Artikel 2

Pengembangan Desain Mesin Pemotong Jerami dengan Pisau Silindris

Abstrak

Tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan potongan jerami dengan ukuran yang relatif lebih kecil dan seragam serta menjamin keselamatan kerja dari pekerja. Penelitian ini dilaksanakan di Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Ujung Pandang dengan waktu penelitian selama 6 bulan. Metode penelitian berupa perbaikan mekanisme proses pada pemotong, yaitu dengan merancang pisau potong silindris dapat diasah kembali apabila sudah tumpul. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa mesin ini dapat memproduksi sekitar 899 gram/menit. Mesin sebelumnya berukuran 800 x 1200 x 1400 mm dan menggunakan pisau potong berbentuk baling-baling, hanya mampu memproduksi 120 gram/menit. Dengan demikian, konstruksi mesin ini lebih kecil yaitu 800 x 1000 x 1200 mm, namun kapasitas produksinya7,5 kali lebih besar dari mesin sebelumnya.

Kata kunci : Pemotong Jerami, Pisau Silindris



1. PENDAHULUAN
Para petani dan penghobi kebun di Indonesia, khususnya daerah sulawesi selatan kini mulai mengalihkan perhatiannya pada pupuk kompos. Meningkatnya kesadaran mereka pada kelestarian lingkungan dan semakin mahalnya ongkos produksi menjadikan pupuk kompos mendapat tempat di hati mereka, termasuk juga pemerintah.
Bagi petani, pengomposan sebagai salah satu metode dalam pembuatan pupuk organik memang masih memiliki keterbatasan. Hal ini disebabkan oleh dua alasan. Pertama, pembuatan kompos memerlukan tenaga kerja yang lebih banyak. Kedua, prosesnya memakan waktu yang cukup lama yaitu 3-4 bulan.
Pada dekade sebelumnya, murahnya harga pupuk kimia sintetis telah menyebabkan ditinggalkannya pupuk kompos. Selain karena harganya tidak mahal, pupuk kimia sintetis lebih mudah dalam pengaplikasiannya, juga mampu meningkatkan hasil. Pada lahan dengan irigasi, petani padi yang menggunakan varietas padi unggul dapat melakukan panen dua sampai tiga kali dalam setahun. Selang waktu tanam berikutnya setelah panen lebih singkat yakni 15 hari untuk varietas padi yang dapat dipanen tiga kali setahun atau 45 hari
untuk varietas yang dapat dipanen dua kali setahun.
Dengan kondisi seperti ini petani memiliki bahan-bahan pembuat kompos yang cukup melimpah. Biasanya, jerami yang terkumpul setelah panen biasanya dibakar begitu saja, apalagi pada waktu musim kering, ini dilakukan agar tidak mengganggu proses persiapan musim tanam berikutnya.
Seiring dengan meningkatnya harga minyak , biaya produksi pupuk kimia sintetis pun turut meningkat. Kini, rata-rata petani, khususnya yang ada di daerah terpencil di mana jalur transportasinya masih sulit, sudah tak lagi menggunakan pupuk kimia sintetis dan mereka pun dihadapkan pada rendahnya harga jual hasil pertaniannya. Situasi yang seperti inilah yang membangkitkan minat petani untuk kembali menggunakan kompos sebagai pupuk pilihan untuk tanaman mereka.
Penggunaan kompos, di samping meningkatkan pendapatan petani, tanah juga mendapatkan keuntungan untuk jangka waktu lama, seperti adanya perbaikan kondisi tekstur dan ukuran partikel-partikel tanah, aerasi dan kapasitas menangkap air yang lebih baik, meningkatkan kesuburan tanah dan mengurangi keasaman tanah. Karena jerami yang terkumpul dijadikan kompos, tidak dibakar maka akan mengurangi pencemaran karbondiokasida ke udara.
Daerah Sulawesi Selatan merupakan daerah yang sangat cocok untuk pengembangkan pupuk organik khususnya dengan bahan baku jerami. Mengingat salah satu hasil pertanian Sulawesi Selatan adalah padi sehingga jerami dengan sangat mudah diperoleh. Jerami merupakan limbah yang diperoleh dari tanaman padi, jerami ini banyak digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk. Bahan-bahan organik yang digunakan dalam pembuatan pupuk organik dapat berupa bahan hijauan, bahan coklatan dan bahan lain. Bahan yang berwarna hijau biasanya banyak mengandung Nitrogen (N) tinggi, diantaranya Kotoran Ternak (sapi, kerbau, ayam, kambing atau babi), daun kacang-kacangan, rumput, daun jagung, limbah pertanian segar, potongan rumput segar dan lain-lain. Bahan yang berwarna coklat biasanya banyak mengandung Carbon (C) tinggi, diantaranya Jerami padi, serbuk gergaji, coco peat, dedak, tongkol batang jagung, sekam, potongan kayu, potongan kertas, dan lain-lain. Sedangkan tambahan bahan lain diantaranya limbah rumah tangga, abu dapur, sampah organik kota, kotoran ternak, dan sebagainya. Dari jenis bahan bakunya maka lahir sebutan pupuk kandang, kompos, pupuk hijau, humus dan guano.
Pembuatan kompos akan berlangsung dengan baik pada satu keadaan campuran bahan baku kompos yang memiliki kadar uap air antara 40 – 60 persen dari beratnya. Pada keadaan level uap air yang lebih rendah, aktivitas mikroorganisme akan terhambat atau berhenti sama sekali. Pada keadaan level kelembaban yang lebih tinggi, maka prosesnya kemungkinan akan anerobik, yang akan menyebabkan timbulnya bau busuk.
Ketika bahan baku kompos dipilih untuk kemudian dicampur, kadar uap air dapat diukur atau diperkirakan. Setelah proses pembuatan kompos berlangsung, pengukuran kelembaban tidak perlu diulangi, tetapi dapat langsung diamati tingkat kecukupan kandungan uap air tersebut.
Apabila proses pembuatan kompos sedang berjalan, lalu kemudian muncul bau busuk, sudah dapat dipastikan kompos mengandung kadar air berlebihan. Kelebihan uap air ini telah mengisi ruang pori, sehingga menghalangi diffusi oksigen melalui bahan-bahan kompos tersebut. Inilah yang membuat keadaan menjadi anaerobik. Pencampuran bahan baku dengan potongan 4 – 10 cm, seperti bahan jerami, potongan kayu, kertas karton, serbuk gergaji dll dapat mengurangi permasalahan ini.
Mesin pemotong jerami yang pernah dibuat (Irfan dkk., 2003) hasilnya belum maksimal, selain karena kapasitas yang mampu dihasilkan hanya 120 gram/menit, juga hasil potongannya berukuran tidak merata, karena alat pemotongnya terletak pada dua bilah jari-jari berbentuk baling-baling sehingga tidak memotong batang jerami tetapi hanya mematahkan. Konstruksi mesin ini dapat dilihat pada gambar 1.
Bertitik tolak dari kondisi tersebut, pada penelitian ini telah dilakukan pengembangan desain pada mesin pemotong jerami yang ada, dengan memperbaiki mekanisme proses pemasukan dan proses pemotongan dengan menggunakan pisau potong berbentuk silindris. sehingga diperoleh hasil pemotongan yang relatif lebih seragam, serta rancangan mesin yang lebih kecil/ringan dan mudah dipindah-pindahkan sehingga biaya total mesin lebih murah.

Gambar 1. Mesin Pemotong Jerami dengan pisau baling-baling

Keterangan:
1. Pengumpan
2. Pisau Tetap
3. Unit Pisau Lepas
4. Poros
5. Rangka
6. Penggilas
7. Corong Keluaran
Berdasarkan uraian di atas, dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1) Bagaimana menyederhanakan konstruksi dan mekanisme pemasukan dan pemotongan.
2) Bagaimana merancang dan membuat komponen pemotong yang dapat memotong dengan lebih cepat
3) Bagaimana menghasilkan potongan jerami dengan ukuran potongan relatif seragam.

Konstruksi Mesin Pemotong Jerami
Konstruksi mesin pemotong jerami terdiri atas komponen utama berupa teromol dengan pisau silidris yang dipasang mengelilingi tromol tersebut. Pisau ini dibuat silindris supaya beban pemotongan batang jerami terbagi bergantian pada mata pisaunya.
Menurut Sularso (1991), poros difungsikan untuk meneruskan daya dan diklasifikasikan menurut pembebanannya. Jenis poros transmisi yang digunakan pada perancangan ini semata-mata dibebani beban puntir pada penampang yang tegak lurus sumbu panjang, karena itu penampang ini dapat diasumsikan hanya terdapat momen puntir. Untuk menghitung diameter poros transmisi akibat momen puntir yang terjadi, dapat dihitung dengan persamaan, T = 9,74 x 105.(Pd/n1) dengan: Pd = daya rencana (Kw); n1 = putaran poros yang direncanakan (rpm).
Pada sistem transmisi, besarnya daya motor yang digunakan untuk menggerakkan poros diketahui dengan menggunakan persamaan (Suryanto, 1995):
dengan: Fs = gaya penekanan (kg); Vc = kecepatan pencacahan (m/menit). Dalam penelitian ini digunakan puli standar untuk sabuk penggerak V, dimana untuk menentukan diameter puli digunakan persamaan: D1.N1 = D2.N2 dengan: D1 = diameter puli motor (mm); D2 = diameter puli poros transmisi (mm); N1 = putaran motor (rpm); dan N2 = putaran poros transmisi (rpm).
Sabuk merupakan alat transmisi daya dan putaran pada poros yang berjauhan posisinya. Sistem transmisi sabuk yang digunakan pada penelitian ini adalah sabuk trapesium (sabuk V) ganda yang dipasang pada puli dengan alur V. Panjang sabuk dapat diketahui dengan menggunakan persamaan, dengan: R = jari-jari puli poros transmisi (mm); r = jari-jari motor (mm); dan X = jarak sumbu poros transmisi ke sumbu poros motor (mm).
Penentuan diameter poros yang hanya menerima beban puntir pada penampang tegak lurus sumbu panjang poros dapat diketahui dengan menggunakan persamaan, dengan:
T = Momen puntir (kgmm); = Tegangan puntir ijin (kg/mm2); Kt = Faktor koreksi = 1; untuk beban halus = 1–1,5; sedikit kejutan/tumbukan = 1,5–3 kejutan/tumbukan besar; dan Cb = Faktor koreksi =1,2 - 2,3.
Bantalan adalah komponen yang mampu menumpu poros sehingga putaran dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Jenis bantalan yang digunakan pada perancangan ini adalah bantalan luncur, sesuai dengan fungsinya untuk menumpu poros transmisi. Umur bantalan diketahui dengan persamaan, dengan: Ls = umur bantalan (juta putaran); n = putaran poros (rpm).
II. METODE PENELITIAN
A. Waktu, Tempat, Alat, Bahan, dan Peralatan
Kegiatan penelitian ini berlangsung selama 3 bulan, bertempat di Bengkel Mekanik Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Ujung Pandang.


Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Besi pelat 1 mm dan 3 mm
2. Besi siku 4x4 mm
3. Besi Profil L
4. Besi pejal  5 mm
5. Bantalan dan dudukannya
6. Puli dan Sabuk
7. Motor Bakar Torak
8. Baut 8, 10 dan 14 mm
9. Engsel

Sedangkan peralatan/mesin-mesin yang digunakan adalah:
1. Mesin Potong
2. Mesin Bubut
3. Mesin Frais
4. Mesin Bor/Drilling
5. Mesin Las
6. Mesin Bending/Roll

B. Prosedur Penelitian
Kegiatan pembuatan mesin pencacah es balok ini berorientasi pada penerapan teknologi tepat guna yang terdiri atas beberapa tahapan, yaitu:
• Tahap Perancangan
1. Mengidentifikasi dan merumuskan masalah pokok melalui observasi langsung ke lokasi/tempat-tempat pembuatan kompos.
2. Mengidentifikasi perubahan-perubahan yang dilakukan pada komponen batang-batang pencacah/pisau pemotong untuk memperbaiki mekanisme proses pemotongan bahan kompos (jerami).
3. Mengidentifikasi rujukan alat yang relevan dengan model pembuatan mesin pemotong jerami dan penyempurnaan yang akan dilakukan.
4. Melakukan perhitungan terhadap komponen/alat yang akan dirancang.
5. Membuat gambar rancangan (gambar desain).
• Tahap Pembuatan
Pembuatan dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:
1. Membuat gambar kerja (gambar bagian) berdasarkan gambar rancangan.
2. Mempersiapkan pengadaan bahan dan alat yang akan digunakan untuk konstruksi mesin tersebut.
3. Membuat komponen/peralatan berdasarkan gambar kerja.
Konstruksi dari batang-batang pencacah dapat dilepas-lepas karena menggunakan ulir, sedangkan konstruksi dudukan saringan memungkinkan dipasang saringan halus maupun kasar pada bagian bawah teromol.
• Tahap Perakitan Mesin
Semua komponen yang telah dibuat dirakit berdasarkan gambar kerja dan komponen-komponen standar yang langsung dibeli seperti puli dan sabuk, bantalan dan dudukannya, serta motor penggerak (motor bakar torak) dipasang sesuai tempatnya masing-masing.
Mesin pemotong yang telah dirakit, diuji coba fungsi komponen-komponennya secara manual kemudian dilanjutkan pada kondisi mesin dihidupkan.
• Tahap Pengujian
1. Pengujian terhadap mesin yang telah dirakit tersebut dilakukan dengan cara mengamati kinerja mesin tersebut apakah sudah memenuhi target/tujuan yang telah ditentukan sebelumnya. Tahapan akan dilakukan berulang kali hingga diperoleh hasil yang optimal.
2. Pengamatan kualitas hasil produksi dilakukan dengan mengamati hasil produksi, apakah sudah mencapai tujuan yang telah ditetapkan sebelumnya (panjang potongan antara 4 sampai 10 cm seragam).

• Pembuatan Komponen
1. Poros
Komponen ini berfungsi untuk mentransmisikan daya dari satu komponen ke komponen lainnya. Proses pembuatannya menggunakan mesin bubut dan mesin frais. Pada bagian tertentu poros dibuat tirus dengan cara menggeser tail stock. Selanjutnya pada bagian ujung poros tempat dudukan puli di frais untuk membuat alur pasak. Poros transmisi terbuat dari baja karbon konstruksi mesin S30C diameter 30 mm dengan panjang yang disesuaikan panjang silinder.

2. Teromol/dudukan Pisau silindris
Teromol berfungsi sebagai tempat terpasangnya pisau pemotong berbentuk silindris, pengerjaannya menggunakan mesin rol pelat membentuk diameter 5 inci dan panjang 30 cm.

3. Pisau Silindris
Pisau silindris berfungsi untuk memotong bahan kompos (jerami). Pisau ini terbuat dari plat dengan tebal 3 mm, panjang 30 Cm dan lebar 4 Cm. Pisau ini dipasang pada tromol dengan sambungan las, membentuk sudut 350 terhadap sumbu vertikal teromol, dan membentuk sudut 450 dengan sudut horizontal tromol. Bagian mata potong dibuat runcing bersudut 300.



Gambar 3. Pisau silindris

4. Pisau Tetap
Saringan teromol terbuat dari besi strip 20 x 3 mm, yang dipasang pada rangka bagian dalam. Pisau tetap ini bias disetel sesuai dengan kerenggangan yang diinginkan.

5. Saluran Pemasukan
Terbuat dari bahan pelat 3 mm dan dipasang pada rangka untuk mengarahkan batang jerami ke bagian tromol pisau pemotong. Saluran pemasukan ini dipasang pada bagian penutup tromol yang bias dibuka, dengan demikian pada saat tromol dan pisau dibersihkan. Bagian pini juga bisa turut dibersihkan.

6. Saluran Keluaran
Saluran keluaran, dan dudukannya dibuat dari pelat 3 mm. Pembuatan dilakukan dengan menggunakan mesin bending dan mesin potong pelat, disambung dengan las gas.

7. Rangka
Rangka berfungsi untuk menopang semua komponen yang telah dibuat. Rangka terbuat dari besi siku, dan profil U. Tinggi rangka 750 mm, lebar 600 mm. Pembuatan dilakukan dengan menggunakan mesin gergaji potong, mesin las, bending pelat, mesin bor, dan gerinda tangan.

8. Komponen Standar
Komponen-komponen standar seperti motor bakar torak, puli, sabuk V, bantalan, baut dan mur langsung dibeli dan dipasang sesuai dengan tempatnya masing-masing.
Berdasarkan hasil rancang bangun mesin pemotong jerami, diperoleh mesin seperti pada gambar 4.

Gambar 4. Mesin Pemotong Jerami dengan pisau silindris

Keterangan:
1. Dudukan Motor
2. Corong Keluaran
3. Bantalan
4. Puli
5. Rangka
6. Pisau Silindris
7. Corong Masukan


III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pengujian
Pengujian dilakukan dengan cara menimbang berat jerami sebelum dipotong, dan dilakukan masing-masing sebanyak tiga kali. Hasil pengujian alat pemotong jerami dengan pisau berbentuk baling-baling diberikan pada tabel 1, sebagai berikut ;

Tabel 1. Data hasil pengujian mesin pemotong jerami dengan pisau baling-baling

Pada saat pemotongan jerami dengan mata pisau berbentuk baling-baling hasil pemotongan jerami tidak seragam dengan variasi ukuran antara 8 – 25 cm dan potongan yang dihasilkan berupa patahan. Pada mesin pemotong dengan mata pisau berbentuk silindris, diperoleh hasil berupa pemotongan yang terjadi pada daun 70 % dan batang 90% dengan variasi ukuran yang relative lebih seragam antara 5 – 10 cm. (Tabel 2).

Tabel 2. Data hasil pengujian mesin pemotong jerami dengan pisau silindris
Penentuan kapasitas produksi dilakukan dengan cara menentukan waktu yang diperlukan untuk memotong jerami sebanyak berat tertentu. Dari data hasil pemotongan jerami pada alat sebelumnya selama 30 menit menghasilkan potongan jerami sebanyak 3600 gram, sedangkan proses pemotongan jerami dengan sistem pisau silindris selama 16 menit 24 detik meningkat menjadi 14.740 gram. Mesin potong jerami dengan pisau baling-baling mempunyai kapasitas produksi sebesar 120 gram/menit, sedangkan yang menggunakan pisau silindris mempunyai kapasitas 899 gram/menit.
B. Pembahasan
Pada mesin dengan pisau baling-baling, sebenarnya tidak terjadi proses pemotongan, Batang jerami yang dimasukkan ke mesin melalui dalam saluran masuk, langsung dipatahkan oleh bilah-bilah penghancur yang terpasang vertical pada tromol (poros) utama. Hal inilah yang menyebabkan ukuran potongan yang dihasilkan tidak terlalu seragam, dan juga batang jetami sebenarnya dipatahkan. Berbeda dengan proses pemotongan pada mesin dengan pisau silindris, dimana batang jerami yang dimasukkan langsung dipotong oleh pisau silindris dengan potongan relatif seragam dengan panjang yang tergantung pada jarak setelan antara pisau silindris dan pisau tetapnya.
Pada table 1, terihat bahwa kapasitas produksi mesin lebih seragam. Dalam waktu 10 menit, mesin dapat memotong 1200 gram, dan dalam waktu 20 menit, mesin bias menghasilkan produksi dua kali lipat. Hal ini disebabkan oleh mekanisme pemasukan yang menggunakan pengumpan, dengan demikian suplay batang jerami bisa lebih kontinu. Berbeda pada table 2, dimana kapasitas produksinya kelihatan tidak konstan, hal ini dipengaruhi oleh mekanisme pemasukan batang jerami yang dilakukan secara manual, sehingga kapasitas produksinya juga tidak konstan.
Pada table 2 juga terihat bahwa hasil pemotongan batang jerami adalah sebesar 90%. Ini berarti ada 10% batang jerami yang tidak ikut terpotong, melainkan ikut langsung keluar. Hal ini terjadi karena bentuk pisau silindris yang masih memungkinkan batang jerami untuk tergelincir dan ikut terputar bersama tromol dudukan pisau. Sedangkan daun jerami yang tidak ikut terpotong mendekati 70%, hal ini terjadi karena daun jerami tersebut sangat tipis sehingga tidak memiliki tahanan terhadap tekanan pisau potong. Hal ini sebenarnya bisa dikurangi dengan memperkecil kerenggangan antara pisau silindris dan pisau potong. Selain itu juga bisa dikurangi dengan menambah ketajaman pisau silindrisnya.


IV. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan

Dibandingkan mesin sebelumnya dengan ukuran 800 x 1200 x 1400 mm, maka konstruksi mesin ini lebih sederhana dan mudah untuk dipindah-pindahkan karena lebih ringan/kecil dengan dimensi luar 800 x 1000 x 1200 mm, sehingga secara ekonomi pembuatannya lebih murah.
Mesin potong jerami dengan pisau baling-baling mempunyai kapasitas produksi sebesar 120 gram/menit, sedangkan yang menggunakan pisau silindris mempunyai kapasitas 899 gram/menit. Atau dengan kata lain, mesin dengan pisau silindris mempunyai kapasitas 7,5 kali lebih besar dari mesin sebelumnya.
Mesin potong jerami dengan pisau silindris mampu menghasilkan potongan jerami yang relatif lebih seragam dengan ukuran 5 – 10 cm, sedangkan mesin dsebelumnya hanya mematahkan batang jerami sehingga ukurannya relatif tidak seragam dengan panjang patahan/potongan antara 8 – 25 cm.
B. Saran
Untuk mendapatkan kualitas hasil cacahan yang baik, disarankan menggunakan motor bakar dengan daya 1 HP atau 1,50 HP, dan putaran mesin lebih dari 850 rpm.
Rekomendasi pemanfaatan jerami sebagai bahan pembuatan kompos tidak bisa diterapkan di daerah yang memanfaatkan jerami sebagai mulsa dalam budidaya bawang putih, atau yang menggunakan jerami sebagai bahan baku kerajinan ataupun pakan ternak. Di daerah ini, sebaiknya digunakan gulma atau sisa-sisa bahan pertanian lainnya sebagai bahan pembuatan kompos.
Perawatan harus secara kontinu setelah beroperasi, lakukan pengecekan setelah mesin beroperasi terutama pada pisau silindrisnya, dan perhatikan ketajaman mata pisaunya.

V. PUSTAKA

Gupta J.K. 1985. Ilmu Kekuatan Bahan. Bandung: PEDC

Irfan, 2003. Rancang bangun alat pemotong jerami, Makassar. PNUP

Lingga M. 2001. Macam-macam Pupuk. Jakarta: Penasehat Swadaya.

Murbandono S.H. 2004. Membuat Kompos: edisi revisi. Jakarta: Penerbit Surabaya.

Sularso,. Kiyokatsu Suga. 1997. Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: Pradnya Paramita.

Suryanto. 1995. Elemen Mesin I. Bandung: PEDC.

Takeshi,Sato G.1983. Menggambar Mesin. Jakarta: PT Paramitha.

Umar, Sukrisno. 1984. Bagian-bagian Mesin & Merencana. Jakarata: Erlangga.