DESAIN DAN UJI KINERJA PENJATAH PUPUK UNTUK MESIN PEMUPUKAN KELAPA SAWIT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit 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 diskripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Maret 2015 Dima Abdillah Irfansyah NIM F14100094
ABSTRAK DIMA ABDILLAH IRFANSYAH. Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk
Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN. Kegiatan pemupukan pada tanaman kelapa sawit merupakan kegiatan yang menyerap biaya paling besar dalam tahap pemeliharaan tanaman. Pemupukan dalam kelapa sawit umumnya masih menggunakan cara manual sehingga dosis pemupukan sulit untuk diatur. Mesin pemupukan mekanis yang tersedia saat ini menggunakan mekanisme gaya sentrifugal sehingga tidak dapat diaplikasikan pada tanaman kelapa sawit belum menghasilkan (TBM). Tujuan penelitian ini adalah merancang alat penjatah pupuk untuk melakukan penjatahan pupuk tipe granular dalam 6 variasi dosis. Terdapat dua tipe penjatah yang digunakan pada penelitian ini yaitu auger tipe edge cell dan auger tipe ulir yang akan digunakan untuk melakukan penjatahan sesuai variasi dosis yang diharapkan. Variasi dosis yang digunakan pada penelitian ini yaitu 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.5 kg dan 0.25 kg. Variasi penjatahan dosis pupuk yang dihasilkan diatur dari kecepatan putar auger pada rentang kecepatan putar auger 50 rpm – 5 rpm. Berdasrkan hasil percobaan, auger tipe ulir merupakan penjatah yang paling sesuai untuk melakukan penjatahan pupuk tipe granular. Kata kunci: Kecepatan putar(rpm), kelapa sawit, pemupukan, penjatah
ABSTRACT DIMA ABDILLAH IRFANSYAH. Design and Performance Test of
Metering Device for Palm Oil Fertilizer Applicator. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN. Fertilizer application in palm oil plantation is an activity that require the biggest cost in crop maintenance. Generally, this activity is still done manually by human labor so it causes difficulty in setting the doses. Mechanical fertilizer applicator which already been used are using centrifugal mechanism, so it can not be applied into young palm oil trees which are under 5 years old. The purpose of this research was to design fertilizer applicator to apply granular fertilizer with six levels dose variable. Two types of metering devices that were used in this research to meet requirement doses, were auger edge cell type and auger screw type.The doses that were designed in this research were 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.50 kg and 0.25 kg. The metering of the fertilizer was done by setting the auger rotational speed at the range of 50 rpm – 5 rpm from auger rotational speed. The result of the test showed that auger screw type is the most appropriate for granular fertilizer metering device. Keywords: Fertilization, metering device, palm oil, rotational speed (rpm) EMILIA FATMAWATI. Ethanolic Extract of Eugenia polyantha Le
DESAIN DAN UJI KINERJA PENJATAH PUPUK UNTUK MESIN PEMUPUKAN KELAPA SAWIT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH
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 2015
Judul Skripsi : Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit Nama : Dima Abdillah Irfansyah NIM : F14100094
Disetujui oleh
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr Pembimbing Akademik
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini ialah rancang bangun, dengan judul Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit Dengan telah terselesaikannya karya ilmiah ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1 Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr yang telah membimbing penyelesaian karya ilmiah ini. 2 Dr. Ir. Wawan Hermawan dan Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr selaku penguji dalam ujian skripsi penulis yang telah memberi masukan dan bimbingan hingga terselesaikannya karya ilmiah ini. 3 Bapak, Ibu dan kakak Dhisa dan Oney atas doa dan dukungannya selama penyelesaian karya ilmiah ini. 4 Seluruh teknisi yang terdapat di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor atas bantuannya selama penelitian berlangsung. 5 Teman-teman TMB 47 atas bantuan dan dukungan semangat yang diberikan kepada penulis. 6 Semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu penulis. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2015 Dima Abdillah Irfansyah
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Pemupukan Kelapa Sawit
2
Alat Penjatah Pupuk
3
METODE
8
Waktu dan Tempat Penelitian
8
Bahan
8
Alat
8
Tahapan Penelitian
8
Pengujian Kinerja
8
ANALISIS DESAIN
9
Kriteria Desain
9
Rancangan Fungsional
10
Rancangan Struktural
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
17
SIMPULAN DAN SARAN
22
Simpulan
22
Saran
22
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5
Standar dosis pempukan TBM Fungsi komponen-komponen mesin Karakteristik pupuk NPK dan MOP Perhitungan dimensi hopper Perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan pemupukan 6 Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
3 10 11 12 variasi
dosis 14 17
DAFTAR GAMBAR 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
Pekerja melakukan pemupukan manual Alat pemupukan mekanis Penjatah tipe (a)ulir rapat dan (b)ulir longgar (Srivastava et al. 1996) Metering device tipe rotor bercelah (Srivastava et al. 1996) Metering device tipe sabuk (Srivastava et al. 1996) Metering device tipe rotating bottom (Srivastava et al. 1996) Metering device tipe agitator feed (Richey 1961) Auger rancangan Sumaryanto (1991) Edge cell rancangan Cokroaminoto (2004) Bagan alir tahapan penelitian Skema komponen keseluruhan Skema rincian dimensi hopper Desain hopper Metering device tipe pertama Metering device tipe kedua Analisis pendugaan gaya-gaya Motor listrik yang digunakan Gearhead yang digunakan Hasil rancangan metering device, (a) tipe edge cell dan (b) tipe ulir Grafik hasil pengukuran statis awal Hasil perbaikan desain dinding bawah hopper Grafik perbandingan kedua tipe metering device Metering device tipe ulir dalam kondisi terpasang Grafik hasil pengujian keluaran pupuk statis Perbedaan bentuk kedua buah auger Grafik hasil pengujian keluaran pupuk dinamis Rancangan edge cell Pembebanan poros auger Diagram momen lentur
1 2 4 5 5 6 6 7 7 9 10 11 12 13 13 14 16 16 18 18 19 19 20 20 21 21 24 27 28
DAFTAR LAMPIRAN 1 Perhitungan volume metering device tipe edge cell teoritis 2 Perhitungan kebutuhan daya auger
24 26
3 Perhitungan dimensi poros auger 4 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap satu 5 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap dua 6 Tabel data hasil pengukuran kinerja metering device tipe ulir dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dalam kondisi statis 7 Tabel data hasil pengukuran kinerja metering device tipe ulir dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dalam kondisi dinamis 8 Tabel data hasil pengukuran kecepatan putar motor listrik aktual 9 Gambar isometri metering device tipe edge cell 10 Gambar orthogonal metering device tipe edge cell 11 Gambar isometri metering device tipe ulir 12 Gambar orthogonal metering device tipe ulir
27 30 30 32 33 34 35 36 37 38
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Industri kelapa sawit merupakan komoditas penting dalam pembangunan ekonomi nasional. Selain sebagai penampung tenaga kerja yang besar, industri kelapa sawit menyumbang sebagian besar devisa negara. Indonesia merupakan salah satu produsen utama minyak sawit dunia. Hal ini terlihat dari total luas lahan perkebunan kelapa sawit di Indonesia mencapai 34.18% dari total luas lahan perkebunan kelapa sawit dunia. Pencapaian produksi rata-rata kelapa sawit Indonesia tahun 2004 - 2008 tercatat sebesar 75.54 juta ton tandan buah segar (TBS) atau 40.26% dari total produksi kelapa sawit dunia (Fauzi 2012). Produktivitas tersebut perlu ditingkatkan untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Oleh karena itu, diperlukan pengelolaan yang baik dalam sektor onfarm dan off-farm. Salah satu kegiatan yang perlu ditingkatkan pengelolaannya adalah kegiatan pemupukan. Pemupukan adalah proses penambahan tersedianya unsur hara dan perbaikan struktur tanah serta penggantian unsur-unsur hara yang hilang diserap/diangkut oleh tanaman seperti yang tersimpan dalam tubuh tanaman, akibat penunasan, kastrasi, dan pemanenan buah. Mengingat biaya pemupukan sangat tinggi, berkisar 40% - 60% dari total biaya pemeliharaan, maka perlu diterapkan pedoman pemupukan 4 tepat yaitu tepat jenis, tepat dosis, tepat waktu dan tepat cara penempatan pupuk (Risza 2010). Kegiatan pemupukan pada saat ini umumnya dilakukan dengan dua cara yaitu pemupukan manual dan pemupukan mekanis. Pemupukan manual adalah kegiatan pemupukan yang dilakukan langsung oleh tenaga kerja untuk menebarkan pupuk dengan bantuan alat wadah plastik (Gambar 1). Hal ini dianggap tidak selalu efektif dan efisien terutama terkait masalah karakteristik lahan dan ketersediaan tenaga kerja.
Gambar 1 Pekerja melakukan pemupukan manual Pemupukan mekanis adalah kegiatan pemupukan yang dilakukan dengan menggunakan alat bantu yang sering disebut power spreader. Alat ini berupa mesin penabur pupuk yang menggunakan gaya sentrifugal untuk menebarkan pupuk dilahan perkebunan kelapa sawit (Gambar 2). Secara umum alat ini cukup
2
efektif dalam melakukan pemupukan tanaman sawit dewasa, namun tidak dapat digunakan pada tanaman kelapa sawit belum menghasilkan (TBM), pupuk yang ditebar oleh power spreader akan mengenai daun bahkan masuk kedalam ketiak daun TBM yang dapat mengakibatkan kerusakan tanaman. Hal dikarenakan tinggi pelepah dan ketiak daun tanaman muda masih rendah terhadap tanah.
Gambar 2 Alat pemupukan mekanis Pada penelitian ini akan dirancang penjatah pupuk pada mesin pemupuk kelapa sawit TBM. Aplikasi alat ini untuk mengoptimalkan kegiatan pemupukan pada masa TBM yang akan berdampak pada peningkatan produktivitas kelapa sawit itu sendiri. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain dan menguji kinerja unit penjatah pupuk tipe ulir (auger) dan tipe edge cell untuk mendapatkan penjatahan pupuk dengan dosis yang presisi pada enam tingkat.
TINJAUAN PUSTAKA Pemupukan Kelapa Sawit Pemberian pupuk pada tanaman kelapa sawit harus memperhatikan beberapa hal yang merupakan kunci keefektifan pemberian pupuk, diantaranya daya serap akar tanaman, cara pemberian dan penempatan pupuk, waktu pemberian, serta jenis dan dosis pupuk. Penentuan jenis dan dosis pupuk pada tanaman kelapa sawit dilakukan oleh lembaga penelitian seperti Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Medan. Beberapa pertimbangan yang digunakan sebagai dasar penentuan rekomendasi pemupukan, diantaranya : analisis kesuburan tanah, kondisi hara tanaman, umur tanaman, produktivitas tanaman, iklim dan pengamatan visual tanaman maupun lahan (Darmosarkoro 2003). Contoh anjuran dosis pemupukan TBM dapat dilihat pada Tabel 1.
3
Tabel 1 Standar dosis pempukan TBM Umur tanam (bulan)
Dosis pupuk (gram/pokok) Urea MOP
Pupuk lubang TBM 1
TBM 2
TBM 3
RP
Kieserite
Dolomite Borat
NPK 12.12.17.2
500 1 4 7 10 14 18 22 26 30 34
250 350 500
300
400 500
450 550
500
1000
500
500
400
20 30 40 70 50 150 100
400 100
550 700 750 1000 1000 1000 1500 1500 2000
sumber : PT SAL 2014
Pupuk tunggal umumnya mengandung satu unsur hara utama (misalnya urea mengandung unsur N), walaupun beberapa pupuk tunggal ini juga mengandung hara lainya tetapi biasanya dalam jumlah yang rendah. Dari segi harga, pupuk tunggal umumnya tidak terlalu mahal per kg hara tetapi aplikasinya memerlukan tenaga yang cukup besar karena hanya satu hara yang diaplikasikan pada setiap aplikasi pupuk. Selain itu adanya pupuk tunggal memungkinkan aplikasi setiap unsur hara sesuai dosis yang diinginkan (Darmosarkoro 2003). Pupuk majemuk memiliki keunggulan dibandingkan dengan pupuk tunggal, yaitu lebih praktis dalam pemesanan, transportasi, penyimpanan dan aplikasinya di lapangan karena satu jenis pupuk majemuk mengandung keseluruhan atau sebagian besar hara yang dibutuhkan tanaman. Meskipun demikian, harga persatuan hara pada pupuk majemuk umumnya lebih mahal dibandingkan dengan pupuk tunggal. Selain itu, komposisi kandungan hara yang telah tertentu pada pupuk majemuk akan menimbulkan masalah pada saat aplikasi jika ternyata tanaman membutuhkan salah satu unsur hara dalam jumlah yang lebih besar atau lebih sedikit dibandingkan dengan kandungan hara pada pupuk majemuk (Darmosarkoro 2003). Pupuk NPK merupakan salah satu pupuk majemuk yang mengandung unsur Nitrogen (N), Posfor (P) dan Kalium (K) dengan kadar yang beragam. Jenis dan kadar unsur yang dikandungnya berdasarkan negara asalnya. Seperti amafoska I (12-24-12) dari Amerika Serikat, nitrofoska I (17.5-13-22) dari Jerman, compound fertilizer (14-12-9) dari Jepang dan NPK Holland (15-15-15) dari Belanda (Lingga Pinus dan Marsono 2008). Alat Penjatah Pupuk Berbagai jenis penjatah telah dikembangkan untuk menghasilkan penjatahan bahan yang konsisten dan seragam. Alat-alat tersebut umumnya dijalankan oleh ground wheel. Metering akan berhenti ketika groun wheel berhenti atau terangkat
4
dari permukaan tanah. Metering device secara umum digolongkan ke dalam dua jenis, yaitu aliran positif (positive flow) dan aliran gravitasi (gravity flow). Srivastava et al. (1996) membagi jenis-jenis penjatah pupuk sebagai berikut: Tipe Ulir (Auger) Penjatah tipe ulir dibagi menjadi dua, yaitu penjatah tipe close-fitting auger dan loose-fitting auger. Gambar 3a menunjukkan bentuk close-fitting auger dengan tabung yang rapat dengan ulirnya dan ulir tersebut memiliki displacement yang cukup besar tiap putarannya. Gambar 3b menunjukkan bentuk loose-fitting auger yang secara luas digunakan dalam penanganan hasil pertanian. Diameter dalam dari tabung adalah sekitar 12.5 mm lebih besar dibandingkan dengan diameter ulir (auger). Daerah diantara dua ulir digunakan untuk memindahkan bahan ke ujung hopper, dimana ujung hopper berada pada ujung tabung atau menjatuhkan melalui pembukaan outlet.
Gambar 3 Penjatah tipe (a)ulir rapat dan (b)ulir longgar (Srivastava et al. 1996) Menurut Srivastva (1996), kapasitas volumetrik teoritis dari sebuah auger diformulasikan pada Persamaan 1 sebagai berikut : (1) Di mana: Qt = kapasitas volumetrik teoritis (m3/s) dsf = diameter luar auger (m) dss = diameter poros auger (m) lp = panjang pitch (m) n = kecepatan putar auger (rev/s) Perhitungan daya sebuah auger horizontal menurut CEMC (2012) diformulasikan pada Persamaan 2, 3 dan 4. (2) (3) (4) Di mana : L = panjang total auger (kaki) N = kecepatan putar (rpm) C = kapasitas auger (kaki3/jam) D = kerapatan material saat dipindahkan auger (lb/CF)
5
Fd Fb Fm Ff Fp Fo e
= faktor daya terhadap diameter auger = faktor bearing gantung = faktor bahan = flighting modification HP factor = paddle HP factor = faktor pengisian bahan = efisiensi transmisi
Tipe Rotor Bercelah (Edge Cell) Penjatah tipe edge cell ditunjukkan oleh Gambar 4. Roda penjatah dipasangkan pada jarak yang diperlukan sepanjang hopper dan diputar oleh poros berpenampang segi empat. Lebar rotor antara 6 mm hingga 32 mm digunakan untuk pemberian dosis yang berbeda. Laju pengeluaran pupuk diatur dengan merubah kecepatan putar porosnya.
Gambar 4 Metering device tipe rotor bercelah (Srivastava et al. 1996) Tipe Sabuk (Belt-type) Belt-type metering device adalah jenis metering device yang digunakan ketika diperlukan laju putaran yang relatif besar dan menggunakan hopper yang besar (Gambar 5). Beberapa unit memiliki kawat belt datar (umumnya terbuat dari stailess steel) yang memindahkan bahan disepanjang dasar hopper. Laju keluaran dikontrol melalui pintu yang dapat disetel dan berada di atas belt.
Gambar 5 Metering device tipe sabuk (Srivastava et al. 1996)
6
Tipe Rotating Bottom Metering device tipe rotating bottom (Gambar 6) adalah penjatah pupuk yang mengeluarkan pupuk melalui celah pengatur yang terletak pada sisi atas pengeluaran. Pupuk dikeluarkan saat plat horizontal yang terdapat pada dasar kotak pupuk berputar.
Gambar 6 Metering device tipe rotating bottom (Srivastava et al. 1996) Menurut Richey (1961), terdapat juga tipe agitator feed (Gambar 7). Tipe ini umumnya digunakan pada biji-bijian kecil yang tidak dapat dipilih satu persatu. Tipe ini menggunakan kecepatan putar yang konstan. Laju keluarannya diatur oleh ukuran lubang pengeluaran.
Gambar 7 Metering device tipe agitator feed (Richey 1961) Sumaryanto (1991) membuat penajatah pupuk tipe auger. Diameter poros auger 19 mm, diameter auger 45 mm dan pitch 50 mm. Dosis pemupukan dilakuakan per meter alur dengan memberikan pupuk sebanyak 1200 gram untuk sekali pengisian pada masing-masing kecepatan. Pengujian lapang dilakukan dengan tiga kecepatan. Pada kecepatan 0.15 m/s dosis pemupukan adalah 22.4
7
gram per meter alur. Untuk kecepatan 0.26 m/s dosis pemupukan adalah 20 gram per meter alur. Sedangkan untuk kecepatan 0.40 m/s dosis pemupukan adalah 15 gram per meter alur. Dosis pemupukan yang diharapkan per meter alur adalah 16 gram per meter alur dan 24 gram per putaran roda penggerak. Sehingga dosis yang dihasilkan lebih besar dari yang diharapkan. Gambar rancangan auger Sumaryanto dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Auger rancangan Sumaryanto (1991) Cokroaminoto (2004) membuat penjatah tipe edge cell yang dilengkapi dengan agitator. Bentuk penjatah adalah silinder dengan diameter 10 cm dan mempunyai 6 celah cell yang berbentuk setengah lingkaran dengan diameter cell 4 cm. Sedangkan agitator berbentuk plat yang dipasang disekeliling boss roda dengan sudut kemiringan 200 dan pitch 4 cm. Hasil pengujian awal terhadap penjatahan pupuk menunjukkan bahwa ada pupuk yang lolos melalui celah antar rotor dengan pintu keluaran pada saat rotor penjatah tidak diputar, sehingga laju keluaran pupuk lebih tinggi dari yang diharapkan. Laju keluarannya berkisar antara 69 g/m sampai 203g/m, yang diharapkan adalah 88 g/m. Hasil pengujian setelah modifikasi menunjukkan bahwa laju keluaran yang mendekati standar pada beberapa bukaan, yaitu sebesar 82.5 g/m pada bukaan 2 cm. Pada kecepatann 0.7m/d laju keluaran yang dicapai adalah 109.1 g/m. Gambar edge cell rancangan Cokroaminoto dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Edge cell rancangan Cokroaminoto (2004)
8
METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari 2014 sampai Februari 2015. Pembuatan prototipe dilaksanakan di dua tempat berbeda, yaitu bengkel Fadhel Teknik dan Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Uji coba mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo. Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan konstruksi dan bahan untuk pengujian. Bahan konstruksi terdiri dari besi plat stainless steel, besi hollow, poros pejal, pillow block, pipa PVC, blower, gear box, motor listrik, mur, baut, kawat elektroda 2.6 mm dan cat. Bahan yang digunakan untuk pengujian adalah pupuk NPK. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat yang dipergunakan untuk pembuatan prototipe, alat pengukuran karakteristik pupuk dan dosis pemupukan. Peralatan perbengkelan yang digunakan adalah las listrik, mesin gerinda, mesin bubut, gergaji potong, mesin bor, amplas, kikir, hand tap dan kunci satu set. Alat yang digunakan untuk pengukuran karakteristik pupuk antara lain: timbangan digital, gelas ukur, penggaris dan jangka sorong. Alat yang digunakan dalam pengukuran dosis pemupukan meliputi: satu unit mesin pemupuk TBM, timbangan dan kantong plastik. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian yang dilakukan secara umum terdiri dari identifikasi masalah, perumusan ide desain, penyajian konsep desain, evalusai desain, pabrikasi, uji fungsional dan uji kinerja. Gambaran umum prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 10. Pengujian Kinerja Pengujian prototipe terbagi kedalam tiga tahapan pengujian. Pengujian pertama dilakukan untuk membandingkan hasil keluaran antara penjatah tipe ulir dengan penjatah tipe edge cell. Pengujian dilakukan dengan cara mengukur bobot pupuk yang keluar dari pintu keluaran hopper selama 7 detik dengan kecepatan putar yang berbeda. Kecepatan putar yang digunakan mulai dari kecepatan maksimum motor listrik kemudian diperlambat dengan speed control sebanyak 200 rpm, begitu selanjutnya hingga motor listrik tidak mampu berputar lagi. Pengujian tiap kecepatan putar dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali ulangan.
9
Pengujian tahap kedua dilakukan guna menyeragamkan hasil keluaran pupuk selama 7 detik yang keluar dari dua buah penjatah dengan tipe yang sama secara statis. Penjatah yang digunakan pada pengujian tahap ini adalah tipe penjatah yang menghasilkan keluaran paling mendekati keluaran teoritis berdasarkan data hasil pengujian tahap pertama. Data yang didapat pada pengujian tahap ini adalah kecepatan putar yang dibutuhkan tiap penjatah untuk menghasilkan keluaran pupuk yang sama. Metode yang digunakan yaitu metode trial and error pada pengaturan kecepatan putar sedemikian sehingga penjatah menghasilkan keluaran pupuk sesuai variasi dosis yang diinginkan. Variasi dosis yang ingin dicapai yaitu 1.5 kg, 1.25kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.50 kg dan 0.25 kg. Pengujian tahap ketiga dilakukan guna melihat pengaruh keluaran pupuk dalam kondisi mesin bergerak maju. Pengujian dilakukan dengan cara menampung keluaran pupuk selama 7 detik dalam kondisi mesin bergerak maju dengan kecepatan 2 km/jam. Pengujian dilakuan sebanyak tiga kali ulangan dalam setiap variasi dosis. Mulai Identifikasi Masalah
A
Perumusan Ide Desain
Pembuatan Prototipe
Analisis Desain
Uji Fungsional
Penyajian Konsep Desain
Berhasil
Evalusai Desain
Tidak
Ya
Setuju
Tidak
Uji Kinerja
Ya
Selesai
A
Gambar 10 Bagan alir tahapan penelitian
ANALISIS DESAIN Kriteria Desain Perancangan metering device pada mesin pemupuk TBM mampu mengeluarkan dosis pupuk yang bervariasi. Hal dilakukan karena perbedaan dosis pemupukan tanaman sawit TBM sesuai dengan umur tanam tanaman tersebut. Metering device didesain mampu mengeluarkan variasi dosis 1.5 kg, 1.25 kg, 1.00 kg, 0.75 kg, 0.50 kg dan 0.25 kg dalam waktu 7 detik. Hal tersebut dikarenakan mesin pemupuk TBM melintasi piringan tanaman sawit TBM selama 7 detik.
10
Pengaturan variasi dosis dilakukan dengan cara mengatur kecepatar putar metering device tersebut. Rancangan Fungsional Fungsi utama dari metering device yang dikembangkan adalah mengaplikasikan pupuk granul untuk tanaman sawit TBM yang ditanaman pada sengkedan secara efektif dengan dosis bervariasi. Fungsi komponen yang digunakan tersaji pada Tabel 2. Tabel 2 Fungsi komponen-komponen mesin No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Fungsi Menampung pupuk Mengatur dosis keluaran pupuk Memutar metering device sesuai dosis Mereduksi putaran motor listrik Mengontrol kecepatan putar dan lama penyalaan motor listrik Mendorong pupuk keluar Menyalurkan udara dan mengarahkan aliran pupuk Menyebarkan pupuk ke lahan
Komponen Hopper Metering device Motor listrik Gearhead Sistem kendali Blower Pipa PVC Diffuser
Rancangan Struktural Menurut Ichniarsyah (2013), rancangan struktural adalah analisis dari komponen-komponen alat yang akan dibuat yang telah dibahas pada rancangan fungsional. Bentuk, ukuran, dan bahan dari masing-masing komponen ditentukan dari rancangan strukutral. Skema komponen secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Skema komponen keseluruhan
11
Kotak Pupuk (Hopper) Dalam menentukan dimensi kotak pupuk, terlebih dahulu mengetahui volume pupuk yang digunakan. Berdasarkan kebutuhan dosis pemupukan yang digunakan oleh perusahaan yaitu 1.5 kg/pokok. Alat pemupuk mampu memupuk minimal 90 pohon kelapa sawit dan mampu memupuk dua lajur sekaligus dalam sekali pengisian kotak pupuk (bolak-balik). Oleh sebab itu dibuat dua buah kotak pupuk yang mampu menampung sebanyak 150 kg dalam setiap kotaknya. Karakteristik pupuk yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Karakteristik pupuk NPK dan MOP Jenis pupuk NPK MOP
Bulk density (g/cm3)
Sudut curah (derajat)
Particle density (g/cm3)
1.26 1.06
28.74 29.99
1.082 1.402
Berdasarkan data tersebut, maka volume hopper minimum adalah Dalam desain kotak pemupuk tedapat dua bagian yaitu bagian prisma trapesium dan bagian kotak seperti yang terlihat pada Gambar 12. Persamaan volume kotak pupuk dapat dilihat pada Persamaan 5 (Aspriyono 2005). (5) Keterangan : V = volume kotak pupuk (cm3) a = lebar penampang atas kotak pupuk (cm) d = lebar penampang bawah kotak pupuk (cm) = tinggi kotak pupuk trapesium (cm) c b = tinggi kotak pupuk balok (cm) p = panjang kotak pupuk (cm)
Gambar 12 Skema rincian dimensi hopper Beberapa variabel di atas telah ditentukan disebabkan keterbatasan ruang pada rangka. Variabel yang telah ditentukan yaitu panjang 40 cm, lebar penampang atas 90 cm dan tinggi total 53 cm dengan rincian tinggi kotak pupuk
12
bagian bawah 25 cm. Di samping itu, kemiringan kotak pupuk juga tidak boleh kurang dari 300. Oleh sebab itu, ukuran yang perlu diperhitungkan adalah lebar penampang bawah. Lebar penampang bawah dicari paling dekat dengan dimensi rotor yaitu 17 cm dengan θ sebagai variabel bebas. Lebar penampang bawah dapat ditentukan dengan Persamaan 6 berikut. (6) Dari Persamaan 6 dimasukkan nilai θ sehingga didapat dimensi hopper yang sesuai seperti yang tersaji pada Tabel 4. Tabel 4 Perhitungan dimensi hopper Volume Minimum (cm3)
141509
p b c a (cm) (cm) (cm) (cm) 40 40 40 40 40
28 28 28 28 28
25 25 25 25 25
90 90 90 90 90
θ
d (cm)
34.30 34.35 34.40 34.45 34.50
16.697 16.836 16.975 17.103 17.241
Volume total hopper Persentase (cm3) 154148.48 154218.20 154287.66 154351.54 154420.49
108.93% 108.98% 109.03% 109.08% 109.12%
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa yang paling mendekati 17 cm adalah 16.975 cm, yaitu pada saat θ sebesar 34.400. Volume yang dihasilkan mencapai 109.03% dari volume pupuk minimum. Hal ini cukup agar pada saat melakukan kegiatan pemupukan, pupuk tidak mudah tumpah dari hopper. Gambar desain hopper dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Desain hopper Penjatah (Metering Device) Metering device yang di uji pada penelitian ini terdiri dari dua tipe. Tipe pertama yaitu penjatah berupa ulir yang membesar pada bagian keluaran. Diameter kecil 90 mm, diameter besar 150 mm, pitch 40 mm dan diameter poros 35 mm. Masing-masing metering device ditempatkan di bawah hopper dan
13
mempunyai saluran pengeluaran berukuran 120 × 30 mm. Adapun Gambar metering device tipe pertama dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Metering device tipe pertama Penjatah tipe kedua memiliki ukuran pitch 40 mm, diameter luar 150 mm, diameter poros 35 mm. Sedangkan rotor bercelahnya (edge cell) terdiri dari 6 celah masing-masing celah memiliki diameter 69.8 mm, tebal 40 mm dan panjang total 400 mm. Perhitungan teoritis volume metering device tipe edge cell dapat dilihat pada Lampiran 1. Desain metering device tipe kedua terlihat pada Gambar 15.
Gambar 15 Metering device tipe kedua Kecepatan maju mesin saat melakukan pemupukan adalah 2 km/jam (0.55 m/s). Dosis terbesar dalam pemupukan adalah 1.5 kg/pokok. Panjang lintasan yang akan disebar oleh pupuk adalah 3 m (1.5 m sebelum dan sesudah pokok). Jadi waktu yang ditempuh untuk melintasi lintasan sepanjang 3 m diformulasikan pada Persamaan 7. (7) Berdasarkan perhitungan di atas, diputuskan lama penyalaan metering device selama 7 detik. Hal tersebut bertujuan untuk mentoleransi keterlambatan respon metering device terhadap sistem kendali yang dikendalikan operator. Selama 7 detik pupuk yang dikeluarkan adalah 1.5 kg. Jadi, untuk 1 detik pupuk yang dikeluarkan adalah 0.21 kg (0.21 kg/s). Bila kerapatan pupuk NPK sebesar 1260 kg/m3, maka kapasitas penjatahan diformulasikan pada Persamaan 8.
14
(8)
Berdasarkan desain tersebut, maka persamaan perhitungan kecepatan putar penjatah yang akan digunakan (Srivastava et al. 2006) adalah Persamaan 1. Beberapa variabel Persamaan 1 telah ditentukan berdasarkan ruang yang tersedia. Variabel yang ditentukan yaitu diameter luar auger 15 cm, diameter poros auger 3.5 cm dan pitch auger 4 cm, sehingga didapatkan nilai kecepatan putar auger sebagai berikut :
Maka kecepatan putar auger akan diatur menjadi 0.79 putaran per detik (47.27 RPM). Tabel perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan variasi dosis yang diharapkan dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan variasi dosis pemupukan Variasi dosis dalam 7 detik (kg) 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25
Kapasitas teoritis (Qt) m3/s (10-4)
Kecepatan putar (rps)
Kecepatan putar (rpm)
1.70 1.42 1.13 0.85 0.57 0.28
0.79 0.66 0.53 0.39 0.26 0.13
47.27 39.39 31.51 23.63 15.76 7.88
Perhitungan dimensi poros auger berdasarkan pada anlisis gaya-gaya yang terjadi didalam hopper. Analisis gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 16. Perhitungan dimensi poros auger dapat dilihat pada Lampiran 3.
Gambar 16 Analisis pendugaan gaya-gaya
15
Menurut Ichniarsyah (2013), gaya-gaya yang bekerja pada pupuk di dalam hopper diduga dari Persamaan 9 dan 10. (9) (10) Selain ada gaya Wp (gaya berat pupuk) yang bekerja pada bagian tengah hopper, komponen gaya berat pupuk lain yang bekerja di hopper diduga dari Persamaan 11, 12 dan 13. (11) (12) (13) Gaya gesek di dalam hopper pada bagian 1 dan bagian 2 dapat diduga menggunakan Persamaan 14, 15, 16 dan 17. (14) (15) (16) (17) Sehingga gaya yang bekerja pada pupuk saat mengalir ke penjatah pupuk pada masing-masing sisi hopper diduga menggunakan Persamaan 18 dan 19. (18) (19) Gaya berat pupuk total yang masuk ke ruang penjatahan diduga menggunakan Persamaan 20. (20) Keterangan : Wp, Wp1, Wp2 : komponen gaya berat pupuk (N) Ff1, Ff2 : komponen gaya gesek pupuk-dinding hopper (N) F1, F2, F3 : komponen gaya di penjatah pupuk (N) α : sudut kemiringan hopper (0) g : percepatan gravitasi (m/s2) ρp : berat jenis pupuk (g/cm3) µh : koefisien gesek pupuk pada bahan hopper Perencanaan poros yang digunakan pada auger diformulasikan pada Persamaan 21 (Sularso 2004). (21) Keterangan : ds : diameter poros (mm) : tegangan geser yang diijinkan (kg/mm2) Km : faktor koreksi M : momen lentur (kg.mm) Kt : faktor koreksi T : momen puntir (kg.mm)
16
Motor Listrik Motor listrik digunakan untuk menggerakkan auger. Berdasarkan perhitungan teoritis, daya yang dibutuhkan untuk memutar satu unit auger 29.385 Watt. Tiap auger dipasangkan satu unit motor listrik. Motor listrik yang dipilih adalah motor listrik DC dengan spesifikasi tegangan 24 V dan daya 90 Watt dengan torsi 2.9 kgf.cm (290 kgf.m). Perhitungan kebutuhan daya dapat dilihat pada Lampiran 2. Gambar motor listrik yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 17.
Gambar 17 Motor listrik yang digunakan Gearhead Gearhead digunakan untuk mereduksi kecepatan putar motor listrik. Dikarenakan putaran auger maksimum yang dirancang berkisar 50 rpm. Dengan putaran motor listrik maksimum 3000 rpm, maka digunakan gearhead dengan rasio 50:1. Gambar gearhead yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Gearhead yang digunakan
17
HASIL DAN PEMBAHASAN Pupuk Pengukuran distribusi ukuran partikel pupuk dilakukan untuk mengetahui sebaran ukuran partikel dari pupuk yang digunakan yaitu pupuk NPK 15.15.15. Hal ini dikarenakan ukuran partikel pupuk berpengaruh besar terhadap pergerakan partikelnya. Pengukuran distribusi pupuk dilakukan dengan cara mengayak pupuk menggunakan beberapa jenis ukuran ayakan. Berikut tabel distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 yang digunakan pada Tabel 6. Tabel 6 Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 Ulangan ke1 2 3 4 5 Rataan
Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 (%) < 1.4 mm
1.44 - 2.36 mm
2.36 - 4.76 mm
> 4.76 mm
0.70 0.76 0.71 0.46 0.83 0.69
8.58 7.12 8.10 5.30 9.17 7.65
80.74 82.44 83.10 83.18 83.33 82.56
9.98 9.67 8.10 11.06 6.67 9.09
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 yang lebih kecil dari 1.4 mm jumlahnya tidak lebih dari 0.69 % dari massa total pupuk yang diukur. Ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 yang lebih besar dari 4.76 mm jumlahnya tidak lebih dari 9.09 % dari massa total pupuk yang diukur. Sedangkan ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 pada rentang ukuran 1.44-2.36 mm jumlahnya 7.65 % dari total massa pupuk yang diukur. Ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 sebagian besar berada pada rentang ukuran 2.36-4.76 mm yaitu sebesar 82.56 % dari total massa pupuk yang diukur. Penjatah Pupuk (Metering Device) Hasil desain kedua jenis penjatah dapat dilihat pada Gambar 19. Gambar teknik dari kedua buah penjatah dapat dilihat pada Lampiran 9, 10, 11 dan 12. Pada tahap awal, pengujian dilakukan pada kedua jenis penjatah. Tiap penjatah dipasangkan motor listrik dan gearhead dengan rasio 20:1 dengan mekanisme transmisi poros langsung. Pupuk yang digunakan untuk pengujian adalah pupuk NPK 15,15,15. Sedangkan untuk pengatur kecepatan putar motor listrik digunakan speed control. Grafik hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 20.
(a)
18
Dosis pupuk yang keluar selama 7 sekon (kg)
(b) Gambar 19 Hasil rancangan metering device, (a) tipe edge cell dan (b) tipe ulir 3.00 2.50 2.00 Tipe ulir
1.50
Tipe edge cell Tipe ulir (teoritis)
1.00
Tipe edge cell (teoritis)
0.50 0.00 0
10 20 30 40 Kecepatan putar auger (rpm)
50
Gambar 20 Grafik hasil pengukuran statis awal Pengujian statis pertama dilakukan pada tanggal 4 November 2014. Perlakuan yang dilakukan adalah perlakuan kecepatan putar penjatah. Sedangkan waktu penyalaan penjatah dilakukan selama 7 detik. Ulangan pengukuran keluaran pupuk dilakukan sebanyak 3 kali. Data hasil pengujian statis awal dapat dilihat pada Lampiran 4. Dari Gambar 20 terlihat bahwa kecenderungan naik dengan meningkatnya kecepatan putar penjatah. Dalam perhitungan teoritis pada kecepatan 40 rpm, penjatah tipe edge cell mengeluarkan pupuk sebanyak 1.65 kg. Sedangkan penjatah tipe ulir pada kecepatan yang sama mengeluarkan pupuk sebanyak 1.25 kg. Bila dibandingkan dengan perhitungan teoritis, kedua tipe metering device ini masih berada jauh diatas perhitungan. Hal ini diakibatkan adanya clearance sebesar satu centimeter antara auger dengan dinding bawah hopper. Hal ini mengakibatkan pupuk mengalir melalui celah tersebut sehingga terjadi kebocoran. Selanjutnya dilakukan perbaikan desain pada dinding bawah hopper dengan cara penambahan lembaran karet guna menutup celah antara auger dan hopper tersebut. Hasil perbaikan desain tersebut dapat dilihat pada Gambar 21.
19
Gambar 21 Hasil perbaikan desain dinding bawah hopper Pengujian statis tahap kedua dilakukan pada tanggal 11 November 2014. Pada tahap ini, gearhead yang digunakan adalah rasio 50:1. Pengukuran keluaran pupuk dilakukan dari kecepatan maksimum motor listrik hingga motor listrik tidak mampu berputar lagi. Hasil pengujian statis pada tahap kedua dapat dilihat pada Gambar 22. Data hasil pengujian statis tahap kedua dapat dilihat pada Lampiran 5. Dari Gambar 22 terlihat bahwa penjatah tipe ulir sudah menunjukkan penjatahan pupuk yang sesuai dengan teoritis. Akan tetapi pada penjatah tipe edge cell masih menunjukkan dosis keluaran yang cukup tinggi. Hal tersebut diperkirakan akibat terjadinya kebocoran pada celah ulir penjatah tipe edge cell yang terpotong. Selain itu, terdapat celah antar coakan edge cell dengan pintu keluaran yang mengakibatkan pupuk mengalir menuju pintu keluaran.
Massa pupuk selama 7 sekon (kg)
2.25 2.00 1.75
y = 0.0367x + 0.2134 R² = 0.9928
1.50 Tipe ulir
1.25
Tipe edge cell
1.00
Tipe ulir (teoritis)
0.75 0.50 0.25
Tipe edge cell (teoritis)
y = 0.0314x + 0.028 R² = 0.9989
0.00 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 Kecepatan putar auger (rpm) Gambar 22 Grafik perbandingan kedua tipe metering device
20
Dari hasil pengujian statis tersebut, maka diputuskan untuk menggunakan penjatah dengan tipe ulir untuk kedua buah hopper. Kemudian pada tahap selanjutnya, dilakukan pengujian statis tahap ketiga. Pada tahap ini dilakukan pengujian guna menyeragamkan dosis keluaran yang dihasilkan kedua penjatah pupuk tersebut. Gambar kedua penjatah pupuk dapat dilihat pada Gambar 23.
Gambar 23 Metering device tipe ulir dalam kondisi terpasang Pengujian statis kedua buah penjatah ini dilakukan pada tanggal 28 Januari 2015. Pada tahap ini, dilakukan pencarian kecepatan putar auger kanan dan kiri guna menyeragamkan laju keluaran pupuk. Pencarian dilakukan dengan metode trial and error pada pengaturan sistem kendali. Data kecepatan putar yang digunakan auger untuk menghasilkan keluaran yang sama dapat dilihat pada Lampiran 8. Hasil pengujian statis tahap ketiga dapat dilihat pada Gambar 24. Data hasil pengujian dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger statis dapat dilihat pada Lampiran 6.
Keluaran pupuk aktual (kg)
1.75 1.50 1.25
1.00 Auger kanan
0.75
Auger kiri Harapan
0.50 0.25 0.00 0
0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 Keluaran pupuk yang diharapkan (kg)
1.75
Gambar 24 Grafik hasil pengujian keluaran pupuk statis
21
Pada tahap ini, terlihat bahwa kedua penjatah sudah menghasilkan penjatahan mendekati kurva harapan meskipun hasil keluaran kedua penjatah tidak sama persis. Hal ini dikarenakan bentuk dan ukuran dari kedua buah penjatah tipe ulir ini tidak persis sama akibat faktor pembuatan prototipe yang masih konvensional dan sederhana. Perbedaan bentuk dapat dilihat pada Gambar 25.
Auger kiri
Auger kanan
Gambar 25 Perbedaan bentuk kedua buah auger Selanjutnya dilakukan pengujian dinamis dengan kecepatan maju 2 km/jam yang dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem yang memiliki kontur rata dan berumput. Hasil pengukuran dinamis dapat dilihat Gambar 26. Data hasil pengujian dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dinamis dapat dilihat pada Lampiran 7.
Keluaran pupuk aktual (kg)
1.75 1.5 1.25 1 Harapan
0.75
Auger kanan
0.5
Auger kiri
0.25 0 0
0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Keluaran pupuk yang diharapkan (kg)
Gambar 26 Grafik hasil pengujian keluaran pupuk dinamis
22
Pada grafik hasil pengujian dinamis terlihat bahwa kurva pengujian dinamis dengan kurva harapan relatif berhimpit. Hal tersebut menunjukkan bahwa pengujian dinamis pada kontur lahan yang rata tidak berpengaruh terhadap laju keluaran pupuk.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Penjatah pupuk untuk mesin pemupuk TBM telah dirancang dan diuji kinerja. Penjatah tipe edge cell menghasilkan keluaran pupuk lebih besar dari teoritis sedangkan penjatah tipe ulir menghasilkan pupuk yang sesuai dengan toeritis. Oleh sebab itu, penjatah pupuk yang paling sesuai diaplikasikan pada mesin pemupuk untuk pupuk tipe granular adalah penjatah tipe ulir karena penjatah tipe edge cell mengalami kebocoran pada celah coakan terhadap pintu keluarannya. Penjatah pupuk tipe ulir bagian kanan dan bagian kiri yang digunakan tidak menghasilkan laju keluaran pupuk yang sama, hal ini dikarenakan proses pabrikasi yang masih konvensional dan sederhana sehingga menghasilkan penjatah yang bentuk dan ukurannya tidak sama persis. Namun demikian hasil pengujian menunjukkan bahwa keluaran pupuk proporsional terhadap putaran motor. Dengan mengontrol putaran motor secara “kontrol digital”, keluaran pupuk penjatah kanan dan penjatah kiri dapat disamakan. Hasil pengujian juga menunjukkan bahwa faktor guncangan pada kontur lahan yang rata tidak mempengaruhi laju keluaran pupuk. Saran Cleareance antara auger dan dinding bawah hopper harus dibuat sekecil mungkil guna mencegah terjadinya kebocoran. Proses pembuatan auger sebisa mungkin memiliki bentuk dan ukuran yang sama antara rotor penjatah bagian kiri dan kanan. Semua bagian yang bersentuhan dengan pupuk harus terbuat dari bahan anti karat. Apabila ada bahan yang tidak anti karat, sebaiknya dilindungi agar tidak terkena pupuk agar alat pemupuk ini bertahan lama.
DAFTAR PUSTAKA Aspriyono E. 2005. Rancang Bangun dan Pengujian Prototipe Alat Pemupuk Mekanis Untuk Tebu Lahan Kering [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Cokroaminoto B. 2004. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Pemupuk Tebu dengan Tenaga Tarik Hewan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. [CEMC] Conveyor Engineering & Manufacturing. 2012. Screw Conveyor Components & Design. Cedar Rapids (USA): CEMC. Darmosarkoro W, Sutarta ES, Winarna. 2003. Lahan dan Pemupukan Kelapa Sawit Edisi 1. Medan (ID): Pusat Penelitian Kelapa Sawit.
23
Fauzi Y, Widyastuti YE, Satyawibawa I, Paeru RH. 2012. Kelapa Sawit. Depok (ID): Penebar Swadaya. Ichniarsyah AN. 2013. Analisis Kebutuhan Torsi dan Desain Penjatah Pupuk Butiran Tipe Edge-Cell Untuk Mesin Pemupuk Jagung [Tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Lingga P, Marsono. 2008. Petunjuk Penggunaan Pupuk. Depok (ID): Penebar Swadaya. Richey CB, Jacobson P, Hall CW. 1961. Agricultural Engineer’s Handbook. New York (US): McGraw-Hill Book Company. Risza S. 2010. Masa Depan Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia. Yogyakarta (ID): Kanisius (Aggota IKAPI). Setiawan RPA, Desrial, Hermawan W.2014. Laporan Kemajuan Kerjasama AAL dengan IPB. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1994. Engineering Principle of Agricultural Machine. Washington (US): American Society of Agriculture Enginering. Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 2006. Engineering Principles of Agricultural Machines. Washington (US): American Society of Agriculture Enginering. Sularso, Suga K. 2004. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta (ID): Pradnya Paramita. Sumaryanto H. 1991. Disain dan Uji Teknis Alat Penanam dan Pemupuk Jagung dengan Tenaga Tarik Traktor Tangan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
24
Lampiran 1 Perhitungan volume metering device tipe edge cell teoritis
Gambar 27 Rancangan edge cell Diketahui : BD = 75 mm Dicari : luas BFCG Penyelesaian : Menghitung sudut α pada segitiga DCH dengan persamaan :
Menghitung sudut β pada segitiga BCD dengan persamaan :
Menghitung panjang BE dengan persamaan :
Segitiga ABC merupakam segitiga sama sisi maka panjang BC = AB = AC = 68.05 mm. Menghitung panjang AE dengan persamaan : Menghitung panjang DE dengan persamaan :
25
Maka panjang garis EF = DF – DE = 75 – 66.83 = 8.16 mm dan panjang GE = GF – EF = 35 – 8.16 = 26.83 mm. Perhitungan luas parabola BCF dengan persamaan :
dimana,
titik I (C) = (0 , 0) titik II (F) = (34,02 , 26,83) titik III (B) = (64,04 , 0)
maka : Persamaan 1 Persamaan 2
Persamaan 3
Subsitusi persamaan 3 ke persamaan 2, maka didapat nilai a = -0.02 dan nilai b = 1.48. maka luas parabola BCF :
Menghitung parabola BCG sama dengan menghitung parabola BCF, sehingga didapat maka luas parabola BCG
Sehingga luas coakan BFCG = luas BCF + luas BCG = 999.96 + 370.36 = 1370.32 mm2. Luas total satu rotor = 1370.32 x 6 coakan = 8221.94 mm2. Tebal rotor 40 mm. Volume satu rotor = 8221.94 mm2 x 40 mm = 328877.95 mm3(3.28 x 10-4 m3).
26
Lampiran 2 Perhitungan kebutuhan daya auger Menurut CEMC (2012), persamaan perhitungan kebutuhan daya auger didekati dengan menggunakan koefisien bahan pasir silika sebagai berikut Diketahui : Panjang auger (L) = 40 cm (1.3124 kaki) Kecepatan putar auger (N) = 50 rpm Kapasitas auger (C) = 1.984 x 10-4 m3/s (25.164 kaki3/jam) Kerapatan material saat dipindahkan auger (D) = 95 lb/CF Faktor daya terhadap diameter auger (Fd) = 18 Faktor bearing gantung (Fb) = 1 =2 Faktor bahan (Fm) Flighting modification HP factor (Ff) = 1 Paddle HP factor (Fp) =1 Effisiensi transmisi (e) = 0.94 Penyelesaian :
hp
dimana,
Sehingga, Maka daya yang dibutuhkan untuk memutar satu buah auger sebesar 0.039 hp (29.385 Watt) dan nilainya lebih kecil dari 90 Watt sehingga pemilihan motor listrik dengan daya 90 Watt aman.
27
Lampiran 3 Perhitungan dimensi poros auger 1
Gaya berat pupuk yang bekerja pada hopper.
2
Gaya gesek di dalam hopper.
3
Gaya yang bekerja saat pupuk mengalir ke penjatah pupuk.
4
Gaya berat pupuk total yang masuk ke ruang penjatah.
5
Pembebanan vertikal pada poros auger Beban vertikal yang terjadi pada poros auger adalah beban merata.
59
Va
10
400
10
Gambar 28 Pembebanan poros auger
Vb
28
Va + Vb – 59 = 0 Va + Vb = 59
Vb = 29.5 kg Va = 29.5 kg MVa = 29.5 kg x 210 mm = 6195 kg.mm MVb = 29.5 kg x 210 mm = 6195 kg.mm
Gambar 29 Diagram momen lentur 6 7 8 9
P = 0.09 kW, n1 = 50 rpm fc = 2 Pd = 2 x 0.09 = 0.18 kW Bahan poros baja khrom (SCr3) Kekuatan tarik bahan ( ) = 90 kg/mm2 Faktor keamanan ( 1) untuk bahan S-C adalah 6 Faktor pengaruh ( 2) diambil 2 10 Tegangan geser yang diijinkan ( )
Kt untuk beban puntiran adalah 2 Km untuk beban lenturan adalah 2 11 Momen puntir
12 Diameter poros auger
Jadi diameter poros minimum adalah 21.31 mm. Pada rancangan, diameter auger yang digunakan 35 mm. Alur pasak yang digunakan 5 x 5 x 1.0 (1.0 jari-jari fillet). 1.0/35 = 0.02 α = 2.65 Tegangan yang terjadi pada poros 35 mm
29
15 > 4.48, baik 13 Perhitungan defleksi puntiran
14 0.060 < 0.250, baik 15 Bantalan yang dipakai pada kedua ujung poros dianggap tipis
y/l = 0.11 mm/m < 0.3, baik 16 Berat poros
Setengah dari berat tersebut dianggaap bekerja di tengah poros sebagai beban terpusat. 17 Kecepatan kritis
18 Dapat disimpulkan bahwa poros auger yang digunakan berdiameter 35 mm dengan bahan baja khrom (SCr3) aman.
30
Lampiran 4 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap satu Kecepatan putar motor (rpm)
Kecepatan putar metering device (rpm)
800
40
600
30
400
20
Ulangan ke-
Massa pupuk selama 7 detik (kg) Tipe edge cell
Tipe ulir
2.54 2.50 2.68 2.57 2.16 1.80 2.06 2.01 1.14 0.94 1.24 1.11
1.56 1.72 1.80 1.69 1.48 1.40 1.44 1.44 0.96 1.00 0.98 0.98
1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan
Lampiran 5 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap dua Kecepatan putar motor (rpm)
Kecepatan putar metering device (rpm)
2400
48
2200
44
2000
40
1800
36
Ulangan ke1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan
Massa pupuk selama 7 detik (kg) Tipe ulir
Tipe edge cell
1.50 1.50 1.50 1.50 1.40 1.42 1.40 1.41 1.34 1.30 1.26 1.30 1.14 1.16 1.18 1.16
1.88 1.94 1.92 1.91 1.76 1.84 1.88 1.83 1.68 1.68 1.68 1.68 1.50 1.58 1.56 1.55
31
Lanjutan lampiran 4 Kecepatan putar motor (rpm)
Kecepatan putar metering device (rpm)
1600
32
1400
28
1200
24
1000
20
800
16
600
12
400
8
200
4
Ulangan ke-
Massa pupuk selama 7 detik (kg) Tipe ulir
Tipe edge cell
1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan
1.06 1.08 1.00 1.05 0.96 0.90 0.90 0.92 0.78 0.80 0.76 0.78 0.66 0.68 0.66 0.67 0.52 0.54 0.54 0.53
1.36 1.48 1.40 1.41 1.28 1.20 1.22 1.23 1.10 1.16 1.14 1.13 0.94 1.08 0.96 0.99 0.88 0.86 0.88 0.87
1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan
0.40 0.40 0.42 0.41 0.26 0.28 0.28 0.27 0.12 0.14 0.14 0.13
0.66 0.66 0.68 0.67 0.48 0.48 0.46 0.47 0.26 0.28 0.28 0.27
32
Lampiran 6 Tabel data hasil pengukuran kinerja dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar metering device tipe ulir dalam kondisi statis Kecepatan putar auger (rpm) Kanana
Kiria
41
33
32
26
27
22
21
16
14
12
8
6
Aplikator kanana 1.56 1.58 1.56 1.32 1.24 1.26 1.14 1.02 1.06 0.78 0.80 0.82 0.42 0.58 0.42 0.34 0.22 0.20
Rataan 1.57
1.27
1.07
0.80
0.47
0.25
Standar Aplikator Standar Rataan a error (%) kiri error (%) 1.58 0.7 1.48 1.5 4.2 1.44 1.18 2.4 1.40 1.28 6.4 1.26 1.10 3.5 1.00 1.07 3.3 1.10 0.78 1.2 0.74 0.77 1.8 0.80 0.54 5.3 0.60 0.56 2.0 0.54 0.22 0.24 4.4 0.25 2.4 0.30
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk
1.75 y = 0.0483x - 0.0126 R² = 0.9899
1.50 Keluaran pupuk (kg)
a
Dosis keluaran pupuk (kg)
1.25 1.00 Auger kanan
0.75 y = 0.0403x - 0.0543 R² = 0.9963
0.50 0.25 0.00 0
10 20 30 40 Kecepatan putar auger (rpm)
50
Auger kiri
33
Lampiran 7 Tabel data hasil pengukuran kinerja dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar metering device tipe ulir dalam kondisi dinamis Kecepatan putar auger (rpm) Kanana
Kiria
41.1
32.7
32.4
25.6
27.1
21.6
20.9
16.2
14.0
11.6
7.6
6.4
Standar Aplikator Rataan a kanan error (%) 1.60 1.60 1.51 8.7 1.34 1.06 1.56 1.26 15.5 1.16 1.00 0.94 0.98 2.0 1.00 0.80 0.80 0.82 1.9 0.86 0.46 0.64 0.55 5.2 0.56 0.34 0.30 0.29 2.9 0.24
Aplikator Standar Rataan a kiri error (%) 1.46 1.58 1.56 5.3 1.64 1.34 1.24 1.32 4.2 1.38 1.06 1.04 0.98 6.4 0.86 0.78 0.84 0.80 2.1 0.78 0.54 0.54 0.53 0.7 0.52 0.28 0.30 0.28 0.7 0.28
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk
1.75 y = 0.0497x - 0.0326 R² = 0.9901
1.50 Keluaran pupuk (kg)
a
Dosis keluaran pupuk (kg)
1.25 1.00 0.75
Auger kanan
y = 0.0364x + 0.0329 R² = 0.9948
Auger kiri
0.50 0.25 0.00 0
10 20 30 40 Kecepatan putar auger (rpm)
50
34
Lampiran 8 Tabel data hasil pengukuran kecepatan putar motor listrik aktual Dosis keluaran Ulangan (kg) ke-
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25 a
1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan
Kecepatan putar motor listrik (rpm) Kiria
Kanana
1600 1633 1667 1633 1267 1300 1267 1278 1067 1100 1067 1078 800 833 800 811 567 567 600 578 300 367 300 322
2033 2100 2033 2056 1633 1567 1667 1622 1333 1367 1367 1356 1067 1067 1000 1044 667 633 800 700 400 367 367 378
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk Menggunakan rasio gearbox 1:50
b
Kecepatan putar auger (rpm)b Kiria
Kanana
33
41
26
32
22
27
16
21
12
14
6
8
35
Lampiran 9 Gambar isometri metering device tipe edge cell
36
Lampiran 10 Gambar orthogonal metering device tipe edge cell
37
Lampiran 11 Gambar isometri metering device tipe ulir
38
Lampiran 12 Gambar orthogonal metering device tipe ulir
39
RIWAYAT HIDUP Penulis bernama lengkap Dima Abdillah Irfansyah yang dilahirkan di Tebing Tinggi pada tanggal 23 Oktober 1992 dari pasangan Bapak Suriadi dan Ibu Maisarah. Penulis merupakan anak kedua dari dua bersaudara. Penulis mendapatkan pendidikan lanjutan tingkat pertama di SMP Negeri 1 Tebing Tinggi, kemudian melanjutkan pendidikan di SMA Negeri 4 Tebing Tinggi. Penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Institut Pertanian Bogor (IPB), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem melalui jalur Udangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menjalani masa studi, penulis aktif dalam berbagai kegiatan termasuk menjadi asisten praktikum mata kuliah Gambar Teknik tahun ajar 2013/2014, mengikuti kegiatan Manajemen dan Pelatihan Pengoperasian Alat Berat Pertanian 2012. Kegiatan kepanitian yang pernah diikuti penulis antara lain kepanitian Agromechanical Fair 2013, tutor program Pre-Mentoring RAMP IPB 2014, dan tutor pelatihan SolidWorks 2014. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada Agustus 2013 di PT Perkebunan Nusantara IV Kebun Pabatu.
