DESAIN MESIN PENANAM KEDELAI DENGAN PENGOLAHAN TANAH ALUR
ELGY MUHAMMAD RIZQYA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Mesin Penanam Kedelai dengan Pengolahan Tanah Alur adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juli 2014 Elgy Muhammad Rizqya NIM F14100142
ABSTRAK ELGY MUHAMMAD RIZQYA. Desain Mesin Penanam Kedelai dengan Pengolahan Tanah Alur. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN. Upaya peningkatan produksi dan produktivitas kedelai di Indonesia dapat dilakukan di antaranya melalui mekanisasi dalam pengolahan tanah dan penanaman kedelai. Efisiensi tenaga dalam kegiatan pengolahan tanah dan penanaman dapat ditingkatkan dengan mengintegrasikan pngolahan tanah dalam alur dan penanaman benih. Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain mesin penanam kedelai terintegrasi dengan pengolahan tanah alur menggunakan tenaga gerak traktor beroda-2. Penelitian ini dimulai dari proses perancangan, pabrikasi prototipe, sampai dengan pengujian kinerja prototipe. Sebuah traktor tangan yang dilengkapi unit pengolah tanah rotari digunakan sebagai sumber tenaga dan pengolahan tanah dua alur, dengan mengatur posisi dan jumlah pisau rotari yang digunakan. Dua unit penanam benih kedelai dengan penjatah tipe piringan bercelah dan digerakkan oleh sebuah roda bantu didesain untuk menanamkan benih kedelai pada jarak tanam 20 cm dan jarak antar alur 40 cm. Hasil pengujian kinerja menunjukkan bahwa pengolahan tanah alur dan penanaman benih sudah cukup baik. Benih yang tertanam berjumlah satu atau dua benih per lubang, pada jarak tanam 18-23 cm, kedalaman tanam benih 3.5-5 cm, dan jarak antar alur 35-43 cm. Pada kecepatan maju 0.341 m/s, kapasitas lapangan efektif dari prototipe mesin penanam rata-rata 781.48 m2/jam, kapasitas lapangan teoritisnya 920.10 m2/jam, dan efisiensi lapangan 84.93%. Kata kunci: mesin penanam, pengolahan tanah alur, kedelai, traktor beroda-2, desain.
ABSTRACT ELGY MUHAMMAD RIZQYA. Design of Soybean Seeder with Strip Tillage. Supervised by WAWAN HERMAWAN. Efforts to increase the production and productivity of soybean in Indonesia can be conducted through mechanization in the soil preparation and seed planting. Energy efficiency in tillage and planting activities can be improved by integrating strip tillage and seed planting in one pass. The purpose of this research was to design an integrated tillage and soybean planting machine powered by a two-wheel tractor. The research activities were including the design process, prototype fabrication, and performance test of the prototype. A hand tractor equipped by a rotary tiller was used as a power source and performed two strips of soil tilling, by adjusting the position and number of rotary blades. Two units of seed planter equipped with a disc type metering device were designed to drill the soybean seeds in two rows. The metering devices were rotated by an auxiliary wheel. The seed spacing was designed to be 20 cm and distance between rows to be 40 cm. The performance test results showed that the prototipe could perform strip tillage and seed planting properly. The seeds were placed in the row by 1-2 seeds per hole, 18-23 cm seed spacing, and 35-43 cm rows spacing. In the average forward speed of 0.341 m/s, the average field effective capacity was 781.48 m2/hour, the theoritical field capacity was 920.10 m2/hour, and the field efficiency was 84.93%. Key words: planting machine, strip tillage, soybean, integration, machine, two-wheel tractor, design.
DESAIN MESIN PENANAM KEDELAI DENGAN PENGOLAHAN TANAH ALUR
ELGY MUHAMMAD RIZQYA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Desain Mesin Penanam Kedelai dengan Pengolahan Tanah Alur Nama : Elgy Muhammad Rizqya NIM : F14100142
Disetujui oleh
Dr Ir Wawan Hermawan, MS Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian berjudul “Desain Mesin Penanam Kedelai dengan Pengolahan Tanah Alur” ini telah dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 dan selesai pada bulan Juni 2014. Terima kasih penulis ucapkan yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan dukungan, arahan, dan bimbingan selama penelitian dan pembuatan skripsi. Rasa terima kasih penulis sampaikan kepada para dosen penguji yang juga memberikan saran-saran manfaat untuk sempurnanya tulisan ini, yaitu Dr. Ir. Lenny Saulia M.Si dan Dr. Ir. Mohamad Solahudin M.Si. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada orang tua, serta seluruh keluarga penulis atas segala doa dan kasih sayangnya. Selain itu, penulis sampaikan terima kasih kepada Adhika Rozi A, Yahya Al Mahdi, Fika Rahimah, Candra Viki A, Oldga Agusta D, Deny Saputro, Febri A. Sigiro, Husen, dan semua rekan-rekan Teknik Mesin dan Biosistem (TMB 47) yang namanya tidak bisa disebutkan satu-satu. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2014 Elgy Muhammad Rizqya
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
3
TINJAUAN PUSTAKA
3
Budidaya Kedelai
3
Mesin Penanam Benih
4
Penjatah Benih (Metering device)
7
Transmisi Daya Flexible Shaft
8
METODOLOGI
9
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
9
Alat dan Bahan
9
Tahapan Penelitian
10
Metode Pengujian Kinerja
12
ANALISIS RANCANGAN
13
Kriteria Perancangan
13
Rancangan Fungsional
14
Analisis Rancangan Struktural
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
27
Konstruksi Prototipe Mesin Penanam Kedelai
27
Kinerja Prototipe Mesin Penanam Kedelai
32
SIMPULAN DAN SARAN
37
Simpulan
37
Saran
38
DAFTAR PUSTAKA
38
LAMPIRAN
39
RIWAYAT HIDUP
66
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5
Umur panen, hasil, dan sifat lain dari beberapa varietas unggul kedelai Rancangan fungsional Perbandingan nc dengan dr Data kondisi tanah saat pengujian model prototipe mesin Data pengukuran slip roda traktor
4 14 23 34 37
DAFTAR GAMBAR 1 Perkembangan produksi kedelai 2010-2013 (BPS 2014) 2 Mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 (Hermawan et al. 2009) 3 Mesin tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) 4 Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) 5 Proses penempatan benih (Srivastava et al. 1996) 6 Bagian-bagian mesin penanam (Hermawan 2011) 7 Mesin tanam presisi dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) 8 Konsep penjatah benih piringan bercelah miring (Srivastava et al. 1996) 9 Tiga macam posisi lempeng penjatah benih (a) vertikal (b) miring (c) datar (Kepner et al. 1978) 10 Traktor tangan Yanmar tipe YZC-L 11 Diagram alir tahapan penelitian 12 Model rancangan piringan penjatah 13 Rancangan pembuka alur 14 Hasil bukaan alur 15 Mekanisme putaran piringan penjatah 16 Mekanisme penguncian flexible shaft pada poros 17 Benih kedelai yang berada di atas piringan penjatah 18 Benih kedelai yang berada pada celah benih di piringan penjatah 19 Konstruksi prototipe mesin penanam benih kedelai 20 Rancangan (atas) dan prototipe (bawah) rangka utama 21 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) metering device 22 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) penahan bearing 23 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) pembuka alur 24 Rancangan (atas) dan prototipe (bawah) rangka roda 25 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda 26 Penambahan sikat pada bagian atas piringan penjatah 27 Lubang keluaran benih sebelum (kiri) dan sesudah modifikasi (kanan) 28 Pisau rotary sebelum (kiri) dan sesudah (kanan) modifikasi 29 Penambahan tutup pada bagian belakang rotary 30 Prototipe piringan penjatah 31 Persentase benih jatuh pada pengujian di laboratorium 32 Pengukuran jarak tanam (kiri) dan kedalaman tanam (kanan) 33 Tanaman kedelai hasil penanaman
1 2 5 5 6 6 7 7 8 10 10 18 19 19 23 24 24 26 28 28 29 29 30 30 31 31 32 32 32 33 34 36 36
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Spesifikasi traktor roda-2 yang digunakan Pengukuran sudut curah (angle of repose) benih kedelai Dimensi benih kedelai Perhitungan draft spesifik tanah berdasarkan tahanan penetrasi tanah Flexible shaft characteristics Data pengujian ketepatan penjatahan benih di laboratorium Data pengukuran Tahanan Penetrasi Tanah saat pengujian prototipe sebelum penanaman Data pengukuran Tahanan Penetrasi Tanah saat pengujian prototipe setelah penanaman Kondisi tanah sebelum dan setelah diolah Data pengukuran hasil penanaman Perhitungan kapasitas lapangan dan efisiensi lapangan Gambar teknik
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
PENDAHULUAN Latar Belakang Produksi kedelai di Indonesia pernah mencapai puncaknya pada tahun 1992 yaitu sebanyak 1.87 juta ton (Atman 2006), namun setelah itu produksi terus mengalami penurunan hingga hanya 0.672 juta ton pada tahun 2003. Itu menandakan bahwa dalam 11 tahun, produksi kedelai dapat merosot mencapai 64 % tetapi sebaliknya, konsumsi kedelai cenderung meningkat sehingga impor kedelai juga mengalami peningkatan mencapai 1.3 juta ton pada tahun 2004. Tahun 2013, produksi kedelai (angka sementara) sebesar 780.16 ribu ton biji kering atau mengalami penurunan sebesar 62.99 ribu ton (7.47 persen) dibanding tahun 2012 (BPS 2014). Penurunan produksi tersebut terjadi di Jawa sebesar 81.69 ribu ton. Sebaliknya, produksi mengalami peningkatan sebesar 18.70 ribu ton di luar Jawa. Penurunan produksi kedelai terjadi karena penurunan produktivitas sebesar 0.69 kuintal/hektar (4.65 persen) dan penurunan luas panen seluas 16.83 ribu hektar (2.96 persen). Perkembangan produksi kedelai tahun 2011-2013 dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Perkembangan produksi kedelai 2010-2013 (BPS 2014) Tingkat produksi kedelai yang terus menurun menunjukkan tidak tercapainya salah satu target utama dalam Rencana Strategis Kementrian Pertanian 2010-2014 yang merupakan swasembada kedelai dengan pencapaian produksi sebesar 2.7 juta ton di tahun 2014 (PSE LITBANG 2012). Jika mencermati data produksi kedelai pada tahun 2011, pencapaian produksi baru mencapai 850 ribu ton atau sebesar 33 persen dari target produksi pada 2014. Sementara itu, konsumsi domestik pada 2011 mencapai 2 juta ton, yang berarti defisit sekitar 1.3 juta ton. Kecenderungan luas panen dan produksi kedelai lokal yang semakin menurun akan mengakibatkan ketergantungan terhadap impor kedelai, terutama dari Amerika Serikat sebagai pengekspor kedelai terbesar dunia, akan semakin tinggi.
2 Proses budidaya kedelai di Indonesia mayoritas masih dilakukan secara manual termasuk proses penanaman. Penanaman biji palawija (kedelai, kacang tanah, dan jagung) yang dilakukan oleh petani kebanyakan menggunakan sistem sebar dan tugalan, akan tetapi kedua sistem tersebut memiliki banyak kelemahan yang bisa mempengaruhi pertumbuhan biji dan hasil panen (Rukmana dan Yuniarsih 1996). Bersumber dari permasalahan tersebut diperlukan alternatif penanaman untuk meningkatkan kapasitas, kualitas kerja dan efisiensi biaya dari alat dan mesin untuk mendukung budidaya palawija. Upaya peningkatan produktivitas dilaksanakan melalui peningkatan kualitas dan kuantitas sistem perbenihan kedelai, perbaikan teknik budidaya kedelai di tingkat petani, memperlancar penyediaan saprodi, modal dan teknologi, dan mempercepat adopsi paket teknologi melalui SL-PTT disertai pengawalan, sosialisasi, pemantauan, pendampingan dan koordinasi (DITJEN TP 2013). Peningkatan kapasitas kerja dan efisiensi biaya masih dapat ditingkatkan dengan cara menggabungkan kegiatan pengolahan tanah dan penanaman sekaligus menggunakan sebuah mesin yang terintegrasi. Pengintegrasian dari tiga-empat aktivitas alat/mesin menjadi satu kali lintasan diharapkan dapat memangkas waktu kerja dan biaya hingga sepertiga kalinya. Tahun 2009, mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 telah berhasil didesain dan diujicoba. Mesin ini digerakkan oleh traktor beroda-2 dan mampu melakukan proses pengolahan tanah, pembentukan guludan tanam, penanaman benih jagung dan pemupukan (Urea, TSP dan KCl) secara simultan (Hermawan et al. 2009). Mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga traktor beroda-2 dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 (Hermawan et al. 2009) Mesin tersebut perlu dimodifikasi beberapa bagiannya agar dapat digunakan dalam penanaman kedelai. Beberapa bagian yang perlu dimodifikasi antara lain: 1) rangka utama, 2) bentuk dan ukuran hopper, 3) metering device, 4) jenis dan ukuran pembuka alur, 5) susunan dan jumlah pisau rotari, 6) jenis transmisi daya penjatahan benih.
3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain mesin penanam kedelai terintegrasi dengan pengolahan tanah alur menggunakan tenaga gerak traktor beroda-2.
TINJAUAN PUSTAKA Budidaya Kedelai Kedelai yang dibudidayakan di Indonesia merupakan tanaman semusim, tinggi tanaman 40-90 cm, bercabang, memiliki daun tunggal dan daun bertiga, terdapat bulu pada daun dan polong yang tidak terlalu padat, umur tanaman antara 72-90 hari. Sistem perakaran kedelai terdiri dari dua macam, yaitu akar tunggang dan akar sekunder (serabut) yang tumbuh dari akar tunggang. Kedelai seringkali membentuk akar adventif yang tumbuh dari bagian bawah hipokotil, pada umumnya akar adventif terjadi karena cekaman tertentu, misalnya kadar air tanah yang terlalu tinggi (Adisarwanto 2006). Biji merupakan komponen morfologi kedelai yang bernilai ekonomis, yang ada di Indonesia berkriteria lonjong. Pengelompokan ukuran biji kedelai berbeda disetiap negara, di Indonesia kedelai dikelompokkan menurut ukuran yaitu: ukuran besar (berat > 14 g/100 biji), sedang (10-14 g/100 biji), dan kecil (< 10 g/100 biji) (Sumarno et al. 2007). Tanaman kedelai dapat diusahakan di lahan pasang surut. Hasilnya cukup memadai, namun cara mengusahakannya berbeda daripada di lahan sawah irigasi dan lahan kering. Tanaman ini tidak tahan genangan. Oleh sebab itu, tidak dianjurkan menanam kedelai di lahan pasang surut (Suwastika et al.). Penanaman benih baik di lahan sawah maupun di lahan kering dianjurkan dengan kedalaman lubang 3-5 cm, ditanam 2 benih/lubang kemudian lubang ditutup dengan tanah halus atau abu jerami. Proses penanaman pada musim hujan sebaiknya menggunakan jarak tanam lebar (40 x 20 cm), pada musim kemarau gunakan jarak tanam rapat (40x15 cm) (BPTP JAMBI 2009). Upaya untuk memperoleh hasil yang tinggi, benih yang digunakan perlu memenuhi persyaratan berikut: daya kecambah tinggi (di atas 80%), murni atau tidak tercampur dengan varietas lain, bersih atau tidak tercampur biji-bijian tanaman lain dan kotoran, umur benih tidak lebih dari 6 bulan sejak dipanen, tidak keriput, dan tidak luka/tergores. Jumlah benih yang diperlukan untuk setiap hektar lahan adalah 40-45 kg. Varietas kedelai yang dianjurkan untuk dibudidayakan di lahan pasang surut antara lain Galunggung, Lokon,Wilis, Dempo, Guntur, dan Kerinci. Varietas tersebut merupakan varietas unggul, disajikan pada tabel berikut umur panen, hasil, dan sifat lain dari masing-masing varietas.
4 Tabel 1 Umur panen, hasil, dan sifat lain dari beberapa varietas unggul kedelai Varietas
Umur panen (hari)
Hasil (ton/ha)
80-90 76 88 73-79 90-95 87
1.50 1.75 1.60 1.85 1.50 1.65
Galunggung Lokon Wilis Guntur Dempo Kerinci
Tahan terhadap hama/penyakit Karat daun Karat daun Karat daun Karat daun Karat daun dan lalat kacang
Sumber: Suwastika et al. 1997
Mesin Penanam Benih Mesin penanaman adalah peralatan tanam untuk mengatur dan menempatkan biji atau benih di dalam tanah pada kedalaman tertentu atau menyebarkan biji di atas permukaan tanah atau menanamkan tanaman di dalam tanah. Penanaman dimaksudkan untuk mendapatkan perkecambahan serta pertumbuhan biji yang baik. Perkecambahan dan pertumbuhan biji suatu tanaman dipengaruhi suatu faktor, yaitu: jumlah biji yang ditanam, daya kecambah biji, perlakuan terhadap biji, keseragaman ukuran biji, kedalaman penanaman, jenis tanah, kelembaban tanah, mekanisme pengeluaran biji, keseragaman penyebaran, tipe pembuka dan penutup alur, waktu penanaman, tingkat pemadatan tanah sekitar biji, drainase yang ada, hama dan penyakit, dan keterampilan operator. Penanaman dapat dilakukan dengan menggunakan tangan saja, dengan bantuan alat-alat sederhana ataupun dengan bantuan mesin-mesin penanam. Unit penanam benih harus mampu menanam benih dengan jumlah benih per lubang tanam yang sesuai kebutuhan (1-2 benih) serta pada jarak tanam 20 cm dalam barisan dan 75 cm antarbaris, dengan satu tanaman per rumpun, atau jarak 40 cm dalam barisan dengan dua tanaman per rumpun (Hermawan 2011). Metode penanaman benih dengan bantuan mesin dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu: Mesin Tanam Sebar (Broadcast Seeder) Penjatahan benih pada mesin ini berasal dari hopper melalui satu lubang variabel (variable orifice). Agitator ditempatkan di atas lubang variabel tersebut untuk mencegah kemacetan karena benih-benih saling mengunci (seed bridging), juga agar aliran benih dapat kontinyu. Centrifugal spreader merupakan alat yang cukup fleksibel karena dapat dipergunakan untuk menyebar benih, pupuk, pestisida, dan material lain yang berupa butiran. Setelah operasi tanam sebar kemudian dilakukan operasi pengolahan tanah kedua untuk menutup benih dengan tanah. Alat tanam sebar dan hasil penempatannya dapat dilihat pada Gambar 3.
5
Gambar 3 Mesin tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) Mesin Tanam Acak dalam Lajur (Drill Seeder) Setiap alur tanam pada mesin ini benih dijatah dari hopper oleh suatu silinder bercoak yang digerakkan dengan roda tanah (ground wheel). Mesin tanam acak dan hasil penempatannya dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) Jumlah benih per satuan waktu atau laju benih dikontrol melalui lebar bukaan yang dapat diatur. Benih tersebut melewati tabung penyalur benih jatuh secara gravitasi ke lubang tanam yang dibuat oleh pembuka alur, bisa berupa disk atau bentuk lain. Umumnya jarak antara benih berkisar antara 150-400 mm. Metoda penutupan benih dapat dilakukan dengan rantai tarik, yang ditempatkan di belakang pembuka alur (furrrow opener). Setelah benih tertutup tanah maka tanah di atas dan disamping benih tersebut akan diperkeras menggunakan roda tekan. Proses penempatan benih dan bagian-bagian mesin penanam dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6.
6
Gambar 5 Proses penempatan benih (Srivastava et al. 1996)
Gambar 6 Bagian-bagian mesin penanam (Hermawan 2011) Mesin Tanam Presisi (Precision Seeder) Mesin tanam presisi memberikan penempatan yang tepat dari setiap benih pada interval yang sama dalam setiap alur tanam. Jarak antara alur tanam atau sering juga disebut jarak barisan, umumnya dibuat cukup lebar untuk keperluan penyiangan. Sumber tenaga yang digunakan dapat menggunakan tenaga manusia, hewan, traktor roda-2 dan traktor roda-4. Secara umum ada 4 bagian utama yang selalu ada dalam alat tanam presisi, yaitu: 1) pembuka alur (furrow opener) untuk mengontrol kedalaman tanam, 2) penjatah benih (metering seed) untuk menjaga interval jarak benih dalam alur dapat seragam, 3) penutup alur untuk menutup alur tanam, dan 4) roda tekan (pressing wheel) untuk memadatkan tanah di sekitar benih agar kontak antara benih dan tanah cukup baik (Srivastava et al. 1996). Mesin tanam presisi dan hasil penempatannya dapat dilihat pada Gambar 7.
7
Gambar 7 Mesin tanam presisi dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
Penjatah Benih (Metering device) Alat penjatah benih merupakan unit alat penanam yang menentukan hasil dari penanaman. Konsep penjatah benih dapat menggunakan piringan bercelah miring (Gambar 8). Mekanisme penjatuhan benih dapat dilakukan dengan lempeng penjatah benih yang dapat diatur dalam tiga posisi yaitu datar, miring dan vertikal. Ketiga posisi tersebut dapat dilihat pada Gambar 9. Jumlah celah benih dianalisis dari transmisi putaran roda penggeraknya.
Gambar 8 Konsep penjatah benih piringan bercelah miring (Srivastava et al. 1996)
8
Gambar 9 Tiga macam posisi lempeng penjatah benih (a) vertikal (b) miring (c) datar (Kepner et al. 1978) Transmisi Daya Flexible Shaft Transmisi daya menggunakan flexible shaft merupakan transmisi daya yang cocok untuk digunakan dalam transmisi gerakan rotary, daya, ataupun torsi (Broder dan Boehm 2013). Flexible shaft terbuat dari kawat yang terspiralkan dengan kuat pada sebuah kawat pusat (central wire). Setiap lapisan (layer) kawat yang bertambah akan seiring dengan pertambahan diameter dari shaft, dan juga torsi yang mampu ditransmisikan. Dalam perancangan flexible shaft, perlu untuk diketahui besar torsi yang akan ditransmisikan, minimum jari-jari lengkungan yang akan dibentuk oleh shaft, kebutuhan dari RPM, dan juga lingkungan kerja dari flexible shaft. Panjang dari flexible shaft tidak bergitu berpengaruh pada kemampuannya mentransmisikan torsi, tetapi untuk defleksi torsional. Diameter dari masing-masing ukuran flexible shaft yang berbeda-beda menghasilkan kemampuan yang berbeda pula. Antara lain untuk flexible shaft berdiameter 3 mm, memiliki diameter lekuk minimum 80 mm, 150 mm untuk flexible shaft berdiameter 5 mm, 210 mm untuk flexible shaft berdiameter 7 mm, 300 mm untuk flexible shaft berdiameter 10 mm, dan 450 mm untuk flexible shaft berdiameter 15 mm. Bila sistem dijalankan pada diameter lekuk dibawah minimum, hanya 30% dari daya yang akan ditransmisikan, sisanya merupakan friction loss.
9
METODOLOGI Waktu dan Tempat Pelaksanaan Penelitian ini dimulai dari proses perancangan, pabrikasi prototipe, sampai dengan pengujian kinerja prototipe yang telah dihasilkan. Penelitian ini dilakukan mulai dari Februari sampai dengan Juni 2014. Tahap perancangan dari prototipe dilakukan pada akhir Februari hingga awal Maret 2014, dilanjutkan dengan pabrikasi prototipe yang dilakukan pada awal Maret hingga akhir Mei 2014. Pengujian kinerja prototipe dilakukan pada Juni 2014. Seluruh kegiatan penelitian ini dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan berdasarkan tahapan penelitian ini adalah sebagai berikut. Alat dan Bahan Perancangan Alat yang digunakan dalam perancangan, yaitu perangkat komputer, software Computer Aided Design SolidWorks 2012 x64 Edition, software Microsoft Excel 2010, printer, kalkulator teknik, mistar, jangka sorong dan peralatan tulis. Alat tersebut digunakan pada tahap perancangan terutama gambar teknik serta analisis teknik mesin penanam benih. Proses perancangan ini belum menggunakan bahan apapun. Alat dan Bahan Pembuatan Prototipe Alat yang digunakan pada proses pembuatan prototipe antara lain: alat-alat perbengkelan seperti, gerinda, bor duduk, las listrik, las argon, mesin bubut, mesin roll, ragum, gergaji baja, pemotong baja plat, tang, palu, obeng, kikir, siku, mistar, jangka sorong, busur, jangka dan peralatan pendukung lainnya, sedangkan bahan yang digunakan dalam pembuatan prototipe antara lain: baja plat (ketebalan 2 mm, 3 mm, dan 5 mm), baja kolom, baja silinder pejal, acrylic, bearing, flexible shaft, cat, mur dan baut. Alat dan Bahan Pengujian Kinerja Pengujian kinerja alat penanam benih kedelai ini digunakan traktor tangan Yanmar tipe YZC-L (Gambar 10). Spesifikasi traktor dapat dilihat pada Lampiran 1. Alat yang digunakan pada pengujian antara lain: timbangan, ring sample, pita meter, mistar dan stopwatch. Alat bantu yang digunakan berupa: kunci pas, obeng, tang, kamera digital dan tiang pancang sedangkan bahan yang digunakan adalah benih kedelai dan bahan bakar solar.
10
Gambar 10 Traktor tangan Yanmar tipe YZC-L Tahapan Penelitian Pada penelitian ini dilakukan pendekatan perancangan mesin secara umum yaitu dengan pendekatan fungsional dan pendekatan struktural. Tahapan penelitian secara lengkap dijelaskan oleh Gambar 11. Mulai
Identifikasi masalah
Perumusan dan penyempurnaan ide rancangan
Data dan informasi teknis lainnya
Pemilihan konsep, analisis dan pembuatan gambar teknik
Pembuatan prototipe
Uji kinerja
Berhasil
Perbaikan Tidak
Ya Selesai
Gambar 11 Diagram alir tahapan penelitian
11 Identifikasi Masalah Pada tahap ini dicari permasalahan-permasalahan yang ada dan dilakukan pengumpulan berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan. Alat ini harus dapat ditarik menggunakan traktor roda dua, dengan pengolahan tanah yang minimum, dan dapat menanam benih kedelai sesuai dengan pola tanam yang diharapkan. Sistem transmisi daya diupayakan menggunakan sistem transmisi dengan gaya gesek yang rendah. Berikut ini adalah informasi-informasi yang telah dikumpulkan untuk proses perancangan: proses budidaya kedelai termasuk metode pengolahan tanah dan penanamannya, benih yang digunakan, karakteristik tanah di areal budidaya kedelai, sumber tenaga yang digunakan, dan sistem transmisi daya. Penyempurnaan Ide dan Pemilihan Konsep Setelah dilakukan identifikasi dari permasalahan yang ada dan dikumpulkan ide-ide pemecahan masalahnya selanjutnya penyempurnaan ide dipertimbangkan dengan beberapa aspek yang terkait. Kemudian dilakukan perumusan untuk menghasilkan beberapa konsep desain fungsional maupun struktural yang dilengkapi gambar sketsa dan analisisnya. Konsep desainnya adalah: pemanfaatan traktor tangan dengan kelengkapan rotary tiller untuk mengolah tanah dalam alur tanam (strip tillage), lalu dua unit penanam kedelai digandengkan di belakangnya. Bagian penjatah benih pada kedua unit penanam digerakkan oleh sebuah roda bantu melalui transmisi poros lentur. Pembuatan Gambar Teknik Gambar teknik diperlukan untuk mempermudah pembuatan alat dalam proses pabrikasi. Gambar teknik harus memperhatikan dimensi dari mesin dan skala, oleh karena itu dilakukan terlebih dahulu pengumpulan data untuk mendapatkan konsep mesin yang baik. Pembuatan gambar kerja pada penelitian ini dilakukan dengan bantuan software dalam pembuatan konstruksi khususnya mesin. Pembuatan Prototipe Pembuatan prototipe dilaksanakan menggunakan gambar teknik yang telah dibuat sebagai dasar. Proses pabrikasi prototipe diupayakan menghasilkan hasil nyata yang memiliki ukuran-ukuran yang sama persis dengan yang telah tertera pada perancangan gambar teknik. Pengujian Mesin Pengujian fungsional dan pengujian kinerja prototipe mesin tersebut di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Institut Pertanian Bogor. Pengujian fungsional mencakup pengujian masing-masing komponen unit penanam untuk memastikan setiap komponen dapat berfungsi dengan baik, dan pengujian kinerja meliputi pengukuran kapasitas lapangan penanaman oleh mesin, pengukuran kinerja penanaman, dan pengukuran kinerja pengolahan tanah.
12 Metode Pengujian Kinerja Pengujian dilakukan dalam dua tahap (kondisi), yaitu: 1) pengujian di laboratorium, dan 2) pengujian penanaman benih di lahan. Pengujian di laboratorium dilakukan untuk menguji kinerja penjatahan benih, dengan cara mengangkat mesin penanam sehingga roda bantu penggerak metering device dapat diputar (manual). Benih kedelai yang sudah diayak (seragam ukurannya) dimasukkan pada hopper benih lalu roda penggerak diputar secara manual menggunakan tangan dengan kecepatan putar sesuai dengan kecepatan maju mesin yang diharapkan, dan benih dapat dijatahkan (terjatuh) pada saluran benih. Benih yang keluar dari saluran benih diamati satu persatu, dan dihitung jumlah benih yang dijatahkannya. Dalam seratus kali penjatahan benih, diamati dan dihitung frekuensi kejadian benih keluarnya, yaitu: 1) tidak keluar (nol), 2) satu benih, 2) dua benih, dan 3) tiga benih. Kemudian masing-masing dihitung frekuensinya. Pengujian kinerja yang dilakukan pada kegiatan penanaman benih di lahan adalah: 1) pengujian tingkat keseragaman penanaman benih, 2) hasil pengolahan tanah, dan 3) kapasitas lapangan. Lahan uji disiapkan dengan ukuran lebih kurang panjang 20 m dan 1ebar 10 m. Lahan diratakan dan dibersihkan, sehingga siap ditanami. Pengujian yang dilakukan di lapangan ini, diukur terlebih dahulu kondisi tanah pada lahan yang akan digunakan, kemudian traktor tangan digunakan untuk menarik dan menggerakkan rotary tiller dan unit penanamnya. Traktor dioperasikan pada kecepatan putar motor 1800 rpm, tingkat kecepatan maju Low-1, dan tingkat kecepatan putar rotary High. Tingkat Keseragaman Penanaman Tingkat keseragaman penanaman yang diukur adalah: 1) jumlah benih per lubang tanam, 2) kedalaman penempatan benih, dan 3) jarak tanam. Pengamatan dilakukan setelah penanaman selesai dilakukan, dengan cara menggali kembali alur tanam dengan hati-hati sehingga ditemukan posisi benihnya. Setiap posisi benih (di alur tanam) dihitung jumlah benihnya, dan diukur kedalaman benihnya dari permukaan tanah menggunakan mistar ukur, selanjutnya pada setiap dua posisi benih yang bersebelahan diukur jarak antar benihnya (jarak tanam) menggunakan mistar ukur. Pengukuran dilakukan dalam sepuluh ulangan di setiap baris tanam. Mutu Hasil Pengolahan Tanah Mutu hasil pengolahan tanah yang diukur adalah tingkat penggemburan yang dihasilkan oleh garu rotary. Tanah hasil penggaruan diambil sample-nya dengan ring sample, lalu diukur bulk density-nya. Demikian juga tanah yang tidak terolah juga diambil sample-nya, dan diukur bulk density-nya. Pengkuran dilakukan pada tiga posisi secara acak masing-masing. Kedua kondisi bulk density-nya dibandingkan, untuk mengetahui tingkat perubahan kegemburan tanah hasil pengolahan tanah dengan rotary, di mana bulk density-nya lebih rendah dari tanah yang sebelum diolah.
13
Kapasitas Lapangan Selama pengujian mesin, dilakukan pengukuran kinerja mesin yang meliputi pengukuran kapasitas lapangan teoritis (Klt), kapasitas lapangan efektif (Kle), dan efisiensi lapangan (El). Kle, Klt dan El dapat dihitung sebagai berikut (Hermawan 2011): A T
(1)
K lt 3600 Lt Vt
(2)
K le
Vt =
20 t 20
(3)
El
K le 100% K lt
(4)
keterangan: Kle : kapasitas lapangan efektif (m2/jam) Klt : kapasitas lapangan teoritis (m2/jam) A : luas lahan petakan (m2) T : waktu kerja (jam) Lt : lebar kerja teoritis (m) Vt : kecepatan maju teoritis (m/s) t20 : waktu tempuh pada jarak 20 m (s) El : efisiensi lapangan (%)
ANALISIS RANCANGAN Kriteria Perancangan Mesin penanam kedelai dengan pengolahan tanah alur ini merupakan modifikasi dari mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 yang telah dirancang sebelumnya (Hermawan 2009). Pengembangan mesin ini bertujuan untuk mempermudah manusia dalam penanaman benih kedelai menjadi lebih efektif. Kriteria perancangan dijelaskan pada beberapa poin berikut. 1. Unit penanam harus ditarik traktor roda 2 dengan daya 10.5 hp. 2. Unit penanam berjumlah dua buah (pada bagian kiri dan kanan) ditopang oleh rangka utama. 3. Sumber tenaga putar untuk menggerakan mekanisme penjatah berasal dari roda bantu. 4. Hopper benih dengan dinding transparan yang mampu menampung benih untuk penanaman dengan luas lahan 1000 m2.
14 5. Unit penanam harus mampu menanam benih dengan jumlah benih per lubang tanam sesuai kebutuhan yaitu 1-2 benih, serta jarak tanam 20 cm dam jarak antar alur 40 cm. 6. Unit penanam harus mampu membuka dan menutup alur dengan kedalaman tanam 3-5 cm. 7. Benih digunakan berukuran rata-rata panjang 7.41 mm, lebar 6.59 mm dan tebal 5.73 mm. 8. Kapasitas penanaman menggunakan mesin penanam harus lebih tinggi daripada penanaman dengan menggunakan manusia. Rancangan Fungsional Berdasarkan fungsinya, mesin penanam kedelai berfungsi untuk menanam benih kedelai dengan jumlah dan jarak tanam benih pada kedalaman alur yang telah ditentukan. Rancangan fungsional disajikan pada tabel di bawah ini. Tabel 2 Rancangan fungsional Fungsi utama
Sub fungsi
Alternatif
Menopang unit penanam
Menampung benih kedelai.
Mesin mampu menanam benih dengan kedalaman 3-5 cm, jarak tanam 20 cm dan jarak antar alur 40 cm.
Menjatah benih kedelai.
Menyalurkan benih kedelai Membuka alur tanah.
Menutup alur tanah
Menyalurkan daya
- Dinding plastik - Dinding acrylic - Hopper persegi panjang - Hopper trapesium - Hopper silinder - Tipe fluted - Silinder berputar miring - Silinder berputar horizontal - Silinder berputar datar - Penyalur pipa - Penyalur selang - Tanpa penyalur - Tipe hoe - Tipe shovel - Tipe shoe - Tipe rantai geser - Tipe piringan - Tanpa penutup alur - Rantai dan sproket - Sabuk dan puli - Flexible shaft
Alternatif yang dipilih - Bentuk disesuaikan dengan traktor - Hopper silinder dari plastik
- Silinder berputar miring
- Penyalur selang
- Tipe shoe
- Tanpa penutup alur - Transmisi flexible shaft
15 Fungsi Rangka Utama Rangka utama berfungsi sebagai penopang hopper benih, metering device dan pembuka alur sekaligus pengunci unit penanam pada traktor. Unit rangka utama dibuat berdasarkan pertimbangan posisi penempatan unit dan bentuk yang disesuaikan dengan posisi tersebut. Fungsi Penampung Benih Kedelai (Hopper) Penampung benih kedelai berfungsi sebagai wadah penyimpan benih kedelai yang siap ditanam sebelum masuk ke penjatah benih. Konsep rancangan hopper disesuaikan dengan luas lahan yang akan digunakan, ukuran dan bentuk benih serta batasan desainnya sehingga alternatif yang dipilih adalah hopper berbentuk silinder dengan dinding yang terbuat dari plastik. Dinding hopper terbuat dari plastik dengan tujuan benih di dalam hopper dapat terlihat sehingga mempermudah pengontrolan volume benih di dalam hopper. Terdapat lubang pada bagian bawah hopper sebagai tempat keluarnya benih menuju metering device. Fungsi Penjatah Benih Kedelai (Metering device) Penjatah benih kedelai berfungsi untuk menjatah jumlah benih yang akan di tanam dan mengatur waktu jatuhnya benih sehingga jumlah benih yang tertanam sesuai dengan kebutuhan yaitu 1-2 benih dan dengan jarak tanam 20 cm. Konsep rancangan metering device dipilih alternatif dengan mekanisme silinder berputar miring untuk mengurangi friksi pada penjatah, dengan mekanisme ini benih kedelai akan dijatah sesuai ukuran lubang penjatah dan sudut curah yang akan digunakan. Fungsi Penyalur Benih Penyalur benih kedelai berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan gerak jatuhnya benih kedelai dari metering device menuju tanah. Selang penyalur dengan bahan plastik dipilih sebagai alternatif karena bersifat lentur sehingga penyalur benih dapat dibengkokkan dan benih yang jatuh dapat diarahkan sesuai dengan alur. Fungsi Pembuka Alur dan Penutup Alur Pembuka alur berfungsi membuat alur tanam dengan lebar bukaan 2 cm dan kedalaman alur 3-5 cm dari permukaan tanah. Alternatif yang dipilih adalah pembuka alur dengan tipe shoe sesuai dengan kondisi lahan yang digunakan, yaitu hanya digunakan pada kedalaman tanah 0-10 cm dengan nilai tahanan tanah yang kecil, selain itu alternatif ini dipilih untuk mempermudah proses pembuatan prototipe. Penutup alur berfungsi untuk menutup kembali benih yang sudah di dalam alur dengan tanah. Penutup alur tidak dibuat pada mesin penanam kedelai ini dikarenakan tanah setelah diolah sudah gembur sehingga tanah mudah tertimbun kembali dengan sendirinya dengan lebar bukaan yang kecil yaitu 2 cm.
16 Fungsi Penyalur Daya Penyalur daya berfungsi untuk meneruskan daya berupa tenaga putar yang berasal dari poros roda bantu menuju poros metering device. Alternatif yang dipilih sebagai penyalur daya berupa unit tansmisi flexible shaft dengan pertimbangan daya yang ditransmisikan tidak terlalu besar, unit transmisi ini dapat menyalurkan daya dengan posisi yang fleksibel sesuai dengan posisi roda penggerak dan metering device, selain itu jenis transmisi ini cukup ekonomis (lebih murah). Analisis Rancangan Struktural Penampung Benih (Hopper) Penentuan ukuran hopper dirancang berdasarkan persamaan berikut (Syafri 2010): A j b Vhb 10 4 u b p l (5) keterangan : : volume kotak benih (cm3) : luas penanaman sekali mengisi kotak benih (cm2) : jumlah benih kedelai setiap lubang tanam (benih) : massa per butir benih kedelai rata - rata (gram) : jumlah unit mesin penanam dalam satu lintasan operasi (unit) : kerapatan isi benih (gram/cm3) : jarak antar alur tanam (cm) : jarak antar lubang tanam (cm) Penelitian ini memiliki kriteria perancangan yaitu luas penanaman sekali mengisi kotak benih (A) 1000 m2, jumlah benih kedelai setiap lubang tanam (j) 2 benih, massa per butir benih kedelai rata-rata ( ) 0.14 gram, jumlah unit mesin penanam dalam satu lintasan operasi (u) 2 unit, kerapatan isi benih ( ) 0.7 gram/cm3, jarak alur tanam (p) 40 cm, dan jarak antar lubang tanam (l) 20 cm. Ukuran volume hopper dengan kriteria yang direncanakan adalah : Vhb
1000 × 2 × 0.14 10 4 2 × 0.7 × 40 × 20
Vhb 2500 cm 3 Pengisian ulang (reloading) benih dalam hopper yang direncanakan pada penelitian ini berupa mekanisme dua kali ulangan pengisian tiap proses penanaman. Volume hopper (Vhb) masing-masing yang dibutuhkan menjadi: Vhb
2500 2
Vhb 1250 cm 3
17 Penjatah Benih (Metering device) Mekanisme rancangan metering device menggunakan piringan yang memiliki celah-celah benih dan berputar miring. Alasan dipilih alternatif dengan mekanisme tersebut adalah untuk mengurangi kerusakan benih akibat gesekan antar benih dan pembatasnya. Sudut kemiringan metering device dirancang sesuai dengan sudut curah dari benih kedelai. Hasil pengukuran sudut curah benih kedelai rata-rata adalah 21° (Lampiran 2), sehingga dipilih sudut kemiringan piringan penjatah (atau dasar hopper) 45°. Jumlah lubang benih pada silinder ditentukan oleh jarak tanam yang diharapkan (20 cm), keliling roda bantu dan rasio transmisi daya. Perhitungan jumlah lubang benih digunakan persamaan berikut: J arb kel + kel × K rb J J lb arb J tb keterangan : : jarak aktual roda bantu (cm) : keliling roda bantu (cm) : kemacetan roda bantu (%) : jumlah lubang benih : jarak tanam benih (cm)
(6) (7)
Keliling roda bantu yang menggerakkan piringan penjatah benih adalah 80 cm dan kemacetan roda bantu sekitar 25 %, maka jarak tempuh aktual satu putaran roda bantu (Jarb) adalah:
25 J arb 80 + 80 × 100 J arb 80 + 20 = 100 cm Jenis transmisi yang digunakan adalah transmisi langsung poros lentur, maka diperoleh jumlah lubang (celah) benih pada piringan penjatah benih (Jlb): 100 20 5 lubang
J lb J lb
Ukuran lubang pada silinder disesuaikan dan dibuat mendekati ukuran benih kedelai yang akan diuji. Hasil pengukuran dimensi benih kedelai yang digunakan saat pengujian memiliki panjang maksimum, lebar maksimum dan tebal maksimum berturut-turut adalah 8.41 mm, 7.41 mm dan 6.70 mm sedangkan panjang rata-rata, lebar rata-rata dan tebal rata-rata dari benih kedelai yang digunakan adalah 7.41 mm, 6.58 mm dan 5.74 mm. Data hasil pengukuran dimensi benih kedelai dapat dilihat pada Lampiran 3. Setelah diketahui dimensi
18 benih kedelai dan diharapkan jumlah benih yang jatuh 1-2 benih, maka dibuat pendekatan ukuran piringan dengan ketebalan 10 mm dan diameter lingkaran lubang 10 mm. Piringan penjatah metering device dibuat dari bahan acrylic dengan ukuran diameter luar 120 mm. Bentuk rancangan piringan dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12 Model rancangan piringan penjatah Pembuka Alur Benih kedelai ditanam dengan kedalaman alur 3-5 cm dan lebar alur disesuaikan dengan ukuran maksimum dua benih kedelai, oleh karena itu pembuka alur dirancang untuk dapat membuka alur dengan kriteria tersebut. Berdasarkan tipe tanah dari lahan tempat pengujian di lapangan percobaan Siswadhi Soepardjo, maka tipe pembuka alur dirancang dengan tipe shoe dan harus mampu membuka alur pada kedalaman (da) 5 cm dan lebar alur (la) 2 cm. Gambar 13a adalah rancangan pembuka alur dari tampak samping. Gambar 13b adalah rancangan pembuka alur dari tampak belakang. Gambar 13c adalah luas penampang batang pembuka alur. Hasil bukaan alur pada permukaan tanah dapat dilihat pada Gambar 14.
19
(a)
(b)
(c)
Gambar 13 Rancangan pembuka alur
Gambar 14 Hasil bukaan alur Tanah bumbunan merupakan tanah hasil pengangkatan dari alur, maka bisa diasumsikan luas segitiga penampang tanah bumbunan sama dengan luas bidang potong alur dibagi dua, sehingga: L ABC =
x y 2
(8)
L ABC =
la da 2
(9)
keterangan : L ABC : luas segitiga ABC (cm2) : lebar alur (cm) : kedalaman alur (cm) : lebar tanah bumbunan (cm) : tinggi tanah bumbunan (cm)
20 Tinggi tanah bumbunan (y) diasumsikan sama dengan lebar tanah bumbunan (x), kemudian dengan mensubstitusikan persamaan (8) dan (9), maka: y 2 la da 2 2
y la d a
(10)
Kedalaman alur yang direncanakan (da) adalah 5 cm dan lebar alur (la) adalah 2 cm, maka tinggi tanah bumbunan (y) dapat dihitung menggunakan persamaan (10).
y 25 y 10 3.16 cm Rancangan plat pembuka alur harus lebih tinggi dari tanah bumbunan supaya tanah tidak dapat masuk kembali ke dalam alur, maka tinggi minimal plat pembuka alur adalah kedalaman alur (5 cm) ditambah dengan tinggi tanah bumbunan (3.16 cm) yaitu 8.16 cm. Tinggi plat pembuka alur dibuat sebesar 10 cm dan panjang plat 15 cm untuk mempermudah perancangan. Kedalaman pembuka alur dapat diatur dengan menaik-turunkan batang pembuka alur. Batang pembuka alur diletakkan pada rangka metering device dan dijepit dengan baut. Perencanaan ukuran batang pembuka alur dilakukan dengan analisis kekuatan batang pembuka alur untuk menahan gaya tahanan tanah (F). Posisi dan arah gaya yang bekerja pada pembuka alur dapat dilihat pada Gambar 15 (a). Digunakan persamaan berikut untuk menghitung bersarnya gaya. F = Dst × d a × l a
(11)
keterangan : : gaya tahanan tanah (N) F : draft spesifik tanah (kg/cm2) : kedalaman alur (cm) : lebar alur (cm) Ketinggian batang pembuka alur tertinggi yang direncanakan (tp) adalah 35 cm. Gaya tahanan tanah pada pembuka alur (tf) diasumsikan adalah sepertiga kedalaman pembuka alur yaitu 1.67 cm, maka jarak gaya yang bekerja ke dudukan rangka (lf) adalah 33.3 cm. Gaya tahanan tanah yang diterima oleh pembuka alur dapat dihitung dari hassil kali draft spesifik tanah dengan luas bidang potong pembuka alur. Dengan menggunakan formula Kisu diperoleh nilai draft spesifik tanah sebesar 0.89 kg/cm2 (Lampiran 4). Gaya tahanan tanah dapat dihitung sebagai berikut: F 0.89 5 2
F 8.9 kg = 87.309 N
21 Batang pembuka alur dirancang menggunakan baja kolom dengan luas penampang potong seperti pada Gambar 15 (c) dan asumsi bahwa b = h, maka: b2 (h2 )3 12 b2 (b2 )3 I= 12 4 4 b2 b1 I= 12 12 4 4 b b1 I= 2 12 I=
b1 (h1 )3 12 b1 (b1 )3 12 -
(12)
Direncanakan, lebar penampang batang pembuka alur bagian luar (b2) adalah 16 mm, selanjutnya akan dilakukan perhitungan menggunakan persamaan tegangan lentur (σ): σ=
Mc I
(13)
σ adalah tegangan lentur terhadap sumbu netral (Pa), M adalah momen lentur yang terjadi pada batang (Nm) yaitu hasil kali gaya dengan panjang lengan (F × lf), I adalah momen inersia dari penampang terhadap sumbu netral (cm 4), dan c adalah jarak terluar terhadap sumbu netral (cm) yaitu b2/2. b F lf × 2 2 σ= 4 4 b2 - b1 12 F l f × b2 12 4 4 b2 - b1 = σ2 4 4 F l f × b2 12 (14) b1 = b2 - σ2 keterangan : : lebar penampang batang bagian luar (mm) : lebar penampang batang bagian dalam (mm) : gaya tahanan tanah (N) F : jarak gaya yang bekerja ke dudukan rangka (mm) : tegangan lentur (N/mm2) Diketahui tegangan tarik maksimal pada batang baja (σB) sebesar 55 kg/mm2 (Sularso dan Suga 2008), safety factor (Sf) yang digunakan sebesar 4 selanjutnya h2 = b2 = 16 mm, maka b1 dapat dihitung sebagai berikut: σ B = 55kg/mm2 = 539.55 N/mm 2
22
σa =
σB Sf
(15)
539.55 N/mm 2 = 134.8875 N/mm 2 4 F l f × b2 12 4 4 b1 = b2 - σ 2 87.309 × 333 ×16 ×12 4 b1 = 16 - 134.8875 2
σa
4
b1 = 65536 - 20692
b1 = 4 44844 b1 = 14.5 mm Ketebalan minimum (t) batang pembuka alur adalah: b2 - b1 2 16 - 14.5 t= 2 t = 0.75 mm t=
(16)
Berdasarkan perhitungan panjang batang pembuka alur yaitu sebesar 35 cm menggunakan baja kolom 16 mm ketebalan 1 mm. Saluran Benih Saluran pengeluaran benih terbuat dari selang berbahan plastik yang lentur sehingga mudah dibengkokkan dan diatur penempatannya. Saluran benih dirancang memiliki diameter yang lebih besar dari ukuran benih terbesar supaya benih jatuh dengan bebas dan menghindari tersangkutnya benih pada selang penyalur, oleh karena itu dipilih ukuran diameter dalam selang penyalur adalah 1/2 inch. Ujung selang pengeluaran benih diletakkan di belakang pembuka alur. Roda Penggerak Roda penggerak dirancang untuk menggerakkan piringan penjatah benih kedelai yang ditransmisikan oleh flexible shaft. Roda penggerak berputar dengan memanfaatkan gaya gesekan dari tanah yang dilaluinya. gambar mekanisme putaran piringan penjatah dapat dilihat pada Gambar 15.
23
Gambar 15 Mekanisme putaran piringan penjatah Diameter dari roda penggerak dipengaruhi oleh jarak tanam benih tanaman kedelai, luncuran pada roda penggerak, serta jumlah lubang pada piringan penjatah. Jarak tanam benih kedelai yang digunakan untuk perancangan mesin ini adalah 20 cm, sedangkan luncuran pada roda penggerak diasumsikan sebesar 25%. Digunakan rumus berikut ini untuk menentukan diameter roda penggerak: n Jt d r = c 1 l n
(25)
Keterangan: dr : diamater roda penggerak (cm) nc : jumlah lubang pada piringan penjatah Jt : jarak tanam benih kedelai (cm) ln : luncuran yang terjadi pada roda penggerak (diasumsikan 25%) dari perhitungan menggunakan rumus diatas maka diperoleh perbandingan antara jumlah lubang pada piringan penjatah dan diameter roda pada tabel berikut ini: Tabel 3 Perbandingan nc dengan dr nc 3 4 5 6
dr (cm) 15.27 20.36 25.55 30.55
24 Berdasarkan hasil perhitungan diatas maka digunakan 5 lubang pada piringan penjatah dan diameter roda penggerak sebesar 25 cm. Transmisi Daya Jenis transmisi yang digunakan untuk menyalurkan daya pada mesin ini menggunakan transmisi poros lentur (flexible shaft). Poros metering device terhubung dengan flexible shaft yang meneruskan daya dari roda penggerak. Mekanisme penguncian yang digunakan pada sistem transmisi flexible shaft adalah dengan cara menekan kabel flexible shaft dengan poros menggunakan baut yang dapat dilihat pada Gambar 16. Beban putaran flexible shaft berupa beban torsi putar piringan penjatah benih, yang bersumber dari 1) gesekan benih kedelai yang berada di atas piringan penjatah (Gambar 17) dan 2) gesekan benih pada celah benih di piringan penjatah dengan dasar hopper (Gambar 18), dan 3) gesekan yang terjadi pada bearing dan kabel flexible shaft. Perhitungan beban torsi total metering device dijelaskan sebagai berikut:
Gambar 16 Mekanisme penguncian flexible shaft pada poros
Gambar 17 Benih kedelai yang berada di atas piringan penjatah Asumsi lebar acrylic yang menampung benih sama dengan sepertiga diameter lingkaran (jatuhan benih dari hopper) yaitu 40 mm, maka diperoleh panjang tali busur adalah 113.14 mm dan besar sudut juring adalah 141°. Dihitung terlebih dahulu luas lingkaran (LO) luas juring (Lj) luas tembereng (Ltm) untuk menghitung volume benih yang berada di atas piringan penjatah, sebagai berikut:
25 LΟ = π × r 2 LΟ = 3.14 × 60 2 = 11309.73 mm 2 L jr = LO ×
(18)
360
L jr = 11309.73 ×
(17)
141 = 4429.64 mm 2 360
a× t 2 113.14 × 20 LΔ = = 1131.40 mm 2 2
LΔ =
(19)
Volume tembereng (Vtm) dapat dihitung sebagai berikut:
Ltm = L jr - LΔ
(20)
Ltm = 4429.64 - 1131.40 = 3298.24 mm 2 Vtm = Ltm × t
(21)
Vtm = 3298.24 × 40 = 131929.6 mm 3 Sudut kemiringan rangka dan hopper benih adalah 45°, maka volume yang terisi benih (Vtb) adalah: Vtb =
1131.40 65964.8 mm 3 2
Beban torsi (τ) pada metering device dapat dihitung menggunakan rumus berikut: mbk = × v (22)
mbk ρ v Fg l g
Fg = N
(23)
1 = F×l
(24)
: massa benih kedelai (gram) : massa jenis benih kedelai (gram/cm3) : volume yang terisi benih (cm3) : gaya (N) : jarak (m) : gravitasi (9.81 m/s2)
26 Jika diketahui volume benih (v) adalah 65.96 cm3, massa jenis benih kedelai (ρ) adalah 0.7 gram/cm3, sudut kemiringan metering device (θ) adalah 45° dan friksi antara benih dengan acrylic (μ) adalah 0.332 (LoCurto et al. 1997), maka: mbk = × v mbk = 0.7 65.96 46.18 gram
Fg = N Fg = mbk g cos
Fg = 0.332 46.18 10 -3 9.81 cos(45) 0.106 N 1 = F × l 1 = 0.106 × 0.06 0.0064 Nm
Gambar 18 Benih kedelai yang berada pada celah benih di piringan penjatah Jumlah lubang pada piringan penjatah adalah 5 lubang. Jika rancangan jarijari lubang adalah 5 mm dan ketebalan piringan penjatah adalah 10 mm. Torsi pada celah benih di piringan penjatah dapat dihitung sebagai berikut:
Vlp = 5 πr 2t Vlp = 5 3.14 5 2 ×10 392699 mm 3 mbk = × v mbk = 0.7 × 3.92 2.75 gram
Fg = N Fg = mbk g cosθ
Fg = 0.332 2.75 10 -3 9.81 cos(45) 0.0063 N
27
1 F×l 2 = 0.0063 × 0.0525 0.00033 Nm Total beban torsi yang ada pada metering device (τtotal) adalah:
total = 1 2 total = 0.0064 + 0.00033 0.00673 Nm Flexible shaft yang digunakan harus mampu menahan semua beban yang diterima. Perhitungan beban torsi tersebut belum termasuk beban yang ada pada bearing dan flexible shaft, maka beban torsi minimal yang harus dapat ditahan oleh flexible shaft adalah 0.00673 Nm. Proses perancangan menggunakan bahan yang mudah ditemukan di pasaran maka diperoleh ukuran diameter flexible shaft adalah 3.2 mm yang mampu menahan beban 1.3 Nm (Lampiran 5). Modifikasi Susunan dan Pengurangan Pisau Rotari Modifikasi susunan dan pengurangan pisau rotary dilakukan untuk menerapkan sistem pengolahan tanah minimum (minimum tillage). Pengolahan tanah minimum dapat dilakukan dengan cara hanya melakukan pengolahan tanah dalam jalur tempat tumbuh tanaman.
HASIL DAN PEMBAHASAN Konstruksi Prototipe Mesin Penanam Kedelai Konstruksi prototipe mesin penanam kedelai terintegrasi dengan pengolahan tanah alur telah berhasil dibuat dengan memodifikasi traktor beroda-2 pada bagian implemennya. Mesin ini dapat menanam langsung dua jalur pada satu lintasan. Secara struktural, hasil prototipe mesin dapat dilihat pada Gambar 19. Rangka utama dibuat dari plat baja dengan ketebalan 5 mm. Bentuk dan ukuran dari rangka utama disesuaikan dengan profil tutup rotary bagian belakang. Rangka utama dibuat lubang baut untuk dapat dipasangkan pada tutup rotary sekaligus menghubungkan rangka metering device. Desain rangka utama dapat dilihat pada Gambar 20.
28 1
6
2
7
2
3 8 9
4 5
1. Hopper benih 2. Penutup rotary 3. Saluran benih 4. Rangka roda penggerak 5. Roda penggerak
10
6. Rangka utama metering device 7. Metering device 8. Pegas penekan roda bantu 9. Flexible shaft 10. Pembuka alur
Gambar 19 Konstruksi prototipe mesin penanam benih kedelai
Gambar 20 Rancangan (atas) dan prototipe (bawah) rangka utama Metering device (Gambar 21) terdiri dari rangka yang dibuat dari plat baja dengan ketebalan 5 mm dan dibuat lubang baut yang memanjang untuk mengatur jarak alur tanaman. Rangka metering device dibuat dengan kemiringan sudut 45° di mana sudut tersebut lebih besar dari sudut curah benih kedelai yang digunakan
29 dan pada bagian bawah rangka dibuat tempat untuk menahan bearing sebagai sumbu putar poros metering device. Selain itu dibuat penahan untuk pembuka alur menggunakan baja kolom berukuran 30 mm × 30 mm dengan ketebalan 2 mm. Kemudian pada ujung penahan pembuka alur dibuat lubang baut untuk mengencangkan batang pembuka alur yang akan dipasang. Hopper benih terbuat dari silinder plastik yang diletakkan di atas rangka sehingga hopper benih memiliki kemiringan sudut yang sama dengan rangka. Hopper benih dipilih dari toples plastik yang dijual di pasaran untuk mempermudah proses pengerjaan dengan volume tampung sebesar 1.6 liter dengan diameter 120 mm dan tinggi 145 mm.
Gambar 21 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) metering device Penahan bearing sekaligus tempat pemasangan flexible shaft dibuat dan dipasangkan pada rangka. Penahan tersebut terbuat dari plat baja dengan ketebalan 2 mm. Desain dari penahan bearing dapat dilihat pada Gambar 22.
Gambar 22 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) penahan bearing Pembuka alur (Gambar 23) dibuat untuk dapat membuat alur tanam dengan lebar 20 mm dan kedalaman sekitar 50 mm. Sesuai dengan perhitungan, batang pembuka alur dibuat dari baja kolom berukuran 16 mm × 16 mm dengan
30 ketebalan 1 mm. Mata pisau pada pembuka alur dibuat dari plat baja dengan ketebalan 2 mm.
Gambar 23 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) pembuka alur Rangka roda (Gambar 24) terbuat dari plat baja dengan ketebalan 5 mm, dibuat sesuai dengan ukuran roda penggerak. Panjang maksimal rangka dibuat sepanjang 350 mm, sehingga tidak mengganggu operator dalam penggunaan mesin. Bagian tengah rangka dibuat dudukan pegas yang dihubungkan pada tiang penyangga. Tiang penyangga dibuat dengan diameter 4 mm untuk dapat dikencangkan langsung pada bagian belakang rotary.
Gambar 24 Rancangan (atas) dan prototipe (bawah) rangka roda
31 Roda penggerak (Gambar 25) dibuat dari plat baja dengan ketebalan 3 mm yang dibuat melingkar dengan mesin roll. Roda dibuat dengan diameter 250 mm dan lebar 100 mm, kemudian dipasangkan 10 buah sirip pada bagian kanan dan 10 buah sirip pada bagian kiri pada bagian luar roda sehingga total adalah 20 sirip (lug). Sirip roda terbuat dari plat strip dengan ukuran 50 x 10 x 2 mm. Bagian poros roda dan velg digunakan roda sepeda yang dijual di pasaran untuk mempermudah perancangan. Sebagai sumber daya yang disalurkan, pada kedua bagian ujung poros dibor dengan diameter 4 mm untuk penguncian flexible shaft.
Gambar 25 Rancangan (kiri) dan prototipe (kanan) roda Setelah melakukan pengujian terjadi beberapa modifikasi dari desain awal. Lubang keluaran benih dimodifikasi dengan memperbesar ukuran lubang mengikuti alur putaran penjatah. Hal tersebut dilakukan karena kecepatan jatuhnnya benih lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan putaran metering device, sehingga pada saat pengujian ada benih yang menyangkut pada ujung lubang dan mengakibatkan flexible shaft yang digunakan patah. Modifikasi selanjutnya yaitu pada bagian atas pada piringan penjatah diberi sikat untuk menghindari jumlah benih yang jatuh lebih dari yang diharapkan. Hasil modifikasi dapat dilihat pada Gambar 26 dan Gambar 27.
Gambar 26 Penambahan sikat pada bagian atas piringan penjatah
32
Gambar 27 Lubang keluaran benih sebelum (kiri) dan sesudah modifikasi (kanan) Modifikasi dari pisau rotary dilakukan untuk menerapkan sistem pengolahan tanah minimum, oleh karena itu jumlah pisau rotary dikurangi pada bagian tengah untuk mengolah tanah dengan jarak jalur tanam yang diharapkan yaitu 40 cm. Kemudian, perubahan susunan arah mata pisau rotary dilakukan supaya pelemparan tanah dapat diarahkan ke jalur tanaman sehingga mempermudah penutupan alur yang akan dilakukan. Selain itu ditambahkan juga penutup pada bagian belakang untuk menghindari lemparan tanah yang masuk dari atas pembuka alur. Modifikasi dapat dilihat pada Gambar 28 dan Gambar 29.
Gambar 28 Pisau rotary sebelum (kiri) dan sesudah (kanan) modifikasi
Gambar 29 Penambahan tutup pada bagian belakang rotary
33 Kinerja Prototipe Mesin Penanam Kedelai Rancangan piringan penjatah metering device dibuat dari bahan acrylic dengan diameter 120 mm dan ketebalan 10 mm. Jumlah lubang penjatah pada piringan penjatah disesuaikan dengan jarak tanam dan rasio terhadap roda penggerak. Di permukaan piringan penjatah dibuat sebanyak lima buah lubang dengan diameter masing-masing 10 mm seperti pada Gambar 30.
Gambar 30 Prototipe piringan penjatah Salah satu kinerja mesin dapat dilihat pada hasil pengujian ketepatan penjatahan benih di laboratorium. Hasil pengamatan frekuensi kejadian jatuhnya benih dalam seratus kali penjatahan benih adalah: tidak jatuh (nol), satu benih, dua benih, dan tiga benih. Gambar 31a menunjukkan hasil pengujian metering device bagian kanan bahwa persentase satu benih jatuh sebesar 11%, dua benih jatuh 82%, tiga benih jatuh 7% dan tidak ada benih yang tidak jatuh sedangkan pada Gambar 33b terlihat data pengujian metering device bagian kiri dengan persentase satu benih jatuh sebesar 19%, dua benih jatuh 78%, tiga benih jatuh 3% dan tidak ada benih yang tidak jatuh. Data disajikan pada Lampiran 6. Jumlah satu benih dan dua benih jatuh dari masing-masing metering device, merupakan kejadian yang memiliki frekuensi paling besar di antara kejadian yang muncul. Hal tersebut menunjukan bahwa kinerja dari prototipe telah memenuhi kriteria perancangan dengan harapan benih yang tertanam adalah 1-2 benih. Hasil pengujian prototipe mesin di lapangan terbagi menjadi 3 bagian antara lain: 1) hasil pengolahan tanah, 2) hasil penanaman benih, dan 3) kapasitas lapangan dan efisiensi lapangan. Hasil Pengolahan Tanah Dibutuhkan kondisi tanah yang sesuai untuk meningkatkan kemampuan tumbuh tanaman. Data hasil pengolahan tanah rata-rata pada saat pengujian di lapangan disajikan pada Tabel 4, data pengukuran secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 7, Lampiran 8 dan Lampiran 9.
34
0% 7%
11% Tidak Jatuh 1 Benih 2 Benih 3 Benih
82%
(a)
3% 0% 19% Tidak Jatuh 1 Benih 2 Benih 3 Benih 78%
(b) Gambar 31 Persentase benih jatuh pada pengujian di laboratorium
Tabel 4 Data kondisi tanah saat pengujian model prototipe mesin Sebelum diolah
Setelah diolah
23.661
22.715
0.933
0.882
Kedalaman (cm)
Kedalaman (cm)
Kadar air (KA), % Kerapatan tanah (ρ), g/cm3 Tahanan penetrasi tanah (TPT), kPa
0-5
5-10
10-15
15-20
20-25
0-5
5-10
10-15
15-20
20-25
128
539
1442
1667
2040
126
314
961
1795
1905
35 Hasil pengolahan tanah memiliki nilai kadar air sebesar 22.71%, kerapatan tanah sebesar 0.882 g/cm3 dan nilai tahanan penetrasi tanah rata-rata pada kedalaman 0-10 cm sebesar 220 kPa. Hal tersebut merupakan kondisi tanah yang baik bagi pertumbuhan tanaman, karena akar tanaman dapat mudah menembus tanah sehingga meningkatkan kemampuan tumbuhnya. Perubahan nilai kerapatan tanah sebelum dan setelah diolah tidak terlalu besar dikarenakan kondisi tanah pada saat pengujian sudah sudah gembur (sudah diolah sebelumnya). Hasil Penanaman Pengujian tingkat keseragaman benih di lapangan memiliki hasil yang baik dengan jumlah benih yang jatuh pada jalur berkisar antara 1 sampai 2 benih dengan frekuensi benih jatuh yang paling tinggi adalah satu benih. Jumlah benih yang jatuh saat pengujian di lapangan berbeda dengan pengujian di laboratorium. Hal tersebut dikarenakan oleh kondisi mesin pada saat pengujian di lapangan memiliki getaran yang cukup tinggi. Jika benih yang tersangkut pada lubang penjatah adalah dua benih maka benih yang ada di atas dapat jatuh kembali keluar dan hanya tersisa satu benih, sehingga frekuensi benih jatuh yang paling tinggi adalah satu benih. Jarak antar benih sudah mendekati kriteria yang diharapkan (20 cm), dari 10 sampel yang diambil jarak tanam benih yang jatuh berkisar antara 18 cm sampai 23 cm dengan rata-rata 19.8 cm dan nilai standar deviasi sebesar 1.361. Ketidakseragaman jarak tanam dapat terjadi karena slip/kemacetan pada roda bantu atau karena keadaan tanah yang tidak merata setelah diolah sehingga ada bongkahan tanah yang membelokkan arah jatuh benih. Kedalaman tanam benih dari hasil pengukuran berkisar antara 3.5 cm sampai 5 cm dengan kedalaman benih yang diharapkan adalah 3-5 cm. Pengukuran jarak tanam dan kedalaman tanam dilakukan menggunakan mistar ukur (Gambar 32). Nilai rata-rata kedalaman tanam benih yang terukur adalah 4.28 cm dengan standar deviasi 0.499. Jarak antar alur tanaman rata-rata terukur sebesar 39.3 cm dengan standar deviasi 2.359. Data hasil pengujian tingkat keseragaman benih di lapangan disajikan pada Lampiran 10. Setelah 8 hari benih ditanam, dapat dilihat pada Gambar 33 tanaman sudah mulai tumbuh. Jumlah benih yang tumbuh dari 10 meter lahan dengan jarak tanam 20 cm pada alur pertama adalah 42 tanaman dan pada alur kedua adalah 39 tanaman, sehingga persentase tumbuh tanaman pada alur pertama adalah 84% dan pada alur kedua adalah 78%.
36
Gambar 32
Pengukuran jarak tanam (kiri) dan kedalaman tanam (kanan)
Gambar 33 Tanaman kedelai hasil penanaman Kapasitas Lapangan dan Efisiensi Cara pengoperasian prototipe mesin penanam kedelai ini sama dengan pengoperasian traktor dengan bajak rotari pada umumnya, hanya saja operator tidak boleh menginjak alur yang sudah dibuat, karena jika alur yang sudah ditanami benih terinjak akan meningkatkan kepadatan tanah yang sehingga mengurangi kemampuan tumbuh tanaman. Operator memiliki ruang gerak yang sempit karena dibatasi oleh alir tanam yang tidak boleh terinjak, selain itu unit roda penggerak yang ada di depan operator juga membatasi langkah maju operator sehingga perlu dikaji lagi aspek ergonomika dari mesin ini. Prototipe mesin ini memang memiliki ruang gerak yang sempit bagi operator, akan tetapi prototipe mesin ini tidak selalu harus dikemudikan oleh operator. Prototipe mesin ini sudah cukup stabil tanpa dikemudikan oleh operator pada lintasan yang lurus.
37 Prototipe mesin penanam kedelai ini dioperasikan dengan kecepatan maju traktor sebesar 0.341 m/s, kecepatan putar motor 1800 rpm, tingkat kecepatan maju Low-1 dan tingkat kecepatan putar rotary High. Prototipe mesin ini memiliki kapasitas lapangan efektif (Kle) sebesar 781.48 m2/jam sedangkan kapasitas lapangan teoritis (Klt) prototipe adalah 920.10 m2/jam dan efisiensi lapangan (El) adalah 84.93 %. Contoh perhitungan kapasitas lapangan dan efisiensi dapat dilihat pada Lampiran 11. Kapasitas lapangan dan efisiensi dari prototipe masih dapat ditingkatkan lagi dengan meningkatkan kecepatan maju traktor dan mempersiapkan lahan dengan baik (bebas dari gulma dan benda asing), selain itu dengan menambahkan unit lain pada prototipe atau mengintegrasikan beberapa proses lagi. Slip roda traktor dari prototipe mesin ini disajikan dalam Tabel 5. Jarak lima putaran roda secara teoritis adalah 9.17 m. Pengukuran aktual pada jarak lima putaran roda kiri sebesar 9.06 m dan roda kanan sebesar 8.95 m. Slip roda kiri traktor adalah 1.32% dan roda kanan adalah 2.55%. Slip roda yang terukur pada traktor sangat kecil sehingga dapat dikatakan bahwa traktor yang digunakan masih mampu untuk menarik unit penanam yang telah dibuat. Tabel 5 Data pengukuran slip roda traktor Ulangan ke1 2 3 4 5 6 Rata-rata
Slip, % Jarak 5 putaran Jarak 5 putaran di lahan, m roda teoritis, m Roda kiri Roda kanan Roda kiri Roda kanan 9.17 9.05 9.10 1.33 0.77 9.17 9.25 9.50 0.86 3.47 9.17 9.20 8.85 0.33 3.62 9.17 8.50 8.70 7.88 5.40 9.17 9.10 8.75 0.77 4.80 9.17 9.25 8.80 0.86 4.20 9.17 9.06 8.95 1.32 2.55
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Prototipe mesin penanam kedelai dengan pengolahan tanah alur telah dirancang dan diujicoba. Prototipe mesin ini mampu melakukan proses penanaman serta pengolahan tanah langsung dalam dua alur tanam. Kinerja penanaman dan pengolahan tanah sudah cukup baik dengan jumlah satu atau dua benih jatuh pada jarak tanam 18-23 cm, kedalaman tanam benih 3.5-5 cm, dan jarak antar alur 35-43 cm. Pada kecepatan maju 0.341 m/s, kapasitas lapangan efektif dari prototipe mesin hasil rancangan rata-rata 781.48 m2/jam, kapasitas lapangan teoritisnya 920.10 m2/jam, dan efisiensi lapangan 84.93%.
38
Saran Desain mesin penanam kedelai ini masih bisa ditingkatkan kapasitas lapangan dan efisiensi lapangannya dengan menambahkan atau mengintegrasikan prototipe mesin dengan unit lain (pemupukan). Masih ada gesekan antara piringan penjatah dengan dasar pembatas benih pada bagian metering device, oleh karena itu peningkatan tingkat ketelitian pada proses perancangan metering device masih perlu dilakukan. Untuk kebutuhan daya transmisi, perlu dikaji lagi torsi yang ada pada unit penanam dan kecepatan maksimum yang dapat ditransmisikan, sedangkan untuk kenyamanan pengoperasian traktor roda dua yang telah dipasangkan unit penanam dan pengolah tanah alur, maka perlu dikaji secara khusus aspek ergonomika dari mesin ini. Perlu dilakukan pengujian mesin pada lahan yang belum dilakukan pengolahan tanah sebelumnya, untuk mengetahui kinerja pasti dari pengolahan tanah menggunakan unit ini.
DAFTAR PUSTAKA Adisarwanto. 2005. Budidaya dengan Pemupukan yang Efektif dan Pengoptimalan Peran Bintil Akar. Penebar Swadaya. Jakarta. Adie MM, Krisnawati A. 2007. Biologi tanaman kedelai. Dalam: Sumarno, Suyamto, A. Widjono, dan H. Kasim (Eds.). Kedelai: Teknik Produksi dan Pengembangan. Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Bogor. Atman. 2006. Strategi peningkatan produksi kedelai di Indonesia. Jurnal Ilmiah Tambua. 8(1):39-45. ISSN 1412-5838. Broder G, Boehrn M. 2013. Flexible Options with Flexible Shafts [internet]. [diacu 2014 Juli 8]. Tersedia pada: http://powertransmission.com. [BPS] Badan Pusat Statistik. 2014. Berita Resmi Statistik Produksi Padi, Jagung, dan Kedelai (angka sementara tahun 2013) [internet]. [diacu 2014 Juli 1]. Tersedia pada: http://bps.go.id. [BPTP JAMBI] Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Jambi. 2009. Teknologi Budidaya Kedelai di Lahan Pasang Surut [internet]. [diacu 2014 Juli 17]. Tersedia pada: http://jambi.litbang.deptan.go.id/ind/. [DCM] Durney Construction Machinary. 2014. DURNEY Universal Speedometer /Tachometer Inner Wire [internet]. [diacu 2014 Juli 8]. Tersedia pada: http://www.durney.net/. [DITJEN TP] Direktorat Jendral Tanaman Pangan. 2013. Pedoman Teknis Pengelolaan Produksi Kedelai Tahun 2013. Kementrian Pertanian. Herlina ES. 2003. Hubungan antara Tingkat Kepadatan Tanah dengan pF dan Permeabilitas pada Tanah Latosol Dramaga Bogor [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Hermawan W, Mandang T, Radite PAS. 2009. Pengembangan mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk terintegrasi untuk budidaya jagung. Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 2009. Bogor.
39 Hermawan W. 2011. Perbaikan desain mesin penanam dan pemupuk jagung bertenaga traktor tangan. Jurnal Keteknikan Pertanian (JTEP). ISSN: 02163365. Kepner RA, Bainer R, Barger EL, 1978. Principles of Farm Machinery, 2nd edition. The AVI Publising Company, Inc., Wesport, Conecticut. LoCurto GJ, Zakirov V, Bucklin RA, Hanes DM, Teixeira AA, Walton OR, Zhang X, Vu‐Quoc L. 1997. Soybean friction properties. ASAE Paper No. 974108. St.Joseph, Mich.: ASAE. [PSE LITBANG] Pusat Sosial Ekonomi dan Kebijakan Pertanian, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Kementerian Pertanian. 2012. Kinerja Produksi dan Harga Kedelai serta Implikasinya untuk Perumusan Kebijakan Percepatan Pencapaian Target Sukses Kementrian Pertanian [internet]. [diacu 2014 Juli 1]. Tersedia pada: http://pse.litbang.deptan.go.id/ind/. Rukmana R dan Yuniarsih Y. 1996. Kedelai Budidaya dan Pascapanen. Kanisius. Yogyakarta. Santosa. 1994. Studi nilai draft spesifik tanah dengan berbagai metoda. Buletin Enjiniring Pertanian. Vol. 1, No. 3, Okt, 1994 : 8-14 Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1996. Engineering Principles of Agricultural Machines. Michigan: ASAE. Suwastika IW, Ratmini SNP, Tumarlan T. 1997. Budi Daya Kedelai di Lahan Pasang Surut. Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian-Proyek Penelitian Pengembangan Pertanian Rawa Terpadu-ISDP. [YDI] Yanmar Diesel Indonesia. 2014. Spesifikasi - YZC Seri [internet]. [diacu 2014 Juli 1]. Tersedia pada: http://id.yanmar.com/. Syafri E. 2010. Desain Mesin Penanam Jagung Terintegrasi dengan Penggerak Traktor Dua-Roda [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
40 Lampiran 1 Spesifikasi traktor roda-2 yang digunakan YZC-L
Model Dimensi
Panjang - mm
2414
Lebar - mm
800
Tinggi - mm
1130
Berat
Berat, kg
352
Motor Penggerak
Model
TF 105 ML-di
Sistem pembakaran
Injeksi langsung
Volume langkah (cc)
583
Daya keluaran , KW (PS)/rpm
10,5/2400
Bahan Bakar
solar
Kapasitas Tangki Bahan Bakar, L
11
Metode penyalaan
Manual (engkol)
Tipe transmisi
Roda gigi - rantai
Transmisi mundur
Roda gigi - rantai
Transmisi utama
Roda gigi - rantai
Jumlah gigi
F3/R1
Roda depan
5-12
Kopeling
Cakram majemuk kering
Rem
bantalan rem
Kemudi
Kopling belok
Gigi PTO
F2
Kopeling
Cakram majemuk kering
Transmisi
Jalur penggerak
PTO
Penggandengan
Stay hitch
Traktor yang sesuai
Traktor rotary
Metode penyambungan
Traktor rotary
Metode pembajakan
Stay hitch
Lebar pembajakan, mm
Rotary
Kedalaman bajak
660 25
Sumber: YDI 2014
41 Lampiran 2 Pengukuran sudut curah (angle of repose) benih kedelai Ulangan
Tinggi Alas Sudut curah (t), cm (a), cm (θ =tan-1 (t/a)), °
1
3.54
9.05
21.36
2
3.08
8.40
20.13
3
3.02
8.15
20.33
4
3.71
8.85
22.74
5
3.18
8.30
20.96
Rata-rata ( )
21.104
42 Lampiran 3 Dimensi benih kedelai Ulangan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
Panjang (mm) 7.56 7.69 7.13 7.47 8.15 7.58 7.53 7.61 7.25 7.49 7.27 7.66 7.45 7.79 7.30 7.07 8.41 6.80 7.75 7.54 8.00 7.21 7.67 7.60 7.24 7.36 7.51 8.21 8.08 7.01 7.12 7.58 7.73 7.33 6.95 7.91 6.86 7.29 7.63 6.70 7.30 7.93 7.18 7.26 7.26 7.08 7.49 7.28 7.90 6.93 7.53 8.11
Lebar (mm) 6.78 6.93 6.32 6.66 6.99 6.46 6.95 6.74 6.77 6.77 6.46 6.75 7.00 6.88 6.71 6.60 7.08 6.12 6.90 6.63 7.18 6.66 6.91 7.08 6.56 7.05 6.94 6.87 7.41 6.69 6.25 7.38 7.14 6.80 6.74 6.84 6.47 5.84 6.80 6.11 6.70 6.99 6.88 6.55 6.50 6.53 7.19 6.56 6.70 6.30 7.08 5.83
Tebal (mm) 5.57 5.99 4.99 5.98 6.04 5.81 6.05 5.78 5.90 5.93 5.62 5.79 6.00 5.94 6.21 6.01 5.78 5.41 5.92 6.08 5.91 5.29 5.86 6.02 5.69 6.56 5.80 6.06 6.24 6.30 5.37 6.65 6.18 6.21 6.17 5.97 6.46 5.49 5.76 5.56 7.54 5.87 5.82 5.81 5.32 5.76 5.69 5.69 5.27 5.65 5.71 5.24
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 Rata -rata
6.92 6.92 8.12 8.02 7.67 8.15 7.83 7.67 7.19 7.20 7.62 8.00 6.84 7.63 7.54 7.66 7.03 7.20 7.15 7.02 7.09 7.63 7.83 6.79 7.65 7.29 7.69 6.89 7.30 7.56 8.21 7.26 6.96 7.49 7.09 7.35 7.58 7.55 6.77 6.53 7.31 5.61 7.21 5.92 8.15 8.08 6.85 7.00 7.41
5.46 6.44 6.83 6.95 5.87 7.31 6.41 6.70 6.51 6.06 6.78 6.60 6.26 6.85 6.33 6.45 6.18 6.67 6.28 6.34 6.25 6.73 7.11 6.26 6.17 6.79 5.43 6.61 6.30 6.13 6.91 6.97 6.52 6.96 6.40 6.58 6.97 6.30 6.05 6.08 6.48 5.56 6.47 5.22 6.86 6.45 5.63 6.53 6.58
5.54 5.43 5.93 5.83 5.67 6.01 5.64 5.77 5.70 5.42 6.15 5.42 5.26 5.62 5.82 5.40 5.70 5.77 5.33 5.70 5.12 6.40 5.66 5.17 5.56 6.16 6.51 6.05 5.57 6.05 5.97 5.89 5.45 5.41 5.10 5.80 5.98 5.17 4.84 5.48 5.65 4.64 5.46 4.40 6.00 5.25 4.83 5.48 5.74
43 Lampiran 4 Perhitungan draft spesifik tanah berdasarkan tahanan penetrasi tanah Dihitung terlebih dahulu nilai Cone index (Ci) untuk menghitung nilai draft spesifik tanah (Ds). Cone index diukur dengan menggunakan penetrometer. Pengukuran dilakukan pada kedalaman 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm dan 30 cm. Rumus yang digunakan : Ci
F A
(1)
keterangan: Ci : cone index (kg/cm2), F : gaya tekan pada tanah (kgf), dan A : luas pemukaan kerucut penetrometer (cm2). Digunakan persamaan (1) dengan nilai F yang diketahui sebesar 23.72 kgf dan A adalah 2 cm2, maka: 23.72 kgf Ci 11.86 kgf cm 2 2 2 cm Digunakan Fomula Kisu (1972) dalam Santosa (1994a), Santosa (1994b) dan Santosa (2005a), maka nilai draft spesifik dapat dihitung sebagai berikut: (2) IP = 0.8 × c - 4.5 keterangan: IP : index plastisitas tanah (%), c : kandungan liat (clay dalam %). Diketahui kandungan liat dalam tanah bertekstur Latosol pada kedalaman 040 cm berkisar antara 66.12-62.13% (Herlina 2003), maka IP dapat dihitung menggunakan persamaan (2): IP = (0.8 × 64.125) - 4.5 = 46.8 % 2
Ci 1 + (3) 600 C i Diketahui Dst adalah draft spesifik tanah yang dimodifikasi dengan indeks plastisitas tanah (kg/cm2), dan Ci adalah cone index (kg/cm2), dengan menggunakan persamaan (3), maka: 11.86 2 1 Dst = + 0.32 kg/cm 2 600 11.86 80 × Dst Ds = (4) 75.5 - IP Diketahui Ds adalah draft spesifik tanah (kgf/cm2), Dst yang diperoleh sebesar 0.32 kgf/cm2, dan IP sebesar 46.8 %, dengan menggunakan persamaan (4) maka: 80 × 0.32 Ds = 0.89 kgf/cm 2 75.5 - 46.8 Jadi, diperoleh nilai draft spesifik tanah lahan sebesar 0.89 kgf/cm2. Dst =
44 Lampiran 5 Flexible shaft characteristics Loading Moment Weight Diameter (mm) Tolerance (mm) Number of Layers (N · m) (kg/ 100m) (Sample 500mm Long) 2.0
3/5
0.8
1.8
3/5
1.0
2.8
3/5
1.3
4.6
3/5
1.5
6.5
3/4/5
1.8
11.3
3/4/5
2.4
16.2
6.5
4/5/7
2.9
18.7
8.0
5/7
7.5
28.8
10
4/5/6
22.5
45.5
12
5/7
39.0
66.5
13
5/7
50.5
77.5
16
5/7
115.0
114
18
5/7
160
145
2.5 3.2
+0.02 -0.02
3.8 5.0 6.0
+0.00 -0.05
Sumber : DCM 2014
45 Lampiran 6 Data pengujian ketepatan penjatahan benih di laboratorium
1 3 1 1 2 2 2 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 1 2 2
Metering device kiri Jumlah benih yang keluar 2 3 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 3 2 2 2 2 2 1 2 2
Metering device kiri Jumlah Benih Frekuensi Tidak Jatuh 0 1 Benih 19 2 Benih 78 3 Benih 3 Metering device kanan Jumlah Benih Frekuensi Tidak Jatuh 0 1 Benih 11 2 Benih 82 3 Benih 7
5 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 3
1 3 2 2 2 3 1 3 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2
Metering device kanan Jumlah benih yang keluar 2 3 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 3 2 2 2 2 1 2 3 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1
5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2
46
Lampiran 7 Data pengukuran Tahanan Penetrasi Tanah saat pengujian prototipe sebelum penanaman
Lampiran 8 Data pengukuran Tahanan Penetrasi Tanah saat pengujian prototipe setelah penanaman
47
48
Lampiran 9 Kondisi tanah sebelum dan setelah diolah
Lampiran 10 Data pengukuran hasil penanaman
49
50 Lampiran 11 Perhitungan kapasitas lapangan dan efisiensi lapangan Waktu mulai : 14:46:00 Waktu selesai : 14:75:22 Waktu kerja (T) : 0:11:22 = 0.192 jam Lebar Kerja (Lt), m 1 0.75 2 0.75 3 0.75 4 0.75 5 0.75 6 0.75 7 0.75 8 0.75 9 0.75 10 0.75 Total 7.5 Alur
Waktu tempuh 20 meter (t20), s 64.83 58.21 55.59 67.77 54.84 55.59 54.04 60.09 57.42 61.52 589.90
Waktu belok (tb),s 9.03 8.55 8.11 7.91 9.92 8.11 7.49 7.64 9.22 8.19 84.17
Luas lahan (A) : 7.5 m x 20 m = 150 m2 Lebar kerja (Lt) : 0.75 m Kecepatan maju traktor (Vt): 0.341 m/s kapasitas lapangan efektif (Kle): 781.48 m2/jam kapasitas lapangan teoritis (Klt): 920.10 m2/jam efisiensi lapangan (El): 84.93 % A t 150 K le 781.48 m 2 /jam 0.192 K le
K lt 3600 Lt Vt
K lt 3600 0.75 0.341 920.10 m 2 /jam K le 100% K lt 775.12 El 100% 84.93% 910.67 El
Kecepatan maju (Vt), m/s 0.308 0.344 0.360 0.295 0.365 0.360 0.370 0.333 0.348 0.325 Rata-rata = 0.341
Lampiran 12 Gambar teknik
51
52
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
53
54
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
55
56
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
57
58
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
59
60
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
61
62
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
63
64
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
Lampiran 12 Gambar teknik (lanjutan)
65
66
RIWAYAT HIDUP Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara, Aldy Yusuf Syina Iskandar, Alfy Ismail Akbar, dan Salsabila Salwa Fahira, dari ayah Ade Iskandar dan ibu Erlin Julianti. Penulis menempuh pendidikan dasar di Sekolah Dasar Negeri Polisi 5 Bogor, dan melanjutkan pendidikan ke Sekolah Menengah Pertama Negeri 2 Bogor, serta Sekolah Menengah Atas Negeri 5 Bogor. Penulis kemudian melanjutkan kuliah di Institut Pertanian Bogor melalui jalur masuk SNMPTN, dengan memilih jurusan Teknik Mesin dan Biosistem sebagai program studi tujuan. Penulis berkontribusi aktif dalam kepanitian Olimpiade Mahasiswa IPB (OMI) pada tahun 2012, Sapa Himateta pada tahun 2012, Gebyar Nusantara pada tahun 2012, serta IPB Art Contest (IAC) pada tahun 2012 dan 2013. Penulis berkesempatan mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa Pengabdian Masyarakat (PKM-M) IPB dan didanai dengan menjadi founder "Bengkel Sampah Rebin" yang merupakan program edukasi yang bekerjasama dengan Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi (DIKTI) - Kementrian Pendidikan dan SD Cihideung Udik 4 Bogor yang terpusat pada pengenalan sampah organik dan non-organik serta pengolahan sampah organik dan nonorganik menjadi sebuah karya, pada tahun 2013. Penulis juga mendapatkan penghargaan "Mahasiswa Berprestasi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem" pada tahun 2011 dengan kategori "Peningkatan IPK Tertinggi". Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi asisten praktikum Gambar Teknik pada tahun ajaran 2013/2014. Serta penulis aktif sebagai anggota Engineering Desain Club (EDC). Penulis juga pernah melaksanakan Praktik Lapangan selama 40 hari kerja di PT Perkebunan Nusantara VIII, Ciwidey.
