Embed Size (px)
Citation preview
i
LAPORAN SKRIPSI/TUGAS AKHIR
PERANCANGAN MESIN SORTIR UNTUK BIJI KOPI
KERING BERKAPASITAS 300KG / JAM DENGAN
SISTEM GERAKAN ENGKOL
AHMAD FATIH
NIM. 201654088
DOSEN PEMBIMBING
Ir. Masruki Kabib, M.T.
Dr.Akhmad Zidni Hudaya, ST, M.Eng
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN (S1)
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2021
ii
iii
iv
v
PERANCANGAN MESIN SORTIR UNTUK BIJI KOPI KERING
BERKAPASITAS 300KG / JAM DENGAN MENGGUNAKAN
GERAKAN ENGKOL
Nama mahasiswa : Ahmad Fatih
Nim : 201654088
Pembimbing : 1. Ir. Masruki Kabib, M.T
2. Dr.Akhmad Zidni Hudaya, ST, M.Eng
.
RINGKASAN
Semakin meningkatnya teknologi dan inovasi-inovasi baru tentang mesin
pengolahan kopi, perlu di adakan mesin pendukung proses pengolahan kopi yang
mampu memisahkan kopi dari bentuk/ukuran (± 7 mm) yang besar sampai yang
kecil (±5 mm) untuk bisa memudahkan dalam proses pengolahan. Mesin ini dapat
melakukan dua pekerjaan secara bersamaan setelah biji kopi melalui proses
pemisah yang pertama ukuran ± 7 mm, biji kopi akan lolos di pemisah kedua
dengan ukuran ± 5 mm, sedangkan biji kopi yang belum memenuhi standar akan
terjatuh dan keluar melalui out flow. Tujuan yang akan di capai adalah
perancangan mesin pemisah / sortir dengan menggunakan gerakan engkol untuk
mendapatkan sortir biji kopi konsumsi dengan kapasitas 300 kg/jam.
Metode perancangan yang dilakukan antara lain observasi lapangan, studi
literatur, Perancanaan pengayak akan di rancang menggunakan gerak maju
mundur dari engkol yang memberi gaya pada pengayak, selanjutnya
mensimulasikan gerak engkol pengayak dengan menggunakan software inventor
2019.
Hasil penelitian ini adalah, rancangan mesin yang mampu memisahkan biji kopi
dengan system pengayak 3 tingkat dengan gerak engkol maju mundur kapasitas
300 kg/jam dengan dimensi 1250 x 600mm.
Kata kunci : Perancangan Mesin Sortit, biji kopi kering, kopi robusta.
vi
DESIGN OF A SHORT MACHINE FOR DRY COFFEE SEEDS
CONSUMPTION, WITH A CAPACITY OF 300KG / HOUR USING A CASH
MOVEMENT
Student name : Ahmad Fatih
Nim : 201654088
Preceptor : 1. Ir. Masruki Kabib, MT
2. Dr.Akmad Zidni Hudaya ST, M.Eng
ABSTRACT
There are still many coffee beans processed by home industry that still do
not have a coffee bean sieving machine, and the products produced are still of
many sizes that do not meet the standard, so the selling power of the coffee bean
is cheap. To solve this problem, a coffee bean sieving machine will be designed
with a home industry scale capacity of 300 kg / hour.
The design of this sieving machine aims to be able to separate the size of
coffee beans that meet the standards, so that it can produce consumption coffee
beans with a size that meets SNI consumption coffee beans, the filter filter is
designed to use a filter of the appropriate size so that the sifted coffee beans do
not accumulate in the filter.
Keywords: Sorting machine design, dry coffee beans, robusta coffee
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta
hidayah-Nya sehingga penulis berhasil menyelesaikan Laporan Skirpsi yang
berjudul ” Perancangan Mesin Sortir Biji Kopi Kering Kapasitas 300 Kg/Jam
Dengan Sistem Gerakan Engkol”
Penyusunan Skripsi/Tugas Akhir ini ditujukan untuk memenuhi salah satu
syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST). Pelaksanaan Skripsi tak lepas dari
bantuan dan dukungan beberapa pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Bapak dan ibu saya yang selalu memberikan dukungan finansial dan
spiritual sehingga sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi.
2. Bapak Ir.Masruki Kabib M.T dan Bapak DR.Akhmad Zidni Hudaya S.T,
M.Eng selaku dosen pembimbing yang memberikan ilmu dan solusi –
solusi terbaik dalam penyelesaian skripsi.
3. Bapak Taufiq Hidayat S.T , M.T dan Bapak Qomaruddin S.T.,M.T selaku
dosen penguji yang telah memberikan pemahaman tambahan kritik dan
saran yang baik dalam skripsi ini.
4. Tim mesin mesin sortir biji kopi kering Firdaus siregar, M.Khoirul rifqi
dan M Ahsanul amala.
5. Teman-teman teknik mesin yang selalu membantu satu sama lain.
6. My partner yang selalu menguatkan saat ingin menyerah.
Penulis menyadari adanya kekurangan dan ketidaksempurnaan dalam
penulisan skirpsi ini, karena itu penulis menerima kritik, saran dan masukan dari
pembaca sehingga penulis dapat lebih baik di masa yang akan datang. Akhirnya
penulis berharap semoga buku tesis ini bisa bermanfaat khususnya bagi penulis
dan umumnya bagi para pembaca.
Kudus, 11 Januari 2021
Ahmad Fatih
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii
PERNYATAAN KEASLIAN ................................................................................ iv
RINGKASAN .......................................................................................................... v
ABSTRACT ............................................................................................................. vi
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv
DAFTAR SIMBOL ................................................................................................ xv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 3
1.3. Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.4. Tujuan ....................................................................................................... 4
1.5. Manfaat ..................................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 5
2.1 Sistem pengayak ....................................................................................... 5
2.2 Sortir kopi ................................................................................................. 8
2.3 Biji Kopi ................................................................................................. 12
2.4 Proses Pengolahan Kopi ......................................................................... 13
2.5 Jenis-Jenis Kopi ...................................................................................... 14
2.5.1 Kopi arabika ...................................................................................... 15
2.5.2 Kopi robusta ...................................................................................... 15
2.5.3 SNI (Standar Nasional Indonesia) ..................................................... 16
2.6 Material .................................................................................................. 16
2.7 Daya Penggerak ...................................................................................... 17
ix
2.8 Perhitungan gaya-gaya pada pulley ........................................................ 22
2.9 Kapasitas ................................................................................................ 24
2.10 Motor Penggerak .................................................................................... 25
BAB III METODOLOGI ....................................................................................... 26
3.1 Alur Perancangan ................................................................................... 26
3.2 Analisa Kebutuhan ................................................................................. 27
3.3 Konsep Desain Mesin ............................................................................. 28
3.4 Perhitungan dan Perancangan................................................................. 35
3.4.1 Perhitungan untuk mencapai kapasitas 300kg/jam ............................ 35
3.4.2 Daya ................................................................................................... 36
3.4.3 Rangka Mesin .................................................................................... 36
3.4.4 Poros .................................................................................................. 37
3.4.5 Bantalan ............................................................................................. 38
3.4.6 Perhitungan Pully .............................................................................. 40
3.4.7 Perencanaan Batang Engkol .............................................................. 41
3.4.8 Simulasi Perangkat Lunak ................................................................. 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHSAN .................................................................. 43
4.1. Perencanaan Desain ............................................................................... 43
4.2. Analisa langkah biji kopi ........................................................................ 45
4.3. Perencanaan Pengayak ........................................................................... 47
4.3.1 Perhitungan kapasitas pengayak ........................................................ 47
4.3.2 Perhitungan Berat Ayakan ................................................................. 47
4.4. Perencanaan ukuran hopper ................................................................... 51
4.4.1 Perhitungan kapasitas hopper ............................................................ 52
4.5. Analisa biji kopi kering .......................................................................... 53
4.6. Perhitungan Daya dan Transmisi ........................................................... 55
4.6.1 Torsi Yang Diakibatkan Oleh Berat Material dan Bak Ayakan ........ 55
4.6.2 Torsi Yang Terjadi ............................................................................. 59
4.6.3 Menentukan Tegangan Geser Izin ..................................................... 60
4.6.4 Tegangan Geser Yang Terjadi ........................................................... 61
4.6.5 Perhitungan Sudut Puntir Yang Terjadi ............................................. 61
x
4.6.6 Menentukan Kecepatan Linear Sabuk ............................................... 62
4.6.7 Menentukan Panjang Keliling Sabuk ................................................ 63
4.6.8 Jarak Antar Sumbu Kedua Poros Sesungguhnya .............................. 63
4.6.9 Perhitungan Sudut Kontak ................................................................. 64
4.6.10 Perhitungan Tegangan Sabuk ............................................................ 65
4.6.11 Puli Penggerak ................................................................................... 66
4.6.12 Puli Yang Di Gerakkan...................................................................... 67
4.6.13 Berat Pully (Wp) ................................................................................ 67
4.7. Perencanaan Bantalan ............................................................................. 68
4.7.1 Bantalan untuk poros ......................................................................... 68
4.7.2 Faktor Umur Bantalan (fn) ................................................................ 70
4.8. Perhitungan poros eksentrik dan gambar ............................................... 70
4.9. Kesetimbangan Momen .......................................................................... 74
4.10. Perhitungan frame .................................................................................. 76
4.10.1 Shear Force Diagram dan Bending Moment Diagram ..................... 79
4.10.2 Titik berat .......................................................................................... 80
4.10.3 Momen gaya ...................................................................................... 82
4.10.4 Tegangan Permukaan ........................................................................ 82
4.10.5 Tegangan geser .................................................................................. 82
4.10.6 Tegangan von mises .......................................................................... 83
4.11. Spesifikasi Baja ST 60 ........................................................................... 83
4.12. Simulasi frame ........................................................................................ 84
4.12.1 Pemodelan pada rangka mesin .......................................................... 84
4.12.2 Simulasi rangka dengan software autodesk inventor ........................ 84
BAB V PENUTUP ................................................................................................. 88
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 88
5.2 Saran ....................................................................................................... 88
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 89
LAMPIRAN ........................................................................................................... 90
LAMPIRAN 1 .................................................................................................. 91
LAMPIRAN 2 ................................................................................................ 101
xi
LAMPIRAN 3 ................................................................................................ 104
LAMPIRAN 4 ................................................................................................ 107
LAMPIRAN 5 ................................................................................................ 108
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Pengayak Serbaguna .......................................................................... 5
Gambar 2. 2 Mesin pengayak pasir vibrator ........................................................... 6
Gambar 2. 3 Getar pusat gravitasi vibrating screen ................................................ 6
Gambar 2. 4 Mesin sortir biji kopi .......................................................................... 7
Gambar 2. 5 Beban eksentrik (1) tampak atas (2) tampak depan ........................... 9
Gambar 2. 6 Desain motor getar. ............................................................................ 9
Gambar 2. 7 Desain ayakan tampak tiga dimensi. ................................................ 10
Gambar 2. 8 Desain mekanik keseluruhan ............................................................ 11
Gambar 2. 9 Mesin vibro screener farmasi ........................................................... 11
Gambar 2. 10 Buah kopi ....................................................................................... 12
Gambar 2. 11 Buah Kopi Robusta ........................................................................ 15
Gambar 2. 14 Dimensi Poros Eksentrik (Mahdi, 2018) ........................................ 18
Gambar 2. 15 Diagram Sistem Alat Berdasarkan Fungsi (Mahdi, dkk, 2018) ..... 19
Gambar 2. 16 Diagram kecepatan poros eksentrik ............................................... 19
Gambar 2. 17 Kecepatan translasi penggerak turun naik batang .......................... 20
Gambar 2. 18 Percepatan translasi penggerak turun naik batang penumbuk ...... 21
Gambar 3. 1 Diagram alur perancangan ............................................................... 26
Gambar 3. 2 Konsep pertama mesin sortir biji kopi ............................................. 28
Gambar 3. 3 Konsep kedua mesin sortir biji kopi ................................................. 29
Gambar 3. 4 Konsep ketiga mesin pengayak ........................................................ 31
Gambar 3. 5 Desain Konsep Terpilih .................................................................... 33
Gambar 3. 6 Perencanaan Hopper ......................................................................... 35
Gambar 3. 7 Poros ................................................................................................. 37
Gambar 3. 8 Bantalan ............................................................................................ 39
Gambar 3. 9 Pully ................................................................................................. 40
Gambar 3. 10 Perencanaan Batang Engkol ........................................................... 41
Gambar 4. 1 Alur Mesin Sortir Biji Kopi ............................................................. 43
Gambar 4. 2 Jarak Lompatan Satu Biji Kopi ........................................................ 45
xiii
Gambar 4. 3 Sketsa ayakan bertingkat .................................................................. 47
Gambar 4. 4 Bak pengayak ................................................................................... 48
Gambar 4. 5 Keluaran Screen .............................................................................. 49
Gambar 4. 6 Rangka Besi HOLO ......................................................................... 50
Gambar 4. 7 Perencanaan hopper.......................................................................... 51
Gambar 4. 8 Dimensi Perencanaan Hopper .......................................................... 52
Gambar 4. 9 Dimensi Poros Eksentrik Dan Jarak Batang .................................... 71
Gambar 4. 10 Diagram Sistem Alat Berdasarkan Fungsi ..................................... 71
Gambar 4. 11 Diagram Mekanisme Kecepatan Poros Eksentrik .......................... 72
Gambar 4. 12 SFD dan BMD poros ...................................................................... 76
Gambar 4. 13 Gaya Tekan Pada Frame Biji Kopi ................................................ 79
Gambar 4. 14 SFD dan BMD Pada Frame Biji kopi ............................................ 80
Gambar 4. 15 Dimensi Frame ............................................................................... 80
Gambar 4. 16 Ukuran Frame Pada Biji Kopi ........................................................ 81
Gambar 4. 17 Hasil pemodelan komponen rangka dengan menggunakan software
autodesk inventor 2019 ......................................................................................... 84
Gambar 4. 19 Pemilihan material pada mesin sortir biji kopi............................... 85
Gambar 4. 20 Frame analysis di inventor ............................................................. 85
Gambar 4. 21 Proses menentukan besar pembebanan .......................................... 86
Gambar 4. 22 Analisa Von mises stress pada rangka mesin sortir biji kopi ........ 86
Gambar 4. 23Displacement pada rangka mesin sortir biji kopi. ........................... 87
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Syarat mutu khusus kopi robusta pengolahan basah ............................... 13
Tabel 2. 2 Spesifikasi persyaratan mutu biji kopi .................................................... 16
Tabel 3. 1 Tabel Analisa Kebutuhan Mesin ............................................................. 27
Tabel 3. 2 Kelebihan Dan Kekurangan Konsep Pertama ......................................... 29
Tabel 3. 3 Kelebihan Dan Kekurangan Konsep Kedua............................................ 30
Tabel 3. 4 Kelebihan Dan Kekurangan Konsep Ketiga ........................................... 32
Tabel 4. 1 Data Analisa Untuk Merancangan Kebutuhan Kapasitas Pengayakan ... 44
Tabel 4. 2 Sifat Baja ST 60 ...................................................................................... 83
xv
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL Keterangan Satuan
f s Faktor Keamanan MPa
N Gaya Berat Benda N
F Gaya N
m Massa Kg
a Percepatan Grafitasi (m/s2)
Tegangan N/mm2
M Momen Lentur N/mm2
I Momen Inersia N/mm2
Regangan N/mm2
E Modulus elastisitas N
K Beban Kritis yang terjadi N
g Gravitasi kg/m3
V Volume mm3
Phi
K Konduktivitas thermal J/kg°C
A Luas Permukaan mm2
Konstanta R
R Daya
I Kuat Arus A
P Daya Watt
A Ampere A
Q Kalor yang diterimasuatuzat Joule
J KonsumsiPemakaianListrik Joule
S Waktu Detik
Massa Jenis Kg/m3
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Desain perancangan mesin
Lampiran 2. Buku Konsultasi
Lampiran 3. Revisi
Lampiran 4. Hasil Turnitin
Lampiran 5. Biodata Penulis
