i
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ..................................................................................................iii DAFTAR GAMBAR..............................................................................................iv DAFTAR LAMPIRAN ..........................................................................................vi PENDAHULUAN ................................................................................................... 1 Latar Belakang ..................................................................................................1 Tujuan Penelitian Umum ..................................................................................4 Tujuan Penelitian Khusus .................................................................................4 Manfaat Penelitian ............................................................................................4 TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 5 Pengolahan Tanah .............................................................................................5 Alat Pembuat Guludan ......................................................................................6 Penanaman Jagung............................................................................................7 Alat Tanam dan Pemupuk.................................................................................8 Traktor Dua Roda sebagai Sumber Tenaga ....................................................11 METODE PENELITIAN ...................................................................................... 13 Tempat dan Waktu Penelitian .........................................................................13 Alat dan Bahan Penelitian..............................................................................13 Tahapan Penelitian.........................................................................................14 Identifikasi masalah................................................................................15 Perumusan dan Penyempurnaan Ide.......................................................15 Pengukuran Gaya Tarik Rotary Tiller ....................................................16 Pengukuran Kondisi Tanah ....................................................................17 Rancang Bangun Prototipe Mesin ..................................................................19 Tahapan dan Kriteria Perancangan Prototipe Mesin .............................19 Disain Fungsional...................................................................................19 Disain Struktural.....................................................................................22
ii
Pembuatan Prototipe Mesin ............................................................................41 Uji fungsional .........................................................................................42 Pengujian Mesin di Lapangan ................................................................42 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 44 Hasil Pengukuran Tenaga Tarik dan Gaya Tarik Rotary Tiller......................44 Hasil Pengujian Model Metering Device........................................................46 Ketepatan Penjatahan Pupuk pada Model Metering Device Pupuk ......46 Ketepatan Penjatahan Benih pada Model Metering Device Benih.........49 Konstruksi Prototipe Mesin Hasil Rancangan ................................................50 Modifikasi Poros Roda Depan dan Modifikasi Rotari. ..........................51 Modifikasi I Furrower............................................................................52 Modifikasi II Furrower ..........................................................................53 Roda Penggerak MD dan Sistem Transmisi...........................................54 Hopper benih dan saluran benih.............................................................54 Metering device benih ............................................................................55 Hopper dan Metering Device pupuk ......................................................56 Hasil Pengujian Kinerja di Lapangan .............................................................58 Hasil Pengukuran Kondisi Tanah ...........................................................58 Hasil Pembentukan Guludan ..................................................................59 Kinerja Unit Penanam dan Pemupuk .....................................................60 Kapasitas Lapangan Teoritis dan Efektif ...............................................63 SIMPULAN DAN SARAN................................................................................... 65 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................ 66 LAMPIRAN .......................................................................................................... 68
iii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Hasil jagung dari empat varietas dengan empat populasi di Tenilo, Gorontalo, 2004. .................................................................... 7 Tabel 2. Volume hopper pupuk hasil perhitungan ................................................ 33 Tabel 3. Parameter pengukuran tanah ................................................................... 35 Tabel 4. Bulk density pupuk ................................................................................. 39 Tabel 5. Data kondisi tanah pada saat pengukuran gaya tarik............................... 46 Tabel 6. Pengujian pendahuluan pembentukan guludan ....................................... 51 Tabel 7. Sudut curah pupuk................................................................................... 56 Tabel 8. Data kondisi tanah pada saat uji kinerja prototipe mesin ........................ 58 Tabel 9. Ukuran guludan yang dihasilkan furrower hasil modifikasi ................... 59
iv
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Perpindahan tanah oleh furrower........................................................... 6 Gambar 2. Tipe pembuka alur (Bainer, 1960)....................................................... 10 Gambar 3. Penutup alur rancangan Wibowo (1991) ............................................. 10 Gambar 4. Tahapan kegiatan penelitian ................................................................ 14 Gambar 5. Konsep metering device benih (Sembiring et al., 2000) ..................... 16 Gambar 6. Konsep metering device pupuk (Sembiring et al., 2000) .................... 16 Gambar 7. Pengukuran kemampuan tarik rotary tiller......................................... 17 Gambar 8. Penetrometer tipe SR-II....................................................................... 18 Gambar 9. Ukuran guludan yang diharapkan........................................................ 19 Gambar 10. Disain tambahan poros roda depan.................................................... 23 Gambar 11. Rangka utama penggandeng .............................................................. 24 Gambar 12. Ukuran guludan yang diharapkan...................................................... 24 Gambar 13. Arah gaya yang bekerja pada furrower ............................................. 26 Gambar 14. Disain awal furrower ......................................................................... 27 Gambar 15. Disain roda bantu furrower................................................................ 28 Gambar 16. Tahanan gelinding roda penggerak.................................................... 28 Gambar 17. Disain roda penggerak ....................................................................... 29 Gambar 18. Model metering device pupuk a) tipe I, b) tipe II .............................. 30 Gambar 19. Bentuk dasar hopper benih ................................................................ 32 Gambar 20. Disain dasar hopper pupuk ............................................................... 34 Gambar 21. Analisis gaya horizontal pada mesin ................................................. 35 Gambar 22. Model metering device pupuk ........................................................... 37 Gambar 23. Sketsa perhitungan volume metering device pupuk .......................... 37 Gambar 24. Bukaan metering device pupuk a) bukaan 100%, b) bukaan 75% dan c) bukaan 50% .................................................. 38 Gambar 25. Pengujian model metering device pupuk........................................... 39 Gambar 26. Disain metering device pupuk ........................................................... 40 Gambar 27. Tenaga tarik dan gaya tarik rotary tiller.......................................... 44 Gambar 28. Kecepatan rotary tiller pada saat pengujian ...................................... 44
v
Gambar 29. Debit keluaran pupuk Urea................................................................ 47 Gambar 30. Debit keluaran pupuk TSP................................................................. 48 Gambar 31. Debit keluaran pupuk campuran TSP dan KCl.................................. 48 Gambar 32. Persentase penjatah benih pada MD tipe I......................................... 49 Gambar 33. Persentase penjatah benih pada MD tipe II ....................................... 50 Gambar 34. Prototipe mesin hasil rancangan ........................................................ 51 Gambar 35. Tambahan poros roda depan.............................................................. 52 Gambar 36. Modifikasi rotari ................................................................................ 52 Gambar 37. Modifikasi I furrower, a) rencana modifikasi, b)setelah modifikasi.......................................................................... 53 Gambar 38. Modifikasi II furrower, a) rencana modifikasi, b) setelah modifikasi......................................................................... 53 Gambar 39. Roda penggerak dan sistem transmisi................................................ 54 Gambar 40. Hopper benih dan slang pengeluran .................................................. 55 Gambar 41. Metering device benih, a) Tipe I, b) Tipe II ...................................... 56 Gambar 42. Bagian alat pemupuk a) metering device pupuk, b) hopper, c) saluran pengeluaran pupuk .......................................................... 56 Gambar 43. Posisi sikat a) sebelum modifikasi, b) setelah modifikasi ................. 57 Gambar 44. Roda bantu furrower.......................................................................... 57 Gambar 45. Guludan hasil modifikasi furrower yang ke-dua............................... 59 Gambar 46. Tanaman jagung hasil penanaman dengan prototipe mesin .............. 61 Gambar 47. Dosis pengeluaran pupuk di lahan..................................................... 62 Gambar 48. Perbandingan dosis pengeluaran pupuk pada prototipe, model dan perhitungan teoritis ......................................................... 63
vi
DAFTAR LAMPIRAN
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Jagung (Zea mays) berperan penting dalam perekonomian nasional dengan berkembangnya industri pangan yang ditunjang oleh teknologi budidaya dan varietas unggul. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri yang terus meningkat, Indonesia mengimpor jagung hampir setiap tahun. Pada tahun 2000, impor jagung mencapai 1.26 juta ton (BPS 2005). Selain untuk pengadaan pangan dan pakan, jagung juga banyak digunakan industri makanan, minuman, kimia, dan farmasi. Berdasarkan komposisi kimia dan kandungan nutrisi, jagung mempunyai prospek sebagai pangan dan bahan baku industri. Kebutuhan jagung terus meningkat, baik untuk pangan maupun pakan. Dewasa ini kebutuhan jagung untuk pakan sudah lebih 50 % kebutuhan nasional. Peningkatan kebutuhan jagung terkait dengan makin berkembangnya usaha peternakan, terutama unggas. Sementara itu produksi jagung dalam negeri belum mampu memenuhi semua kebutuhan, sehingga kekurangan dipenuhi dari jagung impor (Suryana et al., 2007). Ditinjau dari sumber daya yang dimiliki, Indonesia mampu berswasembada jagung, dan bahkan mampu pula menjadi pemasok jagung di pasar dunia. Departemen Pertanian memperkirakan akan terjadi kenaikan tingkat produksi jagung di tanah air
tahun ini. Menurut Direktur
Jenderal Tanaman Pangan Departemen Pertanian, peningkatan produksi jagung antara lain di Jawa Timur, Jawa Tengah, Lampung, Sumatera Utara, Sulawesi Selatan, Jawa Barat, Nusa Tenggara Timur dan Nusa Tenggara Barat. Pada tahun 2007 ditargetkan sudah dicapai swasembada jagung dengan peningkatan produksi sebesar 11.5 persen dari tahun sebelumnya. Diperkirakan tahun 2007 produksi mencapai 14 juta ton. Tingkat konsumsi masyarakat diperkirakan naik sekitar 14 persen bisa mencapai 4.1 ton. Sedangkan kebutuhan untuk konsumsi industri mencapai 2.9 juta ton dan pabrik pakan sekitar 5.6 juta ton. Total kebutuhan jagung tahun 2007 sekitar 13 juta ton, sisa dari produksi akan ditujukan untuk ekspor. Mengenai luas tanam, tahun 2007 terdapat peningkatan dari 3.6 juta hektar (2006) menjadi 3.8 juta hektar dengan luas panen sekitar 3.6 juta hektar. Produktivitas akan naik menjadi 3.75 ton per hektar. Tingkat produktivitas
2
meningkat 8.1 persen dari angka 3.5 ton per hektar. Menurut data BPS (2008), produksi jagung tahun 2007 sebesar 12.45 juta ton pipilan kering. Dibandingkan produksi tahun 2006, mengalami peningkatan 836.48 ribu ton (7.21 persen). Kenaikan produksi diperlirakan karena peningkatan luas panen seluas 85.9 ribu hektar (2.57 persen) dan juga produktivitas sebesar 1.57 kuintal/hektar (4.52 persen). Untuk mewujudkan dan mendukung swasembada jagung tersebut diperlukan berbagai dukungan, terutama teknologi, investasi, dan kebijakan. Secara teknis, upaya peningkatan produksi jagung di dalam negeri dapat ditempuh melalui perluasan areal tanam dan peningkatan produktivitas. Salah satu cara yang dapat ditempuh untuk meningkatkan produktivitas jagung adalah menerapkan teknologi dengan pendekatan Pengelolaan Tanaman Terpadu (PTT) dengan pendekatan penerapan teknologi untuk memecahkan masalah usahatani di wilayah tertentu bersipat spesifik lokasi (Suryana et al., 2007). Untuk itu, aplikasi teknologi mekanisasi dalam budidaya jagung sangat diperlukan. Mekanisasi
merupakan
salah
satu
alternatif
dalam
pemecahan
permasalahan keterbatasan tenaga kerja dan rendahnya produktivitas. Mekanisasi telah diawali dengan pengembangan beberapa komponen/implemen yang ditarik oleh hewan yaitu seperti bajak, garu, penyiang, penanam dan lain-lain. Implemen tersebut secara berangsur-angsur mulai di terima oleh petani dan menjadi populer di masyarakat. Kemudian secara bertahap pula hewan sebagai alat penarik (motor penggerak) di gantikan menggunakan traktor ataupun alat-alat lain yang digandeng dengan mesin. Kegiatan menggunakan alat mesin tersebut dapat menurunkan biaya operasional dan dapat meningkatkan efisiensi dibanding penggunaan alat manual serta memberikan nilai tinggi bagi industri di dalam teknologi dan dalam sistem perbanyakan alsin (mass production) akan membutuhkan biaya rendah (Pitoyo et al., 2006). Mekanisasi juga akan memberikan nilai tambah dalam sistem usahatani terutama untuk mereka yang menginginkan menjadi seorang profesional yang sukses dalam sektor pertanian. Dalam rangka peningkatan kapasitas, kualitas kerja dan efisiensi biaya dari alat dan mesin untuk mendukung budidaya jagung (dan palawija lainnya), telah
3
banyak dikembangkan peralatan yang inovatif dan spesifik lokasi kususnya kondisi usaha tani di Indonesia, yang telah dilakukan oleh tim peneliti dari Bagian Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Inovasi-inovasi yang dihasilkan telah diujicoba pada beberapa lokasi, dengan hasil memuaskan, khususnya dalam peningkatan kapasitas kerja, kualitas kerja dan efisiensi biaya pengoperasian. Sebagai mesin penggerak, traktor tangan (traktor dua roda) telah digunakan sebagai basis pengembangan dari prime mover-nya karena sangat sesuai dengan kondisi usaha tani di Indonesia yang luasan usaha taninya masih relatif sempit, dengan petakan yang tidak luas. Selain itu, teknologi traktor tangan telah dikuasai oleh produsen traktor dalam negeri dan mudah dioperasikan, dipelihara oleh para petani di daerah. Penggunaan tenaga traktor tangan, implemen pengolah, alat penanam dan pemupuk terbukti mampu meningkatkan kapasitas kerja lima hingga enam kali lipat dibandingkan dengan cara manual (Sembiring et al., 2000; Virawan, 1989; Pitoyo et al., 2007). Bahkan dilaporkan bahwa penggunaan alat tanam ditarik traktor tangan mampu menyelesaikan penanaman dalam satu hari kerja per ha, yang biasanya diselesaikan dalam 20 hari orang kerja (Hendriadi et al., 2008; Anonim, 2005). Selain itu, telah dikembangkan pula metode dan peralatan (implemen) yang efektif dan efisien dalam penyiapan lahan untuk penanaman palawija dan sayuran di lahan kering menggunakan bajak singkal,
garu rotari dan furrower yang
digerakan oleh traktor tangan (Hermawan et al., 2004). Untuk meningkatkan kemampuan tarik (traksi) dari traktor tangan pada pengolahan tanah lahan kering, telah dikembangkan pula roda besi bersirip khusus untuk lahan kering. Dengan menggunakan roda besi bersirip khusus tersebut, kemampuan traktor dalam menarik beban (implemen) dapat ditingkatkan sehingga lebih efisien (Radite et al., 2008). Walaupun demikian, peningkan kapasitas kerja dan efisiensi biaya masih dapat ditingkatkan dengan cara menggabungkan (mengintegrasikan) tiga kegiatan yaitu pengolahan tanah, penanaman dan pemupukan sekaligus menggunakan sebuah mesin yang terintegrasi. Dengan pengintegrasian tiga-empat aktivitas alat/mesin menjadi satu kali lintasan diharapkan dapat memangkas waktu kerja dan biaya hingga sepertiga kalinya. Dengan cara yang inovatif ini, selain kinerja
4
yang meningkat juga lebih efisien dalam penggunaan sumberdaya (traktor, tenaga kerja dan bahan bakar minyak), yang pada gilirannya akan memberikan keuntungan yang jauh lebih besar bagi petani. Tujuan Penelitian Umum Penelitian ini bertujuan untuk : a) merancang bangun mesin penanam jagung terintegrasi melalui modifikasi peralatan pengolah tanah, alat penanam dan alat pemupuk yang telah dikembangkan oleh tim peneliti Bagian Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian IPB. b) melakukan uji kinerja prototipe mesin di lahan pertanian untuk budidaya jagung Tujuan Penelitian Khusus a) menganalisis daya yang bisa dimanfaatkan pada rotary tiller merk Yanmar TF 105 ML-di untuk pengintegrasian mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk jagung. b) menganalisis penjatahan pada metering device pupuk tipe agitator feed dan metering device benih yang dirancang serta mengaplikasikan penjatatah tersebut pada prototipe mesin. c) menganalisis kinerja furrower yang digunakan dalam pembuatan guludan untuk budidaya jagung. d) menganalisis kinerja prototipe mesin di lapangan. Manfaat Penelitian a) memberikan solusi kepada masyarakat khususnya petani jagung dalam upaya peningkatan produktivitas dan efisiensi dalam budidaya jagung. b) memberi masukan pada industri mesin pertanian berupa disain dan produk baru mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk yang terintegrasi.
5
TINJAUAN PUSTAKA Pengolahan Tanah Dalam budi daya tanaman, pengolahan tanah merupakan kegiatan yang paling banyak menyerap energi. Pengolahan tanah diperlukan untuk menciptakan lingkungan fisik tanah yang kondusif bagi pertumbuhan tanaman. Oisat (2001) membagi pengolahan tanah menjadi dua bagian, yaitu pengolahan konvensional dan konservasi. Secara konvensional, pengolahan tanah dilakukan dengan cangkul, bajak, garu, atau peralatan mekanis untuk menyiapkan lahan bagi budi daya tanaman. Keuntungan pengolahan tanah secara konvensional di antaranya adalah memperbaiki aerasi tanah, mengendalikan gulma, memutus siklus hidup hama, dan memudahkan aktivitas budi daya lainnya. Pengolahan tanah secara konvensional juga mempunyai kelemahan, diantaranya merusak struktur permukaan tanah, meningkatkan peluang erosi, dan penguapan lengas tanah, dan membutuhkan tenaga kerja yang lebih banyak. Pada pengolahan tanah konservasi, sisa tanaman sebelumnya dihamparkan di permukaan tanah. Keuntungan dari cara ini adalah menghambat evaporasi, mengurangi erosi, meningkatkan kandungan bahan organik tanah, dan menekan biaya tenaga kerja (Oisat 2001). Kelemahan dari pengolahan tanah konservasi adalah populasi hama kemungkinan meningkat, bahan organik terkonsentrasi pada lapisan atas tanah, dan membutuhkan waktu yang lama untuk meningkatkan kesuburan tanah. Akhir-akhir ini pengolahan tanah minimum (minimum tillage) merupakan salah satu bentuk pengolahan tanah konservasi yang telah banyak diterapkan dalam budi daya jagung. Pengolahan tanah umumnya dilakukan dua kali. Pada pengolahan pertama, tanah dicangkul atau dibajak dan dibalik sehingga sisa-sisa tanaman terbenam, dan selanjutnya mengalami pembusukan. Alat yang umum digunakan adalah cangkul, garpu, dan bajak singkal/rotari. Cangkul dan garpu merupakan alat sederhana yang dioperasikan oleh tenaga manusia. Pengolahan tanah dengan cangkul membutuhkan waktu sekitar 44 hok/ha. Bajak singkal dan bajak rotari
6
umumnya digunakan untuk pengolahan pertama. Tenaga penarik bajak dapat berupa traktor tangan berkekuatan 5-10 tenaga kuda (TK), traktor mini (12.5-12 TK), dan traktor besar (30-80 TK). Jumlah bajak yang dapat digandengkan ke traktor bergantung pada sumber tenaga traktor. Traktor tangan biasanya hanya menggunakan satu bajak, traktor mini 1-2 bajak, dan traktor besar 3-8 bajak. Berbeda dengan bajak singkal, bajak rotari dilengkapi dengan komponen pemutar yang dapat langsung menghancurkan dan meratakan tanah. Namun demikian, kedalaman olah bajak rotari dangkal sehingga lebih cocok digunakan untuk mengolah tanah bertekstur ringan. Alat Pembuat Guludan Alat pembuat guludan atau bedengan pada prinsipnya adalah alat perata tanah dan pencetak yang dapat membentuk permukaan tanah dengan tanah yang rata (Smith dan Wilkes, 1990). Alat pembuat guludan disebut dengan furrower atau ridger. Prinsip kerja dari suatu furrower adalah memindahkan tanah bagian bawah (tanah yang di-furrower) ke atas sehingga terbentuk suatu guludan. Pada Gambar 1, terlihat bahwa tanah bagian A berpindah ke B dan tanah bagian C berpindah ke D. 75 cm B
D A
C
Gambar 1. Perpindahan tanah oleh furrower Menurut Boers (2003), fungsi furrower antara lain membuat alur, menutup benih dan membuat alur untuk irigasi. Furrower digunakan terutama di daerah tropis dan sub tropis karena banyak tanaman yang tumbuh di daerah tersebut, seperti kapas, jagung, sorgum, kentang, tebu dan sayuran, dibudidayakan dalam suatu alur baris tanaman. Kelebihan furrower antara lain sebagai berikut: a) dapat digunakan untuk satu atau lebih alur baris, b) dapat menggunakan hewan maupun traktor sebagai tenaga penarik, c) dapat dikombinasikan dengan implemen lain, dan d) dapat digunakan sebagai penyiang.
7
Bagian-bagian furrower adalah sebagai berikut: a. Mata bajak yang berfungsi sebagai ujung bajak yang memulai menembus tanah. b. Pisau bajak yang berfungsi untuk membelah dan memotong tanah. c. Singkal majemuk yang berfungsi untuk mengangkat dan membalik tanahke kanan dan ke kiri. d. Rangka batang penarik yang berfungsi sebagai tempat menempelnya bajak dan berhubungan dengan kerangka utama. Penanaman Jagung Penanaman jagung merupakan kegiatan pembenaman benih ke dalam tanah, dapat dilakukan secara manual atau dengan bantuan alat dan mesin pertanian. Agar tanaman dapat tumbuh dan berkembang secara optimal, cara tanam jagung mempertimbangkan beberapa hal di antaranya kedalaman penempatan benih, populasi tanaman, cara tanam, dan lebar alur/jarak tanam. Kedalaman penempatan benih bervariasi antara 2.5-5 cm, bergantung pada kondisi tanah. Pada tanah yang kering, penempatan benih lebih dalam. Populasi tanaman umumnya bervariasi antara 20 000-200 000 tanaman/ha. Hasil penelitian Subandi et al.(2004) menunjukkan bahwa populasi tanaman optimal untuk empat varietas yang diuji (Bisma, Semar-10, Lamuru, dan Sukmaraga) adalah 66 667 tanaman/ha (Tabel 1). Tabel 1. Hasil jagung dari empat varietas dengan empat populasi di Tenilo, Gorontalo, 2004. Populasi (tan/ha) 66 667 100 000 133 333 200 000
Hasil biji kering (ton/ha) Bisma Semar-10 Lamuru Sukmaraga 8.0 7.3 6.8 5.5 6.1 5.6 4.6 4.6 4.5 5.9 6.5 4.7 4.7 5.4 4.5 5.0
8
Penempatan benih jagung di tanah adalah pada alur-alur yang dibuat teratur atau benih ditanam dengan jarak teratur dalam alur (hill drop) sehingga memungkinkan penyiangan mekanis dua arah. Cara penanaman yang lain adalah sistem drilling di mana penanaman dilakukan secara tidak teratur dalam alur-alur yang teratur. Pada sistem ini penyiangan mekanis hanya memungkinkan dilakukan antar alur. Syarat lain yang perlu diperhatikan agar tanaman dapat berkembang secara optimal adalah jarak tanam. Penentuan jarak tanam jagung dipengaruhi oleh varietas yang ditanam, pola tanam, dan kesuburan tanah. Jarak tanam jagung yang umum digunakan adalah 75 cm x 25 cm, 80 cm x 25 cm, 75 cm x 40 cm, dan 80 cm x 40 cm, dua benih/lubang. Alat Tanam dan Pemupuk Menurut Smirth dan Lambert (1990) peralatan tanam adalah setiap alat yang dioperasikan dengan daya yang digunakan untuk menempatkan biji, potongan biji atau bagian tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk perkembangbiakan, produksi pangan, serat dan pakan. Peralatan tanam yang menempatkan benih dalam tanah pada suatu pekerjaan yang sama akan menghasilkan barisan yang teratur (Bainer et al., 1955). Smirth dan Lambert (1990) mengklasifikasikan alat-alat tanam sebagai berikut: 1. Alat tanam larikan (barisan) a. Alat tanam gandengan o
Dijatuhkan ke dalam lubang (drill)
o
Dijatuhkan di guludan (hill drop)
o
Dijatuhkan di larikan sempit (narrow row)
b. Terpasang di belakang traktor : o
Dijatuhkan ke dalam lubang (drill)
o
Dijatuhkan di guludan (hill drop)
o
Pemindahan atau penanaman.
9
2. Alat tanam tabur: o
Endgate seeder
o
Jalur sempit dan lebar penyiang-pemulsa
o
Kapal terbang
3. Grain drill 4. Kelengkapan bertanam untuk alat tanam lain. Berdasarkan klasifikasi itu, alat tanam dan pemupuk yang dirancang adalah alat tanam dan pemupuk yang ditarik traktor dengan cara menjatuhkan benih dan pupuk ke dalam alur atau lubang. Alat tanam dan pemupuk memiliki beberapa bagian utama yaitu: pembuka alur, alat penjatah benih, penutup alur dan hopper. Pembuka alur berfungsi untuk membuka alur tanah dengan bentuk dan ukuran tertentu sehingga benih atau pupuk dapat jatuh ke dalam alur tersebut. Menurut Bainer (1960) ada empat tipe pembuka alur yang biasa digunkan pada alat tanam, yaitu pembuka alur lengkung (curve-runner), pembuka alur lurus (stub-runner), piringan tunggal (single-disk) dan piringan ganda (double-disk). Gambar 2 menunjukan keempat tipe pembuka alur tersebut. Dari keempat tipe pembuka alur, tipe pembuka alur lengkung merupakan tipe yang paling umum. Sedangkan tipe pembuka alur lurus cocok digunakan untuk tanah yang kasar. Hermawan (1985) dan Wibowo (1991) merancang alat tanam kedelai, kacang tanah, jagung dan kacang hijau dengan pembuka alur berbentuk cangkul dengan ukuran lebar pembuka alur didekati berdasarkan panjang benih yang ditanam. Kedalam alur diatur dengan mengatur posisi pembuka alur ke atas atau ke bawah. Sedangkan Sumaryanto (1991) merancang pembuka alur berbentuk piringan. Kedalaman alur dapat diukur dengan menaikan atau menurunkan poros piringan atau piringannya sendiri. Sedangkan lebar alur diatur dengan menggerakan poros piringan atau piringan tersebut ke kanan atau ke kiri sesuai yang diinginkan.
10
Gambar 2. Tipe pembuka alur (Bainer, 1960) Alat penjatah benih (metering device) berfungsi untuk mengatur penjatuhan benih dalam jumlah tertentu dan untuk menghasilkan jarak tanam tertentu. Penutup alur berfungsi untuk menutup alur tanam setelah penjatuhan benih. Penutup alur ini bisa berupa rantai yang diseret (drag chain), piringan penutup (disk hiller), lempeng penutup, sekop penutup dan penutup dengan tekanan roda (Richey et al., 1961). Wibowo (1991) merancang penutup alur dari dua keping besi menjadi berbentuk sweeper. Penutup alur ini dirancang agar dapat menutup alur benih dan pupuk sekaligus. Bentuk dari penutup alur ini dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Penutup alur rancangan Wibowo (1991)
11
Hopper atau kotak benih berfungsi untuk menampung benih sebelum ditanam dan memberikan kondisi sehingga benih bisa mengalir dengan baik menuju pengatur penjatah benih. Traktor Dua Roda sebagai Sumber Tenaga Di bidang pertanian telah dikenal enam jenis sumber tenaga penggerak peralatan pertanian, yaitu manusia, ternak, angin, air, listrik dan motor bakar. Dari keenam sumber tenaga tersebut sampai saat ini, motor bakar memperlihatkan kemungkinan penggunaan yang lebih luas. Traktor adalah suatu sumber tenaga lain sebagai hasil pengembangan penggunaan motor bakar sebagai unit tenaga. Tenaga putar yang dihasilkan oleh motor dimanfaatkan sedemikian rupa dengan menggunakan sistem penyaluran tenaga sehingga dapat menjadi sumber tenaga tarik atau tenaga dorong (Sembiring et al., 1991) Traktor dua roda merupakan salah satu tenaga penggerak yang biasa digunakan dalam bidang pertanian. Traktor dua roda mempunyai banyak nama, seperti traktor berporos tunggal, traktor tangan, traktor kebun, traktor jalan, traktor pejalan kaki dan sebagainya. Traktor dua roda mempunyai produktivitas kerja lebih rendah dari traktor empat roda, tetapi masih lebih tinggi dibanding produktivitas tenaga ternak dan petani dapat menikmati kecepatan dan ketepatan waktu dalam menyelesaikan pekerjaan-pekerjaan pertanian dan kerja lebih ringan. Petani juga dapat diyakinkan bahwa hampir semua pekerjaan yang dapat dilakukan dengan tenaga ternak, dapat dilakukan dengan tenaga traktor dua roda, sementara pengetahuan teknis dari usaha tani konvensional mereka masih terus dapat digunakan (Sakai et al., 1998) Menurut Jones et. al. dalam Radite (1984), tenaga traktor dapat menjadi lima yaitu: 1. Indicate Horse Power, adalah tenaga yang timbul di ruang pembakaran akibat adanya ledakan bahan bakar yang efektif diterima oleh piston. 2. Brake/belt Horse Power adalah tenaga yang tersedia pada pulley dan siap digunakan untuk kerja.
12
3. Friction Horse Power adalah tenaga yang digunakan untuk mengatasi gesekan-gesekan yang ada di dalam motor, maupun tenaga yang digunakan untuk menggerakan bagian motor itu sendiri. 4. Power Take Off Horse Power adalah tenaga yang tersedia pada PTO dapat digunakan baik pada waktu traktor berjalan maupun dalam keadaan berhenti. 5. Drawbar Horse Power adalah tenaga yang tersedia pada titik gandeng yang siap untuk menarik beban. Drawbar Horse Power dapat dihitung berdasarkan persamaan (Goering and Hansen, 2004): P=
(F × S ) K LP
........................................................................................(1)
Di mana: P
:
drawbar horse power dalam kW (hp)
F
:
gaya tarikan dalam kN (lb)
S
:
kecepatan maju km/h (mph)
KLP
:
konstanta : 3.6 (375)
Dari kelima tenaga traktor itu, drawbar horse power adalah tenaga yang digunakan untuk menggerakan alat tanam dan pemupuk yang dirancang.
13
METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Mei 2009 sampai dengan bulan November 2009. Disain, pembuatan model dan prototipe dilaksanakan di bengkel Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Uji fungsional dan uji kinerja mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan Penelitian Alat Penelitian Alat-alat dan perlengkapan utama yang diperlukan untuk kegiatan penelitian ini meliputi peralatan perancangan dan pembuatan konstruksi mesin serta peralatan instrumen untuk pengujian kinerja lapangan. Peralatan untuk perancangan dan pembuatan konstruksi mesin adalah: a. Peralatan simulasi dan perancangan yang terdiri dari: Komputer dan Software Computer Aided Design. b. Peralatan pembuatan prototipe mesin antara lain: mesin las listrik, las LPG, gerinda tangan, gerinda duduk, mesin bor tangan, mesin bor duduk, mesin bubut, penggaris, meteran, busur, gunting, tang, obeng, kunci pas, dan kunci ring. Peralatan pengukuran kondisi tanah yang digunakan: perlengkapan pengambilan contoh tanah (ring sample), penetrometer tipe SR-2, oven dan timbangan digital. Instrumen pengukuran uji fungsional dan uji kinerja lapangan yang terdiri dari penggaris stainless steel 100 cm dan 60 cm, pita ukur, patok, load cell (Kyowa, LT-5TSA71C) dan handy strain meter (UCAM-1A), tachometer digital, traktor 4 roda Yanmar YM330 dengan daya 33 HP dan hand rotary tractor.
14
Bahan Penelitian Bahan-bahan yang diperlukan untuk penelitian ini mencakup: a. Bahan pembuatan model terdiri dari: karton, lem, dop PVC, pipa PVC, dan kayu triplek. b. Bahan pembuatan rototipe terdiri dari: besi plat tebal 20 mm, 14 mm, 6 mm, 5 mm, dan 3 mm, besi silinder pejal diameter 63 mm, 40 mm, besi pipa diameter 37 mm dan 43 mm, pipa stainless steel diameter 22 mm. c. Bahan habis untuk pengujian lapangan terdiri dari : benih jagung, pupuk urea, pupuk KCl, pupuk TSP, bahan bakar solar, dan oli mesin.
Tahapan Penelitian Ada beberapa tahap yang dilakukan dalam penelitian ini seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Tahapan kegiatan penelitian
15
Identifikasi masalah Pada tahap ini berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan akan dikumpulkan dan diinventarisasi. Data lapangan yang akan dikumpulkan berupa: •
Karakteristik budidaya jagung di lokasi menyangkut metode pengolahan tanah, penanaman, pemupukan. Jenis dan karakteristik teknik dari tanah, benih jagung dan pupuk yang digunakan.
•
Ketersedian
sumber
tenaga
penggerak
(kualitas
dan
kuantitas),
karakteristik teknik dan kemampuan traktor tangan. •
Kondisi topografi areal budidaya jagung.
•
Sifat fisik dan mekanik tanah, khususnya di areal budidaya jagung.
•
Masalah yang dihadapi petani dalam pengolahan tanah, penanaman dan pemupukan.
Perumusan dan Penyempurnaan Ide Pada tahap ini akan dilakukan analisis permasalahan yang ada kemudian mengumpulkan ide-ide pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai aspek seperti kondisi lapangan, sifat fisik dan mekanik tanah, karakteristik dari benih jagung, bahan pupuk yang digunakan, dan ketersediaan tenaga penggerak (traktor tangan). Selanjutnya, setelah dilakukan perumusan, pada tahap ini dihasilkan beberapa konsep rancangan fungsional maupun struktural dari mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk yang potensial untuk dikembangkan yang dilengkapi dengan gambar sketsa, prasyarat dan system yang mendukung efektifitas operasional alat dilapangan. Konsep yang akan digunakan merupakan inovasi dari penelitian yang telah dilakukan oleh Tim TMBP selama ini. Konsep-konsep tersebut menyangkut model dan konstruksi dari bagianbagian utama mesin, yaitu: a. Pengolah tanah rotari dan susunan pemasangan pisau rotari. b. Unit penanam dan sistem penjatahan benihnya. c. Unit pemupuk dan sistem penjatahan pupuknya.
16
d. Sistem penempatan benih, pupuk dan penutupnya. e. Mekanisme roda penggerak metering device untuk penanam dan pemupuk. Konsep penjatahan pada unit penanam dan pemupuk
disajikan pada
Gambar 5 dan 6.
Gambar 5. Konsep metering device benih (Sembiring et al., 2000)
Gambar 6. Konsep metering device pupuk (Sembiring et al., 2000)
Pengukuran Gaya Tarik Rotary Tiller Hal yang sangat mendasar dalam pengembangan rotary tiller untuk alat pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi adalah kemampuan traktor dua roda tersebut untuk menarik beberapa implement
yang ditambahkan
dibelakangnya. Untuk itu perlu diukur gaya tarik (gaya tarikan searah dengan gerak) yang tersisa pada traktor dua roda Yanmar TF105 ML-di yang digunakan.
17
Pengukuran kemampuan tarik traktor dua roda dilakukan dengan cara menggandengkan hand tracktor yang sedang beroperasi dengan traktor 4 roda (Yanmar 330) seperti terlihat pada Gambar 7. Arah tarikan diusahakan horizontal dengan cara menyamakan ketinggian titik tarik pada traktor 4 roda dengan titik gandeng pada hand tractor.
Gambar 7. Pengukuran kemampuan tarik rotary tiller Kemampuan tarik traktor dua roda merupakan gaya tarik yang terukur dengan cara menggandengkan rotary tiller yang sedang dioperasikan dengan traktor 4 roda sebagai beban. Beban divariasikan dengan mengatur kecepatan maju traktor 4 roda. Pengukuran gaya yang dihasilkan dengan menggunakan load cell melalui konversi dari handy strain meter. Sebelum dilakukan pengukuran dilapangan, load cell terlebih dahulu perlu dilakukan kalibrasi (Lampiran 1). Gaya tarik yang dihasilkan oleh traktor 4 roda Yanmar TF 105 ML-di tergantung pada kondisi tanah pada saat pengukuran.
Pengukuran Kondisi Tanah Kadar air dan kerapatan isi tanah. Untuk pengukuran kadar air tanah diambil contoh tanah dengan perlengkapan pengambil contoh tanah (ring sample) pada kedalaman 0-5 cm, 5-10 cm, 10-15 cm dan 15-20 cm dari permukaan tanah. Pengambilan contoh tanah dilakukan pada 4 titik pengukuran secara acak. Cara pengukuran dan perhitungan kadar air dan kerapatan isi tanah untuk kondisi tanah pada pengukuran gaya tarik dapat dilihat pada Lampiran 2. Pengukuran kondisi tanah waktu pengujian prototipe dilapangan, prosedurnya sama dengan yang diatas, perbedaanya hanya waktu pengukuran
18
yaitu sebelum dan sesudah penanaman di puncak guludan hasil pengujian prototipe.
Tahanan
penetrasi
tanah.
Tahanan
penetrasi
diukur
dengan
menggunakan penetrometer tipe SR-2 (Gambar 8) Luas penampang kerucut yang digunakan adalah 2 cm2 dengan sudut kerucut 300. Pengukuran tahanan penetrasi dilakukan hingga kedalaman yang dianggap mewakili kedalaman pengolahan oleh rotari sebanyak 5 kali ulangan pada tiap kedalamannya. Sebelum pengolahan data hasil pengukuran perlu dilakukan terlebih dahulu kalibrasi penetrometer seperti pada Lampiran 3. Tahanan penetrasi dihitng dengan rumus: TPT =
98 F p Ak
...........................................................................................(2)
di mana: TPT
= tahanan penetrasi tanah (kPa),
Fp
= gaya penetrasi terukur pada penetrometer ditambah dengan berat penetrometer (kgf)
Ak
= luas penampang kerucut (cm2)
Kohesi dan sudut gesek dalam. Pengukuran tahanan geser tanah dilakukan dengan menggunakan gelang geser (gelang bersirip) dan lengan torsi untuk menghitung nilai kohesi tanah pada puncak guludan. Cara pengukuran dan perhitungan nilai kohesi tanah seperti ditunjukan pada Lampiran 4.
Adhesi dan sudut gesek tanah baja. Pengukuran tahanan gesek tanah baja dilakukan dengan menggunakan gelang gesek (gelang tanpa sirip) dan lengan torsi untuk menghitung nilai adhesi tanah pada puncak guludan. Cara pengukuran dan perhitungan nilai adhesi tanah seperti ditunjukan pada Lampiran 5.
Gambar 8. Penetrometer tipe SR-II
19
Rancang Bangun Prototipe Mesin Tahapan dan Kriteria Perancangan Prototipe Mesin Tiga komponen utama yang dirancang adalah 1) unit pengolah tanah dan pembentuk guludan, 2) unit penanam benih, dan 3) unit pemupuk. Ketiga komponen tersebut dirancang secara terintegrasi. Sumber tenaga penggerak dari alat pengolah tanah, penanam dan pemupuk untuk budidaya jagung ini digunakan traktor dua roda dengan merk Yanmar TF 105 ML-di dengan daya maksimal 10.5 HP dan daya kerja 9.5 HP dengan tipe pengolah tanah yang digunakan Rotary Tiller YZC dengan spesifikasi lengkap dapat dilihat pada Lampiran 8. Di belakang unit pengolah tanah digandengkan sepasang furrower untuk pembuatan guludan sehingga terbentuk satu guludan dengan ukuran seperti terlihat pada Gambar 9. Unit penanam dirancang mampu menanam benih 1-2 benih per lubang tanam pada jarak tanam 20 cm dalam barisan dan 75 cm antar baris. Penempatan benih pada kedalaman 3-5 cm. Unit pemupuk dirancang sehingga mampu memberikan dan menjatah pupuk butiran Urea, TSP dan KCl pada alur di sebelah alur tanam dengan dosis penjatahan 100-150 kg/ha Urea, 100200 kg/ha TSP dan 50-100 kg/ha KCl. Penempatan pupuk pada alur berjarak 7-10 cm sebelah alur benih pada kedalaman 5-10 cm.
Gambar 9. Ukuran guludan yang diharapkan
Disain Fungsional Pengembangan mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi untuk budidaya jagung diawali dengan melakukan pendekatan disain fungsional. Prototipe mesin yang didisain dapat melakukan pengolahan tanah, pembuatan
20
guludan, penanam dan pemupuk sekaligus pada satu kali lintasan operasi. Pengolahan tanah yang dimaksud adalah pengolahan tanah yang memenuhi kriteria penanaman jagung. Tanah hasil olahan tersebut dibentuk guludan oleh sepasang furrower dengan cara memindahkan tanah dari alur sisi kiri dan kanan ke bagian tengah furrower sehingga menghasilkan sebuah guludan. Roda bantu furrower dipasang pada bagian belakang singkal furrower yang berfungsi untuk menstabilkan dan mengatur kedalaman kerja furrower. Untuk menggerakan metering device pupuk dan benih diperlukan tenaga putar yang dihasilkan oleh roda penggerak metering device yang terletak di bagian belakang metering device tersebut. Kecepatan putar roda penggerak dipengaruhi oleh kecepatan maju traktor yang digunakan. Posisi roda penggerak pada permukaan tanah di puncak guludan. Untuk mengurangi slip roda penggerak dibuat beberapa sirip pada bagian tepi roda pengerak. Sproket dan rantai digunakan untuk mentransmisikan putaran roda penggerak ke sumbu metering device. Roda penggerak, furrower, unit penanam dan unit pemupuk digandengkan ke traktor melalui rangka utama. Rangka utama dipasang pada bagian titik gandeng traktor dengan menggunakan baut. Hopper yang dipasang pada bagian atas rangka utama untuk menempatkan pupuk dan benih sebelum masuk ke penjatah pupuk dan benih. Untuk mencegah keluarnya pupuk dan benih akibat getaran saat beroperasi, pada bagian atas hopper harus dibuat penutup hopper. Pada bagian dalam hopper di tempatkan penjatah/metering device berfungsi untuk menjatah benih dan pupuk sesuai dengan jumlah benih atau dosis pupuk yang diharapkan. Benih dan pupuk yang keluar dari metering device disalurkan ke tanah melalui pipa saluran. Untuk memudahkan benih dan pupuk di keluarkan dari pipa penyalur dibuat pembuka alur yang ditempatkan pada bagian depan pipa penyalur. Pembuka alur ini juga berfungsi untuk membuat alur untuk penempatan benih atau pupuk. Alternatif komponen-komponen yang dapat melakukan kerja sesuai dengan fungsi diatas adalah sebagai berikut:
Pisau rotari. Pisau rotari berfungsi untuk melakukan pemotongan tanah pada pengolahan tanah pertama dan sekaligus memudahkan pembuatan guludan
21
oleh furrower untuk penanaman jagung dengan mengarahkan lemparan tanah hasil pemotongan ke arah tengah.
Furrower. Furrower berfungsi untuk membuat guludan tanaman jagung dengan ukuran lebar 75 cm. Furrower terdiri dari beberapa bagian yaitu pisau furrower, singkal, landside, rangka tarik, batang tarik, pengunci, pengatur sudut belakang, rangka, poros pengatur sudut, pengatur sudut depan, dan titik gandeng.
Pisau furrower. Pisau furrower berfungsi untuk memotong permukaan tanah dan mengarahkannya menuju ke bagian sayap.
Singkal. Bagian singkal berfungsi untuk mengangkat dan membalikan tanah serta membentuknya menjadi guludan.
Rangka tarik furrower. Rangka tarik furrower berfungsi sebagai tempat menempelnya mata pisau bajak, sayap furrower dan roda batu furrower.
Rangka utama. Rangka tarik utama merupakan bagian yang berfungsi sebagai tempat dudukan metering device, roda penggerak, hopper benih dan hopper pupuk. Rangka utama di baut pada titik ganding yang ada diatas dek rotari.
Titik gandeng. Titik gandeng berfungsi untuk tempat menggandeng furrower ke sumber tenaga tariknya (traktor dua roda).
Sistem transmisi. Sistem transmisi berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan daya/tenaga dari roda penggerak ke metering device sehingga sistem kerja metering device dapat diatur, dalam hal ini digunakan sproket dan rantai.
Roda penggerak metering device. Roda penggerak berfungsi untuk menghasilkan tenaga putar yang akan disalurkan oleh rantai dan sproket untuk menggerakan metering device.
Pembuka alur
benih atau pupuk. Pembuka alur berfungsi untuk
membuat alur tempat benih dan pupuk akan ditempatkan. Pembuka alur yang akan dibuat menyatu dengan penyalur benih dan pupuk karena tanah yang akan ditanami masih baru diolah oleh rotari di bagian depan penyalur benih.
Penyalur benih atau pupuk. Penyalur benih atau pupuk berfungsi untuk menyalurkan benih atau pupuk dari keluaran hopper ke dalam tanah.
22
Hopper (kotak benih/pupuk). Kotak benih atau pupuk berfungsi untuk menempatkan benih atau pupuk sebelum masuk ke metering device.
Metering device. Metering device berfungsi untuk mengatur penjatahan benih atau pupuk sesuai dengan kebutuhan dengan mengatur kecepatan putar dari metering device.
Disain Struktural Penentuan dimensi komponen mesin yang akan didisain harus sesuai dengan ruang yang tersedia pada traktor yang digunakan dan kriteria kinerja yang diharapkan. Disain alat pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi untuk budidaya jagung secara struktural
dilakukan dengan memodifikasi implemen
hand tractor dan jarak poros roda depan sesuai dengan ukuran guludan yang direncanakan. Modifikasi implemen dan disain struktural dari furrower, penanam dan pemupuk seperti dijelaskan berikut ini.
Modifikasi susunan dan penambahan pisau rotari. Lebar daerah kerja dari rotari adalah 65 cm. Ukuran daerah kerja yang diharapkan sebesar 75 cm sesuai dengan ukuran lebar kerja furrower. Untuk mendapatkan ukuran tersebut perlu ditambahkan masing-masing 5 cm di sebelah kiri dan kanan as rotari. Jumlah pisau rotari yang ditambahkan masing-masing sebanyak satu buah, sehingga jumlah keseluruhan pisau rotari 20 buah, serta pengaturan arah mata pisau supaya pelemparan tanah kearah tengah guludan sehingga memudahkan pembuatan guludan oleh furrower. Pemasangan pisau rotari diusahakan secara portable, tujuannya jika alat ini tidak digunakan untuk penanaman dan pemupukan maka pisau rotari tersebut dapat dilepas, begitu juga dengan bagian tambahan yang lainnya. Poros rotari tambahan dibuat dari pipa dengan diameter 80 mm disesuaikan dengan diameter as yang sudah terpasang sebelumnya. Bagian ujung dalam dilubangi dengan dimater 12 mm untuk pemasangan baut pengikat ke as utama. Bagian ujung yang lain dilubangi dengan diameter 20 mm sesuai dengan diameter kunci sok untuk pemasangan baut pada bagian di dalamnya. Selain baut
23
pada bagian as dalam, untuk menahan beban torsi perlu dibuatkan du buah kuping yang dilas ke as tambahan dan dipasang baut ke dudukan pisau rotari yang terletak pada bagian terdekat.
Modifikasi poros roda depan. Untuk mendapatkan jarak antar puncak guludan 75 cm maka as roda depan ditambahkan di sebelah kiri dan kanan sebesar 50 mm seperti terlihat pada Gambar 10. Dudukan roda dibuat dari plat dengan ukuran 116 x 116 x 14 mm. Diantara dudukan dilaskan besi pejal dengan diameter 40 mm dengan panjang 58 mm. Tambahan poros ini diikat ke poros dasar dengan menggunakan baut M12 sebanyak 4 buah dan 4 buah baut dengan ukuran yang sama untuk pemasangan roda. Plat bagian dalam dan luar dibubut dengan diameter 80 mm sesuai dengan rim roda karet, sehingga plat dudukan dan rim roda dapat dipasang dengan pas.
Gambar 10. Disain tambahan poros roda depan
Rangka utama. Rangka utama penanam dan pemupuk dipasang di atas dek rotari pada bagian ujung depannya dibaut pada titik gandeng. Rangka utama dibuat dari plat baja tebal 8 mm dengan panjang dan lebar disesuaikan dengan profil dek dan bagian ujung belakang dibuat melengkung untuk menempatkan as metering device bersama dengan pemasangan bus untuk roda penggerak seperti terlihat pada Gambar 11.
24
Gambar 11. Rangka utama penggandeng
Furrower. Proses pemindaahan tanah oleh furrower untuk pembuatan guludan seperti pada Gambar 12. A2 merupakan luas penampang tanah yang dipindahkan ke puncak (A1). α adalah sudut penampang bawah guludan yang besarnya 41.60.
Gambar 12. Ukuran guludan yang diharapkan Luas A1 adalah:
⎛ ⎛ 20 − t ⎞ ⎞ ⎜5+5+⎜ ⎟⎟ tan α ⎠ ⎟ ⎝ ⎜ A1 = (20 − t ) × ⎜ ⎟ 2 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ A1 = 0.563t 2 − 27.56t + 325.6.....................................................................(3) , Sedangkan luas A2 adalah:
⎛ ⎛ t ⎞⎞ ⎜ 10 + 10 + ⎜ ⎟⎟ tanα ⎠ ⎟ ⎝ ⎜ A2 = t × ⎜ ⎟ 2 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ A2 = 10t + 0.563t 2 ..............................................................................................(4)
25
Karena luas penampang A1 sama dengan luas A2 maka tinggi tanah pada penampang A1 yang dipindahkan adalah t = 8.67 cm. Luas tanah yang dipotong dan dipindahkan oleh furrower adalah A2 =85.65 cm2. Draft spesifik furrower untuk memindahkan tanah dengan penampang A2 diduga dengan persamaan (McKyes, 1985): Ds = 2.8 + 0.013 × v ………………………………………………....(5) di mana Ds adalah draft spesifik ( N/cm2) dan v adalah kecepatan maju alat (km/jam). Kecepatan maju yang digunakan adalah 0.48 m/s atau 1.728 km/jam, sehingga Ds = 2.8225 N/cm2. Gaya (Pf) yang dibutuhkan untuk menarik furrower adalah: Pf = Ds × A2 ............................................................................................(6) Pf = 2,8225 N / cm 2 × 85.65 cm 2 Pf = 241.7 N Untuk pembuatan guludan digunakan dua buah furrower, maka draft yang dibutuhkan adalah 483.49 N. Analisis perancangan furrower yang dibahas hanya pada rangka tarik yang diduga mengalami beban kritis yaitu pada bagian belokan pada rangka tarik furrower. Furrower pembuat guludan dipasang pada dua buah rangka tarik, sehingga beban maksimum yang bekerja pada masing-masing rangka sesuai dengan hasil perhitungan persamaan (6) adalah 241.7 N (24.6 kgf). Beban tersebut ditahan oleh setiap rangka tarik dan menimbulkan momen lentur pada rangka tersebut. Dimensi rangka tarik menurut besarnya beban yang mengenai furrower tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (Singer et al, 1995):
σa = M × di mana:
c I
............................................................................(7)
σa
: nilai kekuatan tarik bahan yang diperbolehkan (kgf/mm2)
M
: momen yang terjadi pada tangkai penarik (kgf mm)
c
: titik tengah bahan (mm)
I
: Inersia bahan (mm4)
26
Untuk pembuatan rangka tarik, digunakan plat dengan ketebalan (b) = 15 mm, dan panjang 450 mm. Nilai kekuatan tarik bahan baja karbon yang diperbolehkan (σa) adalah sebesar 21 kg/mm2, sehingga lebar rangka (h) dapat ditentukan:
σ a = F .L ×
0.5h , 1 3 bh 12
................................................................(8)
sehingga : h=
6 FL ⎛σ ⎞ b⎜ a ⎟ ⎜S ⎟ ⎝ f ⎠
............................................................................(9)
digunakan safety factor (Sf) = 2, maka h=
6 × 24.6 × 450 ⎛ 21 ⎞ 15⎜ ⎟ ⎝ 2⎠
h = 20.5 mm Selain mengalami beban dari arah depan (berlawanan dengan arah maju traktor), rangka tarik juag mengalami beban dari samping yang diakibatkan oleh kontak antara tepi tanah yang diolah dengan bagian sayap furrower, seperti terlihat pada Gambar 13.
1/3F
F Gambar 13. Arah gaya yang bekerja pada furrower Besarnya beban dari samping adalah sebesar sepertiga kali beban dari arah depan. Dengan asumsi beban dari arah depan 24.6 kgf, maka lebar rangka
27
menggunakan persamaan di atas dengan safety factor = 2 didapatkan nilai h = 6.8 mm. Dari kedua hitungan di atas, didapatkan nilai lebar minimum rangka tarik diambil nilai F yang lebih besar dari arah depan adalah 20.5 mm. Berdasarkan hasil perhitungan, dalam pembuatan rangka tarik digunakan bahan plat baja dengan ukuran tebal (b) = 15 mm, panjang (L) = 450 mm dan lebar (h) = 25 mm. Disain awal dari furrower untuk pembuat guludan dapat dilihat pada Gambar 14. Furrower dibuat dari besi plat dengan ketebalan 5 mm untuk bagian mata pisau dan tebal 3 mm untuk bagian atas. Kedua bagian plat tersebut dilaskan dan diikatkan kerangka utama menggunakan 2 buah baut M8 dan 2 buah baut M6. Berdasarkan analisis gaya yang bekerja pada titik kritis rangka tarik furrower maka rangka furrower dibuat dari pipa besi diameter 37 mm dan pada bagian belokan dilaskan plat dengan lebar 25 mm dan tebal 15 mm. Pada bagian ujung ranka tarik bagian atas digandeng ke titik gandeng dengan 2 buah baut M 14.
Gambar 14. Disain awal furrower
Roda bantu furrower. Roda bantu furrower (Gambar 15) dibuat dari plat baja tebal 3 mm lebar 50 mm yang dirol dengan diameter 160 mm, pada bagian jari-jari dilaskan behel diameter 10 mm sebanyak 4 buah. Konstruksi roda bantu diharapkan dapat diatur ketinggiannya tergantung keperluan pembentukan guludan. Pada bagian belakang roda dipasang plat strip untuk pembersih tanah yang lengket dipermukaan roda.
28
Gambar 15. Disain roda bantu furrower
Roda penggerak metering device. Tahanan gelinding (rolling resistance) yang terjadi pada roda penggerak MD (Gambar16) adalah F, yang besar nilainya dapat diduga berdasarkan persamaan Gill dan Berg (1967) :
Fd ⎛W ⎞ = K⎜ ⎟ b ⎝b⎠
3/ 2
......................................................................................(10)
di mana d adalah diameter roda penggerak (in), b adalah lebar roda (in), W adalah bobot roda (lb) dan K adalah proporsionalitas yang menggambarkan kondisi tanah.
FRR
Gambar 16. Tahanan gelinding roda penggerak Roda penggerak yang direncanakan dengan d = 30 cm, b = 10 cm, W = 8.1 kg, nilai K = 1.3 (Gill dan Berg ,1967), maka dengan menggunakan persamaan 10 didapatkan nilai FRR = 4.185 lb (18.6N). Berdasarkan ukuran dimensi yang direncanakan roda penggerak dibuat dari plat baja tebal 3mm dengan diameter 300 mm. Lebar roda 100 mm dibuat dengan melaskan plat tebal 3 mm di sekeliling lingkaran plat roda seperti terlihat pada Gambar 17. Pada bagian luar roda dilaskan sebanyak 12 buah sirip dari plat strip dengan ukuran 25 x 20 x 1.5 mm.
29
Pada kedua ujung as roda penggerak dipasang nap sepeda, bagian kirinya di pasang sproket dengan jumlah gigi 14 buah, sedangkan pada poros metering
device menggunakan sproket dengan jumlah gigi 18 buah. Di samping sproket di poros metering device di pasang bevel gear dengan jumlah gigi 14 buah untuk meneruskan gerakan tegak lurus ke metering device benih. Pada metering device benih bevel gear yang digunakan jumlah giginya juga 14 buah, karena kecepatan poros metering device utama diharapkan sama dengan metering device benih. Rangka roda penggerak dibuat dari plat tebal 4 mm dibuat sesuai dengan ukuran roda penggerak dengan panjang maksimal ke belakang sejajar dengan
handle traktor. Pada bagian tengah dibuat dudukan pegas yang dihubungkan langsung ke rangka utama.
Gambar 17. Disain roda penggerak
Metering device benih. Metering device benih / penjatah benih berfungsi untuk mengatur jumlah benih dan jarak tanam yang diharapkan. Jarak tanam benih dihitung dengan rumus:
jtr × J tb =
G2 b2 × G1 b1 jc
............................................................................(11)
jtr = ((π × D ) × (1 + 5% )
................................................................(12)
di mana: Jtb
= jarak tanam benih (cm)
jtr
= jarak putaran roda setelah ditambah 5% kemacetan roda (cm)
G1
= jumlah gigi sproket pada poros roda penggerak (buah)
G2
= jumlah gigi sproket pada poros metering device (buah)
30
b1
= jumlah gigi bevel gear pada poros utama metering device (buah)
b2
= jumlah gigi bevel gear pada poros metering device benih (buah)
jc
= jumlah celah metering device benih (buah).
Jarak tanam benih yang direncanakan untuk prototipe (Lampiran 21) sebagai berikut: jtr = (3.14 × 30 ) × (1 + 5% ) jtr = 98.96 cm
18 14 × 14 14 J tb = 6 J tb = 21.20 cm 98.96 ×
Metering device benih dirancang 2 tipe berdasarkan hasil analisis jarak tanam yang diharapkan dan pertimbangan komponen pendukung yang tersedia di pasaran seperti terlihat pada Gambar 18. Tipe I dengan ketebalan 10 mm dan tipe II dengan ketebalan 9 mm. Di samping itu perbedaannya adalah ukuran celah dan sudut pengambilan benih. Kedua tipe ini diuji dengan cara memasang metering device benih ini pada hopper benih kemudian dihubungkan dengan transmisi rantai ke roda penggerak. Roda penggerak diputar dengan kecepatan 30 rpm, hasil penjatahan setiap celah dihitung, kemudian ditentukan kinerja terbaik di antara kedua tipe ini dan diaplikasikan pada prototipe mesin.
a)
b)
Gambar 18. Model metering device pupuk a) tipe I, b) tipe II Metering device benih dibuat dari bahan nylon dengan diameter luar 127 mm, memiliki 6 buah celah penjatah benih seperti Gambar 18. Ukuran celah lempeng penjatah benih disesuaikan dengan ukuran dua butir benih jagung. Jarak
31
tanam dalam barisan ditentukan oleh diameter roda penggerak mesin penanam, rasio trasmisi putaran dari roda penggerak dengan lempeng penjatah benih. Hopper/kotak benih. Ukuran kotak benih untuk unit penanam dirancang
berdasarkan persamaan: Vhb =
(A × j × γ
× 10 4 ) u × ρb × p × l b
................................................................(13)
di mana: Vhb
: volume kotak benih (cm3)
A
: luas penanaman sekali mengisi kotak benih (1350 m2)
J
: jumlah benih jagung setiap lubang tanam (1 biji)
γb
: massa per butir benih jagung rata-rata (0.3 g)
u
: jumlah unit mesin penanam dalam satu lintasan operasi (1 unit)
ρb
: kerapatan isi benih (0.676 g/cm3)
p
: jarak antar barisan tanam (75 cm)
l
: jarak antar lubang tanam dalam barisan (20 cm)
Ukuran volume kotak benih dengan nilai parameter yang direncanakan adalah: Vhb =
(1350 × 1× 0.3 × 10 ) 4
1 × 0.676 × 75 × 20
Vhb = 3994 cm 3 → m = 2700 g Volume kotak benih dirancang agar pengisian benih tidak habis di tengah lahan. Kotak benih terdiri dari tutup kotak benih, dinding kotak benih, dasar kotak benih dan katup ruang penjatah. Kotak benih terbuat dari plat stainles steel tebal 1 mm. Bagian tutup , dinding dan dasar kotak benih dibuat terpisah supaya mudah memperbaiki jika ada kerusakan. Bentuk kotak benih menyerupai prisma terpancung di bagian bawahnya seperti terlihat pada Gambar 19. Bidang miring pada dasar kotak benih dirancang berdasarkan sudut curah benih jagung.
32
Hopper benih di pasang pada rangka utama dengan menggunakan baut M6 sebanyak 4 buah. Kemiringan hopper sebesar 420, dengan membuat sudut kemiringan hopper lebih besar dibanding sudut curah jagung diharapkan jagung yang jatuh ke saluran keluaran lebih lancar. Untuk jagung dengan kadar air 14 % sudut curahnya adalah 25.110, 18% sudut curahnya 31.630 dan jagung dengan kadar air 28% adalah 36.40 (Panggabean, 2008). Pada bagian bawah kotak benih terdapat katup ruang penjatah yang dapat digeser untuk mengatur keluaran benih dari kotak benih ke ruang penjatah benih. Ukuran hopper disesuaikan dengan kondisi ruang yang tersedia dibawah stang traktor. Ukuran kotak benih permukaan atas tutupnya adalah 240 mm x 140 mm, ukuran dasar kotak benih 140 mm x 140 mm, sudut kemiringan dasar 450, ketinggian posisi belakang dasar kotak 80 mm dan ketinggian posisi hopper didepan 30 mm, ukuran lain menyesuaikan ruang yang ada.
Gambar 19. Bentuk dasar hopper benih Saluran benih terbuat dari slang plastik bening dengan diameter ¾ inchi. Ujung bagian bawah saluran pengeluaran benih ditempatkan 10 cm didepan furrower. Slang dipasang pada behel yang dilaskan pada rangka utama. Pada ujung behel dilaskan besi strip.
Hopper/kotak pupuk. Volume kotak pupuk dapat ditentukan dengan melihat kebutuhan dosis pupuk per hektar, berat jenis pupuk, dan efisiensi pengisian pupuk. Volume kotak pupuk dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Vhp =
(A × D) u × ρ p × 104
............................................................................(14)
33
di mana: Vhp
: volume kotak pupuk(cm3)
A
: luas pemupukan sekali mengisi kotak pupuk(1350 m2)
D
: dosis pemupukan (150 kg/ha Urea, 200 kg/ha TSP, 100 kg/ha)
u
: jumlah unit mesin pemupuk dalam satu lintasan operasi (1 unit)
ρb
: kerapatan isi pupuk(g/cm3) Urea, TSP dan KCl masing-masing adalah 0.715 g/cm3, 1.130 g/cm3 dan 0.987 g/cm3
Dengan menggunakan rumus volume hopper di atas dan data yang ada maka diperoleh masing-masing volume hopper pupuk seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Volume hopper pupuk hasil perhitungan Pupuk Urea TSP KCL
A (m2) 1350 1350 1350
ρ
γ g/cm
3
0.715 1.13 0.987
u (unit/lntsn) 1 1 1
Dosis (kg/ha) 150 200 100
Vhp g/cm3 2723 2297 1315
massa G 1947.1 2596.2 1298.1
Perhitungan volume hopper benih dan volume hopper pupuk
sedikit
berbeda dengan yang didapatkan dari perhitungan, karena ruang penempatan hopper agak terbatas di atas dek rotari. Hopper pupuk didisain menggunakan plat stainless steel tebal 1 mm. Plat stainles steel digunakan karena diharapkan material tersebut tahan terhadap karat yang disebabkan oleh pupuk. Ukuran dimensi hopper disesuaikan dengan ruang yang tersedia di atas dek rotari dan tidak melebihi ketinggian stang traktor. Kotak terletak di atas penjatah pupuk. Agar pupuk dapat keluar meluncur ke bawah, bidang miring pada dasar kotak dirancang dengan mempertimbangkan sudut curah pupuk yang berkisar anatar 300 sampai 410 (Lampiran 9), dalam rancangan ini sudut kemiringan dasar kotak pupuk adalah 450. Ukuran kotak pupuk dengan lebar 100 mm, panjang permukaan tutup atas 280 mm, bentuk profil kotak pupuk yang dirancang adalah seperti terlihat pada Gambar 20. Dalam rancangan ini kotak pupuk dibuat dua ruangan yaitu untuk pupuk Urea dan pupuk KCl dicampur dengan TSP. Tujuan pemisahan pupuk itu adalah untuk menghindari penggumpalan dan penyumbatan di bagian penjatah pupuk pada bagian bawah kotak pupuk. Lebar ruang kotak pupuk Urea, 4 cm dan
34
campuran TSP dan KCl dengan lebar 6 cm, lebar itu masih bisa diatur dengan cara pengatur dosis yang dipasang pada bagian bawah hopper. Sudut kemiringan hopper harus dibuat berdasarkan sudut curah masingmasing pupuk dan campuran. Pengukuran sudut curah pupuk seperti terlihat pada Lampiran 9.
Gambar 20. Disain dasar hopper pupuk Saluran pupuk juga dibuat dari pipa stainless steel dengan diameter 26 mm. Pada ujung pipa bagian bawah dilaskan plat stainless steel sebagai pembuka alur pupuk. Gaya (P) yang bekerja untuk pembuka alur pupuk atau benih diduga menggunakan persamaan (McKyes, 1985):
(
)
P = γ g d 2 N γ + cdNc + qdNq w ..........................................................(15) di mana:
γ
: densitas tanah (kg/m3)
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
q
: tekanan vertikal pada permukaan tanah (Pa)
c
: kohesi tanah (Pa)
d
: kedalaman implemen (m)
w
: lebar implemen (m)
Nγ, Nc, Nq adalah faktor gesekan tanah, geometri tanah dan gesekan tanah dengan alat, q = 0 jika tidak ada tekanan yang bekerja pada permukaan tanah.
35
Hasil pengukuran, perhitungan dan grafik pada Lampiran 4-7 didapatkan nilai parameter sebagai terlihat pada Tabel 3. Tabel 3. Parameter pengukuran tanah
Pembuka alur benih Pembuka alur pupuk
d (cm)
w (cm)
d/w
Nγ
Nc
5
2.1
2.4
4.5
19
2.56
2.6
1.0
3.1
c (pa)
γ(kg/m3)
g (m/s)
φ(0)
δ(0)
α(0)
3231.8
991
9.81
17.9
11.1
90
10.5
Gaya untuk pembuka alur benih (Pab):
( = (991× 9.81× 0.05
)
Pab = γ g d 2 N γ + cdN c + qdNq w Pab
2
)
× 4.5 + 3231.8 × 0.05 × 19 + 0 × 0.021
Pab = 64.52 N Gaya untuk pembuka alur pupuk (Pap):
( = (991× 9.81 × 0.0256
)
Pap = γ g d 2 N γ + cdN c + qdNq w Pap
2
)
× 3.1 + 3231.8 × 0.0256 × 10.5 + 0 × 0.026
Pap = 22.65 N Gaya horizontal yang bekerja pada rotary tiller pada saat menarik prototipe mesin dapat dilihat pada Gambar 21.
Gambar 21. Analisis gaya horizontal pada mesin
36
Prototipe mesin akan bergerak dengan kecepatan v jika: Fr + Ftr > FRR + Pap + Pab + Pf
.....................................................(16)
di mana : Fr
: gaya dorong rotari (N)
Ftr
: gaya yang dihasilkan roda traksi (N)
FRR
: gaya tahanan geliding (N)
Pap
: gaya tahanan pembuka alur pupuk (N)
Pab
: gaya tahanan pembuka alur benih (N)
Pf
: gaya tahanan furrower (N)
Dari persamaan (10) didapatkan besar nilai tahanan gelinding roda penggerak metering device (FRR) = 18.6 N, berdasarkan persamaan (15) nilai tahanan tarik pembuka alur pupuk (Pap) = 22.65 N, nilai tahanan tarik pembuka alur benih (Pab) = 64.52 N, dan nilai tahanan tarik furrower (Pf) berdasarkan persamaan (5) dan (6) adalah 483.49 N. Gaya minimum (Fmin) untuk menarik prototipe mesin yang dirancang adalah: Fmin
= FRR + Pap + Pab + Pf = 18.6 N + 22.65 N + 64.52 N + 483.49 N = 589.3 N
Tenaga minimum (Dmin) yang dibutuhkan untuk menarik protipe mesin yang dirancang pada kecepatan maju (v) rata-rata rotary tiller 0.34 m/s. Dmin
= Fmin x v ......................................................................(17) = (589.3 x 0.34) = 200.3 Watt = 0.27 HP
Metering device pupuk. Model metering device pupuk seperti terlihat
pada Gambar 22. Model yang dibuat dengan skala 1 : 1 dengan material pipa PVC dengan ukuran diameter luar 42 mm dan diameter pipa PVC penjatah pupuk 22 mm.
37
Gambar 22. Model metering device pupuk Volume pupuk teotritis. Volume pupuk yang dikeluarkan metering
device untuk satu putaran dihitung melalui pendekatan seperti terlihat pada Gambar 23.
Gambar 23. Sketsa perhitungan volume metering device pupuk LA adalah luas segitiga dengan panjang sisi sama
R, sedangkan LD
adalah segitiga yang dibentuk dengan sisi sama dengan r. Volume pupuk merupakan luas LBC dikalikan panjang rotor metering device pupuk. Toleransi antara penjatah pupuk dan rumah atau pipa luar sebesar 1 mm. Luas LBC seperti pada persamaan 18 berikut.
LBC =
πR 2 ⎛ R 2
⎞ π r 2 2πrt 2 π R t − ⎜⎜ cos 30 + r 2 cos 60. sin 60 ⎟⎟ − − + ...................(18) 6 ⎝ 2 3 3 6 ⎠
Volume (cm3) untuk satu putaran rotor adalah:
V1 put = 6 x LBC x l
.............................................................................(19)
di mana : V1 put
= volume untuk satu putaran rotor (cm3)
LBC
= luas celah penjatah pupuk yang terisi pupuk (cm2)
38
R
= jari-jari luar / rumah penjatah pupuk (cm)
r
= jari-jari penjatah pupuk (cm)
t
= tebal pipa penjatah pupuk (cm)
l
= panjang rotor penjatah pupuk (cm)
LBC =
π x 2.12 6 −
⎛ 2.12 ⎞ π × 1.15 2 − ⎜⎜ x0.866 + 1.15 2 x 0.5 x.0.866 ⎟⎟ − 3 ⎝ 2 ⎠
2π x 1.15 x 0.2 2 π x 2.1x0.1 + 3 6
LBC = 0.92 cm 2 Volume teoritis (Vt) untuk 6 buah celah dengan panjang rotor 4.7 cm adalah: V1 put = 6 x 0.92 x 4.7 = 25.87 cm3
....................................................(20)
Model metering device pupuk dibuat dengan tiga macam bukaan yaitu bukaan 100%, 75% dan 50% seperti terlihat pada Gambar 24.
a)
b)
c)
Gambar 24. Bukaan metering device pupuk a) bukaan 100%, b) bukaan 75% dan c) bukaan 50% Metering device pada prototipe dirancang berdasarkan hasil pengujian model yang dibuat. Tujuan pengujian model adalah untuk mendapatkan dimensi metering device pupuk dan benih yang tepat untuk disain mesin penanam dan pemupuk serta melihat kendala teknis yang terjadi pada waktu pengujian model. Model metering device pupuk digerakan oleh motor jenis variabel speed seperti terlihat Gambar 25.
.
39
Gambar 25. Pengujian model metering device pupuk Kecepatan putar motor yang digunakan adalah 15, 20, 25, 30, 35 dan 40 rpm. Untuk masing-masing kecepatan dilakukan lima kali pengulangan, massa penjatahan pupuk yang keluar dari model alat penjatah ini ditimbang menggunakan timbangan digital. Massa penjatahan pupuk selama 10 putaran rotor metering device ditimbang dan dikonversi kebesaran volume pupuk. Hal yang sama dilakukan untuk bukaan 50%, 75% dan 100% metering device pupuk. Pupuk yang digunakan dalam pengujian model ini adalah pupuk Urea, TSP dan campuran TSP dengan KCl. Nilai bulk density masing-masing pupuk dapat dilihat pada Tabel 4. Data pengukuran bulk density pupuk seperti Lampiran 10. Tabel 4. Bulk density pupuk Jenis Pupuk Urea KCl TSP TSP+KCl (2:1) TSP+Urea (2 : 1.5) TSP+Urea +KCl(2 : 1.5 : 1) Dengan pertimbangkan mekanisme
Bulk Density (g/cm3) 0.715 0.987 1.130 1.076 0.800 0.863 penggerak atau putaran yang
sederhana, maka dipilih jenis penjatah pupuk tipe silinder berputar (agitator feed) dengan arah putaran searah dengan putaran roda penggerak. Bentuk penjatah pupuk dirancang sedemikian rupa untuk meningkatkan efektifitas penjatahan
40
pupuk dan untuk mengatasi kelengketan dan pengumpulan pupuk. Berdasarkan hasil pengujian model maka ukuran metering device pupuk seperti terlihat pada Gambar 26.
Gambar 26. Disain metering device pupuk Celah penjatah terbuat dari bahan anti karat (pipa stainless steel) diameter 22 mm dengan panjang maksimal sebelum dipasang sekat pengatur 100 mm, tebal 1.5 mm yang dibelah menjadi tiga bagian. Metering device tersebut terdiri dari 6 bagian pipa yang terbelah yang dilaskan ke poros stainless steel diameter 22 mm, panjang 110 mm. Pada bagian center poros dilubangi dengan diameter 12 mm untuk menempatkan poros yang dipasangkan pada dudukan bus pada rangka utama.
Penjatahan pupuk per meter. Dosis pupuk per meter alur merupakan perkalian antara volume pupuk satu putaran silinder penjatah dikalikan massa jenis pupuk dibagi dengan perbandingan jumlah gigi sproket pada metering device dengan jumlah gigi pada roda penggerak dikali dengan jarak lintasan roda penggerak dalam meter, dengan rumus: Ppm =
V1 put × ρ jtr G2 × 100 G1
............................................................................(21)
di mana: Ppm : penjatahan pupuk per meter (g/m) jtr
: jarak tempuh roda penggerak setelah ditambah 5% kemacetan (cm)
V1put : volume pupuk satu putaran (cm3)
ρ
: massa jenis pupuk (g/cm3)
G1
: jumlah gigi sproket pada poros roda penggerak (buah)
41
G2
: jumlah gigi sproket pada poros metering device (buah) Penjatahan pupuk Urea per meter berdasarkan volume pupuk pada
pengujian model metering device pupuk adalah: 19.99 × 0.715 98.96 18 × 100 14 = 11.23 g / m
Ppm = Ppm
Dosis pupuk per hektar. Dosis pupuk (Dp) kg/ha dihitung dengan rumus:
⎛ Ppm ⎞ …………………………………………....... (21) ⎜⎜ ⎟ 1000 ⎟⎠ ⎝ Dp = ⎛ j alur ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 10000 ⎠
di mana: Dp
: dosis pupuk (kg/ha)
Ppm
: penjatahan pupuk per meter (g/m)
1000 : konversi dari g menjadi kg 10000 : konversi dari m2 menjadi hektar /ha Jalur
: jarak puncak guludan atau jarak antar alur (cm)
Dosis pupuk Urea yang direncanakan berdasarkan penjatahan pupuk per meter dari hasil pengujian alat:
⎛ 11.23 ⎞ ⎜ ⎟ 1000 ⎠ Dp = ⎝ ⎛ 0.75 ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ 10000 ⎠ D p = 149.8 kg / ha Adapun data lengkap untuk pupuk yang lainya dapat dilihat pada Lampiran 11. Pembuatan Prototipe Mesin
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan prototipe mesin berdasarkan gambar kerja yang dibuat pada tahap sebelumnya. Pembuatan prototipe dilakukan di bengkel Departemen Teknik Pertanian IPB.
42
Uji fungsional
Uji fungsional dilakukan pada prototipe mesin untuk mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Untuk unit penanam, yang diuji adalah bagian: kotak benih, penjatah benih, penyalur benih, pembuka alur dan mekanisme pengaturnya, penutup alur, mekanisme roda penggerak. Adapun untuk bagian pengolah tanah rotari akan diperiksa kinerja pisau rotari, kegemburan tanah dan bentuk serta ukuran guludan yang dihasilkan. Uji fungsional akan dilakukan di Laboratorium lapangan Departemen Teknik Pertanian, IPB. Pengujian Mesin di Lapangan
Selama aplikasi mesin, dilakukan pengukuran kinerja mesin di lapangan yang meliputi: 1) Pengukuran kapasitas lapangan teoritis (KLT), kapasitas lapangan efektif (KLE), slip roda penggerak metering device dan menghitung efisiensi lapangannya. 2) Pengukuran kinerja penanaman, jumlah benih per lubang, jarak antar benih dalam barisan tanam, dan kedalaman penempatan benih. 3) Pengukuran kinerja pemupukan: takaran pupuk yang diberikan (Urea, TSP, KCl), kedalamam penempatan pupuk, dan tingkat keseragaman penjatahan pupuknya. 4) Pengukuran kinerja mesin pengolah tanah: ukuran dan bentuk guludan, bulk density tanah pada guludan, tahanan penetrasi dan kadar air tanah.
Slip roda penggerak metering device.
Slip roda penggerak diukur
dengan cara mengukur jarak yang ditempuh dalam lima putaran roda penggerak di lapangan saat pengoperasian penanam dan pemupuk kemudian dibandingkan dengan jarak tempuh lima putaran roda penggerak dilahan keras (aspal). Pengukuran dilakukan pada kecepatan maju yang sama dengan 3 kali ulangan. Diukur juga lebar pengolahan, waktu belok, luas lahan yang ditanami sehingga akan didapatkan kapasitas lapangan teoritis dan kapasitas lapangan efektif.
43
Slip roda penggerak dihitung dengan menggunaka rumus: Slip = 1 −
St x 100% ...............................................................................(23) S0
di mana: S0 = jarak tempuh teoritis 5 kali putaran roda St = jarak tempuh 5 kali putaran roda sebenarnya dilapangan.
Kapasitas lapangan teoritis dan kapasitas lapangan efektif. Kapasitas
lapangan teoritis dan kapasitas lapangan efektif diukur dengan cara berikut ini. Pada saat dioperasikan, dicatat waktu mulai kerja, lalu pada saat traktor melintas (di tengah) dilakukan pengukuran kecepatan maju (tiga kali ulangan), dan saat traktor menyelesaikan pekerjaan seluruh petak dicatat waktu selesai. Kecepatan maju traktor (Vt) diukur dengan mengukur waktu tempuh (t15) dalam jarak (antar patok) 15 m. Dengan data tersebut, dapat dihitung KLE, KLT dan efisiensi lapangan sebagai berikut. KLE =
60 × Ll .......................................................................................(24) 10000 × Wk
KLT = 0.36 × J ab × Vt ....................................................................................(25) Vt =
15 ..........................................................................................................(26) t15
El =
KLE × 100.............................................................................................(27) KLT
di mana: KLE
: kapasitas lapangan efektif (ha/jam)
KLT
: kapasitas lapangan teoritis (ha/jam)
Vt
: kecepatan maju (m/s)
Ll
: luas lahan petakan (2.25 m x 15 m = 33.75 m2)
Wk
: waktu kerja yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu petak (menit)
Jab
: jarak antar barisan tanaman (0.75 m)
t15
: waktu tempuh pada jarak 15 m (s)
El
: efisiensi lapangan (%)
44
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengukuran Tenaga Tarik dan Gaya Tarik Rotary Tiller
Pengujian dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian Leuwikopo. Jenis tanah lahan pengujian adalah Latosol Darmaga. Tekstur tanah pada kedalaman sampai 20 cm mempunyai fraksi: 9% pasir, 14% debu dan 77% liat. Berdasarkan klasifikasi tekstur tanah USDA, tekstur tanah dengan fraksi tersebut adalah tekstur liat (clay). Data hasil pengukuran tenaga tarik dan gaya tarik rotary tiller Yanmar TF 105 ML-di disajikan dalam bentuk grafik yang ditunjukkan pada Gambar 27. Pengukuran tenaga tarik dan gaya tarik tersebut pada kecepatan seperti terlihat pada Gambar 28. Adapun data pengukuran secara lengkap ditampilkan pada
1800 508.0
1600
1475.8 1461.7
Gaya Tarik (N)
1400
520 510 500
1695.3 1556.6
490
1200
1145.9
1000
480 470 460 450
479.4
971.3 461.7
800
459.5
600 400
440.8
440
200
430.3
430 420
0 0
10
20
30
40
50
Slip (% ) Gaya Tarik
Tenaga Tarik
Gambar 27. Tenaga tarik dan gaya tarik rotary tiller Kecepatan maju (m/s)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0
10
20
30
40
50
Slip (% )
Gambar 28. Kecepatan rotary tiller pada saat pengujian
Tenaga Tarik (Watt)
Lampiran 12.
45
Dari Gambar 27 terlihat bahwa tenaga tarik rotary tiller berkisar antara 430.3–508.0 Watt (rata-rata 463.2 Watt)
pada kondisi slip di bawah 40 %.
Tenaga tarik rotary tiller maksimal pada kondisi slip roda traksi sebesar 29.9 %. Menurut Sembiring et al. (1991) pada kondisi tanah liat basah tenaga tarik terbesar traktor saat kondisi slip sekitar 35%. Pengujian tenaga tarik rotary tiller ini tidak dilakukan pada slip 35% sehingga besar nilai tenaga terbesar yang terukur pada saat slip sekitar 30% tersebut. Hal ini disebabkan karena beban tarik tidak dapat diberikan secara tepat untuk mendapatkan slip pada range 30-37% (Lampiran 12). Di samping itu pengujian ini dilakukan pada kondisi tanah yang agak basah. Pototipe mesin yang akan digandengkan dengan rotary tiller akan efektif digunakan pada kondisi di bawah slip optimal tersebut. Dari hasil perhitungan teoritis tenaga tarik minimal yang dibutuhkan untuk menarik prototipe sebesar 200.3 Watt pada kecepatan 0.34 m/s. Hal ini berarti tenaga sisa rotary tiller mampu menarik prototipe mesin yang dirancang. Dari hasil perhitungan gaya yang diperlukan untuk furrower yaitu 483.5 N, tahanan gelinding roda penggerak sebesar 18.6 N, gaya pembuka alur pupuk sebesar 22.7 N dan gaya pembuka alur benih 64.5 N. Jumlah gaya
yang
diperlukan untuk menarik prototipe mesin adalah 589.3 N. Dari hasil pengukuran didapatkan gaya tarik rotary tiller rata-rata 1384.4 N. Nilai gaya tarik yang tersedia pada rotary tiller lebih besar dibandingkan dengan gaya tarik
yang
dibutuhkan untuk menarik prototipe mesin. Hal ini juga berarti traktor dengan rotary tiller ini masih bisa menarik mesin yang berfungsi pembuat guludan, penanam dan pemupuk. Kondisi tanah rata-rata pada saat pengukuran gaya tarik disajikan pada Tabel 5, adapun data pengukuran secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 13 dan 14.
46
Tabel 5. Data kondisi tanah pada saat pengukuran gaya tarik Parameter
Nilai pengukuran
Kadar air (%) Kerapatan Isi Tanah (g/cm3 )
37.7 1.125 0-5
Tahanan Penetrasi Tanah (kPa)
1038.2
Kedalaman (cm) 5-10 10-15 1188.7
1790.7
15-20 1743.7
Hasil Pengujian Model Metering Device
Pengujian model dilakukan untuk metering device pupuk dan metering device benih. Tujuan pengujian model adalah untuk mendapatkan dimensi metering device pupuk dan benih yang tepat untuk disain mesin penanam dan pemupuk serta melihat kendala teknis yang terjadi pada waktu pengujian model. Ketepatan Penjatahan Pupuk pada Model Metering Device Pupuk
Pengujian dengan pupuk Urea dan TSP dapat berjalan dengan baik, tetapi untuk pengujian dengan pupuk KCl, KCl dicampur Urea tidak dapat berfungsi karena pupuk tersebut lengket pada metering device. Oleh sebab itu maka untuk pembuatan prototipe mesin direkomendasikan ada dua ruang hopper yaitu untuk pupuk urea dan pupuk TSP yang dicampur dengan KCl. Hasil pengujian penjatahan pupuk Urea ditampilkan pada Gambar 29, (Lampiran 22) yang terlihat bahwa debit keluaran pupuk menurun dengan bertambahnya kecepatan putaran. Hal ini disebabkan oleh metering device yang berputar cepat belum sempat terisi oleh jatuhan pupuk dari hopper. Dari Gambar 29 terlihat bukaan 50% debit keluaran sekitar 8 g/putaran, tetapi untuk bukaan 100% nilai debit berkisar antara 20–24 g/putaran. Antara ketiga jenis bukaan metering device terlihat debit keluaran tidak bertambah secara proporsional. Hal itu disebabkan kelengketan pupuk urea besar pada saat ruang celah penjatah yang sempit. Debit keluaran yang ideal adalah tidak berubah besarnya ketika peningkatan kecepatan putar metering device pupuk
dan
pertambahan debit keluaran pupuk seharusnya proporsional terhadap kenaikan
47
bukaan metering device. Sebagai dasar pembuatan metering device pada prototipe mesin nilai debit yang didekati adalah nilai debit saat bukaan metering device 100%.
Gambar 29. Debit keluaran pupuk Urea Penjatah pupuk TSP terlihat pada Gambar 30, di mana kecendrungan debit keluaran tetap dengan bertambahnya kecepatan putar. Hal ini disebabkan karena bulk density TSP yang cukup besar yang mempermudah terlepasnya pupuk dari metering device dan kelengketan TSP yang kecil sehingga aliran jatuh dari hopper dapat mengimbangi kecepatan putar metering device. Kelengketan pupuk TSP ke metering device sangat kecil, hal itu terlihat pada gambar, bahwa pada bukaan 50% nilai debit keluaran sekitar 12 g/putaran dan pada saat bukaan 100% debit keluaran sekitar 24 g/putaran, adapun data lengkap ditampilkan pada Lampiran 23. Begitu juga untuk bukaan 75% poisisi garis untuk debit keluaran terletak proporsional di antara dua garis bukaan 50% dan 100%.
48
Gambar 30. Debit keluaran pupuk TSP Pupuk KCl tidak mungkin dibuatkan hopper tersendiri karena pupuk tersebut lengket pada metering device, maka campuran yang paling mungkin dilakukan adalah antara KCl dan TSP. Jika KCl dicampur dengan urea maka terjadi kelembaban yang tinggi dan pada akhirnya kondisi pupuk tersebut basah. Pada Gambar 31 terlihat kecenderungan debit keluaran pupuk campuran tetap terhadap pertambahan kecepatan putar (Lampiran 24). Hal ini disebabkan oleh jatuhnya pupuk campuran yang bulk densitynya 1.076 g/cm3 dapat mengimbangi kecepatan putar metering device. Antara masing-masing bukaan debit keluaran pupuk juga tidak proporsional, disebabkan karena kemungkinan kelengketan pupuk KCl pada celah penjatah yang sempit pada bukaan 50% seperti terjadi pada pupuk urea.
Gambar 31. Debit keluaran pupuk campuran TSP dan KCl
49
Hasil pengujian seperti disajikan pada Gambar 29-31 menunjukan konsistensi model metering device yang cukup baik dalam penjatahan pupuk Urea, campuran pupuk TSP dan KCl. Ketepatan penjatahan pupuk dipengaruhi oleh celah penjatah, bukaan ruang penjatah, sikat penahan, kecepatan putar dan guncangan alat saat beroperasi. Ketepatan Penjatahan Benih pada Model Metering Device Benih
Pengujian ketepatan penjatahan benih dilakukan terhadap 2 lempeng penjatah benih, yaitu penjatah benih tipe I dan tipe II dengan kecepatan putar roda penggerak 30 rpm. Persentase pengeluaran benih pada Metering Device (MD) penjatah Tipe I (Lampiran 25) dapat dilihat pada Gambar 32.
Gambar 32. Persentase penjatah benih pada MD tipe I Pada Gambar 32 terlihat jumlah benih yang tidak terambil lebih dari 10 %, sedangkan jumlah benih yang terambil 1 dan 2 benih sekitar 60% serta yang terambil 3 benih sekitar 20%. Adapun jumlah benih yang terambil diharapkan sebanyak 1 sampai 2 butir. Hal ini disebabkan oleh ukuran celah dan ketebalan celah yang belum sesuai dengan ukuran biji jagung yang digunakan. Untuk itu perlu dilakukan pengukuran dimensi jagung rata-rata dan memodifikasi ukuran celah sesuai dengan ukuran tersebut. Ukuran dimensi jagung Hibrida yang digunakan dalam pengujian adalah panjang 11.95 mm, lebar 9.28 mm dan tinggi 4.03 mm. Berdasarkan dimensi tersebut maka dibuat metering device benih tipe II dengan hasil kinerja seperti pada Gambar 33.
50
Gambar 33. Persentase penjatah benih pada MD tipe II Hasil pengujian metering device benih tipe II (Gambar 33) menunjukkan bahwa masih ada benih yang tidak terambil (6.09 %) dan yang terambil 3 butir (10.43 %), adapun data lengkap dapat disajikan pada Lampiran 25. Harapannya, benih masuk terus (terambil) pada celah benih dengan jumlah 1-2 butir, dan tidak ada yang terisi 3 butir. Jumlah yang tidak terambil masih bisa ditolelir karena jumlahnya kurang dari 10 %. Dari dua tipe metering device benih ini yang dipakai pada pengujian prototipe adalah metering device tipe II. Dalam hal ketepatan penjatahan benih, keseragaman ukuran benih sangat menentukan. Konstruksi Prototipe Mesin Hasil Rancangan
Pembuatan prototipe mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi dimulai dari pembuatan gambar teknik dengan bantuan komputer (software Computer Aided Design / CAD), gambar kerja disajikan pada Lampiran 26. Pada saat pembuatan prototipe mesin di bengkel, perlu dilakukan sedikit modifikasi dari gambar hasil rancangan untuk memudahkan pengerjaan dan mengoptimalkan fungsional masing-masing bagian. Prototipe hasil rancangan dapat dilihat pada Gambar 34.
51
14
13
8
9
12
15 16 17
1
2
3 4 5 6
7
10
11 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Keterangan gambar: 1. Roda penggerak 2. Rangka roda penggerak 3. Hopper pupuk 4. Saluran pengeluaran pupuk 5. Pembuka alur pupuk 6. Roda transportasi 7. Roda bantu furrower 8. Furrower
Rangka furrower Tambahan pisau rotari Tambahan As Roda Titik gandeng Rangka utama penggandeng Hopper benih Saluran pengeluaran benih Pegas penekan roda penggerak Rantai
Gambar 34. Prototipe mesin hasil rancangan Modifikasi Poros Roda Depan dan Modifikasi Rotari
Pengujian awal dari kinerja pembuatan guludan didapatkan jarak antar puncak guludan rata-rata 66.6 cm seperti terlihat pada Tabel 6. Tabel 6. Pengujian pendahuluan pembentukan guludan Lokasi pengukuran 1 2 3 4 5 Rata-rata
Tinggi guludan
Jarak antar puncak guludan
(cm) 20 22 20 19 19 20
(cm) 68 67 66 65 67 66.6
52
Jarak antar puncak yang diharapkan adalah 75 cm. Untuk mendapatkan jarak yang diharapkan maka jarak antar roda ditambah 10 cm dengan menambah panjang poros roda seperti Gambar 35.
Gambar 35. Tambahan poros roda depan Agar diperoleh lebar pengolahan tanah dengan rotari 75 cm, maka dilakukan perpanjangan poros rotari dan pegangan pisau rotarinya masing-masing satu pisau di ujung kiri dan ujung kanan (Gambar 36). Dengan penambahan dua pisau rotari tersebut, maka jumlah pisau keseluruhan menjadi 20 buah. Di samping itu untuk mengarahkan lemparan tanah ke arah dalam maka susunan pisau rotari diarahkan ke dalam, sehingga lebih memudahkan kerja furrower dalam membuat guludan.
Gambar 36. Modifikasi rotari Modifikasi I Furrower
Pada pengujian awal furrower yang didisain, permasalahan yang terjadi adalah penumpukan tanah di depan furrower. Hal ini disebabkan oleh volume tanah yang dibutuhkan dalam pembentukan guludan lebih kecil dibandingkan dengan volume tanah yang dipindahkan oleh furrower. Untuk itu singkal furrower
53
perlu dilakukan pemotongan 3 cm pada bagian ujung atas dan titik terluar pada bagian bawah singkal seperti terlihat pada Gambar 37.
a)
b)
Gambar 37. Modifikasi I furrower, a) rencana modifikasi, b)setelah modifikasi Modifikasi II Furrower
Pembentukan guludan setelah modifikasi I furrower sudah cukup baik, namun pada pengujian tersebut, penyalur pupuk dan benih belum dipasang. Ketika penyalur benih dipasang, maka aliran tanah terhambat dan menumpuk di depan singkal furrower. Di samping itu roda penggerak yang terletak di belakang furrower tidak dapat berputar karena aliran tanah tidak menyentuh permukaan roda penggerak. Untuk mengatasi masalah tersebut perlu dilakukan modifikasi furrower yang kedua. Modifikasi furrower yang kedua dilakukan dengan cara memotong 3 cm sisi vertikal singkal pada ujung bagian dalam (Gambar 38). Tujuannya adalah untuk memudahkan aliran tanah setelah terhambat oleh slang penyalur benih.
a)
b)
Gambar 38. Modifikasi II furrower, a) rencana modifikasi, b) setelah modifikasi
54
Roda Penggerak MD dan Sistem Transmisi
Secara fungsional roda penggerak dapat berputar secara kontinu, tetapi perputarannya lebih lambat dari yang seharusnya atau terjadi sliding pada roda penggerak. Untuk meningkatkan gesekan permukaan roda penggerak dan permukaan tanah pada puncak guludan, maka dibuat 6 pasang sirip seperti terlihat pada Gambar 39.
Gambar 39. Roda penggerak dan sistem transmisi Penyebab terjadinya sliding pada roda penggerak tersebut karena beban gesekan pada metering device benih dan pupuk. Gesekan yang paling besar terjadi pada metering device pupuk terutama terhadap pupuk TSP yang ukuran dimensinya lebih besar dan cukup keras. Untuk mengatasi hal ini dibuat sikat yang bisa diatur kedalamannya yang diharapkan bisa mengurangi gesekan pupuk dengan metering device tersebut. Untuk meneruskan gerakan dari roda penggerak ke metering device digunakan rantai dan sproket sepeda sebagai sistem transmisi. Dari poros utama metering device ke poros metering device benih digunakan bevel gear dengan jumlah gigi yang sama yaitu 14 buah, karena kecepatan putaran yang direncanakan sama dengan kecepatan putar metering device utama atau poros metering device pupuk. Hopper Benih dan Saluran Benih
Hopper benih (Gambar 40) dibuat dengan sudut kemiringan sebesar 420, di mana sudut tersebut lebih besar dari sudut curah jagung dengan kadar air 28 %
55
sebesar 36.40, sehingga diharapkan benih yang keluar dari metering device dapat jatuh sesuai dengan yang diharapkan. Kapasitas hopper benih adalah 2700 g. Dalam pemasangan slang pengeluaran benih, hal yang perlu diperhatikan adalah posisi belokan tidak boleh terlalu tajam. Hal tersebut akan memperbesar gesekan benih dengan dinding slang sehingga terjadi keterlambatan waktu jatuh benih ke dalam tanah yang pada akhirnya mempengaruhi jarak tanam. Untuk itu pada belokan slang dibuat penyangga yang berbentuk cincin atau lingkaran sesuai dengan ukuran slang penyalur benih.
Gambar 40. Hopper benih dan slang pengeluran Metering Device Benih
Metering device benih yang didisain harus mudah dibuka dan dipasang. Tujuannya adalah untuk memudahkan penggantian metering device sesuai dengan jarak tanam yang diinginkan. Gesekan permukaan bawah metering device dengan dudukan hopper dikurangi dengan memasang ring tipis di bawah metering device. Gesekan yang timbul akan berpengaruh terhadap kinerja alat secara umum, karena akan menimbulkan kemacetan roda penggerak dan menambah jarak tanam benih. Metering device benih yang dipakai dalam pengujian di lapangan adalah tipe II (Gambar 41 b).
56
b
a
Gambar 41. Metering device benih, a) Tipe I, b) Tipe II Hopper dan Metering Device Pupuk
Bagian unit pemupuk yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 42. Kapasitas hopper pupuk yang dirancang sebesar 4018 g dengan rincian untuk pupuk Urea 1244 g dan TSP dicampur KCl sebanyak 2774 g. Ukuran tinggi hopper pupuk disesuaikan dengan ketinggian stang traktor dan kemudahan dalam menutup dan membuka hopper.
a)
b)
c)
Gambar 42. Bagian alat pemupuk a) metering device pupuk, b) hopper, c) saluran pengeluaran pupuk Hopper pupuk dibuat
dengan sudut kemiringan 450. Besar sudut
kemiringan tersebut dibuat lebih besar dari sudut curah pupuk yang digunakan. Dari hasil pengujian sudut curah pupuk yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 7. Data pengujian sudut curah secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 9 Tabel 7. Sudut curah pupuk Pupuk
Sudut curah(o)
Urea TSP KCl TSP : KCl (2:1) TSP:Urea (2:1.5) TSP:Urea: KCl(2:1.5:1)
36.49 30.48 41.82 33.69 36.64 39.00
57
Kecepatan putar metering device pupuk sama dengan kecepatan putar sproket yang dipasang pada poros utama metering device, arah putaran metering device searah dengan jarum jam. Permasalahan yang terjadi waktu pengujian adalah gesekan pupuk dengan metering device. Hal tersebut dikurangi dengan cara memasang sikat terbuat dari karet ban pada posisi titik A, kemudian melakukan modifikasi dengan cara memindahkan posisi sikat yang sebelumnya pada titik A ke titik A’(posisi vertikal di atas poros metering device). Posisi sikat setelah dimodifikasi tersebut akan menyebabkan kurangnya gesekan pupuk dengan sikat karena pupuk tidak terlalu dipaksakan jatuh melewati sikat, sebaliknya sebelum dimodifikasi pupuk akan dipaksakan melewati sikat akibat pengaruh gravitasi dan akibat tekanan dari pupuk yang ada di atasnya (Gambar 43).
a)
b)
Gambar 43. Posisi sikat a) sebelum modifikasi, b) setelah modifikasi Roda Bantu Furrower
Roda bantu seperiti Gambar 44 didisain dapat dinaikkan sejauh 3 cm dan diturunkan sejauh 1 cm, dengan tujuan mengatur ketinggian guludan dan kestabilan posisi furrower. Pada operasi di lapangan terjadi kelengketan tanah pada permukaan roda, sehingga roda tidak berputar dengan sempurna. Untuk itu dilaskan plat strip untuk membersihkan permukaan roda bantu dari tanah yang lengket.
Gambar 44. Roda bantu furrower
58
Hasil Pengujian Kinerja di Lapangan
Pengujian prototipe mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi untuk budidaya jagung dilakukan pada lahan yang telah diolah. Kondisi tanah diukur sebelum dan sesudah dilakukan pengujian kinerja prototipe mesin. Pengujian kinerja tersebut meliputi ketepatan jarak tanam benih, jarak antara benih dan alur pupuk, jumlah benih tiap lubang, penjatahan pupuk, kedalaman tanam benih, kemacetan roda penggerak dan kapasitas lapangan. Hasil Pengukuran Kondisi Tanah
Pengamatan kondisi tanah rata-rata pada saat pengujian prototipe mesin di lapangan seperti disajikan pada Tabel 8, adapun data pengukuran secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 15, 16 dan 17. Tabel 8 menunjukan bahwa secara umum terjadi penurunan kadar air tanah, tahanan penetrasi tanah antara sebelum penanaman atau sebelum pembuatan guludan dan sesudah pembuatan guludan. Pada kedalaman 0–10 cm tahanan penetrasi tanah kurang dari 600 kPa, kondisi ini sesuai dengan kondisi yang diharapkan untuk penanaman palawija. Pada lahan dengan tahanan penetrasi yang sesuai, akar akan lebih mudah menembus tanah sehingga meningkatkan kemampuan tumbuh tanaman.
Tabel 8. Data kondisi tanah pada saat uji kinerja prototipe mesin Parameter Kadar air (%) Kerapatan Isi Tanah (g/cm3 ) 0-5 Tahanan Penetrasi Tanah (kPa)
238.7
Sebelum penanaman
Setelah penanaman di guludan
26.77
21.79
0.949
0.991
Kedalaman (cm) 5-10 10-15
15-20
0-5
803.1
1790.7
154.1
1913.0
Kedalaman (cm) 5-10 10-15
15-20
182.3
1160.5
709.0
59
Hasil Pembentukan Guludan
Hasil dari pembentukan guludan setelah dilakukan modifikasi II furower dapat dilihat pada Gambar 45. Roda penggerak yang ada di belakang furrower sudah dapat berputar secara kontinyu karena tanah yang keluar dari belakang furrower dapat diarahkan menuju permukaan roda penggerak.
Gambar 45. Guludan hasil modifikasi furrower yang ke-dua Pada Gambar 45 terlihat hasil dari pembentukan guludan setelah dilakukan modifikasi II furower cukup baik (Tabel 9) tetapi masih belum sesuai dengan kriteria yang diharapkan, yaitu tinggi guludan 20 cm dan jarak antar puncak guludan 75 cm. Perbedaan ketinggian guludan 1.1 cm dan jarak antar puncak guludan 1.4 cm. Jarak antar-guludan masih bervariasi, yang disebabkan oleh keterampilan operator dalam pengendalian arah kelurusan jalan traktor yang masih kurang. Ketinggian guludan kurang dari rencana disebabkan karena terjadi pemadatan oleh lintasan roda penggerak metering device. Tabel 9. Ukuran guludan yang dihasilkan furrower hasil modifikasi Lokasi pengukuran 1 2 3 4 5 Ratarata
Tinggi guludan (cm) 16 18 21 20 19.5
Lebar bawah guludan (cm) 64 65 67 69 69
Lebar atas guludan (cm) 18 22 16 17 16
Jarak antar puncak guludan (cm) 77 76 71 74 70
18.9
66.8
17.8
73.6
60
Selanjutnya disarankan agar pada waktu penanaman benih, operator harus membuat acuan sebagai penanda posisi kelurusan roda traktor, sehingga guludan yang terbentuk lurus dan dengan jarak antar guludan yang tepat. Kinerja Unit Penanam dan Pemupuk Jarak tanam benih. Jarak tanam yang dihasilkan prototipe mesin pada
penanaman di lahan adalah 19 cm sampai dengan 28.5 cm dengan jarak tanam rata-rata 23.67 cm dan jarak tanam antar alur sesuai dengan jarak antar puncak guludan rata-rata 73.6 cm. Data lengkap mengenai jarak tanam dalam satu alur dapat dilihat pada Lampiran 18 . Ketidakseragaman jarak tanam di lahan disebabkan oleh kemacetan roda penggerak metering device (38.06%), keadaan lahan yang tidak rata dan kecepatan putar roda penggerak tidak merata karena terganggu oleh bongkahan tanah yang cukup besar pada permukaan roda penggerak. Jumlah benih tiap lubang. Pada pengujian prototipe di lapangan, jumlah
benih pada tiap lubang berkisar antara 1 sampai 2 benih dengan rata-rata 1.13 butir benih. Data mengenai jumlah benih yang ke luar dapat dilihat pada Lampiran 18. Jumlah benih yang ke luar dipengaruhi oleh ukuran benih, kecepatan maju alat, kemacetan roda penggerak dan gesekan pada metering device. Benih dengan ukuran besar akan masuk celah penjatah dalam jumlah sedikit, sebaliknya benih yang ukurannya kecil dengan jumlah yang lebih banyak. Kecepatan maju traktor yang tinggi mengakibatkan benih yang masuk ke celah metering device sedikit dan sebaliknya jika kecepatan maju alat rendah, maka benih yang masuk ke celah penjatah benih semakin banyak. Kemacetan roda penggerak dan metering device menyebabkan benih tidak jatuh atau terlambat jatuh sehingga benih jatuh di tempat yang lebih maju. Jarak antara benih dan pupuk. Jarak horizontal antara benih dan alur
pupuk yang dihasilkan saat bekerja di lahan berkisar antara 10 cm sampai 13 cm dengan jarak rata-rata 11.33 cm (Lampiran 18). Jarak antara alur pupuk dan benih yang diharapkan adalah 10 cm. Perbedaan antara jarak ini disebabkan oleh pengaruh aliran tanah oleh furrower yang terletak di depan saluran pupuk.
61
Kedalaman tanam benih dan pupuk. Berdasarkan data
hasil
pengukuran yang disajikan pada Lampiran 18 kedalaman tanam benih yang dihasilkan adalah berkisar antara 6 cm sampai 8 cm. Kedalaman tanam benih yang diharapkan adalah 5 cm dan kedalaman pupuk yang diharapkan 7 cm sampai 10 cm. Walaupun kedalaman benih lebih dari yang diharapkan, kemampuan germinasi benih jagung hasil penanaman dengan prototipe mesin cukup baik (sekitar 95% tumbuh) disebabkan karena kondisi tanah yang cukup lembab pada saat penanaman. Pada pengujian ini pengukuran kedalaman pupuk terkendala oleh aliran tanah oleh furrower sehingga sulit menentukan kedalaman pupuk secara pasti. Hasil kegiatan penanaman dengan mesin ini menunjukkan tanaman jagung yang cukup baik seperti diperlihatkan pada foto di Gambar 46. Tanaman jagung per rumpun terdiri dari satu dan dua tanaman, dengan jarak antar tanaman 19-28.5 cm. Jarak tanam yang diharapkan adalah 20 cm, perbedaan jarak tanam yang diharapkan dengan hasil uji di lapangan adalah kemacetan roda penggerak metering device sehingga benih tidak jatuh pada posisi yang seharusnya.
Gambar 46. Tanaman jagung hasil penanaman dengan prototipe mesin Kedalaman penempatan benih yang tidak merata disebabkan oleh: 1) permukaan tanah yang tidak rata, 2) pengaruh aliran tanah dalam pembentukan guludan oleh furrower, dan 3) ketidakstabilan operator dalam mengoperasikan alat (mengangkat/menurunkan). Kemacetan roda penggerak (sliding). Kemacetan roda penggerak pada
pengujian di lahan rata-rata 38.06 %, dengan data lengkap disajikan pada Lampiran 19. Kemacetan roda penggerak disebabkan oleh gesekan yang terjadi
62
pada pupuk dengan metering device pupuk dan benih dengan metering device nya. Kemacetan roda ini sudah dikurangi dengan cara merubah posisi penjatuhan pupuk seperti dijelaskan pada bagian konstruksi alat pemupuk. Di samping itu kemacetan tersebut disebabkan oleh
karena kurangnya gaya gesek antara
permukaan roda penggerak dengan perumukaan tanah yang gembur pada puncak guludan, serta gesekan pada sistem transmisi metering device. Besarnya kemacetan roda penggerak yang terjadi mengakibatkan jarak tanam yang dihasilkan akan bertambah besar. Hal ini bisa terlihat pada data jarak tanam benih sampai 28.5 cm. Dosis pupuk. Dosis pupuk yang dikeluarkan penjatah pupuk di lahan
yaitu Urea = 7.69 g/m alur, TSP = 10.26 g/m alur dan KCl = 5.13 g/m alur seperti ditunjukkan pada Gambar 46. Dengan penjatahan tersebut maka dosis pemupukan yang dihasilkan per hektarnya adalah sebesar 102.53 kg/ha Urea, 136.80 kg/ha TSP dan 68.40 kg/ha KCl. Besarnya nilai dosis ini masih berada dalam range dosis yang diharapkan berturut-turut 100-150 kg/ha Urea, 100-200 kg/ha TSP dan 50-100 kg/ha KCl.
Debit keluaran pupuk (g/m)
12 10 8 6 4 2 0 Urea
TSP
KCl
Jenis Pupuk
Gambar 47. Dosis pengeluaran pupuk di lahan Perbandingan antar dosis pupuk yang dihasilkan dengan dosis yang diharapkan dapat dilihat pada Gambar 47. Terlihat dosis yang diharapkan tidak sesuai dengan perhitungan teoritis, di mana Urea = 11.45 g/m alur, TSP = 15.16 g/m dan KCl = 8.54 g/m alur. Secara umum dosis ketiga jenis pupuk pada pengujian di lapangan besarnya lebih rendah dibandingkan dengan dosis teoritis dan dosis pada model alat yang diuji pada skala laboratorium. Data lengkap dapat dilihat pada Lampiran 11.
63
Penyebab perbedaan dosis itu adalah karena kemacetan roda penggerak pada pengujian prototipe mesin di lapangan. Kemacetan roda mengakibatkan celah penjatah pupuk tidak berputar dan pupuk tidak mengalir jatuh ke saluran pupuk secara kontinyu. Ketika roda macet jarak tempuh pada alur tersebut tetap bertambah dan dalam perhitungan dosis prototipe di lapangan, massa pupuk dibagi dengan jarak dalam meter alur yang ditempuh, sehingga nilai dosis yang
Debit keluaran pupuk (g/m)
didapatkan menjadi kecil. 16 14 12 10
Prototipe
8 6 4
Model alat Perhitungan teoritis
2 0 Urea
TSP
KCl
Jenis Pupuk
Gambar 48. Perbandingan dosis pengeluaran pupuk pada prototipe, model dan perhitungan teoritis Kapasitas Lapangan Teoritis dan Efektif
Kapasitas lapangan teoritis prototipe mesin tanam dan pemupuk jagung adalah
1295.45 m2/jam (0.13 ha/jam). Kapasitas lapangan efektif
prototipe
2
adalah 1105.15 m /jam (0.11 ha/jam) dan efisiensi 85.31 % pada kecepatan maju rata-rata 0.48 m/s (Lampiran 20). Slip roda traktor yang terjadi pada saat pengujian prototipe mesin di lahan rata-rata 2.25 % (Lampiran 20). Besar nilai slip ini masih relatif kecil dan menunjukkan tenaga tarik traktor ini mampu menarik beban prototipe mesin dengan efektif. Kapasitas lapangan dan efisiensi alat dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kecepatan maju alat, di mana kecepatan prototipe mesin saat ini 0.48 m/s dapat ditingkatkan sampai maksimal 0.68 m/s (sekitar dua kali kecepatan pada saat pengukuran tenaga tarik sisa). Hal ini disebabkan oleh karena hasil perhitungan daya yang tersisa masih memungkinkan untuk menarik prototipe
64
mesin ini dengan kecepatan maksimal tersebut. Di samping itu untuk meningkatkan efisiensi alat dengan menyiapkan lahan yang bebas dari gulma atau sesuatu yang dapat menghalangi roda penggerak metering device. Cara pengoperasian prototipe mesin di lapangan relatif sama dengan mengoperasikan rotary tiller, hanya saja posisi kaki operator saat mengoperasikan traktor tidak boleh menginjak guludan. Operator bisa mengendalikan traktor pada posisi kaki menginjak cekungan sebelah kiri dan kanan alur guludan, atau posisi kedua kaki pada cekungan alur guludan yang sama tetapi pengendalian traktor hanya dilakukan pada satu tangkai kendali saja. Di antara dua posisi operator ini yang lebih ergonomik adalah posisi yang pertama, karena pengendalian kelurusan maju traktor lebih mudah. Pada posisi yang kedua operator agak susah mengatur kelurusan maju karena salah satu kopling terletak agak jauh dari jangkauan tangan operator. Permasalahan yang terjadi saat pengoperasian adalah pada saat berbelok, operator harus menggangkat unit terintegrasi tersebut dengan massa tambahan prototipe mesin sekitar 54.5 kg dengan pupuk dan benih terisi penuh. Oleh sebab itu untuk pengembangan prototipe mesin selanjutnya disarankan agar konstruksi rangka utama dan material yang digunakan harus seefisien mungkin sehingga dapat mengurangi bobot konstruksi yang dirancang.
65
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
1. Prototipe mesin pengolahan tanah, penanam dan pemupuk untuk budidaya jagung telah dirancang dan dibuat. Prototipe mesin ini dapat bekerja dengan baik sesuai dengan rancangan fungsional. 2. Bagian furrower dapat membuat guludan dengan dimensi lebar bawah 66.8 cm, lebar atas 17.8 cm, ketinggian 18.9 cm dan jarak antar puncak guludan 73.6 cm. 3. Dosis pupuk yang dikeluarkan prototipe mesin di lapangan adalah 102.53 kg/ha Urea, 136.80 kg/ha TSP dan 68.40 kg/ha KCl. 4. Jumlah benih per lubang tanam 1-2 benih, rata-rata jarak tanam benih dalam satu alur 23.67 cm dan kedalaman benih 6.97 cm. 5. Kapasitas lapangan teoritis 0.129 ha/jam, kapasitas lapangan efektif 0.110 ha/jam, efisiensi 85.31 % dan kecepatan maju prototipe mesin 0.48 m/s. Saran
1. Untuk memanfaatkan penempatan ruang yang optimal di atas dek rotari, hopper benih dipindahkan pada posisi tengah. Di sebelah posisi kiri ditempatakan hopper pupuk urea dan di sebelah kanan ditempatkan hopper campuran pupuk TSP dan KCl. 2. Pengarah tanah ke roda penggerak dapat dibuat menyatu dengan furrower dan perubahan sudut mata pisau furower lebih kecil dari 450 untuk memudahkan aliran tanah ke belakang furrower. 3. Pengujian kinerja prototipe mesin dilakukan pada lahan yang belum dilakukan pengolahan tanah sebelumnya.
66
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2005. Inovasi Balitsereal. Sehari Tanam Sehektar Jagung. Lampung Post, edisi Selasa, 25 Oktober 2005. Bainer, R, R.A. Kepner, and E.I Barger. 1955. Principles of Farm Machinery. John Wiley and Sons, Inc, New York. Bainer, R.A. 1960. Principles of Farm Machinery. John Wiley and Sons, Inc, New York Biro Pusat Statistik. 2005. Produksi Padi, Jagung dan Kedelai Indonesia. BPS, Jakarta. Biro Pusat Statistik. 2008. Produksi Padi, Jagung dan Kedelai Indonesia. BPS, Jakarta. Boers, A. 2003. Ridgers. www.aenf.wageningen-ur.n/equip/ridger.html, 10 juni 2003 Gill, W.R. and Berg, G.E.V. 1967. Soil Dynamics in Tillage and Traction. United States Department of Agriculture. Goering, C.E and Hansen, A.C. 2004. Engine and Tractor Power. American Society of Agricultural Engineers. USA Hendriadi, A., I.U. Firmansyah, dan M. Aqil. 2008. Teknologi Mekanisasi Budi Daya Jagung. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Jakarta. Hermawan, W. 1985. Disain dan Uji Teknis Alat Penanam dan Pemupuk Tipe Dorong Sumber Tenaga Manusia. Skripsi. Jurusan Mekanisasi Pertanian, IPB, Bogor. Hermawan, W., Radite PAS, S. Herodian, I. N. Suastawa, Desrial. 2004. Disain dan Pengujian Alat Pemupuk Tenaga Tarik Hewan. Laporan Akhir Kerjasama antara PT Rajawali Nusantara Indonesia dengan Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Bogor. McKyes, E. 1985. Soil Cutting and Tillage. Department of Agricultural Engineering McDonald College of McGill University.Canada. Oisat. 2001. Soil Tillage (www.oisat.org/control_methods). p. 1-2. Panggabean, T. 2008. Disain Mesin Pemindahan Bahan Pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-store Dryer (ISD) Terintegrasi untuk Biji Jagung. Tesis. Sekolah Pascasarjana IPB, Bogor. Pitoyo, J, dan N. Sulistyosari. 2006. Alat Penanam Jagung dan Kedelai (seeder) untuk Permukaan Bergelombang. Prosising Seminar Mekanisasi Pertanian. Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Bogor. P. 75-81. Pitoyo, Joko; Sulistyosari, Novi; Purwanto, C. Yusup; Muhamad. 2007. Pengembangan Alsin Penanam Benih dan Pemupuk Jagung dan Kedelai Skala Besar (2006). Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian.
67
Radite. P.A. Setiawan. 1984. Rancangan dan Uji Coba Mesin Penanam Stek Sinkong (Casava Planter) Tenaga Tarik Traktor. Skripsi. Jurusan Mekanisasi Pertanian, Fateta, IPB, Bogor. Radite, P.A. Setiawan, W. Hermawan dan A. Suebagijo. 2008 Disain dan Pengujian Roda Besi Lahan Kering Untuk Traktor 2-roda (Design and Testing of Upland Iron Wheel for Hand Tracktor. Prosiding Seminar Nasional PERTETA, Yogyakarta 18-19 November 2008. Richey, C. B., P. Jacobuson, and C. W. Hall. 1961. Agricultural Engineer’s Hand Book. Mc Graw Hill Book Co. New York. Sakai, J. et al., 1998. Traktor 2 Roda. Laboratorium AMBP. Jurusan Teknik Pertanian, Fateta, IPB, Bogor. Sembiring, E. N., I. N. Suastawa, Desrial . 1991. Sumber Tenaga Tarik di Bidang Budidaya Pertanian, JICA, IPB, Bogor. Sembiring, E. N., W. Hermawan, I. N. Suastawa, Radite PAS. 2000. Rancang Bangun Alat Tanam dan Pemupuk Kedelai. Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanaian, Departemen Teknik Pertanian, IPB Bogor. Singer, F. L. Andrew Pytel dan Darwin Sebayang. 1995. Kekuatan Bahan. PT Erlangga. Jakarta. Smith, H.P dan H.W. Lambert. 1990. Mesin dan Peralatan Usaha Tani, Gajah Mada University Press, Yogyakarta. Suryana, A., Suyamto, Zubachtirodin, M. S. Pabbage, dan S. Saenong. 2007. Jagung. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Jakarta. Sumaryanto, H. 1991. Disain dan Uji Teknis Alat Penanam dan Pemupuk Jagung dengan Tenaga Tarik Traktor Tangan. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor, Bogor. Virawan, G. 1989. Disain dan Uji Teknis Alat Penanam dan Pemupuk dengan Tenaga Tarik Traktor Tangan. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor, Bogor.
68
LAMPIRAN
