Konfigurasi Mesin-Mesin Pabrik Mini Pengolahan Sorgum sebagai Bahan Baku Pakan Unggas dan Ruminansia

Abstract

Ketergantungan Indonesia pada produk bahan pakan unggas import berpengaruh pada ketersediaan serta harganya yang tinggi, sehingga peternak unggas seringkali merugi karena biaya produksi tinggi sementara harga produknya baik berupa ayam potong, telur maupun doc (day one chicken) rendah. Demikian pula pakan ruminansia apabila musim kemarau akan kesulitan untuk mendapatkan hijauan segar, sehingga solusi silase sangat mendukung ketersediaan pakan unggas dan ruminansia berkelanjutan. Sementara itu Indonesia sesungguhnya kaya akan sumber bahan pakan lainnya yang dapat dikembangkan, yaitu sorgum. Sorgum dapat tumbuh dengan baik di lahan marginal, lahan kering dengan curah hujan rendah, serta mudah dalam perawatan. Dalam skala produksi pabrik pakan, untuk mendapatkan keuntungan yang optimal maka diperlukan teknologi yang dapat memproses keseluruhan tanaman sorgum, yaitu biji sorgum (10-17 %) menjadi pakan unggas, batang dan daun (83-90 %) untuk silase pakan ruminansia. Untuk memproses sorgum menjadi pakan dibutuhkan rangkaian mesin, yaitu mesin perontok, grinder, pengering serta pencacah/chopper dan pengemasan silase. Penelitian ini bertujuan umum untuk mengembangkan konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan berbasis sorgum yang terintegrasi antara perontok dan pencacah dengan menggunakan dua konveyor. Tujuan khususnya adalah menganalisis secara teknis dan ekonomis konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan sehingga mendapatkan kapasitas dan kualitas hasil terbaik, mengidentifikasi karakteristik teknik tanaman sorgum, mengevaluasi kinerja mesin perontok dan mesin pencacah. Lingkup penelitian meliputi aktivitas-aktivitas untuk menjawab dan menyelesaikan permasalahan yang telah diidentifikasi dan dirumuskan. Ada 5 tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini, yaitu 1) pengukuran karakteristik teknik tanaman sorgum sebagai dasar perancangan mesin perontok dan pencacah yang terintegrasi; 2) perancangan dan evaluasi kinerja mesin perontok; 3) modifikasi dan evaluasi kinerja mesin pencacah; 4) perancangan dan evaluasi serta pemodelan konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan; 5) mengevaluasi teknis dan ekonomis konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan berbasis sorgum. Pengukuran karakteristik teknik tanaman sorgum yang meliputi karakteristik fisik dan mekanik dengan menggunakan metode eksperimental, dilakukan dengan pengukuran langsung di lapangan dan juga di laboratorium. Parameter fisik yang diperoleh adalah rata-rata tinggi tanaman 222,7 cm; diameter batang utama 1,88 cm; massa batang 317 g; massa pertumpukan 1,2 kg; dan bulk density 327,25 kg/m3. Pengujian karakteristik mekanik antara lain: gaya tarik biji 6,0-16,7 N; kekerasan batang 290,64-350 N; sudut curah 32,34o; dan koefisien gesek 0,31. Kekuatan tarik biji dari malai menurun secara signifikan dari 80 sampai 108 HST (hari setelah tanam) dengan nilai rata-rata masing-masing 16,7, 11,8 dan 6,0 N. Selain itu, kekerasan biji meningkat dari waktu ke waktu dari 8,2 menjadi 44,9 N sementara kekerasan batang juga meningkat mulai dari 290,64–350 N. Selanjutnya, gaya potong menunjukkan peningkatan keseluruhan dari 270 menjadi 290 N seiring dengan peningkatan HST. Pengetahuan tentang karakteristik teknik tanaman sorgum digunakan untuk desain konfigurasi mesin-mesin perontok tipe hold-on serta konveyor dan mesin pencacah. Perancangan dan evalusi kinerja unit perontok menggunakan metode perancangan secara umum yaitu secara fungsional dan struktural. Perancangan unit perontok tipe hold-on dengan gigi perontok tipe jari spike-tooth. Perancangan mesin perontok digunakan untuk merontokkan biji dari malai sorgum yang langsung dilakukan setelah dipanen tanpa mengalami proses pengeringan sebelumnya. Hasil uji fungsional menunjukkan bahwa mesin perontok sudah bekerja dengan baik. Hasil uji kinerja memperoleh biji bersih hasil perontokan 90-95 %, kapasitas aktual terbesar 200,74 kg biji/jam, efisiensi motor listrik 93,63 %, kebutuhan daya perontokan 2769,29 watt pada kecepatan putar poros perontok 700 rpm. Modifikasi dan evaluasi kinerja mesin pencacah batang-daun sorgum dilakukan pada beberapa komponen seperti jarak clearance pisau, putaran silinder pencacah dan ketajaman pisau. Metode modifikasi perancangan teknik dilakukan dengan analisis kebutuhan daya, analisis sistem transmisi dan poros. Pada penelitian ini telah berhasil dirancang konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan berbasis sorgum terintegrasi antara perontok dan pencacah, serta secara fungsional telah diuji dan bekerja dengan baik. Konstruksi konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan sorgum terbagi atas 4 sub sistem yaitu konveyor 1, perontok, konveyor 2, dan pencacah. Mekanisme pengangkutan tanaman sorgum dimulai dari sub sistem konveyor 1 menuju perontok menggunakan mesin perontok tipe hold-on, merontokkan biji dari malai sorgum sekitar 20-50 cm dari ujung tanaman untuk selanjutnya oleh konveyor 2 menuju sub sistem pengumpan dan pencacah untuk menghasilkan cacahan sorgum ukuran 2-5 cm dan dikeluarkan melalui saluran outer. Hasil uji fungsional menunjukkan bahwa mesin pencacah sudah bekerja dengan baik. Hasil uji kinerja memperoleh hasil cacahan batang sorgum yang terpotong 95 % dengan panjang potongan antara 2–5 cm. Pencacahan menghasilkan kapasitas aktual terbesar 2000,74 kg/jam, efisiensi motor listrik 95,35 %, kebutuhan daya pencacahan 7080 watt dan konsumsi energi pencacahan spesifik 1,1 kJ/kg pada kecepatan putar tertinggi 2000 rpm. Model persamaan sangat tepat untuk memprediksi pendugaan kapasitas perontok dan pencacah, untuk pendugaan kebutuhan daya konveyor, penjepit perontok, mesin perontok serta mesin pencacah. Analisis teknis dan ekonomis dilakukan dengan metode perbandingan keuntungan antara petani sorgum secara eksisting dibandingkan dengan keuntungan petani menggunakan sistem konfigurasi mesin-mesin pengolahan pakan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan sistem konfigurasi akan lebih menguntungkan 93,5% dibandingkan menggunakan sistem pengolahan sorgum eksisting yang biasa dilakukan oleh petani. Berdasarkan analisa kelayakan dan manfaat sistem konfigurasi didapatkan nilai NPV sebesar Rp7.500.000.000,00, IRR 46,2 %, PBP 3,02 tahun, dan BEP akan diperoleh pada tahun ke 4 sehingga kegiatan ini sangat layak. Teknologi konfigurasi mesin-mesin pengolahan sorgum saat ini telah dimanfaatkan/diaplikasikan oleh Kelompok Tani Sorgum Margo Santoso Desa Radji, Kecamatan Demak, Kabupaten Demak.

Indonesia's reliance on imported poultry feed products significantly affects their availability and leads to high prices, resulting in poultry farmers frequently incurring losses due to elevated production costs while the prices of their products, including broiler chickens, eggs, and DOC (day-old chicks), remain low. Similarly, during the dry season, ruminant feed faces challenges in obtaining fresh forage, making silage an essential solution for ensuring a sustainable supply of ruminant feed. Furthermore, Indonesia possesses abundant alternative sources of feed ingredients that can be developed, such as sorghum. Sorghum thrives on marginal and dry land with low rainfall and requires minimal care. On an industrial scale, technology capable of processing the entire sorghum plant is essential for achieving optimal profitability. This includes converting sorghum seeds into poultry feed and transforming leaves and stems into silage for ruminant feed. To process sorghum into feed, a comprehensive series of machines is required, including a thresher, grinder, dryer, chopper, and silage packaging machine. The general objective of this research is to develop a configuration of sorghum-based feed processing machines that integrates a thresher and a chopper using two conveyors. The specific objectives are to analyze technically and economically to produce the capacity and quality of results from the best machine configurations, identify the technical characteristics of sorghum plants, evaluate the performance of threshing machines, and functionally test the performance of chopping machines. The scope of research activities includes activities to answer and resolve problems that have been identified and formulated. There were 5 stages carried out in this research. These stages consist of: 1) characterization of sorghum plant techniques as a basis for designing integrated threshing and chopping machines; 2) measuring the technical properties of sorghum plants; 3) design and evaluation of threshing units; 4) modification of the design of the sorghum stem-leaf chopping machine; 4) design and evaluation of configuration of sorghum-based feed processing machines; 5) evaluate the technical and economic configuration of sorghum-based feed processing machines. Measurement of the technical properties of sorghum plants, which include physical and mechanical properties using experimental methods, is carried out by direct measurements in the field and also in the laboratory. The physical characteristic parameters obtained were plant height 222.7 cm; main stem diameter 1.88 cm; stem mass 317 g; stack mass 1.2 kg; and bulk density 327.25 kg/m3. Mechanical characteristic tests include: tensile strength of seeds 6.0-16.7 N; stem hardness 290.64-350 N; bulk angle 32.34o; and friction coefficient 0.31. The seed tensile strength of the panicle decreased significantly from 80 to 108 DAP with mean values of 16.7, 11.8 and 6.0 N, respectively. In addition, seed hardness increased over time from 8.2 to 44 .9 N while the bar hardness also increases from 290.64–350 N. Furthermore, the cutting force shows an overall increase from 270 to 290 N as the HST increases. Knowledge about the physical and mechanical characteristics of sorghum plants can be used to design the configuration of hold-on type threshing machines as well as conveyors and chopping machines. The design and performance evaluation of the threshing unit uses engineering design method, namely functional and structural. Design of a hold-on type threshing unit with spike-tooth finger type threshing teeth. The design of a threshing machine is used to thresh seeds from sorghum panicles which is done immediately after harvest without undergoing a prior drying process. Based on research results, it shows that Bioguma sorghum seeds are safe for consumption by livestock without polishing because the tannin content is low at around 0.2%. The functional test results show that the threshing machine is working well. The performance test results obtained threshing seeds with 95% seed cleanliness, the largest actual capacity of 200.74 kg of grain/hour, electric motor efficiency of 93.63%, threshing power requirement of 2769.29 watts, and specific threshing energy consumption of 1.45 kJ/kg at the highest rotational speed of 700 rpm. The engineering design modification method is carried out using design analysis which includes power requirements analysis, transmission system design and shaft design. In this research, an integrated sorghum chopping machine between the thresher and chopper has been successfully designed, functionally it has been tested to work well. Construction configuration of sorghum feed processing machines is divided into 4 sub systems, namely conveyor/transporter 1, thresher, conveyor/transporter 2, chopper. The mechanism for transporting sorghum plants starts from the first conveyor sub system to the thresher using a hold-on type threshing machine, threshing the seeds from the sorghum panicles about 20-50 cm from the end of the plant to then be transported by the second conveyor belt to the feeder and chopper sub system to produce 2 size sorghum chops -5 cm and is excreted through the outer channel. The functional test results show that the chopping machine is working well. The performance test results obtained 95% for pieces with a length of between 2-5 cm, the largest actual capacity of 2000.74 kg/hour, electric motor efficiency of 95.35%, chopping power requirement of 7080 watts, and specific chopping energy consumption of 1.1 kJ/kg at the highest rotational speed of 2000 rpm. The equation model is very appropriate for predicting the capacity of threshers and choppers, for estimating power requirements for conveyors, threshing clamps, threshing machines and chopping machines. Engineering economic analysis was carried out using the method of comparing the profits of existing sorghum farmers compared to the profits of farmers from the configuration system for feed processing machines. The research results show that using a configuration system will be 93.5% more profitable than using the existing sorghum processing system which is usually used by farmers. Analysis of the feasibility and benefits of a configuration system for sorghum-based feed processing machines. The NPV value is Rp7,500,000,000.00, IRR 46.2 %, PBP 3.02 years, and BEP will be obtained in the 4th year so this activity is very feasible. The technology for configuring sorghum processing machines has now been utilized/applied by the Margo Santoso Sorghum Farmers Group, Radji Village, Demak District, Demak Regency.