## PERANCANGAN POROS ULIR UNTUK MESIN EKSTRAKTOR BUAH BELIMBING DEWA
1 Tri Mulyanto, 2 Supriyono, 3 Iwan Setyawan 1,2,3 Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 16424, Jawa Barat
1* tri_mulyanto@staff.gunadarma.ac.id, 2 Supriyono@staff.gunadarma.ac.id,
3 iwan_s@staff.gunadarma.ac.id

## Abstrak
Mesin ekstraktor adalah perangkat pemeras buah. Mesin ekstraktor dengan tipe poros ulir akan dapat  menghasilkan  jus  buah  secara  kontinyu.  Proses  pengolahan  belimbing  dewa membutuhkan mesin ekstraktor. Bagi industri kecil atau rumahan dibutuhkan mesin ekstraktor yang  mempunyai  kapasitas  kecil,  higienis  dan  efisien.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk mendesain  poros  ulir  mesin  ekstraktor  belimbing  dewa  dengan  kapasitas  50  kg/jam.    Dimana dalam  penelitian    ini  poros  ulir  dirancang  dengan  menggunakan  metode  analitis    Dari perancangan telah dihasilkan  poros ulir sebagai pemeras dengan daya motor listrik 300 Watt yang akan memutar poros ulir 25 rpm, sehingga diperoleh kapasitas 49.92 kg/jam.
Kata Kunci : belimbing, desain, ekstraktor, ulir daya.

## Abstract
The extractor machine is a fruit squeezing device. Extractor machine with screw shaft type will be  able  to  produce  fruit  juice  continuously.  The  processing  of  belimbing  dewa  requires  an extractor  machine.  For  small  or  home  industries,  an  extractor  machine  that  has  a  small capacity,  is  hygienic  and  efficient is  needed.  The  purpose  of  this  study  was  to  design  a  screw shaft  for  the  belimbing  dewa  extractor  machine  with  a  capacity  of  50  kg/hour.  Where  in  this study  the  screw  shaft  was  designed  using  the  analytical  method.  From  the  design,  the  screw shaft  was produced as  a squeezer  with a  300  Watt electric  motor that  would  rotate  the  screw shaft at 25 rpm, so that a capacity of 49.92 kg/hour was obtained.
Key Words : belimbing, design, extractor, power screw.

## PENDAHULUAN
Buah  belimbing  dewa  sebagai  ikon kota Depok yang dipasarkan sebagai belimbing  segar,  dapat  dijadikan  produk olahan  seperti  jus  buah,  selai,  dodol,  keripik dan sebagainya. Diharapkan kota Depok Jawa Barat  mempunyai  keunggulan  produk  lokal khas  daerah  yang  akan  dapat  meningkatkan kesejahteraan  masyarakatnya  [1].  Produk olahan jus buah bisa dihasilakan dengan  cara mengekstraksi  sari  buah  segar  yang  telah matang  dari  bagian  yang  dapat  dimakan
setelah  buah  dicuci  bersih.  Sari  buah  yang diperoleh kemudian dijernihkan (jika dibutuhkan),  ditambah  dengan  air,  dan  gula (jika dibutuhkan). Kemudian dikemas dengan memperhatikan  bahan  kemasan  dan  kondisi penyimpanan agar jus tetap higienis [2].
Mesin yang dapat digunakan mem-buat jus  buah  adalah  alat  pengepresan  sari  buah, blender dan juicer [3]. Alat pengepresan buah manual,  buah  yang  telah  dipotong-potong dimasukkan  pada  silinder  dalam  yang berlubang  dalam  ruang  silinder  tekan  alat (gambar  1).  Buah  akan  menerima  gaya  tekan
yang diberikan oleh operator melalui pegangan putar dan batang ulir hingga hancur. Jus buah akan  keluar  melalui  pipa  pengeluaran  dan ampas dikeluarkan secara manual [4].
Nur  Hayati  [5]  telah  merancang  mesin blender untuk buah-buahan dimana merupakan  inovasi  yang  baru  (gambar  2) dengan tujuan dapat mempermudah pekerjaan
serta  tidak  memakan  waktu  lama.  Mesin blender  tersebut  bekerja  dengan  memisahkan antara  sari  buah  dengan  ampas  buahnya. Komponen-komponen  utama  pada  mesin blender buah terdiri: pisau poros berguna meng- hancurkan  dan  mencampur,  bushing  sebagai penyambung  pisau  poros  dengan  motor, motor listrik 750 W, putaran 1420 rpm.
Gambar 1. Rancangan alat pengepresan buah manual [3]
Gambar 2. Rancangan mesin blender buah [5]
Gambar 3. Rancangan mesin pengiling buah tomat [6]
Gambar 4. Alat pres parutan kelapa [7]
Andre  Alhafizh  [6]  merancang  sebuah mesin  penggiling  buah  tomat  untuk  kapasitas 5  kg/menit  dengan  cara  kerja  lebih  efisien (gambar 3). Buah tomat yang akan dihaluskan dimasukkan  melalui  hopper  dimana  dan diteruskan  melalui  poros  ulir  yang  akan mendorong buah tomat menuju batu penggiling, kemudian buah tomat yang sudah tergiling akan keluar dalam bentuk pasta atau cair.  Mesin  digerakkan  dengan  motor  bakar 5.5 HP, putaran 3600 rpm.
I  Wayan  Surata,  dkk  [7]  merancang mesin  pemeras  kelapa  parut  (gambar  3)  yang dirancang  dengan  sistim  ulir  tekan  dan menggunakan  penggerak  motor  listrik  =  335 W.
Dari ulasan diatas, terlihat bahwa sudah diteliti  mesin  blender  buah  yang  bekerja dengan  memisahkan  sari  buah  dengan  ampas buahnya.    Demikian  pula  pada  mesin penggiling  tomat  yang  bekerja  dengan menghasilkan tomat dalam bentuk cairan atau pasta.    Selanjutnya  ada  juga  mesin  pemeras
kelapa  dengan  sistim  ulir  tekan.  Berdasarkan hasil  penelitian  tersebut,  selanjutnya  akan dilakukan  modifikasi  alat  yang  mana  prinsip kerjanya  seperti  mesin  pemeras  buah  kelapa yang akan digunakan untuk dapat mengekstraksi  buah  belimbing  dewa.  Namun demikian, pada penelitian ini akan difokuskan pada perencanaan poros ulir  mesin ekstraktor buah. Selain itu mengingat kebutuhan industri kecil  atau  rumahan,    maka  poros  ulir  yang direncanakan adalah untuk mesin kapasitas 50 kg/jam dengan daya motor listrik yang kecil.

## METODOLOGI PENELITIAN.
Pada  penelitian  ini  difokuskan  pada poros  ulir  mesin  ekstraktor  buah  belimbing dewa,  seperti  yang  terlihat  pada  komponen nomor  2  Gambar  5  mesin  ekstraktor  buah belimbing dewa seperti yang terlihat dibawah ini.  Dimana poros ulir dapat memisahkan jus buah dengan ampasnya secara langsung yang direncanakan  dengan  kapasitas  50  kg/jam.
Gambar 5. Mesin ekstraktor buah belimbing dewa.
Gambar 6. Bagan metodologi penelitian
Tahapan  penelitian  yang  dilakukan dapat dilihat pada Gambar 6.
Pada  poros  ulir  mesin  ekstraktor  buah yang  akan  rancang,  direncanakan  dapat memenuhi kriteria-kriteria berikut:
1. Dapat memisahkan jus buah dengan ampas semaksimal mungkin.
2. Sistem  penyaringan  sepanjang  ulir  daya dan ampas keluar terpisah.
3. Material yang digunakan food grade .
Karena mesin ekstraktor buah digunakan  untuk  industri  kecil  dan  rumahan, maka  pada  penelitian  ini  direncanakan menggunakan motor listrik gearbox 300 Watt, 220  V,  1250  rpm,  1  phase  dan  rasio  gearbox 1:50 dengan putaran yang dihasilkan
maksimum 25 rpm. Bahan poros direncanakan food grade menggunakan stainless steel 304 dengan kekuatan tarik ( 𝜎 𝐵 ) = 53 kg/mm 2 .
Tegangan  geser  yang  diizinkan  ( 𝜏 𝛼 )  dengan memperhatikan faktor keamanan bahan poros ( Sf 1 ) dan faktor keamanan bentuk poros ( Sf 2 ), adalah:
τ α = 𝜎 𝐵 / ( Sf 1 x Sf 2 )
Dimana: Sf 1 : 5.6 untuk bahan SF atau 6.0 untuk bahan S-C
Sf 2 : poros beralur pasak atau bertangga sebesar 1.3 sampai 3.0
Dengan  daya  rencana: P d ,  maka  momen puntir ( T ) yang terjadi pada poros,
T = 9.74 x 10 5 Perancangan diameter poros Perancangan tegangan/momen Kapasitas poros ulir tekan Analitis kekuatan poros ulir Asumsi perancangan
Cek kapasitas rancangan
Keterangan : 1. Penutup dan hopper 2. Poros ulir 3. Dudukan wadah ampas 4. Rumah bearing 5. Puli motor listrik 6. Puli poros ulir 7. Rumah bearing 8. Motor listrik 9. Selubung 10. Rangka
Dimana, n : putaran poros ulir (rpm)
Adapun  diameter  poros d 1 (mm)  dapat diperoleh  dengan  formula  dengan  mem- perhatikan  faktor  koreksi  puntiran  ( K t )  dan faktor koreksi lenturan ( C b ), adalah:
d 1 = [ . 𝐾 t . 𝐶 b . 𝑇 ] 1/3
Dimana: K t = l.0 untuk beban halus, 1.0 - l.5 untuk  beban  dengan  sedikit  tumbukan  atau kejutan,  dan  1.5  -  3.0  untuk  tumbukan  besar atau beban kejutan.
C b = faktor koreksi lenturan: 1.2 sampai 2.0 Komponen-komponen yang dirancang berupa poros  ulir  dengan  jarak  kisar  ( pitch )  dan diameter  dasar  dari  rancangan  ulir  konstan seperti terlihat gambar 7.
Yang  menjadi  pertimbangan  utama dalam  mendesain  poros  ulir  mesin  ekstraktor adalah  kecepatan  putar  pada  poros,  tekanan bagian  dalam  silinder,  diameter  silinder  dan diameter  poros.  Kecepatan  putar  untuk  poros ulir  umumnya  untuk  alat  pengepresan berkisar  diantara  15  –  40  rpm  dan diasumsikan dengan tekanan kerja 2 MPa [7]. Menurut  Sorin-Stefan  et  al.  [8],  volume teoritis bahan ( V te ) yang dipindahkan oleh
poros ulir dapat dihitung dengan persamaan:
m 3
Dimana: d 1 =  diameter  poros  [m]; d 2 = diameter luar ulir [m]; p = jarak pitch [m]; δ = lebar pitch [m].
Laju  aliran  volume  poros  ulir  dengan konfigurasi  poros  horizontal  dihitung  dengan persamaan:
Q v = V te . (1 - ԑ ) . n . k . 60 [m 3 /j]
Dimana: Q v = Laju aliran volume [m 3 /j]; V te = volume  teoritis  buah  yang  dapat  dipindahkan oleh  ulir  dalam  sekali  putaran  [m 3 ]; k = koefisien  aliran  balik  buah  melalui  puncak ulir  ( k )  berkisar  0,2  –  0,35; n =  kecepatan putar ulir [rpm]; ԑ = rasio tekanan,  diperoleh dengan  rumus ԑ =  ( v i – v f )/v i ,  dimana v i = volume  awal  [m 3 ]  dan v f =  volume  akhir proses setelah penekanan [m 3 ].
Analisis  teknik  juga  digunakan  pada perhitungan struktur dengan beban statis yang terjadi  pada  komponen  krusial  yang  dapat diterima  dan  reaksi  gaya  vertikal  dalam mengetahui  keseimbangan  gaya  dan  momen- nya sehingga poros ulir akan aman digunakan [7].
Gambar 7. Geometri poros ulir horizontal
Gambar 8. Gaya-gaya yang bekerja saat mendorong beban pada ulir daya
Tekanan akhir pada proses pengepresan  bervariasi  diantara  4  –  35  MPa, tergantung  tipe  alat  pres  dan  buah-buahan yang  dipres.  Menurut  Beerens  [9]  proses pengepresan  untuk  minyak  buah  jarak ( jatropha  seeds )  minimum  adalah  4  MPa.
Karena  tekstur  buah  belimbing  adalah  sangat halus dan lembut sehingga tekanan pengepresan  akan  lebih  rendah  dari  buah jarak maka dalam penelitian ini tekanan kerja harus  4 MPa.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Mesin ekstraktor yang didesain menggunakan  ulir  daya  sehingga  meng- hasilkan  pemerasan  yang  bersifat  kontinu dengan  proses  sangat  sederhana,  aman  dan mudah  disesuaikan.  Hal  ini  karena  dengan menggunakan  transmisi  puli  dan  belt, sehingga  kecepatan  putaran  ulir  daya  dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Dalam desain ini  data  utama  yang  menjadi  pertimbangan adalah  kecepatan  putar  dari  poros  ulir,
tekanan  bagian  dalam  silinder,  diameter  dari silinder  dan  diameter  dari  poros.  Komponen yang  dirancang  terdiri  dari  poros  ulir  ( screw shaft ) serta silinder ( barrel ), seperti diperlihatkan pada Gambar 9.
Poros  ulir  akan  mengalami  beban puntir  serta lentur, sehingga faktor keamanan diambil  berdasarkan  ASME  yaitu Sf 1 =  6.0 dan Sf 2 = 1.5. Tegangan geser yang diizinkan ( 𝜏 𝛼 ) adalah:
τ α = 𝜎 𝐵 / ( Sf 1 x Sf 2 ) = 53 kg/mm 2 (6.0 x 1.5) = 5.89 kg/mm 2
Dengan  daya  rencana P d =  0.3  kW,  maka momen puntir di poros, T = 9.74 x 10 5 =
9.74  x  10 5
=  11688  kg.mm,  sehingga diameter poros d 1 (mm) dengan faktor koreksi puntiran K t = 1.0, faktor koreksi lenturan C b = 1.2 adalah:
d 1 = [ . 𝐾 t . 𝐶 b . 𝑇 ] 1/3
= [ x 1.0 x 1.2 x 11688] 1/3
= 22.99 mm  25 mm.
p
f
N  d 2
W 
F
Gambar 9. Poros ulir daya dan silinder
Gambar 10. Poros ulir daya untuk pemeras buah
Perhitungan  komponen  teoritis  yang dilakukan dapat dilihat pada gambar 10.  Pada perancangan,  dihasilkan  data  diameter  poros, d 1 = 25  mm; diameter luar ulir, d 2 = 60 mm;
Panjang  alat  pengepres  disesuaikan  dengan panjang ulir, L = 325.5 mm; jarak antara pitch rata-rata, p = 61 mm; lebar pitch, δ = 1.2 mm.
Untuk  menentukan  kapasitas  dari mesin  juice  ekstraktor  buah  perlu  diketahui volume  secaraa  teoritis  dari  bahan yang akan dipindahkan oleh poros ulir:
m 3 = (0.06 2 – 0.025 2 ) (0.061 – 0.0012) = 0.000178 m 3 = 1.78 x 10 -4 m 3
Perhitungan  kapasitas teoritis  yang  dilakukan harus  sesuai  dengan  data  dari  putaran  poros ulir  yaitu  25  rpm;  koefisien  geseknya  lebih kecil karena pemerasan  buah belimbing lebih halus  serta  licin  maka  koefisien  geseknya
0.25;  rasio  tekanannya ԑ =  0.5;    koefisien aliran baliknya k = 0.35.
Q v = V te . (1 - ԑ ) . n . k . 60 m 3 /jam = 1.78 x 10 -4 (1 - 0.5) x 25 x 0.35 x 60 = 0.048 m 3 /jam
Untuk belimbing manis ( Averrhoa carambola ), berdasarkan data Narain [10] diketahui massa jenis belimbing manis 1.04 gr/cm 3 = 1040 kg/m 3 , maka:
Q v = 49.92 kg/jam
Perhitungan  kapasitas teoritis  dengan  putaran 25 rpm diperoleh kapasitas teoritis Q v = 49.92 kg/jam. Hasil ini sudah cukup baik sehinggga dapat  digunakan  untuk  industri  kecil  atau industri rumahan.
Dari  momen  puntir (momen  rencana) sebesar  =  11688  kg.mm  =  114.66  Nm,  dapat dihitung  gaya  ulir F = T /  (½ d 2 )  =  3822  N, gaya tekan pada silinder W , yang terjadi:
= = 6826.94 N
Sehingga  tekanan  yang  terjadi  pada  silinder pada  saat  akhir  dari  proses  pengepresan P  = W/A
P = W / ¼ π ( d 2 2 – d 1 2 ) = 2.9 MPa
Karena  besar  tekanan  akhir  pada  proses pengepresan, P  4 MPa  , maka perencanaan poros ulir  sudah sesuai untuk buah belimbing dewa.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Perencanaan  poros  ulir  untuk  mesin ekstraktor  buah  belimbing  sudah  dilakukan. Pada perencanaan ini, digunakan  daya motor listrik  dengan    gearbox  300  Watt,  220  V, 1250  rpm,  1  phase  dan  rasio  gearbox  1:50. Putaran  poros  ulir  didapatkan  25  rpm  untuk memeras  buah  belimbing.  Dimana,  dimensi poros  25  mm,    dimensi  luar  ulir  60  mm  dan dapat  mengolah  buah  belimbing  sebanyak 49.92  kg/jam,  ini  sesuai  dengan  target rancangan 50 kg/jam.
Pada penelitian berikutnya disarankan melakukan pengujian dengan beberapa tingkat  putaran  poros  ulir  untuk  memperoleh hasil yang optimum.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Fatimah  Az  Zahra,  dan  Dahlia  Nauly, “Analisis  Saluran  Pemasaran  Belimbing Dewa  Di  Kecamatan  Pancoran  Mas Kota  Depok”,  Jurnal  Agribisnis
Indonesia (Journal of Indonesian
Agribusiness), Vol. 9 No. 1, hal. 13-22,
2021. [2] Emelike  Nkechi  Juliet  Tamuno,  Ebere Caroline  Onyedikachi,  “Effect  of Packaging Materials, Storage Conditions  on  the  Vitamin  C  and  pH Value  of  Cashew  Apple  (Anacardium occidentale L.) Juice”, Journal of Food and Nutrition Sciences, Volume 3, No. 4, page 160-165, 2015
[3]  Winiati P. Rahayu, “Minuman Jus Buah Kemasan”,  Food  Review  Indonesia, VOL. XIV, No. 5, hal. 52-55, 2019.
[4] Michael  M.  Odewole,  Kehinde  J. Falua,  Semiu  O.  Adebisi  and  Kabir  O. Abdullahi,
“Development and
Performance Evaluation of a Manually- Operated  Multipurpose  Fruit  Juice
Extractor”, FUOYE Journal of Engineering  and  Technology,  Volume
3, Issue 1,page 48-51 ,2018
[5] Nur  Hayati,  “Mesin  Blender  Buah”, Jurnal Science Tech, Vol. 5, No. 1, hal. 30-33, 2019.
[6]   Andre  Alhafizh,  ,  “Perancangan  Mesin
Penggiling  Buah  Tomat  Kapasitas  5 Kg/Menit”,  Skripsi    Program  Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas  Muhammadiyah,  Sumatera Utara, 2022.
[7] I  Wayan  Surata,  Tjokorda  Gde  Tirta Nindhia,  Davied  Budyanto,  Ahmad Eko  Yulianto,  “Rancang  Bangun  Alat
Pres  Parutan  Kelapa  Tipe  Ulir  Daya
Penggerak  Motor  Listrik”,  Proceeding Seminar  Nasional  Tahunan  Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV), 2015. [8]  Sorin-Stefan,  B.,  Mariana  Ionescu,
Gheorghe  Voicu,  Nicoleta  Ungureanu and Valentin Vladut, “ Calculus
Elements for Mechanical Presses in Oil
Industry ”.  Politehnica  University  of
Bucharest, Romania, 2013.
[9] Beerens,  P.,  2007.  Screw-pressing  of
Jatropha  seeds  for  fuelling  puposes  in
less  developed  countries.  (Thesis). Department  of  Sustainable  Energy Technology,  Eindhopen  University  of Technology
[10]   Narain, N., Bora, P. S., Holschuh, H. J.,
Vasconcelos,  M.  A.  Da  S.,  “ Physical And Chemical Composition Of Carambola Fruit (Averrhoa carambola
L.)  At  Three  Stages  Of  Maturity ”,
Cienc. Tecnol.  Aliment.  Vol.  3,  No.  3, pp. 144-148, 2001