Abstract

General Background: Pandanus amaryllifolius plays a significant role in various industrial and agricultural sectors due to its versatile applications. Specific Background: The efficiency of the cutting and polishing process of pandan leaves is critical for enhancing productivity and uniformity in size, necessitating improved machinery for these tasks. Knowledge Gap: Despite the importance of efficient leaf processing, there is limited research on the design and implementation of specialized cutting machines for pandan leaves. Aims: This study aims to design a pandan leaf cutting machine with an electric motor drive to optimize the cutting process. Results: Utilizing SolidWorks 2016, the design concept was developed, featuring a machine powered by a 1-phase electric motor with a capacity of 1⁄4 HP. The selected design concept, termed Concept B, incorporates lightweight materials such as arc iron measuring 4x4 cm with a thickness of 1 mm, ensuring efficiency in operation. Novelty: This research contributes a novel design for a pandan leaf cutting machine that enhances operational efficiency and productivity. Implications: The findings suggest that implementing such machinery can significantly improve the processing of pandan leaves, thereby benefiting related industrial and agricultural sectors.

Highlights: 

1. Design Innovation: The study presents a novel design for a pandan leaf cutting machine using SolidWorks 2016.
2. Efficiency Improvement: The machine’s specifications, including a 1-phase electric motor, enhance productivity and uniformity in leaf processing.
3. Material Selection: The use of lightweight arc iron contributes to operational efficiency, making the machine more effective in industrial applications.

Keywords: Pandanus, Cutting Machine, Design, Efficiency, Electric Motor

Pendahuluan

Daun pandan (Pandanus amaryllifolius) memiliki peran signifikan dalam berbagai sektor industri dan pertanian [1]. Tanaman ini terkenal karena aroma khasnya dan sifat serbagunanya yang membuatnya berguna dalam berbagai aplikasi, termasuk sebagai bahan makanan, bahan kerajinan, Kepopuleran dan manfaat daun pandan telah mendorong banyak individu untuk menanamnya, baik dalam skala kecil di pekarangan rumah maupun dalam skala besar [2]. Menanam daun pandan dalam skala besar dapat membentuk area perkebunan yang efisien dan berkelanjutan [3]. Selain itu, tingginya permintaan terhadap daun pandan dalam sektor makanan dan minuman menjadikannya sebagai tanaman perkebunan yang menjanjikan. Daun pandan juga berperan sebagai bahan baku utama dalam kerajinan tangan, seperti anyaman, tikar, dan produk kerajinan lainnya. Pemanfaatan daun pandan dalam bidang kerajinan tidak hanya menciptakan produk dengan nilai seni dan keberlanjutan budaya, melainkan juga memberikan peluang ekonomi kepada masyarakat lokal [4].

Upaya pemberdayaan ekonomi melalui kerajinan tangan dapat menjadi alat untuk meningkatkan kesejahteraan komunitas di sekitar perkebunan daun pandan. Dengan demikian, perkebunan daun pandan tidak hanya berperan sebagai sumber pendapatan, tetapi juga memiliki peran yang signifikan dalam mendukung beragam sektor industri serta membentuk kehidupan ekonomi lokal [5]. Salah satu masalah yang timbul dalam pemanfaatan daun pandan adalah proses pemotongan atau pencacahan yang umumnya dilakukan secara manual, menyebabkan pemakaian waktu dan energi yang cukup besar. Oleh karena itu, diperlukan solusi yang modern dan efisien untuk meningkatkan produktivitas serta memaksimalkan penggunaan daun pandan.

Dalam upaya meningkatkan efisiensi proses pemotongan atau pencacahan daun pandan, penggunaan mesin pencacah dianggap sebagai salah satu solusi yang sangat potensial. Mesin pencacah dapat mempercepat proses pengolahan daun pandan, sehingga dapat meningkatkan produktivitas, efisiensi, dan keseragaman ukuran dalam pemotongan daun pandan [6].

Berdasarkan latar belakang diatas dapatkan rumuskan permasalahan-permasalahan yaitu :

1. Bagaimana proses desainmesin pencacah pandan dengan penggerak motor listrik?

2. Apa saja kebutuhan dan spesifikasi teknis yang harus dipertimbangkan dalam memilih antara konsep mesin A dan B?

3. Apa saja faktor biaya yang harus dievaluasi dalam memilih konsep mesin yang tepat?

Adapun tujuan dari penulis merancangan dan membuat alat pencacah daun pandan ini, adalah :

1. Menentukan mesin model mana yan lebi efisien dalam biaya, dan proses manufakturnya.

2. Meningkatkan keamanan dan keselamatan pengguna selama penggunaan alat.

3. Mengetahui seberapa besar daya motor yang dibutuhkan.

Metode

A. Metodologi Penelitian

Obeservasi lingkungan

ini meliputi tinjauan serta pengamatan pada kondisi lingkungan yang berkaitan dengan proses pembuatan mesin pencacah pandan. Beberapa hal yang meliputi observasi lingkungan untuk proses pembuatan ialah pengamatan pada mesin pencacah pandan, dan kondisi pengguna (user) yang akan menggunakan mesin tersebut, dan sebagainya. Hasil dari observasi tersebut akan saya gunakan untuk merancang mesin pencacah pandan, menentukan RPM maksimal yang akan digunakan [7].

B. Tahapan Pemilihan Konsep

Mesin Referensi

Mesin pencacah pandan saat ini dianggap tidak aman karna cover masih menggunakan triplek kayu, tidak adanya tombol emergency dan berpotensi membahayakan pengguna, selain itu, hasil potongannya juga tidak sesuai dengan standar permintaan pasar [8]. Keberlanjutan penggunaan mesin ini dapat menjadi ancaman serius terhadap keselamatan pengguna, dan perlu dilakukan evaluasi dan modifikasi signifikan untuk memastikan keamanan dan keefektivitasan mesin pencacah pandan, sekaligus memenuhi standar kualitas yang diharapkan oleh pasar [9].

Figure 1.Kondisi Awal Mesin

Sistem Kerja Mesin

Sistem kerja mesin pencacah daun melibatkan beberapa mekanisme untuk mengolah daun menjadi potongan kecil. Proses dimulai dengan menghidupkan mesin yang mengaktifkan motor. Daun pandan dimasukkan melalui lubang masuk, dan pisau berputar cepat memotongnya menjadi bagian kecil. Hasil pencacahan keluar melalui saluran keluaran, kemudian dicek kualitasnya. Setelah semua baik, periksa komponen mesin untuk memastikan tidak ada masalah, dan kemudian matikan mesin.

Figure 2.Sistem Kerja Mesin

Perencanaan Komponen Mesin

a. Torsi

Torsi mesin adalah gaya putar yang dihasilkan oleh mesin pada porosnya, diukur dalam satuan gaya jarak seperti Newton meter (Nm).

Untuk menghitung daya mesin terlebih dahulu menghitung torsi mesin (T) dengan persamaan :

T = F x r (1)

Dimana :

T = Torsi (Nm)

F = Gaya yang berputar (N)

r = Jari-jari (m)

b. Motor

Setelah mengetahui torsi yang dihasilkan, maka selanjutnya bisa menghitung daya motor (P). Daya motor adalah ukuran tenaga yang dihasilkan oleh motor untuk melakukan kerja. Daya ini biasanya diukur dalam satuan watt (W), kilowatt (kW), atau tenaga kuda (horsepower, HP).

P = Ꞷ x T (2)

Dimana :

P = Daya motor (kW)

T = Torsi (Nm)

Ꞷ= Kecepatan sudut (rad/sec)

Ꞷ

n = Putaran mesin (rpm)

c. Pulley

Pulley digunakan untuk memindahkan putaran dari poros mesinpenggerak ke poros yang digerakkan. Berikut cara menentukan diameter pulley penggerak menggunakan :

Rasio diameter = diameter driving / diameter driven

Dimana :

Rasio 1:1= driven pulley berputar lebih lambat daripada driving pulley

Rasio >1 = driven pulley berputar lebih lambat daripada driving pulley (torsi yang dihasilkan lebih besar)

Rasio <1 = driven pulley berputar lebih cepat daripada driving pulley (torsi yang dihasilkan lebih kecil)

Bila diameter pulley penggerak sudah ditentukan, maka berikut cara menentukan kecepatan pulley penggerak menggunakan persamaan sebagai berikut:

/s) (3)

Dimana :

Vp= Kecepatan keliling puli (m/s)

Dp = Diameter puli penggerak (dirancang)

Nm = putaran motor penggerak (rpm)

d. V-belt

Sejenis sabuk transmisi yang digunakan untuk mentransfer tenaga antara dua atau lebih poros yang berputar. Penggunaan V-belt yang tepat dapat meningkatkan efisiensi mesin dan memperpanjang umur peralatan, sehingga sangat penting untuk memilih dan memasang V-belt yang sesuai dengan spesifikasi dan kebutuhan, untuk itu maka perlu menentukan panjang keliling Vbelt dengan spesifik dengan menggunakan persamaan berikut :

(4)

Dimana :

L = Panjang keliling sabuk (mm)

C = Jarak sumbu kedua pulley

Dp = Diameter pulley penggerak (mm)

dp = diameter pulley poros (mm)

e. Kapasitas Mesin

Kapasitas mesin produksi merujuk pada kemampuan maksimum suatu mesin untuk menghasilkan barang atau layanan dalam jangka waktu tertentu.

Hasil rata – rata = Hasil 1 + Hasil 2 + Hasil 3/Jumlah Pengujian

1 Jam/ waktu rata rata x Hasil Rata – Rata (5)

Hasil dan Pembahasan

A. Pemilian Konsep

Dalam upaya meningkatkan keselamatan dan keefektifan mesin pencacah pandan, peneliti berkomitmen untuk mengembangkan perbaikan signifikan pada desain mesin. Langkah-langkah perancangan yang difokuskan pada faktor keamanan akan diimplementasikan untuk meminimalkan risiko potensial bagi pengguna [10]. Selain itu, penelitian ini juga akan berfokus pada aspek biaya perancangan, dan kemudahan manufaktur pembuatan mesin pencacah pandan, serta peningkatan kualitas hasil potongan, dengan mengadaptasi desain yang dapat menghasilkan potongan yang lebih miring sesuai dengan standar permintaan pasar. Dengan demikian, tujuan utama adalah menciptakan mesin pencacah pandan yang tidak hanya lebih aman digunakan, tetapi juga dapat memenuhi kebutuhan pasar dengan menghasilkan potongan yang lebih presisi dan sesuai dengan standar yang diharapkan [11].

Figure 3.Konsep Mesin A

Figure 4. Konsep Mesin B

B . Perincian RAB Komponen

Dalam konsep mesin A dirancang dengan berbagai keunggulan, termasuk kemampuan menghasilkan potongan yang seragam, efisiensi operasional yang lebih tinggi, dan desain yang lebih aman [12]. Hasil potongan yang seragam memastikan bahwa setiap produk memenuhi standar kualitas yang ketat, mengurangi kesalahan produksi dan meningkatkan kepuasan pelanggan. Efisiensi yang lebih tinggi memungkinkan proses produksi berjalan lebih cepat dan hemat energi, mengurangi biaya operasional. Selain itu, desain yang lebih aman mengutamakan keselamatan operator dengan fitur-fitur pelindung canggih, mengurangi risiko kecelakaan kerja dan meningkatkan keseluruhan produktivitas di lingkungan industri [13].

Mesin konsep B dirancang dengan beberapa keunggulan seperti mampu meningkatkan efisiensi pengolahan dengan signifikan dengan memastikan daun kering dapat diolah dengan optimal. Selain itu, mesin ini dirancang dengan fleksibilitas tinggi, memungkinkan penyesuaian dalam berbagai proses desain sesuai kebutuhan spesifik pengguna. Fleksibilitas ini memberikan kemudahan dan keunggulan dalam berbagai aplikasi, membuat Mesin Konsep B menjadi pilihan ideal untuk industri yang mengutamakan kecepatan dan efektivitas.

Dari kedua tabel diatas (Tabel 3.3 dan Tabel 3.4) dapat diketahui bahwa harga komponen dana bahan yang dibutuhkan dalam proses pembuatan mesin pencacah pandan dengan penggerak motor listrik yaitu sebesar Rp.1.554.000. Dengan demikian maka dapat diputuskan bahwa konsep mesin B lebih terjangkau dalam hal biaya pembuatan.

Pada tabel morfologi ini dijelaskan bahwa mesin pencacah pandan membutuhkan part part untuk menunjang pengoprasiannya, seperti motor penggerak, pulley, pisau, besi ass, bearing, v belt, dan rangka mesin, dll. Tabel Morfologi mesin pencacah pandan dapat dibuat sebagai berikut:

Figure 5.Morfologi Mesin Pencacah Pandan

C. Konsep Yan Dipilih

Dari pertimbngan diatas, maka dapat diputuskan bahwa mesin konsep B lebih unggul dalam hal efisiensi biaya dan efisiensi pengolahan dengan memastikan daun kering dapat diolah dengan optimal. Selain itu, mesin ini dirancang dengan fleksibilitas tinggi, memungkinkan penyesuaian dalam berbagai proses desain sesuai kebutuhan spesifik pengguna seperti dapat menghasilkan potongan yang lebih miring sesuai dengan standar permintaan pasar. Dengan demikian, tujuan utama adalah menciptakan mesin pencacah pandan yang tidak hanya lebih aman digunakan, tetapi juga dapat memenuhi kebutuhan pasar dengan menghasilkan potongan yang lebih presisi dan sesuai dengan standar yang diharapkan Fleksibilitas ini memberikan kemudahan dan keunggulan dalam berbagai aplikasi, membuat Mesin Konsep B menjadi pilihan ideal untuk industri yang mengutamakan kecepatan dan efektivitas.

Figure 6.Konsep Mesin Yang Dipilih B

1. Komponen Mesin

Komponen mesin merupakan bagian-bagian dari mesin yang berfungsi menjalankan operasinya. Setiap komponen memainkan peran penting dalam memastikan mesin beroperasi dengan efisien dan efektif, mencakup elemen-elemen seperti poros, roda gigi, bantalan, dan berbagai elemen mekanis lainnya. [14]

Figure 7.Konsep Mesin

2. Rumus Dan Perhitungan

Dalam pembuatan mesin, rumus perhitungan sangat diperlukan untuk memastikan setiap komponen bekerja dengan optimal dan sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Perhitungan ini mencakup berbagai aspek, seperti torsi, daya motor, pulley, vbelt, kapasitas mesin.

a. Torsi

Untuk menghitung daya mesin terlebih dahulu menghitung torsi mesin (T) dengan persamaan 2.1

T = F x r (1)

Diketahui :

F = 25 kg x 10 m/s²

= 250 N

r = 0,125 m

Jadi:

T = 250 (N) x 0,125 (m)

= 31,25 Nm

b. Daya Motor

Setelah mengetahui torsi yang dihasilkan, maka selanjutnya bisa menghitung daya mesin (P) dengan persamaan 2.2

P = Ꞷ x T (2)

Diketahui :

T = 31,65 Nm

n = 1400 rpm

Ditanya:

Ꞷ= ...? (rad/sec)

Ꞷ

= 73,26 rad/s

P = 73,26 (rad/sec) x 31,25 (Nm)

= 2,289 kW

Bila daya motor sudah dapat diketahui dengan daya 4581,5 Kw. Dengan pertimbangan agar kinerja mesin dapat bekerja dengan maksimal maka dipilihlah motor 1 phase.

c. Pulley

Pulley digunakan untuk memindahkan putaran dari poros mesinpenggerak ke poros yang digerakkan. Berikut cara menentukan diameter pulley penggerak menggunakan persamaan 2.3 :

Rasio diameter = diameter driving / diameter driven

Dimana :

Rasio 2:8 = pulley yang bergerak lebih cepat daripada puley yang digerakkan

Rasio 2 = driving pulley berputar lebih cepat daripada driven pulley (torsi yang dihasilkan lebih kecil tapi kecepatan lebih cepat)

Rasio 8 = driven pulley berputar lebih lambat daripada driving pulley (torsi yang dihasilkan lebih besar tapi kecepatan lebih lambat)

Bila diameter pulley penggerak sudah ditentukan sebesar 1:2, maka berikut cara menentukan kecepatan pulley penggerak menggunakan persamaan 2.4:

/s) (3)

Dimana :

Vp= ....? (m/s)

Dp = 2 inchi

= 0,50 m

Nm = 1400 rpm (dihitung dengan tachometer)

Maka :

/s)

V = 0,036 m/s

Dengan demikian maka kecepatan keliling pulley yang dibutuhkan adalah 0,036m/s.

d. V-belt

Untuk menentukan panjang keliling Vbelt dapat dihitung menggunakan persamaan 2.5:

Maka :

(4)

L = 400 mm + 398,8 mm + 0,036 mm

L = 798,8 mm

Dengan begitu, maka didapat panjang keliling sabuk untuk pulley adalah sepanjang 798,8 mm

D. Simulasi

Simulasi Rangka Mesin Pencacah Pandan (Von Mises Stress)

Merupakan sekumpulan gaya yang bekerja pada permukaan suatu benda. Semakin sempit luas permukaannya tetapi gayanya tetap, maka tegangannya semakin kuat. Perbandingan perhitungan simulasi dengan standar material yang digunakan disajikan berdasarkan hasil perhitungan simulasi yang diperoleh Von Mises. [15]

Figure 8.Uji Tekan Von Mises Stress

Hasil simulasi dengan pembebanan sebesar 150 N pada kedua lubang didapat grafik von mises terbesar berwarna merah dengan nilai 1,410 N/m², sedangkan von mises terendahnya berwarna biru dengan nilai 3,953 N/m².

Simulasi Rangka Mesin Pencacah Pandan (Resultant Displacement).

Perpindahan adalah perubahan bentuk suatu benda karena pengaruh suatu gaya. Bagian yang mengalami pergeseran paling besar pada frame ini adalah bagian yang paling merah, dan bagian yang mengalami pergeseran paling kecil adalah bagian yang lebih biru. terlihat pada gambar di bawah ini.

Figure 9.Uji Tekan Resultant Displacement

Berdasarkan hasil simulasi diatas, nilai perpindahan terbesar terletak pada bagian yang diberi tanda warna merah, yaitu bagian yang menerima beban langsung dari pengguna yaitu 1620 mm.

Simpulan

Dari hasil penelitian proses desain rancang bangun mesin pemotong daun pandan ini diantaranya sebagai berikut:

1. Desain mesin pemotong daun pandan menggunakan aplikasi Solidworks 2016, untuk memudahkan peneliti dalam proses pengerjaan rancang bangun, pemilihan konsep dan komponen mesin.

2. Daya motor penggerak mesin menggunakan motor listrik 1 phasa dengan daya ¼ HP.

3. Konsep Mesin B yang dipilih dikarenakan dari segi spesifikasi mesin yang lebih ringan karena menggunakan besi siku ukuran 4x4 cm dengan ketebalan 1 mm, serta harga untuk membangun 1 mesin yang sangat murah.

References