III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juli sampai dengan Desember 2010. Pembuatan prototipe hasil modifikasi dilaksanakan di Bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem serta pengujian kinerja dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
B. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian disajikan pada Gambar 7 di bawah ini.
Mulai
Identifikasi masalah pada prototipe-1 Analisis masalah serta perumusan ide untuk modifikasi Analisis Perancangan, modifikasi Gambar Teknik Pembuatan prototipe-2 Uji fungsional
Modifikasi Tidak
Berhasil Ya
Modifikasi
Uji kinerja Tidak
Berhasil Ya Selesai
Gambar 7. Tahapan penelitian
11
1. Identifikasi Masalah Pada tahap ini berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan dikumpulkan dan diinventarisasi. Pada alat penanam dan pemupuk jagung terintegrasi terdapat beberapa kelemahan khususnya pada unit pembuat guludan, yaitu: 1) rangka tarik lemah, banyak sambungan las serta berat, dan 2) penggulud hanya dapat membuat satu bentuk dan ukuran guludan (Gambar 8).
17
19
420
55 cm Gambar 8. Bentuk dan ukuran guludan yang bisa dibuat oleh prototipe-1. Kekurangan dari rangka tarik prototipe 1 adalah rangka tarik terbuat dari 3 bagian yang di satukan dengan las yaitu bagian pangkal (yang menyatu dengan rangka utama traktor) dari besi pipa, bagian tengah yang melengkung dari besi pelat 12 mm dan bagian ujung (yang menyatu dengan singkal) terbuat dari besi pipa. Penyatuan dengan metode las menyebabkan kekuatan rangka ini berkurang terutama pada bagian kritis (lengkungan). Selain itu peggunaan besi plat 12 mm untuk rangka ini menyebabkan rangka terlalu berat yaitu 5.75 kg. Rangka tarik prototipe-1 mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi dapat dilihat pada Gambar 9.
Pelat tebal 15 mm
Sambungan Las
Gambar 9. Rangka pada prototipe-1
12
Pada protptipe-1 mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi hanya bisa membuat satu bentuk dan ukuran guludan saja. Pada modifikasi ini direncanakan penggulud dapat membuat guludan yang bervariasi baik tinggi, kemiringan dan lebar atas guludan. Untuk itu perlu adanya mekanisme pengatur kemiringan dan ketinggian singkal penggulud agar guludan yang dihasilkan pun bervariasi.
2. Perumusan dan Penyempurnaan Ide Pada tahap ini akan dilakukan analisis permasalahan yaitu kelemahan pada prototipe-1. Setelah itu, dilakukan pengumpulan ide-ide pemecahan masalah yang dapat menutupi kelemahan prototipe-1 mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi. Selanjutnya, setelah dilakukan perumusan, pada tahap ini dihasilkan beberapa konsep modifikasi untuk komponen pembentuk guludan, penanam dan pemupuk yang potensial untuk menutupi kekurangan tersebut yang dilengkapi dengan gambar sketsa, prasyarat dan sistem yang mendukung efektifitas operasional alat di lapangan. Konsep yang akan digunakan merupakan inovasi dari penelitian yang telah dilakukan oleh Tim TMBP TMB sebelumnya. Konsep-konsep tersebut menyangkut model dan konstruksi serta mekanisme kerja dari unit pembuat guludan.
3.
Konsep Desain
Setelah dilakukan analisis permasalahan yang ada dan penyempurnaan ide-ide pemecahan masalah yang mempertimbangkan beberapa aspek yang terkait, dilakukan perumusan untuk menghasilkan beberapa konsep desain fungsional maupun struktural yang dilengkapi dengan gambar sketsa, analisis teknik, perkiraan kapasitas lapang teoritis, prasyarat dan sistem yang mendukung efektifitas operasional alat di lapangan. 25 cm
Keterangan:
11
16 cm
45
350
20 cm
:guludan minimum yang bisa dihasilkan. :guludan maksimum yang bisa dihasilkan.
55 cm
Gambar 10. Bentuk dan ukuran guludan yang diinginkan dari hasil modifikasi Dalam perancangan ini, bentuk guludan yang diharapkan berbentuk trapesium dengan lebar bawah 55 cm, lebar atas 11-25 cm, tinggi 16-20 cm dan kemiringan 350-450 seperti yang diperlihatkan pada Gambar 10. Dari kebutuhan tersebut maka bentuk penggulud akan dimodifikasi dari bentuk sebelumnya (Gambar 11) menjadi penggulud yang dapat diatur kemiringannya, seperti yang terlihat pada Gambar 12. Modifikasi dalam desain struktural dilaksanakan dengan membuat suatu mekanisme pengatur kemiringan guludan dengan pengaturan sudut sayap singkal penggulud. .
13
Gambar 11. Penggulud pada prototipe-1
Penggulud induk
Mekanisme pengatur Anak penggulud Gambar 12. Desain modifikasi singkal penggulud untuk dapat menghasilkan guludan dengan berbagai sudut kemiringan
Modifikasi selanjutnya pada bagian rangka tarik agar rangka yang digunakan tidak terlalu berat namun cukup kuat untuk menahan beban yang bekeja pada singkal. Bentuk dan penampang bahan yang dipilihdalam penentuan rangka tarik ada beberapa macam seperti yang terlihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Bentuk dan penampang rangka tarik yang mungkin dibuat
14
4.
Pembuatan Prototipe
Setelah desain modifikasi alat selesai, dibuatlah prototipe unit penggulud pada alat penanam dan pemupuk jagung hasil desain modifikasi yang telah dilakukan (disebut prototipe-2). Pembuatan prototipe-2 ini dilakukan di Bengkel Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
5. Uji Fungsional Uji fungsional dilakukan pada prototipe mesin untuk mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Beberapa pengujian yang dilakukan yaitu pengujian mekanisme pengatur pada penggulud dan kinerja pembentukan guludannya. Uji fungsional akan dilakukan di Laboratorium lapangan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB.
C. Pengujian Kinerja Tahap terakhir adalah pengujian kinerja di lapangan. Pengukuran kinerja yang dilakukan adalah pengukuran kondisi tanah sebelum dan sesudah diolah, pengujian kinerja bagian pengatur kemiringan guludan, bentuk dan ukuran guludan yang terbentuk, kapasitas lapang teoritis (KLT), kapasitas lapang efektif (KLE), serta efisiensi lapangannya. Sebelum pengolahan tanah, dilakukan beberapa pengukuran di antaranya: kadar air (KA), tahanan penetrasi, dan bulk density (kerapatan tanah). Untuk pengukuran kadar air tanah diambil contoh tanah dengan perlengkapan pengambil contoh tanah (ring sample) pada kedalaman 0–5 cm, 510 cm dan 10-15 cm dari permukaan tanah. Pengambilan contoh tanah dilakukan pada 3 titik pengukuran secara acak. Cara perhitungan kadar air dan bulk density tanah dapat dilihat pada Lampiran 5.
Gambar 14. Penetrometer tipe SR-II Tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer (Gambar 14). Pengukuran tahanan penetrasi dilakukan hingga kedalaman yang dianggap mewakili kedalaman pengolahan oleh rotary sebanyak 5 kali ulangan pada tiap kedalamannya. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran pada kedalaman sampai 20 cm. Tahanan penetrasi dihitung dengan rumus:
Tpt =
98 Fp Ak
......................................................................................................(2)
di mana: = Tahanan penetrasi tanah (kPa), Tpt
15
Fp Ak
= Gaya penetrasi terukur pada penetrometer ditambah dengan berat penetrometer (kgf) = Luas penampang kerucut (cm2)
Pada tanah yang telah diolah dilakukan pengukuran tahanan penetrasi dan bulk density (kerapatan tanah) pada guludan. Cara pengukurannya sama dengan pengukuran pada tanah sebelum diolah. Pada guludan yang terbentuk akan diukur lebar bawah guludan, lebar atas guludan, jarak antar puncak guludan, dan tinggi guludan. Kapasitas lapangan teoritis dan kapasitas lapangan efektif diukur dengan cara berikut ini. Pada saat dioperasikan, dicatat waktu mulai kerja, lalu pada saat traktor melintas (di tengah) dilakukan pengukuran kecepatan maju (tiga kali ulangan), dan saat traktor menyelesaikan pekerjaan seluruh petak dicatat waktu selesai. Kecepatan maju traktor (Vt) diukur dengan mengukur waktu tempuh (t20) dalam jarak (antar patok) 20 m. Dengan data tersebut, dapat dihitung KLE, KLT dan efisiensi lapangan sebagai berikut.
ΚLΕ =
60 × Ll
6
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
....................................................................................................................... ( 3 ) 10000 × Wk KLT = 0.36 × J ab × Vt .................................................................................................................. ( 4 ) 20 ........................................................................................................................................ ( 5 ) Vt = t 20 KLΕ ) × 100............. El = KLT di mana: KLE : kapasitas lapangan efektif (ha/jam) KLT : kapsitas lapangan teoritis (ha/jam) Ll : luas lahan petakan (m2) Wk : waktu kerja yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu petak (menit) : jarak antar barisan tanaman (0.75 m) Jab t15 : waktu tempuh pada jarak 20 m (s) ( El : efisiensi lapangan (%)
D. Alat dan Bahan Dalam pembuatan alat ini pemilihan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai komponen perlu diperhatikan karena merupakan hal yang cukup mendasar. Pemilihan bahan tersebut berdasarkan: 1) hasil perhitungan dalam analisis teknik dan 2) ketersediaan bahan-bahan di pasar. Berdasarkan faktor-faktor tersebut, maka bahan-bahan yang digunakan sebagai komponen dalam modifikasi dapat dilihat pada tabel 2. Pembuatan alat ini juga juga dibantu dengan menggunakan beberapa peralatan guna mempermudah pembuatan. Alat-alat yang digunakan yaitu: las listrik, las LPG, bor tangan, bor duduk, gerinda tangan, gergaji besi, jangka sorong, penekuk plat, geRinda potong (cutting wheel), palu, kunci pas dan ring, obeng, dan peralatan bengkel lainnya.
16
Tabel 2. Bahan-bahan untuk pembuatan mesin No 1 2 3 4 5 6 7
Komponen
Bahan
Rangka tarik utama Selongsong Segitiga penahan Penggulud Pengencang selongsong Pengencang penggulud Penahan rangka tarik
Besi pelat 3 mm Besi siku 4x4 Besi pelat 5 mm Besi pelat 3 mm Baut + mur M12 x 1.75 Baut + mur M6 x 1.5 Besi plat 3 mm
Selain untuk pembuatan, digunakan juga peralatan untuk pengujian alat yang dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu:
1.
Sumber Tenaga
Pada penelitian ini digunakan traktor tangan (rotary hand tracktor) YZC-L (Gambar 15) sebagai sumber tenaga penarik. Spesifikasi umum traktor yang digunakan untuk penelitian dapat dilihat pada Tabel 3, sedangkan spesifikasi lainnya dapat dilihat pada Lampiran 4. Tabel 3. Spesifikasi traktor roda dua yang digunakan pada penelitian Merk
YANMAR
Model Motor penggerak Daya maksimum Isi Silinder Produsen Jumlah gigi transmisi Jarak antar roda
YZC Yanmar TF105ML 10.5 DK/ 2400 rpm 583 cc PT. Yamindo 3 maju 1 mundur 75 cm
Gambar 15. Rotary hand tractor Yanmar YZC-L
17
2.
Alat Ukur
Alat ukur yang digunakan pada penelitian ini dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu alat ukur untuk pengukuran kondisi tanah sebelum dan setelah pengujian, alat ukur untuk pengukuran bentuk penampang guludan serta alat ukur untuk pengukuran kapasitas lapangan. Alat ukur untuk pengukuran kondisi tanah meliputi: penetrometer tipe SR-2, ring sample, timbangan, oven pengering tanah, dan patok-patok kayu. Untuk mengukur bentuk penamapang guludan digunakan mistar (meteran) dan busur. Adapun alat ukur yang digunakan untuk pengukuran kapasitas lapangan meliputi: meteran (pita ukur), stopwatch, dan tachometer.
18
