IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.
Penelitian Pendahuluan
1.
Pengujian Kuat Tarik Dahan Buah Jarak Pagar
Pengujian kuat tarik dahan dilakukan di kebun lapangan Leuwikopo dimana dilakukan pengujian dengan menggunakan neraca pegas. Besarnya gaya yang diperlukan untuk menarik buah agar terlepas dari dahan dibaca pada skala yang tertera di neraca pegas. Hasil pengukuran kuat tarik dahan buah jarak pagar setelah 10 kali ulangan dapat dilihat pada Table 1. Tabel 1. Hasil pengukuran kuat tarik dahan buah jarak pagar Ulangan
Gaya tarik buah berwarna hijau (N)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
7.8 8.2 7.5 6.9 7.6 9.0 8.5 9.4 9.7 8.0
Gaya tarik buah berwarna cokelat dan hitam (N) 0.4 0.8 0.7 0.2 0.3 0.9 0.6 1.0 1.2 1.5
Rata-rata
8.26
0.76
Hasil menunjukan bahwa besarnya gaya yang diperlukan melepas buah jarak dari dahan sebesar 8.26 N untuk buah yang mentah (berwarna hijau) dan 0.76 N untuk buah yang matang (berwarna cokelat dan hitam). Ini menunjukan kisaran gaya yang dihasilkan alat panen untuk melepas buah jarak dengan cara menariknya. Buah yang sudah matang atau yang bewarna cokelat kehitaman sangat mudah untuk dilepaskan dari cabang yang mengikatnya. Cara pengujian yang dilakukan dapat dilihat dari Gambar 18.
Gambar 18. Pengujian kuat tarik dahan buah jarak pagar
2.
Pengujian Kelenturan Tanaman Jarak Pagar
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan lima bagian tanaman jarak pagar, yaitu pucuk, percabangan atas, percabangan bawah, batang tengah dan batang bawah. Bagian-bagian yang digunakan dalam pengujian kekuatan lentur dapat dilihat pada Gambar 19.
A
B C
D E
Gambar 19. Bagian tanaman jarak yang digunakan sebagai sample pengujian kelenturan Kelenturan tanaman jarak dilakukan dengan menguji kekuatan lentur dengan pembebanan satu titik (one point loading). Efek pertama yang terjadi akibat tekanan tegak lurus serat kayu adalah terjadinya pemadatan sel karena dinding bagian atas dan bagian bawah sel akan menyatu (berimpit). Oleh karena itu, kekuatan kayu seolah-olah meningkat, yang sebenarnya sudah terjadi kerusakan. Maka, hasil pengujian kekuatan tegak lurus serat bukan diambil dari nilai maksimum tetapi hanya dari nilai tegangan serat pada batas proporsional (fibre stress at proportional limit), dimana kayu masih bersifat elastis (Mardikanto, 2009). Grafik hasil pengujian kuat lentur tanaman jarak dapat dilihat pada Gambar 20.
Gaya P (kgf)
Sample A2 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
Sample A2
0
10
20
30
40
50
defleksi (mm) Gambar 20. Grafik pengujian kuat lentur tanaman jarak pagar
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa perubahan bentuk yang terjadi pada tanaman jarak akibat perubahan beban yang menimpanya sampai dengan batas proporsi maka bentuk grafiknya dilihat secara keseluruhan berupa garis lurus. Sifat tanaman jarak pagar sebelum batas proporsi bersifat plastis, dimana tanaman dapat kembali ke bentuk semula apabila dilepas. Ketika melewati batas proporsi, grafiknya berubah menjadi bentuk parabolik dan terjadi perubahan bentuk tanaman jarak pagar sebelum benda mengalami kerusakan. Grafik yang berupa garis lurus akan membentuk sudut kemiringan (slope) terhadap sumbu horizontal. Nilai kemiringan (slope) menunjukan sifat mudah tidaknya benda tersebut berubah bentuk akibat pembebanan. Semakin mudah benda tersebut berubah bentuk akibat beban yang sama, maka akan semakin kecil slope-nya, yang berarti semakin tidak kaku (elastis) benda tersebut Dari pengujian kelenturan diperoleh nilai modulus elastisitas dari tanaman jarak pagar, dimana kelenturan batang jarak pucuk (sample A) sebesar 528.65x106 N/m2, pada percabangan atas (sample B) sebesar 1018.18x106 N/m2, percabangan bawah (sample C) sebesar 752.08x106 N/m2, batang tengah (sample D) sebesar 557.77x106 N/m2 dan batang bawah (sample E) sebesar 420.94x106 N/m2. Modulus elastisitas pada batang jarak dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Modulus elastisitas batang jarak pagar Sample E (kgf/cm²) Rataan E Rataan E (kgf/cm²) (106 N/m2) A1 7685.94 5390.72 528.65 A2 3835.85 A3 3605.28 A4 5723.79 A5 6102.73 B1 6937.70 10382.62 1018.18 B2 8775.85 B3 9471.68 B4 17361.73 B5 9366.16 C1 8997.16 7669.11 752.08 C2 5538.05 C3 6560.54 C4 7914.16 C5 9335.66 D1 6555.59 5687.71 557.77 D2 5431.28 D3 6303.78 D4 4592.54 D5 5555.37 E1 4405.69 4292.43 420.94 E2 2962.34 E3 4552.65 Dalam Dian 2009, kekuatan batang jarak secara struktur kolomnya adalah sebesar 63.98 kgf/cm2, merupakan kombinasi dari kekuatan tekan batang sebesar 62.27 kgf/cm2 dan kekuatan lentur batang sebesar 14.69 kgf/cm2.
3.
Pengujian Parameter Desain Model Alat Pemanen Jarak Pagar
Metode pemanenan yang digunakan adalah metode penyisiran untuk itu diperlukan parameter desain seperti bentuk alat panen, arah pemenenan, jarak antar sisir dan jarak antar jarijari sisir. Untuk mendapatkan data ini diperlukan pengujian dengan melakukan simulasi dengan model alat panen. Dimana model alat pemanen jarak dibuat dari bahan bambu yang memiliki kelenturan 17000-20000 N/mm2 untuk bambu kering dan 9000-10000 N/mm2 (Dransfield, 1995). Buah jarak berupa buah kotak berbentuk bulat telur, diameter 2-4 cm dan panjang buah 2 cm berwarna hijau ketika masih muda dan kuning kecokelatan jika matang. Berdasarkan pengamatan dilapangan buah jarak yang sudah matang mengalami penyusutan diameter menjadi 1.5-2.5 cm. Berdasarkan hal ini, jarak antar sisir dirancang agar dapat dilalui buah ketika terpetik ataupun terguncang. Alat panen yang akan didesain berupa sisir dari dua sisi (kiri dan kanan) untuk mencapai keseluruhan cabang tanaman (lihat Gambar 21). Alat pemanen didesain agar dapat menyisir tanaman jarak sampai ke batang utama, maka untuk memudahkan penyisiran dirancang lebar sisir yang dapat mengumpulkan keseluruhan cabang tanaman jarak. Lebar sisir ditentukan berdasarkan pengamatan di lapangan terhadap diameter kanopi/percabangan tanaman jarak sebesar 2-2.5 m. Dari hasil pengujian di laboratorium, batang jarak memiliki kelenturan batang jarak pucuk sebesar 528.65x106 N/m2, pada percabangan atas sebesar 1018.18x106 N/m2, percabangan bawah sebesar 752.08x106 N/m2, batang tengah sebesar 557.77x106 N/m2 dan batang bawah sebesar 420.94x106 N/m2 Hal ini menujukkan batang jarak memiliki kelenturan yang tinggi untuk dikumpulkan dan dapat melewati celah sisir. Metode penyisiran dilakukan dengan tiga arah simulasi yaitu vertikal, horizontal dan horizontal dengan kemiringan. Arah simulasi vertikal dilakukan dengan menyisir tanaman jarak dari batang bawah hingga ke pucuk. Arah simulasi vertikal dapat dilihat pada Gambar 21. Metode penyisiran dengan arah simulasi horizontal dilakukan dengan memposisikan sisir secara tegak dan digerakkan dari sisi tanaman jarak, dapat dilihat pada Gambar 22. Sedangkan simulasi terakhir menggunakan arah horizontal namun model alat panen diposisikan dengan kemiringan tertentu (lihat Gambar 23). Tinggi ataupun panjang alat yang digunakan berdasarkan tinggi tanaman jarak pagar, dengan asumsi tanaman akan dirawat/dipangkas maka diberikan batasan tinggi tanaman yang dapat terpanen adalah 2 m. Untuk buah yang diluar jangkauan alat dapat terpanen dengan guncangan yang dihasilkan alat pemanen.
(a) (b) Gambar 21. Model alat pemanen berbentuk sisir dengan arah aplikasi ke atas atau vertikal, dimana alat dalam posisi horizontal (a) dan sketsa alat yang menunjukan arah aplikasi (b)
(a) (b) Gambar 22. Model alat pemanen berbentuk sisir dengan arah aplikasi ke depan atau horizontal, dimana alat dalam posisi vertikal (a) dan sketsa alat yang menunjukan arah aplikasi (b)
45
(a) (b) Gambar 23. Model alat pemanen berbentuk sisir dengan arah aplikasi ke depan atau horizontal namun alat dimiringkan sebesar 45o (a) dan sketsa alat yang menunjukan arah aplikasi (b)
Persentase Buah Terpanen (%)
Hasil pengujian di atas pada lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm diperoleh persentase pemanenan yang baik adalah dengan kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 56.1% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 22.7% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) sebanyak 2.5%. Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm dapat dilihat pada Gambar 24. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 5. Lebar jari‐jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2 cm 56.1
60 50
48.1
44.4
45.9
42.3
40
40 30
22.7
20 10
0
0
0
0
3
0
2.5
0
0
0
0
0 Vertikal
Horizontal
Miring (α=30o) Miring (α=45o) Miring (α=60o) Miring (α=75o) Arah Uji Simulasi
Buah warna cokelat dan hitam
Buah warna kuning
Buah warna hijau
Gambar 24. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm
Persentase Buah Terpanen (%)
Pada lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm, diperoleh persentase pemanenan yang baik pada kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 58.4% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 16.7% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) sebanyak 1.9%. Pada pengujian ini buah jarak pagar yang berwarna cokelat dan hitam lebih sedikit terpanen karena jarak antar jari-jari sisir lebih besar menyebabkan buah yang bewarna cokelat dan hitam lolos (tidak terpanen). Karena lebar jari-jari bambu yang kecil tidak dapat memberikan gaya tarik pada dahan buah dan kurang membuat guncangan.Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jarijari sisir sebesar 2.5 cm dapat dilihat pada Gambar 25. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 6.
Lebar jari‐jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2.5 cm 60 50 40 30 20 10 0
58.4 40.3
40.2
34
30.2
29.5 16.7 0
Vertikal
0
0
Horizontal
0
5.6
1.5
1.9
0
0
0
0
Miring (α=30o)Miring (α=45o)Miring (α=60o)Miring (α=75o) Arah Uji Simulasi
Buah warna cokelat dan hitam
Buah warna kuning
Buah warna hijau
Gambar 25. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm Pada lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm, diperoleh persentase pemanenan yang baik adalah dengan kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 86.4% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 66.7% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) tidak terpanen. Pada kemiringan 30o dan kemiringan 60o merupakan persentase pemanenan yang tertinggi kedua. Dimana buah yang terpanen pada kemiringan 30o berwarna cokelat dan hitam sebanyak 52.3% dan buah berwana kuning sebanyak 10% sedangkan buah yang berwarna hijau sebanyak 10%. Pada kemiringan 60o, persentase buah yang terpanen berwarna cokelat dan hitam sebanyak 52.2% dan buah berwana kuning sebanyak 33.4% sedangkan buah yang berwarna hijau sebanyak 1.7%. Banyaknya buah berwarna cokelat dan hitam yang terpanen disebabkan karena lebar jarijari bambu yang dapat memberikan gaya tarik pada dahan buah jarak dan guncangan yang lebih besar, namun karena jarak antar jari-jari sisir yang kecil menyebabkan buah lolos melewati jarak antar sisir. Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jarijari sisir sebesar 2cm dapat dilihat pada Gambar 26. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 7.
Persentase Buah Terpanen (%)
Lebar jari‐jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2 cm 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
86.4 66.7 52.3
45 41.7
35 37.5
33.4 10 10
2.1 Vertikal
52.2
41.7
0
0
Horizontal
1.7
0 Miring (α=30o)
Miring (α=45o)
Miring (α=60o)
1.3
Miring (α=75o)
Arah Uji Simulasi Buah warna cokelat dan hitam
Buah warna kuning
Buah warna hijau
Gambar 26. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm Hasil pengujian pada lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm diperoleh persentase pemanenan yang baik adalah dengan kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 91.2% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 90% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) sebanyak 33.4%. Pada kemiringan 30o merupakan persentase pemanenan yang tertinggi kedua dimana buah yang terpanen berwarna cokelat dan hitam sebanyak 73.8% dan buah berwana kuning sebanyak 77.8% sedangkan buah yang berwarna hijau sebanyak 14.9%. Dapat dilihat bahwa dengan menggunakan model alat pemanen jarak dari bambu dengan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm menghasilkan persentase terbesar dibandingkan dengan tiga pengujian dari parameter sebelumnya. Banyaknya buah berwarna cokelat dan hitam yang terpanen disebabkan karena lebar jari-jari bambu yang dapat memberikan gaya tarik pada dahan buah dan guncangan yang lebih besar ditambah jarak antar jari-jari sisir yang sesuai dengan diameter buah jarak yaitu 1.5-2.5 cm, apabila buah jarak yang sudah matang. Untuk persentase pemanenan dengan lebar jarijari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5cm dapat dilihat pada Gambar 27. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 8.
Persentase Buah Terpanen (%)
Lebar jari‐jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2.5 cm 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
91.2 90 73.8 77.8
66.1
61.8
60.5 50.6
50 33.4
26.8 14.9 0 Vertikal
Horizontal
0 Miring (α=30o)
Miring (α=45o)
25 8.4 4.6
Miring (α=60o)
0
Miring (α=75o)
Arah Uji Simulasi Buah warna cokelat dan hitam
Buah warna kuning
Buah warna hijau
Gambar 27. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm
B. Analisis Teknik 1.
Analisis Pengaturan Jarak Antar Sisir
Komponen pengatur jarak antar sisir didesain dengan prinsip awal untuk mengatur jarak antara sisir-sisir yang memanen buah, sehingga dapat dilalui oleh batang utama dan cabangcabang tanaman. Jarak antar sisir diperoleh dengan memperhatikan ciri-ciri tanaman jarak seperti, diameter rata-rata batang utama dan diameter kanopi. Pada desain dilengkapi dengan lima setup jarak yang berbeda dimulai dari jarak 95 cm sampai jarak 120 cm, masing-masing dengan beda sebesar 5 cm. Mekanisme pengaturan jarak antar sisir tergolong sederhana yaitu menggunakan sistem mur baut, dengan jarak masing-masing lubang sebesar 5 cm. Pada desain terdapat pengatur jarak antar sisir untuk mengatur sisir kiri dan kanan, sehingga diletakkan pada bagian penyangga depan dan belakang.
2.
Analisis Pusat Massa
Analisis pusat massa alat merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui titik pusat beban utama yang dapat mewakili seluruh komponen massa dari desain yang dibuat. Dalam analisis ini dipergunakan bantuan program AutoCAD untuk menentukkan titik pusat massa tiap komponen yang menyusun desain mesin. Langkah analisis pusat massa diawali dengan menentukkan koordinat pusat (0,0,0) pada desain yang sudah digambarkan. Koordinat pusat ini akan digunakan sebagai acuan untuk menetukkan pusat massa komponen penyusun pada desain yang telah dibuat. Pada analisis ini ditentukkan koordinat pusat (0,0,0) berada pada titik sudut sisi kanan belakang alat. Langkah berikutnya adalah menentukan pusat massa setiap komponen yang membentuk desain. Gambar pictorial alat dengan koordinat pusat (0,0,0) dapat dilihat pada Gambar 28.
A
Gambar 28. Rancangan dengan acuan titik koordinat (0,0,0)
Analisis pusat massa menggunakan persamaan sebagai berikut (Meriam dan Kraige, 2003): X
X Y Z m X Y Z
∑
∑
Y
∑
Z
∑
∑ ∑
Keterangan: koordinat x pada pusat massa keseluruhan desain koordinat y pada pusat massa keseluruhan desain koordinat z pada pusat massa keseluruhan desain massa komponen yang dianalisis koordinat pusat massa pada arah x koordinat pusat massa pada arah y koordinat pusat massa pada arah z
Analisis untuk mencari pusat massa kemudian dibantu dengan program CAD tertentu untuk lebih mempermudah penentuan jarak pusat massa. Hasil perhitungan tersedia pada Tabel 3. Dengan koordinat pusat massa setiap komponen, dan koordinat pusat massa satu kesatuan desain. Berdasarkan pada perhitungan yang telah dilakukan dengan menggunakan rumus kesetimbangan, dimana massa setiap komponen dikalikan dengan koordinat pusat massa setiap komponen . Sehingga dapat diketahui bahwa pusat massa alat pemanen buah jarak pagar yang telah dirancang terletak pada koordinat (0.732; 0.466; 0.303) jika digunakan acuan koordinat pusat (0; 0; 0) yang terletak pada titik sudut sisi kanan belakang alat. Tabel 3. Analisis koordinat pusat massa alat pemanen buah jarak pagar
Z (m) 0.239
m (kg.m) 0.040
m (kg.m) 1.105
mZ (kg.m) 0.450
0.588
0.239
1.855
1.105
0.450
0.224
0.490
0.504
0.583
1.273
1.309
2.6
0.784
0.490
0.504
2.038
1.273
1.309
Pengatur jarak depan Pengatur jarak belakang Gandengan depan
0.58
0.505
0.992
-0.601
0.293
0.575
-0.349
0.58
-0.007
0.992
-0.597
-0.004
0.575
-0.346
1.62
1.349
0.024
0.941
2.186
0.039
1.524
Gandengan belakang
3.32
1.215
0.323
0.064
4.032
1.072
0.213
Total
15.06
-
-
-
11.023
7.017
4.562
0.732
0.466
0.303
Massa kg 1.88
(m) 0.021
(m) 0.588
Rangka kiri
1.88
0.987
Sisir kanan
2.6
Sisir kiri
Komponen Massa Rangka kanan
Koordinat pusat masa keseluruhan
Titik yang menjadi pusat massa dari alat pemanen akan terletak diantara sisir kanan dan sisir kiri. Letak pusat massa dapat dilihat lebih jelas terlihat pada Gambar 29.
A
Gambar 29. Posisi pusat massa pada tampak samping kiri
3.
Analisis Momen dan Tegangan pada Alat Pemanen
Selain analisa mengenai pusat massa alat, juga diperlukan analisa gaya yang dialami oleh alat pemanen buah jarak. Hal ini bertujuan agar dapat diketahui apakah alat akan rusak atau patah saat diam maupun saat bertabrakan dengan tanaman jarak pagar. Hal ini ditinjau dari tegangan yang terjadi pada beberapa titik penting di alat seperti yang terlihat pada Gambar 30 yang merupakan tampak depan dari alat pemanen buah jarak.
Gambar 30. Skema perhitungan tegangan pada rangka atas Tegangan yang terjadi pada titik A, B dan C dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
dimana, σ, tegangan (MPa); M, momen gaya (Nm); I, momen inersia pada penampang (m4)
Pada titik A a. Analisis Tegangan dengan Momen Vertikal Penampang alumunium siku yang berukuran 100 x 300 mm dengan ketebalan 20 mm, sehingga titik pusat geser (XG = c) berada pada: c
300 20 150 300 20
80 20 10 80 20
120.53 mm
Momen inersia pada penampang adalah 1 1 1 bh 20 300 80 20 I 3 3 3 I IXG A c 18.02 x 107 = IXG + 7600 (120.53)2 IXG = 6.98 x 107 mm4,
18.02x10 mm
Momen yang terjadi pada titik A ditopang oleh dua rangka atas dimana beban yang ada berasal dari berat rangka kiri (rki), sisir kiri (s) dan rangka atas (ra). Sehingga besarnya momen yang terjadi adalah sebagai berikut: ΣM = Mrki + Ms + Mra = (Wrki x drki) + (Ws x ds) + (Wra x dra) Dimana, Wrki = Gaya berat pada rangka kiri (N) Ws = Gaya berat pada sisir (N) Wra = Gaya berat pada rangka atas (N) drki = Panjang lengan momen rangka kiri (m) ds = Panjang lengan momen sisir (m) dra = Panjang lengan momen rangka atas (m) Diketahui, Wrki = 18.44 N Ws = 25.51 N Wra = 11.38 N drki = 0.9985 m ds = 0.775 m dra = 0.5 m Maka momen pada titik A ΣM = (18.44 x 0.9985) + (25.51 x 0.775) + (11.38 x 0.5) = 43.88 Nm = 43.88 x 103 Nmm Karena ditopang oleh dua rangka maka dalam keadaan ideal masing-masing rangka menanggung momen sebesar MA1,2 =
ΣM = 21.94 x 103 Nmm,
Sehingga menghasilkan tegangan pada masing-masing rangka sebesar: Mc 21.94 x 10 120.53 37.89 x 10 N/m σ, 6.98 x 10 I
Jadi, tegangan yang terjadi pada titik A saat diam sebesar 37.89 x 103 N/m2. Menurut Beer (2002), tegangan izin untuk alumunium 99% sebesar 95 x 106 N/m2 dan mengunakan nilai faktor keamanan sebesar 2 karena alat diaplikasikan dengan beban kerja relatif kecil dan pada kecepatan rendah . Ini menunjukkan bahwa tidak akan terjadi kerusakan pada komponen pengatur jarak (rangka atas) yang terbuat dari alumunium siku karena masih berada dibawah tegangan izin 47.5 x 106 N/m2. b.
Analisis Tegangan dengan Gaya Horizontal Pada saat alat dioperasikan maka alat akan mendapat tambahan beban/hambatan dari tanaman jarak. Gaya yang dihasilkan tanaman jarak saat dilalui oleh alat tidak memperhitungkan hambatan berupa guludan tanah dan puntiran yang dialami oleh pohon jarak maupun alat. Diasumsikan besarnya gaya yang terjadi diakumulasikan pada batang utama dimana hambatan yang terjadi disebabkan oleh buah, daun dan cabang dari tanaman jarak pagar. Adapun analisis gaya yang terjadi menggunakan pendekatan sistem kantilever. Dari pengujuan kelenturan pohon jarak diketahui bahwa modulus elatisitas (E) dari batang bawah tanaman jarak sebesar 420.94 x 106 N/m2 dan momen inersia (I) sebesar 15.41 x 10-8 m4. Dalam kondisi ideal, saat pohon jarak dilalui oleh alat terjadi lentingan pada pohon jarak yang mengakibatkan defleksi. Dimana defleksi maksimum yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 31.
Gambar 31. Defleksi tanaman jarak pagar Besarnya defleksi yang tejadi pada tanaman jarak: Δmaks = √1.5
1
1.12
dimana, ∆
3
sehingga, 3
diperoleh besarnya gaya sebesar: 3 1.12 420.94 10 15.41 10 1.5
64.58
Tanaman jarak memberikan gaya (P) sebesar 64.58 N saat dilalui oleh tanaman jarak. Dengan gaya tersebut dapat dihitung besarnya momen dan tegangan yang terjadi pada rangka atas. Terlebih dahulu dilakukan perhitungan momen inersia pada rangka atas secara struktur. I=
(5000)(300)3 -
(4800)(300)3-
(2)(80)(280)3
I = 0.016 x 1010 mm4 Analisis momen dan tegangan yang terjadi pada rangka atas secara struktur dapat dilihat pada Gambar 32.
Gambar 32. Analisis momen dan tegangan pada alat pemanen Besarnya momen yang terjadi pada alat pemanen jarak: M = P x drka Dimana, P = Gaya yang diberikan oleh tanaman jarak (N), drka = panjang lengan momen rangka atas (m), sehingga: M = 64.58 x 0.5 = 32.29 Nm = 32.29 x 103 Nmm Sehingga tegangan yang terjadi pada struktur rangka atas: Mc 32.29 x 10 120.53 24.32 x 10 N/m σ I 0.016 x 10 Tegangan yang terjadi pada titik A (struktur rangka atas) saat alat diaplikasikan melewati tanaman jarak sebesar 24.32 x 103 N/m2. Hal ini menunjukkan bahwa tidak akan terjadi kerusakan pada komponen pengatur jarak (rangka atas) yang terbuat dari alumunium siku karena masih berada dibawah tegangan izin 47.5 x 106 N/m2.
C. Hasil Rancangan dan Konstruksi 1.
Deskripsi Alat
Gambar 33. Alat pemanen buah jarak pagar a.
Sumber Tenaga Penggerak
Sumber tenaga yang digunakan pada alat pemanen buah jarak berasal dari tenaga yang dihasilkan oleh traktor roda empat. Alat pemanen buah jarak digandengkan pada rangka samping kanan traktor sehingga alat akan bergerak mengikuti gerak traktor yang dalam hal ini akan bergerak sepanjang jalur tanaman jarak. Selanjutnya alat pemanen buah akan menabrak pohon jarak dan batang utama pohon jarak akan melewati celah yang berada di tengah alat pemanen sedangkan cabang-cabang pohon jarak akan disisir. Traktor yang digunakan adalah Kubota B6100 dengan tenaga 14 hp dan kecepatan putaran 1500 rpm sehingga menghasilkan kecepatan maju sebesar 0.9 km/jam. b.
Batasan dalam Perancangan Alat
Perancangan alat mempertimbangkan beberapa faktor langsung di lapangan. Faktor yang dipertimbangkan adalah jarak tanam, diameter percabangan, diameter pohon jarak pagar, tinggi tanaman dan topografi tanah. Faktor-faktor tersebut menentukan dimensi alat yang dirancang. Alat pemanenan menggunakan rangka siku yang terbuat dari alumunium karena memiliki kelebihan seperti ringan, keras, tahan karat dan penyambungan yang dilakukan menggunakan mur dan baut sehingga ukuran dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Sedangkan penyisir menggunakan nylon putih yang memiliki elastisitas yang tinggi sehingga dapat menyisir tanpa merusak daun atau melukai pohon jarak. c.
Cara Kerja Alat
Alat pemanen buah jarak pagar dirancang untuk digandengkan pada traktor yang dioperasikan oleh seorang operator. Hal ini untuk memudahkan transportasi alat dan untuk memberikan gaya dorong yang dibutuhkan untuk menyisir pohon jarak pagar. Sumber tenaga dorong diperoleh dari kecepatan maju traktor yang menggandeng alat pemanen. Penyisir akan menyentuh cabang-cabang pada pohon jarak untuk melepaskan buah jarak pagar. Alat pemenen dilengkapi dengan pengatur jarak sisir yang dibuat agar dapat mengatur jarak antar sisir sesuai dengan diameter percabangan dan diameter batang utama tanaman. Unit pengatur
jarak sisir ini memiliki jarak dari 0 cm sampai 25 cm. Unit pengatur jarak sisir ini terbuat dari alumunium siku yang sekaligus berfungsi sebagai rangka untuk menghubungkan kedua sisir. Unit pengatur jarak sisir didesain menjadi dua bagian, satu unit di bagian depan dan satu unit di belakang. Masing-masing unit di atur terpisah. d.
Bentuk Alat
Rancangan alat pemanen akan terdiri dari beberapa komponen seperti diperlihatkan pada Gambar 34.
Gambar 34. Komponen alat pemenen buah jarak pagar
2. 1) 2) 3) 4)
Rancangan Fungsional Alat yang dirancang terdiri dari beberapa komponen utama, seperti: Sisir, yang terbuat dari nylon putih berfungsi untuk memanen buah jarak. Rangka, terbuat dari alumunium siku memiliki fungsi untuk menegakkan berdirinya alat pemanen. Pengatur jarak sisir, terbuat dari alumunium siku yang berfungsi untuk mengatur jarak antar sisir. Gandengan, terbuat dari besi kotak yang berfungsi menghubungkan alat pemanen ke traktor.
3.
Rancangan Struktural
a.
Rangka Utama
Buah jarak merupakan salah satu buah klimaterik dimana proses perubahan warna buah terjadi selama proses pematangan buah. Pematangan buah jarak tidak terjadi secara seragam oleh karena itu dilakukan perancangan awal. Dimana memperhitungkan sudut percabangan pohon jarak, letak munculnya buah pada pohon dan diameter kanopi pohon jarak.
Gambar 35. Rangka utama Rancangan alat panen masih tahap dasar sehingga hanya memperhitungkan proses pemanenan, tidak termasuk pengumpulan buah setelah dipanen. Rangka dibuat agar dapat menyesuaikan lebar kanopi dan dapat menyangga sisir yang akan melewati pohon jarak. Karena alat panen akan di gandengkan dengan traktor maka alat di buat seringan mungkin namun tetap memperhatikan kekuatan bahan sehingga rangka tidak akan rusak ketika betabrakan dengan cabang-cabang pohon jarak. Rangka yang dirancang dapat mengumpulkan cabang-cabang pohon jarak yang memiliki diameter kanopi sekitar dua meter menjadi satu meter sehingga memudahkan penyisiran saat memanen. Rangka dibuat memiliki ketinggian sekitar 50 cm dari permukaan tanah karena rata-rata buah akan muncul setelah ketinggian tersebut atau dimulainya cabang primer pohon jarak. Dengan ketinggian alat panen sebesar satu meter maka tinggi pemanenan dapat mencapai sekitar 1-2 m tinggi pohon, karena batang jarak memiliki elastisitas yang tinggi. Rangka utama dari alat ini terdiri atas dua bagian yaitu kiri dan kanan yang hanya dihubungkan dengan pengatur sisir yang terdapat di atas rangka. Agar sisir tidak bergoncang saat menabrak percabangan maka diberi penyangga tambahan yang mencapai titik tengah sisir. b.
Sisir
Buah jarak pada umumnya muncul pada pangkal percabangan (cabang terminal). Untuk memperoleh hasil panen yang baik (buah yang berwarna kuning dan hitam), perlu dilakukan perancangan sudut pemanenan sehingga dapat menjangkau buah jarak baik di ujung cabang maupun di pangkal cabang. Untuk sudut pemanenan diperoleh terlebih dahulu dengan melakukan
pengujian simulasi alat sehingga diperoleh sudut yang optimal pemanenanya adalah 45o , dimana sudut percangan pohon jarak berkisar antara 40o-45o. 2.5 cm
1.5 cm
45 cm
Gambar 36. Sisir Sisir dirancang dengan panjang 45 cm, lebar 1.5 cm dan tebal 0.8 cm, sehingga menyerupai bentuk balok. Jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm. Bahan dari sisir yang terbuah dari lembaran nylon putih memiliki kelenturan 2-4x109 N/m2. Cukup lentur untuk melewati cabang pohon jarak dan tidak merusak daun. Jarak antar anak sisir sebesar dua sentimeter sehingga member celah agar dapat dilewati cabang-cabang pohon jarak. Pada awal perancangan nylon yang digunakan ditempelkan ke rangka menggunakan rivet, namun setelah di uji ternyata nylon tersebut lepas dari rangka. Perbaikan yang dilakukan dengan mengunakan sistem baut dan mur efektif menempelkan nylon ke rangka. Namun terdapat kelemahan dimana apabila alat panen sering digunakan maka baut dan mur dapat longgar. Antisipasi yang dilakukan untuk mengurangi besarnya kelonggaran pada baut dan mur dengan menambahkan ring diantara kepala baut dan mur. c.
Pengatur jarak sisir
Untuk dapat menjangkau diameter kanopi dan diameter batang utama dari pohon jarak maka diperlukan pengatur jarak antar sisir yang terdapat di kiri dan kanan. Pengatur sisir terdapat pada bagian depan dan belakang, sehingga selain mengatur jarak sisir, penggatur ini juga berfungsi sebagai rangka.
Gambar 37. Pengatur jarak sisir Jarak setup yang diberikan pada pengatur sisir sebesar lima sentimeter agar memudahkan pengaplikasian alat. Dengan pengaturan setup, alat panen dapat melewati batang utama pohon jarak yang berdiameter 20 cm dan lebar diameter kanopi 2-3 m. Pada perancangan awal untuk pengatur jarak sisir hanya mengunakan satu lapis alumunium siku namun ternyata tidak cukup kuat untuk menyangga sisir sehingga ditambahkan satu lapis alumunium lagi. Pengatur ini juga di tempelkan ke rangga utama dengan menggunkan sistem baut dan mur.
d.
Gandengan
Traktor merupakan sumber tenaga penggerak alat pemanen jarak pagar sehingga alat harus digandengkan dengan traktor. Pada alat ini terdapat dua gandengan yaitu bagian depan dan belakang yang terbuat dari besi kotak. Gandengan depan memiliki panjang 75 cm sedangkan gandengan belakang sebesar 52 cm. Pada gandengan bagian belakang terdapat tiang penyangga setinggi 63 cm dan 36 cm membentuk sudut 146o guna menyokong rangka atas.
(a) (b) Gambar 38. Gandengan depan (a) dan gandengan belakang (b) Gandengan ini ditempelkan dengan menggunakan sistem baut baik ke traktor maupun ke alat. Pada gandengan terdapat tahap pengelasan terlebih dahulu untuk membuat landasan dan sambungan. Gandengan yang digunakan pada alat pemanen tidak standar yang ada sehingga hanya dapat digunakan untuk traktor jenis Kubota B6100, agar memudahkan untuk pengujian di lapangan karena alat pemanen ini masih merupakan rancangan dasar.
D. Uji Kinerja Alat Pemanen Pada saat pengoperasian alat di lapangan, alat dapat beroperasi sesuai dengan yang diharapkan dengan kecepatan maju traktor berkisar 0.9 km/jam dimana traktor yang digunakan beroperasi pada transmisi L1 dan rpm 1500. Buah yang dipanen secara keseluruhan berwarna cokelat dan hitam serta kuning. Namun setelah alat dijalankan sejauh 10 m, alat pemenen mengalami kerusakan pada bagian rangka atas karena tidak dapat menerima beban yang besar saat tersangkut pada cabang tanaman jarak yang sudah tumbang yang disebabkan oleh busuk akar. Hasil uji kinerja alat pemanen buah jarak pagar tidak dapat disajikan secara kuantitatif karena masalah teknis yang terjadi di lapangan. Secara kualitatif, kualitas pemanenan dapat dikatakan baik. Hal ini ditinjau dari kualitas buah yang terpanen, kerusakan buah yang dipanen, kerusakan pada daun dan batang tanaman jarak pagar. Buah jarak yang terpanen merupakan buah yang sudah matang (buah berwarna cokelat dan hitam serta kuning). Hal ini menunjukan bahwa alat pemanen dapat bekerja efektif dalam memanen buah jarak pagar. Sedangkan kualitas buah yang terpanen, buah tidak mengalami kerusakan. Setelah tanaman dilalui/ disisir oleh alat pemanen, dilakukan pengamatan secara visual terhadap tanaman jarak pagar. Tanaman jarak pagar tidak mengalami kerusakan yang signifikan, hal ini dapat dilihat dari tanaman jarak pagar dapat tumbuh dengan baik setelah dipanen. Batang maupun cabang-cabang tanaman jarak pagar tidak mengalami kerusakan berupa patahan ataupun
goresan. Kondisi tanaman jarak pagar setelah dipanen dapat dilihat pada Gambar 39. Jumlah daun yang gugur akibat pengaplikasian alat juga relatif kecil (lihat Gambar 40) sehingga dapat diabaikan dan tidak membuat kerusakan pada tanaman jarak. Namun pemanenan yang dilakukan saat terjadi pembunggaan menyebabkan bunga gugur. Hal ini dapat mengurangi produktivitas dari tanaman jarak. Secara umum, kerusakan pada tanaman jarak yang telah dipanen tidak tampak sehingga apabila masalah teknis yang terjadi dapat diatasi, indikator yang menunjukkan kinerja alat berdasarkan kualitas pemanenan (jumlah buah terpanen, jumlah daun yang gugur, kapasitas pemanenan) dapat ditunjukkan.
Gambar 39. Kondisi tanaman jarak pagar setelah dipanen
daun
buah
Gambar 40. Buah jarak pagar yang terpanen dan daun jarak pagar yang gugur
Tidak terjadinya kerusakan yang signifikan pada tanaman jarak disebabkan karena kelenturan tanaman jarak pagar yang tinggi dan kelenturan sisir yang terbuat dari nylon lebih besar dari tanaman jarak pagar itu sendiri. Sehingga saat tanaman jarak disisir, sisir pada alat panen memberikan gaya untuk menarik/melepas buah dari dahan dan kelenturan sisir menghasilkan guncangan pada cabang-cabang tanaman jarak. Hal inilah yang menyebabkan buah terlepas dari dahan dan terpanen.
