HASIL DAN PEMBAHASAN Rancangan Ring Transducer Hasil rancangbangun sensor tahanan pemotongan berupa ring transducer yang ditunjukkan pada Gambar 60. Salah satu sisi ring dipasang dua buah strain gage yaitu satu buah di sisi diameter dalam dan satu buah di sisi diameter luar. Ring transducer tersebut dibuat lubang tepat ditengahnya sebagai pengikat pada pisau sadap manual dan agar perubahan regangan terukur secara akurat. Hambatan satu buah strain gage adalah 120 ohm. Lubang sambungan
Strain Gage Gambar 60 Ring transducer.
Kalibrasi Ring Transducer Sebelum digunakan untuk mengukur tahanan pemotongan, ring transducer dikalibrasi terlebih dahulu menggunakan handy strain meter. Kalibrasi dilakukan dengan pemberian beban pada ring transducer dari berat 5 kg hingga 50 kg. Nilai regresi (R2) yang didapatkan dari kalibrasi adalah 1 (Lampiran 3). Persamaan regresi yang didapat yaitu Y = 18.89 X + 1.227. Hal ini menunjukkan bahwa pemasangan strain gage sudah tepat di pusat beban ring. Sebelum pengukuran tahanan pemotongan kulit dilaksanakan di lapangan, maka yang diperlukan adalah EMANT300 Low Cost USB 24 bit DAQ Module. Ring transducer dikalibrasi kembali dengan pemberian beban dari berat 3.73 kg hingga 50.31 kg. Hubungan tegangan dan beban pada ring transducer didapatkan linier (R2) (Lampiran 7). Persamaan regresi yang diperoleh pada kalibrasi menggunakan EMANT300 USB adalah Y = 19.23 X – 1.476.
Pisau sadap yang dipasang dengan ring transducer ditunjukkan pada Gambar 61. Pisau sadap manual yang dipakai merupakan pisau sadap yang biasa digunakan untuk menyadap tanaman karet muda. Sambungan antara pisau sadap manual dengan ring transducer menggunakan mur dan baut agar mudah dalam pemasangan dan kuat dalam mengikat. Kabel koneksi Emant300 USB Mata pisau manual
Pegangan Ring transducer
Gambar 61 Pemasangan ring transducer pada pisau sadap manual. Tahanan Pemotongan Kulit Pohon Karet Hasil pengukuran memperlihatkan bahwa umur tanaman karet 5 tahun mempunyai tahanan pemotongan 3.19 kgf (31.28 N), umur 6 tahun 4.53 kgf (44.42 N), 7 tahun 4.89 kgf (47.95 N), 8 tahun 4.91 kgf (48.15 N), umur 9 tahun 5.07 kgf (48.54 N), umur 11 tahun 5.07 kgf (49.72 N) dan umur 17 tahun 9.51 kgf (93.2 N)(Lampiran 5). Gambar 62 menunjukkan bahwa meningkatnya umur tanaman karet maka akan semakin meningkatnya tahanan pemotongan kulit.
10
100
8
80
6
60
4
40
2
20
0
0 5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 Umur (tahun) Kedalaman Irisan (mm) Tahanan Pemotongan (N)
Tahanan pemotongan (N)
Kedalaman Irisan (mm)
Hubungan Kedalaman Irisan dan Tahanan Pemotongan
Gambar 62 Hubungan kedalaman irisan dan tahanan pemotongan. 52
Mekanisme Pemotongan Pemotongan kulit dengan menggunakan pisau rotary memperlihatkan kulit pohon karet tidak dapat teriris. Ketika mata pisau diputar dan bekerja untuk menggiris kulit pohon karet, pegangan pada motor penggerak terangkat sehingga kulit pohon tidak teriris. Adapun pisau router untuk profil kayu berputar dengan kecepatan 23 000– 25 000 rpm. Sumber tenaga penggerak pisau profil kayu berasal dari tegangan listrik arus bolak-balik (AC). Sedangkan mekanisme pemotongan kedua menggunakan gerakan bolakbalik solenoid bersumber arus bolak-balik (AC) memperlihatkan bahwa gerakan solenoid mempunyai simpangan 3 mm sehingga kulit pohon karet yang teriris akan terjadi pengulangan irisan. Akibat pengulangan irisan tersebut akan menyebabkan pembuluh getah/lateks tersumbat kembali. Disain dan Prototipe Pisau Sadap Elektrik Gambar
63
adalah
struktur
pisau
sadap
elektrik
yang
akan
dirancangbangun dan Gambar 64 adalah prototipe pisau sadap elektrik. Sketsa rancangan pisau sadap elektrik (Lampiran 10) disesuaikan dengan ukuran diameter pohon rata-rata yaitu antara 20-25 cm. Keseragaman diameter pohon diasumsikan bulat sesuai dengan keseragaman tanaman uji. Adapun hasil rancangbangun ditunjukkan pada Lampiran 6. Berat total pisau sadap elektrik adalah 2 kg. Pisau sadap elektrik ini diujikan pada sistem sadap ke arah bawah (SKB) pada 3 ketinggian irisan yang berbeda. Pegangan tangan kanan Tutup mekanisme putaran
Roll roda ketebalan irisan
Motor listrik DC Kerangka Mata pisau Roll roda kedalaman irisan
Gambar 63 Rancangan pisau sadap elektrik.
53
Pembuatan pisau sadap elektrik untuk tanaman karet dilakukan dengan sistem potong, las, bor dan tap ulir. Sistem pengirisan kulit karet adalah sistem iris pahat. Pengirisan diawali dengan membuka alur iris dengan memahat ke arah depan sekali dan kemudian pisau memahat kebelakang ke arah tarikan tangan. Saklar Kerangka Mata pisau Pegangan tangan kanan
Kabel
Penutup mekanisme putaran
Roll roda kedalaman irisan
Roll roda ketebalan irisan
Gambar 64 Prototipe pisau sadap elektrik.
Kinerja Pisau Sadap Elektrik Kapasitas Kerja Tanaman karet mulai dipanen dengan sistem sadap ke arah bawah (SKB) dimulai pengirisan pada ketinggian 130 cm dari pertautan mata okulasi. Pengujian pertama pada tanaman umur 5 tahun. Diameter pohon rata-rata 15.20 cm, ketebalan kulit 7.5 mm dan panjang irisan 29.02 cm. Umur tanaman 5 tahun tersebut sudah disadap selama 1 tahun sehingga tinggi irisan rata-rata 113 cm. Kapasitas kerja menyadap dengan pisau sadap elektrik pada ketinggian 113 cm tersebut dibutuhkan waktu mengiris 21.57 detik/pohon. Waktu total untuk menyadap 500 pohon dibutuhkan 4 jam 46 menit. Sedangkan mengiris kulit pohon menggunakan pisau manual diperlukan waktu rata-rata 8.11 detik/pohon. Sehingga waktu total menyadap 500 pohon dibutuhkan waktu 2 jam 54 detik.
54
Pengujian kedua pada tanaman karet umur 6 tahun. Diameter rata-rata pohon 17.5 cm, ketinggian rata-rata kulit yang diiris 88.14 cm, ketebalan kulit 8.2 mm dan panjang alur sadap 30.42 cm. Waktu untuk mengiris kulit pohon karet menggunakan pisau sadap elektrik adalah 18.64 detik/pohon Waktu total menyadap 500 pohon diperlukan waktu 4 jam 12 menit.. Sedangkan menggunakan pisau manual dibutuhkan waktu 6.8 detik/pohon. Total waktu 500 pohon dibutuhkan 2 jam 33 menit. Pengujian ketiga pada tanaman karet umur 8 tahun. Diameter rata-rata pohon 18.61 cm, tinggi kulit yang diiris 34.74 cm, tebal kulit 8.9 mm dan panjang alur sadap 35.81 cm. Waktu yang dibutuhkan untuk mengiris menggunakan pisau sadap elektrik yaitu 13.5 detik/pohon. Waktu total untuk menyadap 500 pohon dibutuhkan waktu 3 jam 53 menit. Sedangkan penggirisan kulit pohon menggunakan pisau sadap manual membutuhkan waktu 5.6 detik per pohon. Sehingga waktu total 500 pohon adalah 1 jam 55 menit. Sumber daya yang digunakan untuk menggerakan pisau sadap elektrik adalah baterai kering dengan kapasitas 7.2 ampere jam. Motor listrik yang dipakai berarus maksimal 5.5 ampere. Baterai tersebut dipakai selama 2 hari (1 jam) untuk menyadap tanaman karet menggunakan pisau sadap elektrik menunjukkan bahwa baterai belum mengalami kelemahan. Berhubung kapasitas baterai 7.2 ampere jam, maka pada hari ketiga baterai diisi ulang. Baterai akan kehabisan daya pada waktu 1 jam 18 menit jika nilai kapasitas baterai yang tercantum di label sesuai dengan kondisinya.
Kualitas Bekas Sadapan Kualitas kulit pohon bekas irisan pada ketiga umur tanaman yang berbeda menunjukkan tidak terjadi irisan sampai mengenai jaringan kayu. Alur irisan menggunakan pisau sadap elektrik menghasilkan bentuk ½ spiral rata atau alur irisan tidak bergelombang. Kupingan mata pisau sebagai sandaran pada kulit yang sudah diiris menimbulkan gesekan yang lebih kecil daripada mata pisau manual. Sehingga luka kulit bekas sadapan sebelumnya tidak sampai terluka. 55
Kedalaman Irisan Pengujian pengirisan pada umur tanaman 5 tahun dengan ketinggian irisan 113 cm membuktikan bahwa pisau sadap elektrik tidak mampu mengontrol kedalaman sadapan dengan seragam. Hal ini karena bentuk diameter pohon karet tidak seragam meskipun tanaman klon karet yang digunakan seragam. Kulit yang disisakan melekat pada jaringan kambium setebal 1.5 mm. Hasil pengujian pada ketinggian 113 cm menunjukkan kedalaman irisan tidak maksimum. Irisan ke arah dalam yang seharusnya 6 mm (7.5 mm-1.5 mm) tetapi hanya teriris 4.8 mm. Kulit yang tidak teriris 1.2 mm. Pada ketinggian kedua (tinggi irisan kulit tanaman karet 88 cm) memperlihatkan pemotongan kulit ke arah dalam tidak maksimum. Mata pisau seharusnya memotong 6.7 mm (8.2 mm-1.5 mm) tetapi hanya mengiris 5.8 mm sehingga kurang dalam 0.9 mm. Pada pengujian ketiga (tinggi irisan kulit tanaman karet 35 cm) memperlihatkan pemotongan kulit yang kurang dalam. Kulit pohon yang seharusnya terpotong ke arah dalam 7.4 mm (8.9 mm-1.5 mm) tetapi hanya teriris 6.42 sehingga kurang dalam 0.98 mm. Dari ketiga pengujian menggunakan ketinggian yang berbeda telah menunjukkan bahwa pisau sadap elektrik tidak dapat menjangkau maksimum kedalaman
irisan
karena
faktor
diameter
pohon
yang
tidak
seragam
silindrisnya.Meskipun diawal pengujian telah diatur terlebih dahulu pada rol roda pengatur kedalaman. Konsumsi Kulit Per Sadap Pengujian pengirisan pada umur tanaman 5 tahun dengan ketinggian irisan 113 cm membuktikan bahwa pisau sadap elektrik dapat mengontrol konsumsi kulit 1.7 mm sekali iris. Adapun pada ketinggian irisan 88 cm membuktikan bahwa konsumsi kulit terkendali setebal 1.9 mm sekali iris. Sedangkan pada pengujian pada ketinggian irisan 35 cm dengan penyadap yang berbeda menunjukkan bahwa konsumsi kulit dalam batas kendali konsumsi kulit setebal 2.1 mm sekali iris. 56
Produksi Karet Hasil panen menggunakan pisau sadap elektrik menunjukkan bahwa kurang dalam irisan 1.2 mm menyebabkan penurunan produksi 46 %. Pemotongan kulit yang kurang dalam 0.9 mm akan menghilangkan produksi 34 % dan kurang dalam 0.98 akan menghilangkan produksi sebesar 55.5%.
(a)
(b)
(c)
Gambar 65 Ketinggian sadapan (a) Umur 5 tahun, (b) Umur 6 tahun dan (c) Umur 8 tahun.
Kondisi Pengujian Penyadapan Kegiatan menyadap pohon karet adalah upaya untuk mengeluarkan getah/lateks yang dilakukan dengan cara mengiris. Tahapan mengiris pertama kali yaitu dengan membuka alur sadap. Irisan pembukaan dilakukan dengan mendorong mata pisau bagian depan ke ujung paritan belakang sampai batas garis bidang irisan (Gambar 66 dan Gambar 67). Setelah sekitar 2-3 cm kulit terbuka alur sadap, kemudian dilanjutan pengirisan dengan cara pisau ditarik ke arah bawah kanan beralur ½ spiral.
57
Paritan atas Arah irisan
Gambar 66 Buka alur sadapan dengan pisau manual.
Arah irisan
Arah irisan
Gambar 67 Buka alur sadapan dengan pisau elektrik. Cara mengiris menggunakan pisau manual ada dua cara yaitu irisan menyendok dan irisan tarik. Kedua cara ini tergantung kepada keterampilan masing-masing penyadap. Adapun penggunaan pisau elektrik dimaksudkan untuk mengiris kulit pohon karet dengan ukuran yang seragam dan tanpa harus memiliki keterampilan terlebih dahulu. Alur sadap yang pertama kali buat diistilahkan dengan paritan atas atau paritan belakang. Disebut paritan atas karena alur sadap dibuat pada posisi lebih tinggi yaitu sebelah kanan-atas seperti ditunjukkan pada Gambar 66. Sedangkan disebut paritan belakang karena posisi pertama kali buka alur sadap berada di belakang mangkuk penampung hasil. Kulit yang sudah teriris pada penggunaan pisau manual berbentuk putus-putus (Gambar 68). Bentuk kulit yang sudah teriris pada pisau elektrik lebih seragam dan berbentuk irisan panjang (Gambar 69). Sedangkan pada pisau manual akan timbul bentuk alur sadap yang tidak rata ½ spiral atau bergelombang. Karena pengendalian konsumsi kulit tanpa alat bantu hanya mengandalkan keterampilan dan perasaan saat mengiris.
58
Posisi di tengah alur sadap
Tatal
Gambar 68 Irisan di tengah alur sadap pisau manual.
Tatal Gambar 69 Irisan di tengah alur sadap pisau elektrik. Lokasi tempat keluarnya lateks potensial di irisan ujung paritan belakang/atas dan paritan depan/bawah. Bentuk mata pisau manual terlihat jelas mampu mengiris ujung paritan dengan sempurna (Gambar 70). Pisau sadap manual menyandar di dinding kulit yang sudah diiris hari sebelumnya pada permukaan logam yang lebih luas. Gesekan kulit yang sudah diiris dengan logam lebih besar dibandingkan dengan pisau sadap elektrik. Sehingga bentuk bagian ‘kupingan’ pisau manual dibengkok ke arah luar. Ujung paritan bawah
Gambar 70 Irisan pisau sadap manual di paritan bawah.
59
Batas irisan Roda ketebalan irisan
Gambar 71 Roda pengatur ketebalan kulit di ujung paritan bawah. Adapun pisau sadap elektrik yang mengalami gesekan dengan kulit yang sudah diiris lebih kecil. Bagian ‘kupingan’ pisau sadap ke arah dalam agar tenaga yang diperlukan untuk mengiris tidak besar. Rol roda pengendali konsumsi kulit di ujung paritan depan akan menimbulkan masalah yaitu kulit tidak teriris 38 mm ketika pisau ditarik
sampai ujung alur sadap (Gambar 71). Rol roda akan
membentur pada dinding kulit yang belum diiris disebelahnya.
Kendala Pisau Sadap Elektrik Bentuk mata pisau sadap elektrik dengan arah ‘kupingan’ sebagai sandaran maka keadaan tertentu akan mengiris dinding kulit yang sudah diiris hari sebelumnya (Gambar 72). Penyadap saat mengoperasikan hanya menahan gerakan dan mengarahkan gerakan pengirisan. Karena sandaran mata pisau elektrik tidak seperti pisau manual yaitu tidak lebar maka ‘kupingan’ mata pisau akan mengiris ketika diameter pohon tidak bulat rata (pengendali kedalaman tidak berfungsi). Teriris/Terkikis mata pisau
Gambar 72 Sisa kulit sadapan teriris pisau sadap elektrik.
60
Bentuk diameter tanaman karet yang tidak bulat rata (silindris) dan bentuk ½ spiral tidak rata (bergelombang) serta bodi depan pisau sadap elektrik terbentur ketika ada kulit yang menonjol ataupun cekung menyebabkan tidak teririsnya kulit di bagian tengah alur sadap (Gambar 73).
Tidak teriris
Tidak teriris
Gambar 73 Kulit bagian tengah tidak teriris.
Tidak teriris
Gambar 74 Sepertiga panjang alur sadap tidak teriris. Ketika permukaan kulit yang belum iris melengkung kedalam maka pada bagian depan bodi pisau sadap elektrik akan menyangkut sehingga mengakibatkan kulit yang tidak teriris bisa mencapai 10 cm (Gambar 74). Untuk mengatasi kulit yang tidak bisa diiris ketika pisau sadap ditarik yaitu dengan cara mendorong pisau sadap elektrik ke arah depan dengan mengangkat sedikit bagian rol roda paritan (Gambar 75). Tetapi hasil irisan tidak sesuai harapan karena bagian sudut kulit pada ujung alur sadap di paritan bawah tidak teriris (Gambar 76) dan bentuk irisan yang tidak rata ½ spiral atau bertingkat (Gambar 77).
61
Arah irisan Arah irisan
Gambar 75 Pisau sadap elektrik iris dorong. Paritan bawah merupakan ujung alur sadap yang dibuat pada irisan paling akhir seperti ditunjukkan pada Gambar 75. Istilah lain dari paritan bawah adalah paritan depan, di mana letak alur sadap beradap di depan mangkuk sadap seperti pada Gambar 76. Mangkuk
Paritan bawah/depan
Sudut tidak teriris
Gambar 76 Ujung paritan bawah tidak teriris. Akibat sodokan pisau
Gambar 77 Paritan bawah bertangga. 62
Bentuk alur paritan yang bertingkat diakibatkan dorongan pisau sadap elektrik menggunakan tenaga operator yang berlebih. Panjang irisan yang dihasilkan dari sodokan sebesar 5 cm. Kemampuan mengiris dengan cara di dorong tersebut setiap operator/penyadap berbeda-beda. Bentuk alur sadap bertingkat terjadi pada ketinggian irisan 113 cm dan 88 cm. Pisau sadap elektrik diujikan pada 2 penyadap yang berbeda yaitu 1 orang menyadap pada ketinggian 35 cm dan 1 orang menyadp pada ketinggian irisan 88 cm dan 113 cm. Irisan yang tidak dalam diakibatkan karena roll roda pengendali kedalaman kulit melewati permukaan kulit antara cekung dengan menonjol sehingga ketika mengiris permukaan yang menonjol akan menyebabkan bodi depan pisau sadap akan membentur dan bergesekan dengan permukaan kulit. Akhirnya pengendali kedalaman irisan kulit sedikit terangkat keluar permukaan kulit tanaman karet. Gambar 78 merupakan kulit yang tidak teriris dengan warna lebih gelap. Permukaan kulit menonjol Irisan dangkal
Permukaan kulit cekung
Gambar 78 Irisan kulit tidak dalam. Roda pengatur ketebal kulit
Gambar 79 Roda pengendali ketebalan irisan diangkat.
63
Upaya mengatasi rol roda pengendali konsumsi kulit terhalang kulit yang belum diiris maka dilakukan dengan mengangkat sedikit roda meskipun ujung paritan depan/bawah tidak teriris sempurna (mengambang). Rol roda pengendali konsumsi kulit diangkat dari paritan sadap ditunjukkan pada Gambar 79. Permasalahan yang utama kegagalan pengendalian kedalaman sadapan adalah bentuk diameter yang tidak rata akan menyebabkan bodi depan pisau sadap elektrik membentur dan bergesekan dengan kulit yang belum diiris (Gambar 80). Bodi depan pisau sadap elektrik terletak pada sisi yang melengkung. Sedangkan bodi belakang berada pada sisi yang berhubungan dengan pegangan tangan kiri atau sisi yang mengikat dengan motor listrik. Meskipun dilakukan pengirisan yang diulang, kedalaman sadapan tidak dapat tercapai sesuai dengan pengaturan / setting awal.
Daerah gesekan
Bodi depan
Gambar 80 Bodi depan pisau sadap elektrik membentur dan bergesekan dengan permukaan kulit tanaman karet.
64
Mata pisau keluar alur sadap
Gambar 81 Pisau keluar dari alur sadap. Panjang irisan efektif pisau sadap elektrik yaitu 15 mm sehingga apabila bodi menyangkut di dinding pohon maka irisan akan keluar alur (Gambar 81). Selain itu, bodi pisau sadap elektrik terangkat di atas alur sadapan dan irisan akan terlepas atau keluar alur. Adanya kulit yang tidak teriris maka pengirisan dapat dilakukan dengan mendorong kedepan. Penggunaan pisau sadap elektrik masih terkendala dalam mengiris bagian kedalaman kulit. Kedalaman kulit yang belum teriris antara 0.9 mm – 1.22 mm. Semakin kedalam irisan kulit pohon karet maka jumlah jaringan pembuluh lateks yang teriris semakin banyak. Daerah keluarnya lateks sebagian besar pada kedua ujung alur sadap. Pisau sadap elektrik tidak dapat mengiris secara baik pada salah satu ujung alur sadap yaitu pada paritan depan (kanan Bawah). Selain itu pisau sadap elektrik tidak dapat mengiris alur ½ spiral secara penuh karena adanya alur sadapan yang bergelombang dan sudut irisan yang lebih tajam (< 400 terhadap garis horisontal). Oleh sebab itulah telah terbukti kehilangan produksi yang besar yaitu antara 34.11 % – 55.51 %.
Rekomendasi Perbaikan Disain Pisau sadap elektrik hasil rancangbangun perlu dilakukan perbaikan pada bagian pengendali kedalaman sadapan, bentuk bodi bagian depan, arah mata pisau yang menyandar ke dinding kulit bekas irisan, posisi dan pengaturan kembali rol roda pengendali kulit serta bobot total pisau sadap elektrik. 65
Kedalaman sadap masih terkendala pada bentuk kulit yang tidak rata diameter pohonnya. Rol roda kedalaman sadap yang perlu perbaikan dengan merancang dudukan yang ikut bergerak maju dan mundur bersama mata pisau. Kendala kedua yaitu bentuk bodi bagian depan yang melengkung bergesekan dan berbenturan dengan kulit pohon yang belum teriris. Hasil rancangbangun dibuat poros pisau sadap yang tidak terlalu panjang agar tidak terjadi vibrasi dan mata pisau yang ‘kupingan’ sebagai sandaran irisan agar mengurangi gesekan dengan kulit yang sudah teriris. Perbaikan bodi bagian depan tidak berbentuk melengkung tetapi berbentuk datar. Adapun sandaran mata pisau dapat dipertimbangkan seperti bentuk sandaran mata pisau manual. Rol roda pengendali konsumsi kulit perlu perbaikan dengan cara mengganti posisi yang pada hasil rancangbangun ini terletak belakang mata pisau, diganti dengan memasang pengendali konsumsi kulit yang ikut bergerak bersama mata pisau dan terpasang beberapa mm di atas sudut V mata pisau. Kendala terakhir yang mengakibatkan beban kerja penyadap meningkat yaitu berat total pisau sadap elektrik. Pada Lampiran 12 terlihat berat bagian-bagian pisau sadap elektrik hasil rancangbangun. Untuk mengurangi berat total dapat dilakukan dengan mengganti material dengan material lain tetapi kekuatan bahannya sesuai,
memperkecil
ukuran masing-masing bagian dan menganti sistem rol roda pengendali konsumsi kulit maupun kedalaman sadap. Pengurangan bobot yang utama pada bagian bodi yang terbuat dari logam steinless steel 0.67 kg. Penggantian material logam dapat menggunakan almunium, dilakukan pengecilan ukuran dan bagian lengkung depan dibentuk menjadi datar. Motor listrik yang digunakan memberikan kontribusi bobot yang cukup besar yaitu 0.65 kg. Diameter motor listrik cukup besar yang dipakai sebagai pegangan tangan kiri penyadap. Penggantian dimensi motor tetapi tidak mengurangi daya putar yang signifikan dapat dilakukan.
66
