Modifikasi dan uji performansi alat pengupas kulit

III.
METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Kegiatan penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Desember 2010 sampai dengan
Maret 2011 di Bengkel Daud Teknik, Cibereum, Bogor.
B. Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian disajikan pada gambar dibawah ini.
Mulai
Identifikasi masalah
Analisis masalah serta perumusan
ide untuk modifikasi
Analisis perancangan, Modifikasi
Gambar Teknik
Pembuatan alat pengupas buah mete
Uji fungsional alat
Tidak
pengupas buah mete
Uji kinerja
Pengukuran Beban Kerja
produktivitas pengupasan
Ulangan ≥ 3
Tidak
Ya
Analisis beban kerja
SELESAI
Gambar 13. Tahapan penelitian
xxxi
1. Identifikasi Masalah
Pada tahap ini berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan dikumpulkan dan di
inventarisasi. Pada alat pengupas kulit buah mete yang dibuat oleh Dace Awaludin (1995) tenaga
penggerak untuk pengoperasian adalah tangan.. Oleh karena itu pada penelitian kali ini akan
dibuat alat pengupas kulit buah mete yang tenaga pengoperasiaannya sebagian besar berasal dari
kaki.
2. Perumusan dan Penyempurnaan Ide
Pada tahap ini akan dilakukan analisis permasalahan yaitu kelemahan pada tenaga
pengoperasian menggunakan tangan. Setelah itu dilakukan pengumpulan ide-ide pemecahan
masalah yang dapat menutupi kelemahan tersebut. Selanjutnya setelah dilakukan perumusan,
pada tahap ini dihasilkan beberapa konsep modifikasi yang potensial untuk komponen alat
pengupas biji mete yang sebelumnya.
3. Konsep Desain
Setelah dilakukan analisis permasalahan yang ada dan penyempurnaan ide-ide pemecahan
masalah yang mempertimbangkan beberapa aspek yang terkait, dilakukan perumusan untuk
menghasilkan beberapa konsep desain fungsional maupun struktural yang dilengkapi dengan
gambar sketsa dan analisis teknik.
Dalam perancangan ini , didasarkan pada kekuatan yang dihasilkan bila menggunakan
kaki lebih besar dibandingkan tangan. Modifikasi dalam desain structural dilaksanakan dengan
membuat suatu mekanisme penyaluran tenaga pada saat pengupasan biji mete menggunakan
tenaga penggerak kaki.
4. Pembuatan Prototipe
Setelah desain modifikasi alat telah selesai, dibuatlah prototipe alat pengupas biji mete
tipe pedal. Pembuatan prototipe ini dilakukan di Bengkel Daud Teknik, Cibeureum, Bogor.
5. Uji Fungsional
Uji fungsional dilakukan pada prototipe alat pengupas biji mete tipe pedal untuk
mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Beberapa pengujian
yang dilakukan yaitu pangujian mekanisme penyaluran gaya kepada pisau pengupas. Uji
fungsional akan dilakukan di Bengkel Daud Teknik, Cibeureum, Bogor.
C. Pengujian Kinerja
Tahap terakhir adalah pengujian kinerja di lapangan. Pengukuran kinerja yang dilakukan
adalah mencari nilai produktivitas pengupasan serta kebutuhan energy dalam mengoperasikan
alat.
Kebutuhan tenaga pada pengupasan dapat diketahui dengan menghitung gaya-gaya yang
bekerja pada proses pengupasan.
1. Gaya pada pegas
Gaya pada pegas dapat diketahui dengan persamaan berikut:
a. Gaya pada pegas tekan
F1 = K1.∆X1 ...............................................................................................(1)
Dimana: F1 = Gaya yang bekerja pada pegas tekan (N)
K1 = Konstanta pegas tekan (N/m)
X1 = Pengurangan panjang pegas akibat diberi beban (m)
P1 = F1.V2 ..................................................................................................(2)
Dimana: P1 = Tenaga pada pengupasan (w)
F1 = Gaya yang bekerja pada pegas tekan (N)
V1 = Kecepatan pengupasan (m/det)
xxxii
b. Gaya pada pegas tarik
F2 = K2.∆X2 ...........................................................................................(1)
Dimana: F2 = Gaya yang bekerja pada pegas tarik (N)
K2 = Konstanta pegas tarik (N/m)
X2 = Pertambahan panjang pegas akibat diberi beban (m)
P2 = F2 V2 ..................................................................................................(2)
Dimana: P1 = Tenaga pada pelepasan kulit buah mete (w)
F1 = Gaya yang bekerja pada pegas tarik (N)
V1 = Kecepatan pencungkilan (m/det)
Kebutuhan tenaga pada saat pengupasan adalah:
P = P1 + P2 ..........................................................................................................................(3)
2. Produktivitas pengupasan
P
B
x 100% ...............................................................(4)
W
3. Uji mutu
Uji mutu dilakukan dengan menghitung persentase biji mete utuh, biji mete belah,
bij mete teriris, dan biji mete pecah akibat pengupasan
% Biji Utuh =
J
% Biji Belah =
% Biji Teriris =
% Biji Pecah =
4.
x 100%
J
J
B
J
J
J
x 100%
x 100%
J
x 100%
J
Beban kerja alat pengupas buah mete
Pada pengujian beban kerja kali ini dilakukan dengan menggunakan parameter
denyut jantung Pengujian akan dilakukan pada satu orang subjek laki-laki dengan melakukan
3 kali ulangan dapat dilihat pada Gambar 14.
Ulangan1
Operator mengupas
biji mete
Ulangan 2
Ulangan 3
Gambar 14. Rancangan Percobaan
Ada beberapa tahapan yang harus dilalui sebelum subjek melakukan pengupasan,
diantaranya subjek terlebih dahulu diambil data dirinya berkaitan dengan umur, berat badan
dan tinggi badan. Setelah itu, sebelum dilakukan pengambilan data pengupasan subjek
terlebih dahulu melakukan kalibrasi step test ini dilakukan untuk mengetahui penggunaan
tenaga oleh subjek pada tingkat beban yang berbeda. Kalibrasi step test ini menggunakan
step test dengan frekuensi yang berbeda, yaitu 15 (ST1), 20 (ST2), 25 (ST3) dan 30 (ST4).
Pada saat kalibrasi inilah subjek akan diambil data denyut jantungnya, alat yang digunakan
xxxiii
untuk merekam denyut jantung adalah heart rate monitor (HRM) dan bangku step test
dengan tinggi 25 cm.
Prosedur kalibrasi step test dapat dilihat pada Gambar 15. Kemudian setelah
kalibrasi step test selesai dilakukan maka pada hari berikutnya baru akan dilakukan
pengambilan data denyut jantung pengupasan.
Sama halnya dengan dengan prosedur kalibrasi step test, pengambilan data denyut
jantung kerja pengupasan ini dilakukan dengan beberapa tahapan. Prosedurnya dapat dilihat
pada Gambar 16. Data yang akan diambil pada percobaan meliputi: denyut jantung, waktu
kerja, kecepatan kerja dan kualitas pengupasan.
Rest 1
Step test 1
Rest 2
Step test 2
Rest 3
(10 min)
(5 min)
(5 min)
(5 min)
(5 min)
Rest 5
Step test 4
Rest 4
Step test 3
(10 min)
(5 min)
(5 min)
(5 min)
Gambar 15. Prosedur kalibrasi Step test
Rest 1
Step test
Rest 2
Work
Rest 3
(10 min)
(5 min)
(10 min)
(10 min)
(10 min)
Gambar 16. Prosedur pengambilan data kerja
5. Pengolahan Data beban kerja
Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan hasil rekaman data HR (denyut
jantung) yang kemudian dipindahkan ke komputer menggunakan Heart Rate Monitor
Interface, lalu data tersebut diolah dan dibuat dalam bentuk grafik. Perhitungan nilai IR harus
dinormalisasi agar diperoleh nilai HR yang objektif. Normalisasi nilai HR dilakukan dengan
perbandingan HR relatif saat bekerja terhadap nilai HR saat istirahat. Nilai perbandingan HR
tersebut dinamakan IRHR (Increase Ratio of Heart Rate). Perbandingan tersebut dirumuskan
sebagai berikut :
.................................................................................(5)
Dimana :
HRwork = denyut jantung saat melakukan pekerjaan (bpm)
HRrest = denyut jantung saat istirahat (bpm)
Untuk mendapatkan nilai beban kerja, maka diperlukan perhitungan WECST (Workl
Energy Cost Step test) yaitu energi total yang digunakan pada saat melakukan step test,
perhitungan dilakukan melalui persamaan WEC berikut (dalam Pramana 2009):
,
...................................................................(6)
xxxiv
Dimana : WECST
w
g
h
f
= Work Energy Cost step test (kkal/menit)
= berat badan (kg)
= percepatan gravitasi (9.81 m/s2)
=tinggi bangku step test (meter)
= frekuensi step test
Untuk mengkonversi nilai IRHR menjadi WEC (Work Energy Cost) pada saat
melakukan aktivitas dapat dilakukan dengan cara membuat fungsi korelasi antara WECST
terhadap IRHR. Dengan membuat grafik hubungan WECST dengan IRHR maka diperoleh
persamaan untuk seorang subjek dengan bentuk umum (Pramana 2009):
Y = aX + b .........................................................................................................................(7)
Dimana
:
Y = IRHR
X = WEC (kkal)
Setiap subjek mempunyai persamaan yang berbeda-beda. Persamaan inilah yang
digunakan untuk menduga nilai WEC pada saat kerja, yaitu dengan cara memasukkan nilai
IRHR kerja yang diperoleh pada saat pengukuran ke persamaan tersebut.
Semua manusia saat melakukan pekerjaan pasti mengeluarkan energi dan energi
inipun terdiri dari dua macam, yaitu energi kerja itu sendiri dan energi metabolisme. Energi
kerja atau TEC (Total Energy Cost) adalah total energi yang benar-benar dikeluarkan pada
saat bekerja sedangkan energi metabolisme atau BME (Basal Metabolic Energy) adalah
energi yang diperlukan manusia untuk melakukan proses metabolisme dalam tubuh, sehingga
sebenarnya pada saat kita tidak melakukan pekerjaan apapun kita tetap mengeluarkan energi.
Nilai BME untuk setiap orang berbeda sesuai dengan dimensi tubuh dan jenis
kelamin. Nilai BME ekuivalen dengan nilai VO2 (volume oksigen) yang dipengaruhi dimensi
tubuh, dimana 1 liter O2 setara dengan energi 5 kal. Untuk diperoleh nilai VO2, dapat
digunakan tabel konversi BME ekuivalen VO2 berdasarkan luas permukaan tubuh (Tabel 2).
Luas permukaan tubuh dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Du’bois (Syuaib,
2003) :
A = H0.725 x W0.425 x 0.007246 ...........................................................................................(8)
Dimana :
A = Luas permukaan tubuh (m2)
H = Tinggi badan (cm)
W = Berat badan (kg)
Jika WEC dan BME digabungkan maka akan menjadi TEC. TEC inilah yang kita
dapatkan pada saat mengolah data hasil perekaman denyut jantung sehingga untuk
mengetahui energi yang benar-benar dikeluarkan pada saat bekerja maka kita perlu
mengurangkan TEC dengan BME, seperti pada persamaan di bawah ini (Pramana 2009):
TEC = WEC + BME ......................................................................................................(9)
Dimana
: EC = Total Energy Cost (kkal/menit)
WEC = Work Energy Cost (kkal/menit)
BME = Basal Metabolic Energy (kkal/menit)
Konsumsi energi sebanding dengan berat badan seseorang, semakin besar berat
badan seseorang, maka konsumsi energinya semakin besar pula, begitu juga sebaliknya pada
saat melakukan pekerjaan yang relatif sama. Oleh karena itu untuk mengetahui nilai beban
kerja objektif yang diterima seseorang saat melakukan kerja maka pengaruh berat badan
perlu dinormalisasi. Untuk memperoleh nilai TEC yang ternormalisasi (TEC’), dapat
menggunakan persamaan (Pramana 2009):
xxxv
TEC’ =
....................................................................................................................(10)
Dimana : TEC’ = Total Energy Cost per Weight (kkal/kg.menit)
TEC = Total Energy Cost (kkal/menit)
w = Berat badan (kg)
6. Analisis ekonomi
Analisis ekonomi dilakukan dengan melihat beberapa faktor seperti biaya tetap,
biaya tidak tetap, biaya total dan biaya operasi alat. Dengan mengetahui nilai dari masingmasing variabel, keuntungan dari penggunaan alat ini bias diketahui. Adapun perhitungan
masing-masing variabel dicari dengan memasukan faktor-faktor yang berpengaruh.
Rumusan-rumusan dari beberapa variable tersebut dapat dilihat dibawah ini.
Biaya tetap (Rp/jam) = Biaya penyusutan alat + Bunga modal
Biaya tidak tetap (Rp/jam) = Biaya operator + Biaya pemeliharaan alat + Biaya hal-hal
khusus
Biaya total (Rp/jam) = Biaya tetap + Biaya tidak tetap
Biaya produksi alat (Rp/kg) =
B
P
Biaya produksi (Rp/kg) = Biaya bahan baku + Biaya produksi alat
Keuntungan (Rp/kg) = Harga jual biji mete – Biaya produksi
D. Alat dan Bahan
Dalam pembuatan alat ini pemilihan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai
komponen perlu diperhatikan karena merupakan hal yang cukup mendasar. Pemilihan tersebut
berdasarkan: 1) hasil perhitungan dalam analisis teknik dan 2) ketersediaan bahan-bahan di
pasar. Berdasarkan faktor-faktor tersebut, maka bahan-bahan yang digunakan sebagai komponen
dalam modifikasi dapat dilihat pada Tabel 14.
Pembuatan alat ini juga dibantu dengan menggunakan beberapa peralatan guna
mempermudah pembuatan. Alat-alat yang digunakan yaitu: las listrik, las LPG, bor duduk, bor
tangan, gerinda potong, gerinda tangan, jangka sorong, penekuk plat, palu, kunci pas, obeng, dan
peralatan bengkel lainnya.
Tabel 14 . Bahan-bahan untuk komponen mesin
Komponen
Bahan
No
1
Meja kerja
Besi Pelat 5 mm
2
Kaki meja
Besi siku 40 x 40 mm
3
Poros penghubung
20 mm
4
Bos (rumah poros)
Ø 25 mm dan Ø 40 mm
5
Pisau pengupas
Pelat stainlis 1 mm
6
Pengencang bearing
Baut + mur M14
7
Pengencang pedal
Baut + mur M10
Alat ukur yang digunakan pada penelitian ini dapat dikelompokan menjadi tiga , yaitu alat
ukur untuk pengukuran produktivitas pengupasan, ukuran dan berat buah mete meliputi jangka
sorong, timbangan digital, dan stopwacth. Sedangkan yang lainnya adalah alat untuk mengukur
energi kerja melalui pengukuran denyut jantung, yaitu Heart Rate Monitor (HRM) dan Interface.
\
xxxvi