalu dikeluarkan dilakukan

dengan 3x siklus dengan total waktu penyosohan 20 menit, hal ini dilakukan untuk

14

memutihkan hanjeli yang masih tersosoh sebagian dan hanjeli yang belum tersosoh.

Mesin penyosoh hanjeli TEP-04, memiliki kapasitas aktual sebesar 1,31 kg/jam,

efisiensi mesin 31,43%, rendemen penyosohan 22%, indeks performansi 0,77,

konsumsi bahan bakar 0,84 liter/jam, kebutuhan daya mesin 4,2 HP, tingkat

kebisingan mesin 92,9 Db, tingkat getaran pada rangka, mesin dan proses yaitu 48,7

mm/s, 89,8 mm/s dan 41,3 mm/s. Secara keseluruhan kinerja mesin penyosoh

hanjeli TEP-04 kurang maksimal, dikarenakan mesin melakukan dua fungsi kerja

secara bersamaan yaitu pengupasan dan penyosohan.

2.6 Jenis Plat Berlubang (Perforated Metal) Saringan

Plat berlubang merupakan suatu produk yang dihasilkan dalam proses

manufaktur pada lembaran plat. Pada proses ini lembaran plat dibentuk dengan cara

melubangi lembaran plat tersebut. Adapun bahan pembuatan lembaran plat

berlubang dapat terbuat dari bahan jenis besi, alumunium, stainless steel, bronze,

titanium dan brass.

Jenis-jenis plat berlubang berdasarkan bentuk lubangnya digolongkan pada

empat jenis, yaitu:

1) Lubang bulat

Jenis plat berlubang bulat ini memiliki tiga tipe ukuran standar 45°, 60° dan

90°. Ketiga tipe ukuran standar tersebut menentukan jarak antara satu lubang

dengan lubang yang lainnya. Tiga tipe ukuran standar tersebut menentukan jarak

antara satu lubang dengan lubang lainnya. Tiga tipe ukuran standar plat berlubang

bulat dapat terlihat pada Gambar 11.

Gambar 11. Tipe Ukuran Standar Plat Berlubang Bulat (a) Standar 45° b) Standar

60° c) Standar 90° (Sumber : Ruiz, 2005)

Jenis dan kerapatan lubang satu dengan lainnya menentukan terhadap

kekuatan-kekuatan plat berlubang tersebut. Semakin banyak lubang pada plat maka

15

semakin besar pula area terbuka. Besarnya area terbuka ini berbanding terbalik

dengan kekuatan plat.

2) Lubang persegi

Plat berlubang persegi ini terdapat dua tipe yaitu plat berlubang persegi

teratur dan plat berlubang persegi teratur bergiliran seperti dapat terlihat pada

Gambar 12.

Gambar 12. a). Plat Berlubang Persegi Teratur Bergiliran b). Plat Berlubang

Persegi Teratur (Sumber: Ruiz, 2005)

3) Lubang elips

Plat lubang elips selain banyak digunakan dalam industri juga banyak

digunakan untuk proses sortasi dan grading biji-bijian atau barang tambang. Plat

berlubang elips ini terdapat tiga tipe yaitu tipe sisi, akhir dan lurus seperti pada

Gambar 13.

Gambar 13. a). Tipe Sisi b). Tipe Akhir c). Tipe Lurus (Sumber: Ruiz, 2005)

4) Lubang desain khusus

Kekurangan jenis plat berlubang ini jauh lebih mahal dibandingkan plat

berlubang dengan bentuk lubang standar. Beberapa contoh plat berlubang desain

khusus ini dapat dilihat pada Gambar 14.

16

Gambar 14. a) Tipe Louver b) Tipe Cane c) Tipe Hexagonal (Sumber: Ruiz, 2005)

2.7 Blower Sentrifugal

Blower adalah mesin atau alat yang digunakan untuk menaikkan atau

memperbesar tekanan udara atau gas yang akan dialirkan dalam satu ruangan

tertentu sebagai pengisapan atau pemvakuman udara atau gas tertentu. Blower

sentrifugal menghisap udara atau gas yang masuk dalam arah aksial dan keluar

dalam arah radial. Blower sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 15.

Gambar 15. Blower Sentrifugal (Sumber: Widjaja, Suparman. 2016)

2.8 Analisis Teknik

Aspek teknik yang dipertimbangkan dalam analisis teknik mesin penyosoh

hanjeli adalah analisis yang meliputi: analisis kebutuhan daya, analisis unit

transmisi, analisis poros, analisis spi, analisis bantalan, analisis kekuatan rangka

dan analisis kekuatan las. Analisis teknik bertujuan untuk mengetahui kekuatan

bahan dari setiap komponen mesin yang dilakukan dengan cara perhitungan secara

teoritis dan pengamatan langsung yang terjadi di lapangan.

2.8.1 Kebutuhan Daya Penggerak

Unit penyosoh biji hanjeli ini menggunakan motor listrik sebagai sumber

daya penggeraknya. Besarnya daya yang diperlukan oleh mesin perlu dihitung

untuk mengetahui secara teoritis agar dapat diketahui berapa kebutuhan daya

penggerak yang dibutuhkan untuk dapat menggerakkan mesin. Adapun perhitungan

daya penggerak menggunakan Persamaan 6 (Hall et. Al, 1983):

17

P = 2π x Mt x N

60.………………………………………………………(6)

Keterangan:

P = Daya yang dibutuhkan (Watt)

N = Jumlah putaran puli (rpm)

𝑀𝑡 = Momen punter (Nm)

Besarnya momen punter silinder penyosoh (Mt) dicari dengan

menggunakan Persamaan 7 sebagai berikut:

Mt = f x S x A x R ……………………………………………..........(7)

Keterangan:

Mt = Momen punter (Nm)

f = Koefisien gesek antara biji hanjeli dengan silinder (dianggap

mendekati sorgum f = 0,7)

S = Tekanan desak (N/m2)

A = Luas permukaan silinder penyosoh (m2)

R = Jari-jari silinder penyosoh (m)

Gaya tangensial pada silinder penyosoh (𝐹𝑡) dihitung dengan menggunakan

Persamaan 8 berikut:

Ft = m x g ……………………………………...…………...…......(8)

Keterangan:

Ft = Gaya tangensial (N)

m = Berat silinder penyosoh (kg)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

2.8.2 Analisis Unit Transmisi

Analisis unit transmisi bertujuan untuk menentukan jumlah sabuk dan puli

yang diperlukan dalam transmisi mesin kemudian dicocokkan dengan kebutuhan

diameter poros transmisi. Sistem transmisi pada sebuah mesin diperlukan untuk

menyalurkan daya yang berasal dari motor penggerak sehingga seluruh komponen

mesin dapat berfungsi secara optimal. Berikut adalah beberapa faktor yang perlu

dihitung dalam menentukan sistem transmisi:

a) Transmisi sabuk

1) Panjang sabuk, L (m)

18

L = 2C + 𝜋

2 (d1 + d2) +

1

4𝐶 (d1 – d2)2 ………………….....………(9)

Keterangan:

L = Panjang sabuk (inchi)

C = Jarak sumbu antara kedua puli (m)

d1 = Diameter puli silinder penyosoh (inchi)

d2 = Diameter puli motor bensin (inchi)

2) Massa sabuk, m (kg)

m = 𝜌 .A. l …………...…………………………...……………….(10)

Keterangan:

m = Massa sabuk (kg)

𝜌 = Massa jenis sabuk (kg/m3)

A = Luas penampang sabuk (m2)

I = Panjang sabuk (m)

3) Kecepatan linier sabuk, v (m/s)

v = 𝜋.𝑑1.𝑛1

60 ...……………..……………………………………......(11)

Keterangan:

v = Kecepatan linier sabuk (m/s)

d = Diameter puli (m)

n = Jumlah putaran (rpm)

4) Sudut kontak sabuk dan puli (𝛼)

𝛼 = 180 ± 2arcsin 𝐷−𝑑

2𝑐 ……………………………...…………….(12)

Keterangan:

α1 = Sudut kontak

D = Diameter puli besar (inchi)

d = Diameter puli kecil (inchi)

c = Jarak antar pusat puli (m)

5) Tegangan sabuk pada sisi kencang, 𝑇1 (N)

𝑇1 = 𝜎𝑎. A ………………………………………………………....(13)

Keterangan:

T1 = Tegangan pada sisi kencang (N)

σa = Maksimal allowable stress (Pa)

19

A = Luas penampang sabuk (m2)

6) Tegangan Sabuk pada Sisi Kendur, 𝑇2 (N)

𝑇1− 𝑚𝑣2

𝑇2− 𝑚𝑣2 = e

𝑓𝛼

𝑠𝑖𝑛 𝜃2⁄

⁄ ……………………………………….…...…...(14)

Keterangan:

T1 = Tegangan pada sisi kencang (N)

T2 = Tegangan pada sisi kendur (N)

m = Massa sabuk (kg)

v = Kecepatan linier sabuk (m/s)

α1 = Sudut kontak

𝜇 = Koefisien gesek

θ = Sudut alur sabuk-V

7) Daya per sabuk, P (W)

P = (𝑇1 - 𝑇2) v ……………………………………………(15)

Keterangan:

P = Daya per sabuk (Watt)

T1 = Tegangan pada sisi kencang (N)

T2 = Tegangan pada sisi kendur (N)

v = Kecepatan linier sabuk (m/s)

8) Jumlah Sabuk pada Transmisi, 𝑁𝑠 (unit sabuk)

n = 𝑃𝑡/P …………………………….…………………….(16)

Keterangan:

n = Jumlah sabuk

Pt = Kebutuhan daya (Watt)

P = Daya per sabuk (Watt)

b) Analisis Poros

Poros merupakan salah satu bagian penting dari setiap mesin. Hampir semua

mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam

transmisi seperti itu dipegang oleh poros (Sularso dan Suga, 1997). Putaran yang

cepat akan mengakibatkan puntiran dan momen lentur pada poros, untuk

mengurangi hal itu diameter poros harus sesuai. Menurut Hall et al (1983), diameter

poros dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 17 berikut:

20

ds3 = 22 )()(

16ttbb xMKxMK

xSs

.......................................(17)

Keterangan:

ds = Diameter poros (mm)

kb = Faktor koreksi momen lentur

Mb = Momen lentur maksimal (Nm)

Kt = Faktor koreksi momen puntir

Mt = Momen torsi (Nm)

Ss = Tegangan geser yang diizinkan (Pa)

Momen punter dapat dihitung dengan Persamaan 18:

Mt = p

𝜔 ……………………………………………………...(18)

Keterangan:

P = Daya yang ditransmisikan (Watt)

𝜔 = Kecepatan sudut poros transmisi (rad/detik)

Sedangkan nilai faktor koreksi momen lentur (Kb) dan faktor koreksi

momen puntir (Kt) dipengaruhi oleh jenis beban yang bekerja pada poros, seperti

dapat dilihat pada Tabel 3.

Sedangkan nilai shear stress (Ss) menurut Hall et al (1983) adalah:

Ss = 40 MN/𝑚2 untuk poros dengan alur spi

Ss = 55 MN/𝑚2 untuk poros tanpa alur spi

Tabel 3. Nilai Kb dan Kt pada Poros Berputar

Jenis Pembebanan Kb Kt

Tanpa guncangan 1,5 1,0

Guncangan kecil 1,5 – 2.0 1,0 – 1,5

Guncangan besar 2,0 – 3,0 1,5 – 3,0 Sumber: Hall et al (1983)

Deformasi yang disebabkan oleh momen puntir pada poros harus dibatasi,

untuk poros yang dipasang pada mesin umum dalam kondisi kerja normal, besarnya

defleksi puntiran dibatasi 0,25-0,3 derajat (Sularso dan Suga, 1997). Besarnya

defleksi puntiran dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 19;

θ = 584 𝑇 𝑙

𝐺 𝑑4 ………………………………………………………(19)

21

Keterangan:

θ = Defleksi puntiran (°)

d = Diameter poros (mm)

l = Panjang poros (mm)

T = Momen puntir (kg.mm)

G = Modulus geser (kg/𝑚𝑚2)

2.8.3 Analisis Spi

Spi atau pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan

bagian-bagian seperti roda gigi, sprocket, puli, kopling yang dipasang pada poros.

Momen diteruskan ke naf atau dari naf ke poros. Berdasarkan letaknya pada poros

spi (pasak) dibedakan menjadi empat macam, yaitu pasak pelana, pasak rata, pasak

benam dan pasak singgung. Keterangan ukuran dan gaya yang bekerja pada spi

disajikan pada Gambar 16.

Gambar 16. Gaya-gaya yang Bekerja pada Spi (Sumber: Sularso dan Suga, 1997)

Berdasarkan Gambar 16, terjadi gaya geser pada spi yang bekerja pada

penampang b x l (mm2) karena adanya gaya F (N) dengan demikian tegangan

geser spi dapat dihitung berdasarkan Persamaan 20.

𝜏𝑘 =

𝐹

𝑏.𝑙

..............................................................................................(20)

Keterangan :

τk : Tegangan geser (N/mm2)

F : Gaya tangensial (N)

b : Lebar spi (mm)

l : Panjang spi (mm)

2.8.4 Analisis Pin

Pin merupakan suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-

bagian mesin agar tidak bergeser. Biasanya pin digunakan untuk mengikat puli,

22

sproket atau roda gigi pada poros. Momen torsi yang bekerja dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan 21 sebagai berikut. (Sularso dan Suga, 1997):

T = 𝑃

𝜔 ……………………………………………………………...(21)

Keterangan:

T = Momen Torsi (Nm)

P = Daya (watt)

𝜔 = Kecepatan putar (rpm)

Gaya tangensial yang bekerja pada pin yang terletak pada komponen

elemen-elemen mesin dihitung menggunakan Persamaan 22 sebagai berikut:

F = T / r ……………………………………………………..........(22)

Keterangan:

F = Gaya tangensial (N)

T = Momen torsi (Nm)

r = Jari-jari poros (m)

Untuk menghitung besarnya diameter dari pin yang digunakan pada bagian-

bagian mesin agar tidak bergeser diperoleh dari nilai tekanan yang diizinkan, dapat

menggunakan Persamaan 23 dan 24 (Sularso dan Suga, 1997), sebagai berikut.

Ps = F

A =

f1

4πd2

………………………………………………………(23)

Sehingga,

d2 = F.4

ps π ……………………………………………………………(24)

Keterangan:

Ps = Tekanan yang diizinkan (N/𝑚2)

F = Gaya tangensial (N)

d = Diameter pin (m)

2.8.5 Analisis Bantalan (Bearing)

Bantalan merupakan elemen mesin yang menumpu poros berbeban,

sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus,

aman, dan memiliki umur yang panjang. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik

maka persentasi seluruh sistem akan menurun atau tak dapat bekerja dengan

semestinya (Sularso dan Suga, 1997). Beban yang ditopang oleh poros ketika proses

23

penyosohan berlangsung yaitu beban puli dan beban tegangan tali. Nilai beban

tersebut dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 25:

Fr = w1 + w2 + w3 + w4 …………………………………...…...(25)

Beban tersebut merupakan beban radial yang bias dihitung dengan Persamaan

26:

Pr = fw × Fr ………………………………………………...…..(26)

Keterangan:

Pr = Beban radial yang ditumpu

Fw = Faktor beban, nilainya sebesar 1,1 – 1,3 untuk kerja biasa

Fr = Beban radial yang dibawa poros

Selain beban yang yang mempengaruhi umur dari bantalan, faktor lain yang

mempengaruhi besarnya nilai faktor umur adalah kecepatan putaran poros.

Besarnya faktor kecepatan dapat dihitung dengan Persamaan 27.

f n = (33,3

n)

13⁄

……………………………………………………...(27)

Keterangan:

fn = Faktor kecepatan

n = Putaran poros

Umur nominal untuk bantalan dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan 28 sebagai berikut:

Lh = 500 × f h3 …………………………………………………….(28)

2.8.6 Analisis Kekuatan Rangka

Rangka berfungsi sebagai penahan beban yang berada diatasnya dimana

rangka tersebut akan mengalami defleksi dan lengkungan sebagai akibat dari beban

yang di topangnya. Untuk menghitung besarnya lendutan dari rangka mesin

penyosoh hanjeli dapat dihitung menggunakan Persamaan 29 (Singer, 1995).

δ = P × L3

48 × E × I ............................................................................................... (29)

Keterangan:

δ = Lendutan (m)

P = Beban mesin pengupas kulit biji hanjeli (N)

E = Modulus elastisitas (KPa)

L = Panjang baris (m)

24

I = Momen Inersia

Kemudian lendutan yang terjadi pada rangka akibat beban yang ditopang

oleh rangka dibandingkan dengan lendutan izin dengan Persamaan 30 (Singer,

1995).

δizin=1

300 × L1......................................................................................... (30)

2.8.7 Analisis Kekuatan Las

Pengelasan adalah metode pengikat logam dengan leburan. Terdapat dua

tipe utama las yaitu las temu dan las sudut. Kekuatan sambungan las dilihat pada

panjang las yang dilakukan dan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 31

berikut (Singer et al., 1995):

F ≤ x t x l ..............................................................................................(31)

Keterangan:

F = Gaya yang bekerja pada rangka (N)

τ = Tegangan geser yang diizinkan (MPa)

t = Tebal pelat (mm)

l = Panjang las (mm)

2.8.8 Analisis Koefisien Gesekan

Unit penyosoh ini menggunakan gaya gesekan sebagai gaya utama dalam

penyosohan. Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya gaya gesek dalam

penyosohan ini diantaranya yaitu kecepatan putar motor penggerak, kekasaran batu

gerinda, jenis lubang saringan, dan jarak (gap) antara silinder penyosoh dan

saringan. Untuk jarak antara silinder dan saringan dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan 32, 33, dan 34 sebagai berikut:

a) Mengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi dalam Persamaan 32:

v = 2.π.rpm

60 …………………………………………..………………….(32)

b) Mencari gaya penyosohan dapat digunakan Persamaan 33 sebagai berikut:

P = F . v ……………………………………………………..…………(33)

c) Gaya yang bekerja pada biji hanjeli yaitu gaya kinetik karena disebabkan

oleh gaya gesekan. Rumus gaya gesek yaitu:

𝐹𝑘 = 𝜇𝑘 . N ……………………………………………………………..(34)

25

2.9 Pengujian Mesin

Pengujian mesin dilakukan untuk mengetahui sejauh mana mesin dapat

bekerja sesuai spesifikasi yang diinginkan. Pengujian mesin merupakan dasar untuk

melakukan evaluasi mesin penyosoh hanjeli. Pengujian mesin secara garis besar

terdiri dari dua kategori yaitu uji fungsional dan uji kinerja, kedua pengujian

dilakukan sebagai berikut:

2.9.1 Uji Fungsional

Uji fungsional bertujuan untuk mengetahui kesesuaian fungsi mesin dan

komponen penyusunnya dibandingkan dengan fungsi yang diinginkan pada kriteria

perancangan. Ada dua jenis pengujian yang dilakukan yaitu pengujian verifikasi

dan pengujian kualitatif. Berikut ini penjelasannya:

a) Pengujian Verifikasi

Pengujian verifikasi dilakukan untuk pengamatan parameter kerja tiap

komponen mesin. Dari hasil pengujian ini diketahui mesin bekerja atau tidak.

b) Pengujian Kualitatif

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kelanjutan pengujian hasil verifikasi

dengan mengamati parameter fungsi kerja komponen dan kenyamanan yaitu:

1. Fungsi kerja tiap komponen

Parameter ini dilihat dari kerja komponen dalam menjalankan fungsinya

apakah sesuai dengan tujuan penggunaan atau tidak. Parameter ini dilihat

dari kemampuan komponen untuk bekerja sama dengan komponen lainnya.

2. Keamanan dan kenyamanan kerja mesin

Pada pengujian ini akan diamati komponen dan proses yang mungkin dapat

membahayakan keselamatan operator untuk kemudian dicari solusinya.

Solusi dapat berupa penyesuaian dari komponen mesin atau penyesuaian

dari operator.

2.9.2 Uji Kinerja

Uji kinerja dilakukan untuk mengetahui kesesuaian kinerja mesin yang telah

dibuat dengan spesifikasi yang diinginkan dalam kriteria perancangan. Adapun

parameter yang diuji yaitu: kapasitas teoritis dan aktual mesin, efisiensi mesin,

rendemen penyosohan, kebutuhan daya aktual, energi spesifik, kebisingan mesin,

26

dan getaran mesin. Penjabaran dari masing-masing uji tersebut adalah sebagai

berikut:

a) Kapasitas Teoritis Mesin

Perhitungan kapasitas teoritis dengan sistem batch mengacu pada

perhitungan mesin penyosoh sorgum TEP–3 oleh Yusuf dan Suharto (2011), yaitu

berdasarkan pada hasil pengukuran densitas hanjeli, volume ruang penyosohan dan

waktu penyosohan. Untuk menghitung kapasitas teoritis mesin (sistem batch)

digunakan Persamaan 35 sebagai berikut :

𝐾𝑡 =𝜌 .𝜋.𝑙.(𝑟0

2− 𝑟12).60

𝑡 ………………………………………………(35)

Keterangan :

𝐾𝑡 = Kapasitas teoritis mesin (kg/jam)

𝜌 = Densitas biji hanjeli pecah kulit (kg/m3)

𝑟1 = Jari – jari silinder sosoh (m)

𝑟0 = Jari- jari saringan (m)

l = Panjang ruang penyosohan (m)

t = Waktu penyosohan (menit)

b) Kapasitas Aktual Mesin

Kapasitas aktual merupakan kemampuan yang dimiliki suatu mesin untuk

melakukan penyosohan hanjeli dalam selang waktu tertentu. Perhitungan kapasitas

aktual penyosohan dapat ditulis dengan Persamaan 36 (SNI 0835:2008):

Ka = Mk60

tk........................................................................................(36)

Keterangan:

Ka = Kapasitas aktual mesin penyosoh (kg/jam)

Mk = Berat hanjeli sosoh yang keluar dari mesin (kg)

tk = Waktu yang dibutuhkan untuk penyosohan (menit)

c) Efisiensi Mesin

Efisiensi merupakan perbandingan antara kapasitas aktual dengan kapasitas

teoritis. Efisiensi penyosohan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 37:

Ef =Ka

Kt100%...................................................................................(37)

Keterangan:

Ef = Efisiensi mesin (%)

27

Ka = Kapasitas penyosohan aktual (kg/jam)

Kt = Kapasitas penyosohan teoritis (kg/jam)

d) Rendemen Penyosohan

Rendemen penyosohan hanjeli dapat dihitung dengan membandingkan

massa hanjeli yang sudah tersosoh pada saluran pengeluaran dengan massa awal

hanjeli yang masuk ke dalam hopper. Rendemen penyosohan dapat dihitung dengan

menggunakan Persamaan 38 (SNI 0835:2008):

𝑅𝑘 =𝑚𝑡

𝑚𝑖𝑛100%................................................................................(38)

Keterangan:

Rk = Rendemen biji hanjeli tersosoh (%)

mt = massa biji hanjeli yang tersosoh (kg)

m𝑖𝑛 = massa biji hanjeli yang dimasukkan ke dalam hopper (kg)

e) Pengujian Daya Aktual Mesin

Pengujian daya mesin dilakukan untuk mengetahui kesesuaian daya yang

dibutuhkan mesin dengan daya yang disediakan oleh motor penggerak. Pengujian

ini dilakukan dengan mengukur daya aktual dari motor yang digunakan saat motor

beroperasi menggerakkan mesin. Daya aktual adalah daya yang sebenarnya

digunakan saat motor beroperasi menggerakkan mesin.

f) Energi Spesifik

Perhitungan energi spesifik penyosohan hanjeli pecah kulit bertujuan untuk

mengetahui besaran energi yang diperlukan untuk menyosoh bahan setiap kg.

Perhitungan energi spesifik dihitung dengan Persamaan 39 sebagai berikut:

Wes = 3600

J

jam W x P

Ka …………………………………………………..(39)

Keterangan:

Wes = Energi spesifik (J/kg)

P = Daya motor (W)

Ka = Kapasitas aktual (kg/jam)

g) Tingkat Kebisingan

Kebisingan adalah semua suara yang tidak dikehendaki yang bersumber dari

alat-alat proses produksi dan atau alat-alat kerja yang pada tingkat tertentu dapat

menimbulkan gangguan pendengaran. Nilai ambang batas kebisingan sesuai

28

dengan pasal 3 pada KEPMENAKER No. Kep/51/Men/1999 ditetapkan sebesar 85

dbA. Pengendalian kebisingan dilakukan dengan mengatur waktu kerja dengan

tingkat paparan kebisingan seperti yang disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4. Nilai Ambang Batas Kebisingan

Waktu pemajanan per hari Intensitas Kebisingan dalam dBA

8 Jam 85

4 Jam 88

2 Jam 91

1 Jam 94

30 Menit 97

15 Menit 100

7,5 Menit 103

3,75 Menit 106

1,88 Menit 109

0,94 Menit 112

28,12 Detik 115

14,06 Detik 118

7,03 Detik 121

3,52 Detik 124

1,76 Detik 127

0,88 Detik 130

0,44 Detik 133

0,22 Detik 136

0,11 Detik 139

Catatan: Tidak boleh terpajan lebih dari 140 dBA, walaupun sesaat.

h) Getaran

Getaran dalah gerakan yang teratur dari benda atau media dengan arah

bolak-balik dari kedudukan keseimbangannya (KEPMENAKER No. Kep-

51/Men/1999). Getaran yang dihasilkan dari mesin dapat bersumber dari daya

penggerak (motor) karena putaran yang sangat tinggi. Analisis getaran diperlukan

untuk mengetahui seberapa besar tingkat getaran yang diterima oleh operator,

karena jika melebihi ambang batas maka dapat menyebabkan sindrom getaran

(vibration sindrome) atau bisa disebut dengan istilah mati rasa pada tangan dan jari

yang disebabkan karena turunnya aliran darah ke jari tangan. Untuk mengurangi

efek negatif akibat penggunaan peralatan bergetar dianjurkan untuk tidak

melakukan kontak dengan getaran 50% dari waktu kerja atau direkomendasikan

untuk beristirahat setiap 1-1,5 jam dengan gemastik tangan antara 5-10 menit

Sumber : Keputusan Menteri Tenaga Kerja Nomor : Kep-51/Men/1999

29

(Istigno, 1971). Klasifikasi getaran yang terjadi pada mesin mengacu pada ISO

10816-1: 1995(E) seperti yang tersaji pada Tabel 5.

Tabel 5. Pedoman untuk Besarnya Getaran Pada Mesin, Mesin dengan Daya Kecil

(kurang dari 15 kW)

Good 0 to 0,71 mm/s

AcepTabel 0,72 to 1,81 mm/s

Still permissible 1,81 to 4,5 mm/s

Dangerous > 4,5 mm/s (Sumber : ISO 10816-1 (1995))

Adapun hubungan lamanya jam kerja operator dengan getaran mesin

berdasarkan keputusan menteri tenaga kerja No Kep.51/MEN/1999 dapat dilihat

pada Tabel 6.

Tabel 6. Nilai Ambang Batas Getaran

Jumlah waktu

pemajanan per hari

kerja

Nilai percepatan pada frekuensi dominan

Meter per detik kuadrat

Gram ( m / det2 ) Gram

4 jam dan kurang dari 8 jam

4

0,40

2 jam dan kurang dari 4 jam 6 0,61

1 jam dan kurang dari 2 jam 8 0,81

Kurang dari 1 jam

12

1,22

(Sumber: Keputusan Menteri Tenaga Kerja Nomor : Kep-51/Men/1999)