rancangan dan perhitungan bagian elemen mesin vacuum
TRANSCRIPT
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 123
Rancangan dan Perhitungan Bagian Elemen Mesin
Vacuum Frying dengan Sistem Pengaduk dan
Pengatur Suhu
Arif Rachman1*, Lanjar Rizky Romadani2, Mohammad Nurhilal3 1,2,3JurusanTeknik Mesin, Politeknik Negeri Cilacap
1,2,3Jalan Dr. Soetomo No. 1, Sidakaya, Cilacap Selatan, Kab. Cilacap, Jawa Tengah, 53212, Indonesia
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
*penulis korespondensi
Abstrak β Kurangnya pemanfaatan buah-buahan pasca panen yang menyebabkan menurunnya nilai ekonomis
buah, sehingga untuk menangani permasalahan tersebut dengan menambah produktivitas bagi masyarakat dan
home industry agar dapat memanfaatkan dengan baik hasil pasca panen menjadi sebuah produk menggunakan
suatu alat yaitu mesin vacuum frying. Tujuan perancangan ini yaitu merancang desain wujud, membuat detail
drawing, dan menghitung elemen mesin pada mesin vacuum frying dengan sistem pengaduk dan pengatur suhu.
Merancang menggunakan metode VDI 2222 dan pemilihan konsep menggunakan metode Stuart Pugh. Untuk
kapasitas maksimal bahan 1,5 kg menghasilkan diameter tabung penggoreng sebesar 300,4 mm, diameter rak
penampung bahan sebesar 200 mm dan kapasitas minyak 14,5 liter. Hasil perhitungan komponen elemen mesin
tersebut menggunakan motor listrik DC dengan daya 37,68Watt, diameter poros 3/4β dan jenis bantalan yang
digunakan adalah bantalan jenis bola baris tunggal dengan nomor bantalan 6804.
Kata kunci: vacuum frying, VDI 2222, elemen mesin
Abstract - Lack of utilization of post-harvest fruits which causes a decrease in the economic value of the fruit, so
as to deal with this problem by increasing productivity for the community and home industry in order to make good
use of post-harvest results into a product using tool, namely a vacuum frying machine. The purpose of this design
is to design a shape design, make detailed drawings, and calculate the machine elements in a vacuum frying
machine with a stirring system and temperature control. Design using the VDI 2222 method and concept selection
using the Stuart Pugh method. For a maximum material capacity of 1.5 kg the fryer tube diameter of 300.4 mm,
the material storage rack diameter is 200 mm and the oil capacity is 14.5 liters. The calculation results of the
machine element components use a DC electric motor with a power of 37.68 Watts, the diameter of shaft was 3/4"
shaft and the type of bearing used is a single row ball-type bearing with the bearing number 6804.
Keywords: vacuum frying, VDI 2222, machine elements
1. PENDAHULUAN
Indonesia sebagai negara tropis banyak ditumbuhi tanaman buah. Buah-buahan merupakan komoditas
holtikultura yang banyak dibudidayakan di Indonesia dan memiliki nilai ekonomi tinggi serta memiliki peluang
untuk di ekspor [1]. Produksi buah-buahan terus meningkat dari tahun ke tahun. Buah-buahan tahunan
dikelompokan menjadi 3 jenis yaitu jenis tanaman buah-buahan yang tidak serumpun dan dipanen sekaligus, jenis
tanaman buah-buahan yang tidak berumpun dan dipanen berulangkali dan jenis tanaman buah-buahan yang
berumpun dan dipanen terus menerus [2]. Terdapat lima komoditas unggulan buah-buahan tahunan di tahun 2018
yaitu pisang sebesar 7,26 juta ton, manga sebesar 2,62 juta ton, jeruk siam/keprok sebesar 2,41 juta ton, nanas
sebesar 1,81 juta ton, dan durian sebesar 1,14 juta ton. Lima komoditas unggulan tersebut diproduksi hampir di
setiap provinsi di Indonesia [3].
Kabupaten Cilacap merupakan salah satu daerah sentra penghasil buah di Jawa Tengah. Prospek itu tidak
terlepas dari luasnya ketersediaan lahan, kondisi tanah dan lingkungan yang mendukung khususnya Cilacap bagian
barat [4]. Berdasarkan hasil dari Badan Pusat Statistik Kabupaten Cilacap tentang hasil panen dan produksi buah-
buahan menurut komoditi di Kabupaten Cilacap tentang hasil panen dan produksi buah-buahan menurut jenis
komoditi di Kabupaten Cilacap selama 2015-2018 diperoleh hasil pada Tabel 1 [5].
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 124
Tabel 1. Buah Dengan Tingkat Produksi Kabupaten Cilacap Tahun 2015 -2018
Komoditi Produksi (Kw)
Mangga 70.043,75
Salak 2.436
Pepaya
Jeruk
Durian
Pisang
114.034,75
71.543,25
33.376,75
540.069
Produk buah-buahan pada umumnya dikonsumsi dalam bentuk buah segar dan masih sedikit yang diolah ke
dalam bentuk makanan olahan. Karena buah-buahan bersifat musiman dan mudah rusak (perishable) setelah
dipanen, maka harga jual produk mengalami penurunan yang sangat signifikan pada saat musim panen raya dan
tingkat kehilangan hasil tinggi mencapai 25-40%. Seperti yang diketahui, hasil perkebunan tersebut memiliki batas
simpan yang terbatas. Hasil perkebunan yang tidak terjual sampai batas simpannya akan terbuang percuma. Bila
tidak ditangani dengan baik, buah yang memiliki kadar air yang tinggi akan mengalami perubahan fisiologis, fisik,
kimiawi, parasitik atau mikrobiologis yang menyebabkan buah rusak atau busuk [6].
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, buah-buahan dapat diolah dan dibuat produk lain agar mendapatkan
nilai jual yang lebih tinggi. Salah satu produk olahan yang dapat dikembangkan dan mempunyai nilai pasar yang
cukup baik adalah dengan mengolahnya menjadi keripik. Pengolahan buah-buahan menjadi keripik adalah salah
satu alternatif untuk meningkatkan umur simpan dan nilai tambah dibandingkan dengan buah segarnya karena
kadar airnya rendah dan tidak lagi terjadi proses fisiologi seperti buah segarnya [7] [8]. Dengan berkembangnya
teknologi penggorengan vakum, terdapat peluang untuk menghasilkan keripik buah yang memiliki rasa dan aroma
seperti buah aslinya, tekstur renyah, serta nilai gizinya dapat dipertahankan karena suhu penggorengan relative
rendah [9].
Dengan ini dilakukan penelitian perancangan suatu alat yaitu Mesin Penggoreng Vakum (Vacuum Frying)
Dengan Sistem Pengaduk dan Pengatur Suhu. Mesin tersebut mengadopsi sistem pengaduk dan pengaturan suhu
sehingga pengguna dapat menggunakan mesin tersebut dengan mudah. Menggunakan sistem water jet untuk
melakukan proses pemvakuman.
2. METODE
2.1 Tahapan dan Alat Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam proses desain dan perhitungan bagian- bagian lemen mesin yaitu komputer
serta software gambar Solidworks Premium 2020 untuk melakukan perancangan mesin. Metode yang digunakan
dalam melakukan tahapan perancangan yaitu metode VDI 2222. Proses perancangan tersebut digambarkan dalam
gambar 1 tentang diagram alir pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Perancangan Mesin Vacuum Frying Dengan Sistem Pengaduk dan Pengatur Suhu
Mulai
Identifikasi Masalah
dan Analisis Kebutuhan
Membuat
Konsep Desain
Analisis Konsep
Evaluasi
Desain Wujud dan
Desain Bagian
Membuat Desain
Akhir dan Tahapan
Perancangan Detail
Selesai
YA
TIDAK
ME
RE
NC
AN
AM
EN
GK
ON
SE
P
ME
RA
NC
AN
GP
EN
YE
LE
SA
IAN
Dokumentasi
Studi Literatur
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 125
Dalam melakukan perancangan mesin vacuum frying dengan sistem pengaduk dan pengatur suhu ini, terdapat
beberapa prosedur dalam metode perancangan VDI 2222. Metode ini diawali dengan proses merencana untuk
menghasilkan spesifikasi produk beserta tuntutan teknisnya sampai dengan proses penyelesaian untuk
menghasilkan gambar konsep beserta gambar detailnya [10].
Pada tahap perencanaan dilakukan studi literatur dengan melakukan berbagai kegiatan meliputi browsing
internet, jurnal, dan membaca buku selanjurnya studi lapangan.
Gambar 2. Vacuum Frying [11]
Berdasarkan analisis yang dilakukan, identifikasi masalah pada mesin vacuum frying berbasis water jet,
diperlukan adanya modifikasi alat. Modifikasi untuk bisa membuat sebuah mesin pengoreng vakum yang mudah
digunakan, menghemat tenaga dan dapat digunakan pada kalangan menengah kebawah. Modifikasi tersebut antara
lain sebagai berikut:
1) Diperlukan adanya sebuah mekanisme pengaduk untuk mendukung pada proses penggorengan dan
kecepatan pengaduk dapat diatur oleh operator.
2) Menggunakan sistem water jet dan pompa air dengan daya yang lebih rendah sehingga mesin dapat
digunakan pada masyarakat kalangan menengah kebawah.
3) Diperlukan adanya modifikasi pada rak penampung bahan yang dapat di bongkar pasang, sehingga mudah
dalam perawatannya.
Dari pernyataan diatas dapat disimpulkan kebutuhan dari mesin. Berikut ini daftar kebutuhan (tuntutan)
sebagai acuan pembuatan mesin penggoreng vakum (vacuum frying) dengan sistem pengaduk dan pengatur suhu.
Kebutuhan mesin dapat dilihat seperti pada Tabel 1. Setelah ditentukan kebutuhan mesin, langkah selanjutnya
adalah membuat sketsa dan catatan sebagai bahan untuk pertimbangan desain alat yang akan dibuat.
Tahapan berikutnya adalah pembuatan konsep, pada tahap pembuatan konsep ini merupakan kelanjutan
setelah rencana desain tersusun dengan mempertimbangkan beberapa bagian-bagian pada mesin yang akan
digunakan. Proses mengkonsep ini diantaranya yaitu memperjelas pekerjaan, menganalisis spesifikasi dan tuntutan
yang harus dicapai dalam penugasan, pembagian fungsi bagian, membuat alternatif konsep, dan menilai alternatif
konsep berdasarkan aspek teknis dan ekonomis, doitunjukn pada Tabel 3.
Tabel 1. Kebutuhan Mesin
No. Kebutuhan Mesin
1. Sistem pemvakuman.
2. Sistem pemanas dan pengatur suhu.
3. Sistem pengaduk.
4. Sistem kendali (panel kontrol).
5. Material tahan karat.
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 126
Tabel 2. Sketsa dan Catatan
No. Uraian Sketsa Catatan
1. Sketsa mesin vacum frying.
Menggunakan material anti karat
karena bersentuhan dengan
makanan dan air.
2. Sistem penggerak pengaduk.
Pengaduk pada tabung
penggoreng menggunakan motor
listrik DC yang kecepatannya
dapat diatur.
3. Sistem pemvakuman.
Menggunakan sistem water jet
injector untuk melakukan
pemvaku- man didalam tabung
penggorengan pada saat
penggorengan ber-langsung.
4. Sistem pemanas.
Sumber pemanas menggunakan
gas LPG dan kompor pemantik
api yang dihubungkan dengan
selenoid valve dan
thermocontroller sehingga suhu
konstan.
5. Sistem kendali.
Terdapat 3 tombol untuk
menyalakan pompa, motor
penggerak, dan thermocontroller
sehingga mudah dioperasikan.
Tabel 3. Alternatif Fungsi Bagian
Setelah menghubungkan setiap alternatif konsep yang dipilih, selanjutnya menentukan pilihan konsep yang
akan digunakan. Tabel 4 adalah tabel untuk menentukan konsep yang akan dipilih melalui sistem penilaian
berdasarkan kebutuhan alat yang diharapkan. Penilaian tersebut akan menampilkan rangking dari konsep yang
terbaik.
No. Fungsi Bagian Konsep
1 2 3
1. Tabung Penggoreng Dengan Penutup Luar Dengan Penutup Dalam
2. Penampung Bahan Datar Tetap Setengah Lingkaran
Tetap
Setengah Lingkaran
Dapat Di Bongkar Pasang
3. Poros Tabung Pipa Pejal
4. Sistem Penggerak Motor Stepper Motor Power Window Motor DC
5. Pengatur Kecepatan PWM Drimmer Potensiometer
6. Sistem Pemanas Heater LPG dan Kompor
7. Pengatur Suhu Thermocontroller
Digital
Thermocontroller
Analog
8. Kondensor Pipa Spiral Pipa Lurus
9. Sistem Jet Ejector Multi Ejector Single Ejector
10. Posisi Jet Ejector Vertikal Horizontal Miring 45ΒΊ
11. Pompa Pompa Vakum Pompa Air
Keterangan:
= Alternatif Konsep 1
= Alternatif Konsep 2
= Alternatif Konsep 3
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 127
Tabel 4. Pemilihan Konsep
Kriteria Seleksi Persentase
Nilai (%)
Alternatif konsep 1 Alternatif konsep 2 Alternatif konsep 3
Nilai (1-4) Hasil Nilai (1-4) Hasil Nilai (1-4) Hasil
Sistem pemvakuman. 25 2 0.5 3 0.75 3 0.75
Sistem pemanas dan pengatur
suhu. 20 2 0.4 3 0.6 3 0.6
Sistem pengaduk. 15 3 0.45 3 0.45 3 0.45
Sistem kendali. 10 3 0.3 2 0.2 2 0.2
Material tahan karat. 10 3 0.3 1 0.1 3 0.3
Nilai Total 1,95 2,1 2,3
Rangking 3 2 1
Gambar 3. Bagian-bagian mesin vacuum frying dengan sistem pengaduk dan pengatur suhu
Setelah semua konsep ditentukan, kemudian konsep disatukan dan dirancang. Pada tahap merancang berisi
tentang penjelasan tentang bagian mesin serta komponen dari mesin vacuum frying dengan sistem pengaduk dan
pengatur suhu. Desain wujud yang dibuat setelah menentukan konsep yang digunakan untuk mesin. Setelah desain
wujud terpenuhi, selanjutnya menentukan bagian-bagian utama dari mesin tersebut agar mudah dipahami,
diperlihatkan pada Gambar 3. Setelah desain wujud dan bagian-bagian mesin terselesaikan. Dalam tahap
penyelesaian melakukan tahapan verifikasi konsumen dan menyiapkan dokumen untuk disampaikan kepada lini
produksi.
Tahapan selanjutnya adalah melakukan perhitungan bagian-bagian Elemen Mesin yang digambarkan dalam
gambar 3 diagram alir proses perhitungan.
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 128
Gambar 3. Diagram Alir Perhitungan Elemen Mesin
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan aspek teknis dan ekonomis, maka penilaian terhadap beberapa alternatif yang telah dibuat dapat
disimpulkan bahwa penilaian tertinggi pada alternatif konsep 3. Konsep ini menggunakan tabung penggoreng
dengan penutup luar dimana terdapat bagian dari penutup tabung penggoreng dilapisi silikon sehingga
meminimalisir terjadinya kebocoran dan pada bagian penampung bahan berbentuk tabung setengah lingkaran
dapat di bongkar pasang sehingga mudah dalam perawatannya. Poros yang digunakan pada sistem pengaduk
menggunakan jenis poros hollo (pipa) sehingga tidak menimbulkan beban terlalu berat (ringan) yang berpengaruh
pada spesifikasi motor listrik yang digunakan.
Pada sistem penggerak menggunakan motor DC power window karena pada sistem pengaduk pada mesin
vacuum frying ini tidak memerlukan putaran yang tinggi dan kecepatannya dapat diatur dengan PWM sehingga
memudahkan operator untuk mengatur kecepatan pengaduk pada proses penggorengan berlangsung. Hasil
Rancangan diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Hasil Rancangan
Mulai
Studi Literatur
Perhitungan Tabung
Penggoreng
Pembuatan Laporan
Identifikasi
Gambar Kerja
Selesai
Perhitungan Daya
Motor
Perhitungan Elemen Mesin:
1. Poros
2. Bantalan
Bill Of Material
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 129
Sistem pemanas menggunakan LPG dan kompor pemantik api. Kompor gas LPG dipilih karena beberapa
alasan yaitu selain merupakan bahan bakar yang relatif murah (dalam arti efisien) dan mudah diperoleh, kompor
gas memiliki bentuk yang praktis dan mudah ditemukan di pasaran sehingga apabila sewaktu-waktu ada kerusakan
dapat mudah diganti dan panas yang dihasilkan oleh kompor gas relatif stabil dan mudah diatur. Pengaturan suhu
pada sistem pemanas menggunakan thermacontroller digital sehingga mempermudah operator untuk mengatur
suhu yang ditentukan. Jika suhu dalam tabung penggorengan lebih kecil dari suhu setting, maka perangkat ini akan
memperbesar lubang katup gas LPG ke kompor, sehingga nyala api kompor akan lebih besar. Dengan begitu suhu
dalam tabung penggorengan akan naik sedikit demi sedikit. Karena terus berlangsung, semakin lama suhu dalam
tabung juga akan semakin panas, sehingga akan sampai pada saat dimana suhu lebih besar dari suhu setting. Pada
saat itulah, perangkat kontrol akan memperkecil lubang katup gas LPG sehingga nyala api kompor juga akan
mengecil. Dengan begitu, suhu dalam tabung penggorengan juga akan menurun sedikit demi sedikit sampai suatu
saat akan mencapai suhu di bawah suhu setting. Setelah suhu turun dibawah suhu yang telah ditentukan, perangkat
kontrol akan kembali memperbesar lubang katup gas sebagaimana sebelumnya. Proses ini akan terus berulang
selama penggorengan, sehingga suhu dalam tabung penggorengan akan selalu berkisar diantara suhu yang diatur.
Pada kondensor menggunakan pipa spiral yang bertujuan untuk mengembunkan uap panas menjadi air lebih
sempurna dibandingkan pipa lurus dan air hasil pengembunan dipisahkan pada ruang terpisah sehingga uap yang
di hisap oleh pompa melalui jet ejector tidak bercampur dengan air. Hal ini bertujuan untuk mengurangi beban
pada penghisapan yang disebabkan oleh uap yang bercampur dengan air.
Sistem water jet menggunakan pompa air sebagai perangkat penghisap udara. Untuk bisa menghasilkan
kondisi vakum, pompa air tersebut dibantu konstruksi tertentu yang didalamnya melibatkan air sebagai sarananya.
Ada dua jenis sistem water jet yang bisa digunakan, yaitu sistem water jet dengan multi injector dan sistem water
jet dengan single injector. Water jet multi injector menggunakan banyak lubang kecil untuk menyemprotkan udara
dan air. Jumlah injector yang digunakan bervariasi tergantung pada daya hisap yang diinginkan. Dengan kata lain,
semakin besar ukuran vacuum chamber (tabung penggoreng), berarti semakin besar daya yang dibutuhkan untuk
memvakumkannya, sehingga selain butuh pompa yang lebih besar, juga butuh injector yang lebih banyak. Hanya
saja sistem multi injector memiliki kekurangan yaitu ukuran lubang yang kecil. Seringkali ada kotoran dalam air
yang turut terhisap oleh pompa yang kemudian menyumbat lubang injector. Hal ini akan menyebabkan daya
pemvakuman berkurang sehingga tekanan dalam tabung penggorengan akan naik. Jika sejumlah injector yang
tersumbat cukup banyak, maka sistem pemvakuman tidak akan bekerja sehingga mesin vacuum frying tidak dapat
beroprerasi. Karena itulah perancang memilih sistem single injector, selain memiliki konstruksi yang lebih
sederhana juga memiliki lubang injector yang lebih besar, maka kemungkinan tersumbat oleh kotoran jauh lebih
kecil sehingga mesin vacuum frying bisa bekerja dengan baik.
3.1 Perhitungan Volume Tabung Utama
Tabung utama (ruang penggorengan) berbentuk tabung silinder dengan sisi samping tabung sedikit
melengkung, berisi minyak goreng dan rak penampung bahan dapat dihitung berdasarkan persamaan 1 berikut.
Jumlah minyak goreng yang dibutuhkan di dalam ruang penggoreng adalah setengah dari volume ruang
penggoreng, sehingga jumlah minyak goreng (Vm) yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan 2 berikut
[12].
ππ‘πππ’ππ π’π‘πππ =π
4 Γ ππ
2 Γ π‘π (1)
πππππ¦ππ =1
2 Γ ππ‘πππ’ππ π’π‘πππ (2)
Keterangan:
ππ = diameter silinder dalam (mm).
π‘ = panjang/tinggi silinder tabung (mm).
π = jari-jari (mm).
Tabung utama menggunakan pelat stainless steel ketebalan 1,2 mm, diameter silinder luar (do) sebesar 300,4
mm, diameter silinder dalam (di) sebesar 298 mm, panjang/tinggi silinder tabung dalam (t) sepanjang 440 mm,
dan panjang/tinggi silinder tabung dalam (ti) sepanjang 428 mm.
ππ‘πππ’ππ π’π‘πππ = 3,14
4 Γ 2982 ππ Γ 428 ππ
ππ‘πππ’ππ π’π‘πππ = 29836367,92 ππ3 β 0,0298 π3
Karena sisi tabung melengkung, maka penulis mengasumsikan volume tabung utama sebesar 97%.
ππ‘πππ’ππ π’π‘πππ = 97% Γ 0,0298 π3 = 0,0290 π3
πππππ¦ππ =1
2Γ 0,0290 π3 = 0,0145 π3 β 14,5 πΏππ‘ππ
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 130
3.2 Perhitungan Diameter Rak Penampung Bahan
Kapasitas maksimum dari buah yang dapat ditampung/digoreng, pada setiap kali proses penggorengan
keripik terletak pada ruang penampung. Bentuk dari ruang penampung, berbentuk tabung setengah lingkaran,
dengan diameter tabung (dp), panjang/tinggi tabung (tp), sehingga perhitungan pada rak penampung bahan dapat
menggunakan persamaan 3 dan 4.
ππππ₯ = π Γ ππ (3)
πππ’πβ =1
2Γ (
π
4Γ ππ
2 Γ π‘π) (4)
Keterangan:
ππππ₯ = kapasitas maksimum buah yang digoreng (kg).
π = massa jenis buah (kg/m3).
ππ = volume ruang penampung (berbentuk setengah lingkaran) (mm3).
ππ = diameter tabung(mm).
π‘π = panjang/tinggi tabung (mm).
πππ’πβ = volume buah (mm3).
Rak penampung bahan menggunakan pelat stainless steel berlubang dengan ketebalan 0,8 mm,
panjang/tinggi tabung setengah lingkaran sebesar 300 mm. Kapasitas maksimum buah dalam sekali penggorengan
didalam ruang penampung bahan (Qmax) sebanyak 1,5 Kg, dengan menggunakan massa jenis buah apel (π) = 641
Kg/m3.
πππππ =ππππ₯
πππππ=
1,5 ππ
641 ππ/ππ3 = 0,00234 π3 β 0,00234 Γ 109 ππ3
Karena pada proses penggorengan berlangsung, di dalam ruang penampung bahan tidak boleh terisi penuh
(harus ada ruang) maka penelitian mengasumsikan 2 kali volume bahan untuk menghitung diameter rak
penggoreng.
Gambar 5. Sketsa Rak Penampung Bahan
2 Γ πππππ =1
2Γ (
π
4Γ ππ
2 Γ π‘π) = ππ2 =
16
πΓπππππ
π‘π
ππ2 =
16
3,14Γ0,00234 Γ109 ππ3
300 ππ= 39745,22 ππ2
ππ = β39745,22ππ2 = 199,36 ππ β 200 ππ
3.3 Perhitungan Daya Motor Listrik
Pada perhitungan daya motor listrik yang dibutuhkan dapat menggunakan persamaan 5 sebagai berikut [13]:
π = π Γ π (5)
Keterangan:
π = Daya (kW)
π = Torsi motor listrik (Nm)
π = Kecepatan sudut (rad/s)
Pada perancangan ini dipilih motor listrik DC dengan spesifikasi pada Tabel 5. Maka terlebih dahulu
dilakukan perhitungan untuk menentukan kecepatan sudut (π).
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 131
Tabel 5. Spesifikasi Motor Listrik
Kode CSD75C
Voltage 12V DC
Revolution 90 rpm
Rate Torsion 4 Nm
Current 4 A
a. Perhitungan kecepatan sudut (π)
Putaran rencana yang digunakan (π2) adalah maksimal 45 rpm (tidak memerlukan putaran tinggi), maka
perhitungan kecepatan sudut dapat menggunakan persamaan 6 sebagai berikut:
π = 2ΓπΓπ2
60 (6)
π = 2Γ3,14Γ45 πππ
60= 4,71 πππ/π
Setelah menentukan untuk torsi yang digunakan dan kecepatan sudut, maka pehitungan daya motor listrik
yang dibutuhkan yaitu:
π = π Γ π
π = 4 ππ Γ 4,71 πππ/π = 0,01884 ππ
Nilai efisiensi daya motor listrik bernilai 70%-90%, dalam perhitungan ini diambil nilai efisiensi sebesar
85%, sehingga nilai daya masukan (daya input) yang dibutuhkan dapat dihitung berdasarkan persamaan 7 sebagai
berikut:
π = π·ππ¦π ππππ’ππππ (ππ’π‘ππ’π‘)
π·ππ¦π πππ π’πππ (ππππ’π‘) (7)
85 % = 0,01884 ππ
π·ππ¦π πππ π’πππ (ππππ’π‘)
π·ππ¦π πππ π’πππ (ππππ’π‘) = 0,01884 ππ
85 %= 0,022164705 ππ β 22 πππ‘π‘
3.4 Perencanaan Poros Tabung Utama
Pada perhitungan perencanaan poros ini digunakan perhitungan poros dengan beban gabungan, karena poros
mengalami beban puntir dan beban lentur yang berasal dari rak penampung bahan. Berikut ini merupakan tahapan
perencanaan poros pada tabung utama dapat dijabarkan sebagai berikut:
a. Perhitungan daya rencana
Dalam perhitungan poros ini dapat diambil daya normal sebagai daya rencana dengan faktor koreksi (ππ) daya
yang akan ditransmisikan sebesar 1,5 (Diambil dari lampiran), sehingga besarnya daya rencana (ππ) dapat dihitung
dengan persamaan 8 sebagai berikut [14]:
ππ = ππ Γ π (8)
ππ = 1,5 Γ 0,022164705 ππ = 0,03 ππ
b. Perhitungan momen puntir rencana
Rencana output putaran π2 adalah 45 rpm. Jadi untuk menghitung momen puntir rencana dapat menggunakan
persamaan 9 sebagai berikut:
π = 9,74 Γ 105 ππ
π2 (9)
π = 9,74 Γ 105 0,03 ππ
45 πππ= 631,33 ππ. ππ
c. Perhitungan momen lentur
Sebelum melakukan perhitungan momen lentur terlebih dahulu menghitung masa komponen yang ada pada
poros untuk menghitung besar beban merata dapat menggunakan persamaan 10 sebagai berikut [15]:
π = π Γ π (10)
Keterangan:
π = massa jenis (kg/m3)
π = volume konstruksi benda (m3)
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 132
Gambar 6. Komponen-komponen yang Digerakkan
Pada poros terdapat 2 jenis beban yaitu beban merata dan beban vertikal. Setelah menghitung masa yang ada
pada poros, beban merata sepanjang 331,6 mm untuk setiap 1 mm dapat dihitung dengan persamaan:
π€1 =π€
ππ€
π€1 =(ππππ πππππππ’ππ ππβππ+πππ’ππ’πππ πππ πππππππ’ππ ππβππ+πππβππ) Γπ
ππ€
π€1 =(0,72 ππ+0,9 ππ+1,5 ππ)Γ10 π/π 2
331,6 ππ= 0,0941 π/ππ
Beban vertikal yaitu F yang bekerja pada engkol penggerak. F pada engkol penggerak = F engkol pengaduk,
karena langsung dihubungkan dengan tuas penghubung. Dengan menggunakan torsi dari motor listrik (T) sebesar
4 Nm, panjang lengan engkol penggerak (r1) sepanjang 60 mm dan lengan engkol yang digerakkan (r2) sepanjang
110 mm, maka beban vertikal dapat dihitung dengan persamaan 11.
Gambar 7. Komponen Penggerak dan Digerakkan
Perhitungan pada engkol penggerak:
πΉ1 =π
π1 (11)
πΉ1 =4 ππ
0,06 π= 66,67 π
Perhitungan pada engkol yang digerakan:
π = πΉ1 Γ π2
π = 66,67 π Γ 0,11 π = 7,33 ππ
Jadi torsi pada engkol yang digerakkan yang digunakan untuk menghitung poros pada tabung hampir 2x
engkol penggerak. Maka beban vertikal pada poros sebesar 66,67 N.
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 133
Gambar 8. Diagram Benda Bebas
(a)
(b)
Gambar 9. (a) Shear Diagram; (b) Diagram MomenLentur Poros
Keterangan:
π€1 = beban merata pada poros = 0,0941 N/mm
π1 = beban pada engkol = 66,67 N
π1 = jarak antara boss A dengan awal beban merata = 48,2 mm
π2 = jarak antara akhir beban merata dengan boss B = 72,2 mm
π3 = jarak antara boss B dengan beban pada engkol = 48 mm
π4 = jarak antara boss A dengan B = 452 mm
ππ€ = panjang jarak beban merata = 331,6 mm
d. Perhitungan tegangan geser yang diijinkan
Material yang digunakan untuk menggerakkan rak penggoreng pada mesin vacuum frying adalah poros
batang baja tahan karat (SS 304) dengan:
1. Kekuatan tarik (ππ΅) = 47,5 ππ/ππ2,
2. Faktor keamanan (ππ1) = 6,0 (Diambil dari lampiran),
3. Konsentrasi tegangan (ππ2) = 3,0 (Diambil dari lampiran).
Jadi untuk menghitung tegangan yang terjadi dapat menggunakan persamaan 12 sebagai berikut:
Οπ =ππ
(ππ1 Γππ1 ) (12)
Οπ =47,5 ππ/ππ2
(6,0 Γ3,0) = 2,64 ππ/ππ2
Jadi tegangan geser yang dijinkan sebesar 2,64 ππ/ππ2
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 134
e. Perhitungan diameter poros
Poros yang digunakan pada bagian tabung utama adalah poros beban puntir dan lentur dengan:
1. Faktor koreksi momen puntir (πΎπ‘) = 1,0 (Diambil dari lampiran),
2. Faktor koreksi momen lentur (πΎπ) = 1,5 (Diambil dari lampiran),
3. Momen lentur ekivalen (π) atau ππ΅ = 320,016 ππ. ππ,
4. Momen puntir rencana (π) = 631,33 ππ. ππ,
5. Tegangan geser (Οπ) = 2,64 ππ/ππ2.
6. Nilai faktor diameter (k):
7. ππ= diameter dalam 17 mm (rencana)
8. ππ= diameter luar 19 mm (rencana)
9. k = ππ
ππ =
17 ππ
19 ππ = 0,89
Perhitungan diameter poros dapat dihitung dengan persamaan 2.19 sebagai berikut:
ππ β§ [(5,1
ππΌ (1βπ4 )) β(πΎπ Γ π)2 + (πΎπ‘ Γ π)2]
1/3
ππ β§ [(5,1
2,64 (1β0,894 ) ) β(1,5 Γ 174,528)2 + (1,0 Γ 631,33 )2]
1/3
ππ β§ 16,03 β 16 ππ
Jadi diameter poros minimal yang diizinkan adalah 16 mm, karena menggunakan poros pipa stainless, jadi
poros yang akan di gunakan untuk meneruskan putaran motor adalah 3/4 inchi atau 19,05 mm.
3.5 Perencanaan Bantalan yang Digunakan
Dari perhitungan perencanan yang telah dilakukan, bantalan yang digunakan adalah bantalan bola baris
tunggal dengan spesifikasi berikut:
Nomor bantalan : 6804
Diameter luar bantalan (D) : 32 mm
Diameter dalam bantalan (d) : 20 mm
Lebar bantalan (B) : 7 mm
Jari-jari bantalan (r) : 0,3
Beban radial dinamis (πΆπ) : 4 kN
Beban radial statis (πΆ0π) : 2,47 kN
4. KESIMPULAN
Berdasarkan pertimbangan aspek teknis dan ekonomis perancangan dengan metode VDI 2222, hasil
keputusan pemilihan dan analisis konsep rancangan didapatkan alternatif konsep 3. Pemilihan konsep tersebut
dihasilkan melalui sistem penilaian berdasarkan kebutuhan alat yang dibutuhkan tentunya melalui studi lapangan
dan studi literatur yang telah dilakukan sehingga menghasilkan nilai rangking konsep yang terbaik. Diameter
tabung luar (do) sebesar 300,4 mm, diameter tabung dalam (di) sebesar 298 mm, dengan kapasitas minyak untuk
melakukan penggorengan sebesar 14,5 liter dan pada rak penampung bahan dihasilkan ukuran panjang/tinggi
tabung setengah lingkaran sebesar 300 mm dan diameter 200 mm untuk kapasitas maksimal bahan 1,5 kg pada
setiap penggorengan.
Daya motor DC yang digunakan sebesar 37,68 Watt, Diameter poros pipa (main shaft) adalah 3/4β atau 19,05
mm, Jenis bantalan yang digunakan adalah bantalan bola baris tunggal dengan nomor bantalan 6804. Pada mesin
ini perlu proses pengembangan dan pengujian secara terus menerus. Jika dilakukan redesain, gunakan stainless
steel dengan ketebalan minimal 2 mm untuk tabung penggorengan agar tidak mudah mengalami deformasi dan
mengurangi cacat pada saat pengeasan. Menggunakan kapasitas pompa yang lebih besar agar menghasilkan tingkat
kevakuman yang lebih maksimal. Untuk skala produksi kapasitas mesin harus dibuat lebih besar, karena untuk
menghindari kerugian biaya produksi.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih terutama ditunjukan kepada BAPPEDA dan JARLIT Kabupaten Cilacap yang telah
menyelenggarakan Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020 untuk memfasilitasi para peneliti dan
praktisi dalam mempresentasikan hasil riset.
Wijayakusuma National Conference (WiNCo) 2020
Cilacap, Indonesia, 10 November 2020
pp.123-135
https://winco.cilacapkab.go.id 135
Daftar Pustaka
[1] I. A. Nuhung, βStrategi Pengendalian Impor Holtikultura,β Jurnal Agribisnis, vol. 7, no. 2, pp. 173 - 188, 2013.
[2] Badan Pusat Statistik, βStatistik Tanaman Buah-buahan dan Sayuran Tahunan,β Jakarta, Badan Pusat Statistik,
2015, p. 3.
[3] Badan Pusat Statistik, Statistik Tanaman Sayuran dan Buah-buahan Semusim, Jakarta: Badan Pusat Statistik,
2018.
[4] T. H. Akbar, βSuara Merdeka,β Tinggi, Prospek Tani Buah di Cilacap Barat, 17 Januari 2019. [Online].
Available: https://www.suaramerdeka.com/news/baca/160920/tinggi-prospek-tani-buah-di-cilacap-barat.
[Diakses 5 Oktober 2020].
[5] Badan Pusat Statistik Kabupaten Cilacap, Jumlah Pohon dan Produksi Buah-buahan 2015-2018, Cilacap:
Badan Pusat Statistik Kabupaten Cilacap, 2018.
[6] L. D. D. Arini, βFaktor-faktor Penyebab dan Karakteristik Makanan,β Jurnal Teknologi, vol. 2, no. 1, pp. 15-
24, 2017.
[7] E. Kamsiati, βPeluang Pengembangan Teknologi Pengolahan Keripik dengan Menggunakan Penggoreng
Vakum,β Jurnal Litbang Pertanian, vol. 29, pp. 73-77, 2010.
[8] N. Tumbel, &. S. Manurung, βPengaruh Suhu dan Waktu Penggorengan Terhadap Mutu Keripik Nanas
Menggunakan Penggoreng Vakum,β Jurnal Penelitian Teknologi Industri, vol. 9 no. 1, pp. 9 - 22, 2017.
[9] Sunaryo, βRancang Bangun Mesin Penggoreng Vakum & Pelatihan Difersifikasi Olahan Salak Pondoh di Desa
Pekandangan Kabupaten Banjarnegara,β Jurnal PPKM III, vol. 1, no. 3, pp. 190 - 196, 2014.
[10] G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, & K. H. Grote, Engineering Design, London: The Design, 2007.
[11] A. Lastriyanto, βPenerapan Paket Teknologi Pengolahan Kripik Buah dengan Mesin Penggoreng Hampa
(Vacuum Fryer) Sistem βWater-jetβ,β Jurnal PERTETA, vol. 9, no. 1, pp. 320-327, 1999.
[12] A. Hermawan, βPerancangan Alat Teknologi Tepat Guna Mesin Penggoreng Kripik Buah,β Fakultas Teknik
Universitas Wijaya Putra, Surabaya, 2015.
[13] J. Bird, & C. Ross, Mechanical Engineering Principles, New York: Routledge, 2015.
[14] Sularso, & K. Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Jakarta: Pradnya Paramita, 2004.
[15] T. Rochim, Klasifikasi Proses, Bandung: Institut Teknologi Bandung, 2007.