RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN UNIT PENYEMPROT PADA ALAT PENYEMPROT PADI TIPE BALON
NENDA ANDREMICO
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 Rancang Bangun dan Pengujian Unit Penyemprot pada Alat Penyemprot Padi Tipe Balon adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Januari 2015
Nenda Andremico NIM F14100101
ABSTRAK NENDA ANDREMICO. Rancang Bangun dan Pengujian Unit Penyemprot pada Alat Penyemprot Padi Tipe Balon. Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN. Penyemprotan pupuk dan pestisida di sawah adalah salah satu kegiatan pemeliharaan yang penting untuk budidaya tanaman padi. Biasanya kegiatan ini dilakukan di pagi hari karena kondisi angin yang memungkinkan pupuk atau pestisida secara luas menyebar ke ladang dan tidak terbawa oleh angin. Kegiatan ini umumnya dilakukan secara manual oleh petani menggunakan knapsack sprayer dan petani harus berjalan antara tanaman padi, hal tersebut melelahkan dan dapat merusak alur tanam. Aplikasi penyemprotan menggunakan traktor tidak bisa dilakukan karena kondisi sawah yang belum terkonsulidasi. Masalah-masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan sebuah alat yang bisa menyemprot di udara. Penyemprotan udara telah dilakukan oleh pesawat. Penggunaan pesawat untuk penyemprotan memiliki beberapa kelemahan seperti biaya tinggi dan keamanan yang berkaitan dengan kondisi tanah. Solusi lain yang mungkin adalah dengan menggunakan balon yang dilengkapi dengan sistem kontrol dan sistem sprayer untuk pupuk cair atau aplikasi pestisida. Sistem kontrol mengadopsi sistem dari multi kopter dengan flying board sedangkan untuk sistem penyemprotan mengadopsi sistem sprayer elektrik. Sistem penyemprotan menggunakan pompa listrik (washer pump) untuk mendistribusikan pupuk atau pestisida. Washer pump yang digunakan untuk prototipe ini dapat menghasilkan debit 1.20 l/menit. Sistem yang dibuat dapat melakukan penyemprotan seluas 2.52 m2 per detiknya setara dengan 0.91 ha/jam pada kecepatan maju 4.17 km/jam. Kata kunci: aerial spraying, electric sprayer, sprayer padi, sprayer tipe balon
ABSTRACT NENDA ANDREMICO. Design and Performance Test on Sprayer Unit on Balloon Type Sprayer for Rice Cultivation. Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN. Spraying of fertilizers and pesticides on rice field is one of important maintenance activities for rice crop cultivation. Usually this activity is done in the morning because the wind conditions which allow the fertilizers or pesticides to be uniformly spread to field and to avoid drift. The activity is generally carried out manually by farmers using knapsack sprayer and the farmer had to walk between rice plant, which is laborious and can damage the planting furrow. Spraying application using tractor could not be done because of the condition of rice field, where almost field haven’t hardpan. These problems can be overcome by aerial spraying using air planes. The use of plane for spraying has some drawback such as high cost and safety related to ground condition. Another possible solution is to use a balloon equipped by control system and sprayer system for liquid fertilizer or pesticide application. Control system adopted the multi copter with flying board and for spraying systems adopted the electric sprayer. Spraying system used an electric pump for distribute the fertilizer or pesticide. Washer pump used for this prototype, the washer pump can produce a debit 1.20 l/min. The system created can do the spraying area 2.52 m2 per second equal to 0.91 ha/hour when the velocity 4.17 km/hour. Key Word: aerial spraying, balloon type sprayer, electric sprayer, paddy sprayer
RANCANG BANGUN DAN PENGUJIAN UNIT PENYEMPROT PADA ALAT PENYEMPROT PADI TIPE BALON
NENDA ANDREMICO
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 Nama NIM
: Rancang Bangun dan Pengujian Unit Penyemprot pada Alat : Penyemprot Padi Tipe Balon : Nenda Andremico : F14100101
Disetujui oleh
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur dipanjatkan ke hadapan Allah SWT atas karunia-Nya sehingga penelitian ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul “Rancang Bangun dan Pengujian Unit Penyemprot pada Alat Penyemprot Padi Tipe Balon” telah dilaksanankan di Lab. Lapangan “Siswadhi Soepardjo”, pada bulan Februari 2014 sampai November 2014. Dengan telah selesainya penelitian ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr, selaku dosen pembimbing skripsi atas bimbingan dan saran kepada penulis selama ini. 2. Kedua orang tua dan sanak saudara yang telah memberikan dukungan secara moril dan materiil kepada penulis. 3. Nurahman dan Marchawanda sebagai rekan selama penelitian. 4. Para teknisi (Pak Wana, Pak Darma, Pak Juli, dan Mas Firman), atas bantuannya selama penelitian di lapangan 5. Semua pihak yang telah ikut membantu yang tidak dapat penulis sebutkan. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca, penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih ada kekurangan, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan.
Bogor, Januari 2015
Nenda Andremico
iii
DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR
iv
DAFTAR TABEL
iv
DAFTAR LAMPIRAN
v
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Padi
2
Penyemprotan
3
Alat Penyemprot (Sprayer)
4
Penyemprotan Pestisida pada Padi
7
METODE PENELITIAN
7
Waktu dan Tempat
7
Alat dan Bahan
7
Tahapan Penelitian
8
Rumusan Ide Rancangan
8
Perancangan Mekanisme Sprayer
10
Perancangan Rangkaian Penyambungan Sprayer
11
Pembuatan Prototipe Rancangan
11
Pengujian dan Pengambilan Data
11
HASIL DAN PEMBAHASAN
12
Prototipe
12
Kinerja Prototipe Unit Penyemprot
14
Evaluasi Kinerja
18
SIMPULAN DAN SARAN
18
Simpulan
18
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
19
LAMPIRAN
20
iv
DAFTAR GAMBAR 1. Penyemprotan tanaman melalui media udara dengan menggunakan pesawat terbang (sumber: Roberto 2010) 2. Hollow cone nozzle (a), hasil semprotan hollow cone nozzle (b), full cone nozzle (c), dan hasil semprotan full cone nozzle (d) (sumber: Cooperative Extension Service University of Kentucky 1914) 3. Fan type nozzle (a), hasil semprotan fan type nozzle dengan tekanan tinggi (b), dan hasil semprotan fan type nozzle dengan menggunakan tekanan rendah (c) (sumber: Cooperative Extension Service University of Kentucky 1914) 4. Diagram alir rancangan struktural unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon 5. Unit sprayer dengan overlap 50 % (a) dan unit sprayer dengan overlap 100 % (b) (sumber: Cooperative Extension Service University of Kentucky 1914) 6. Pompa wiper pada mobil (washer pump) 7. Diameter yang dihasilkan oleh unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon 8. Hasil semprotan unit sprayer dari unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon 9. Grafik keseragaman sebaran penyemprotan alat penyemprot padi tipe balon yang memiliki 4 nozzle dengan jarak antar gelas sepanjang 20 cm dan jarak antar nozzle sebesar 40 cm 10. Grafik distribusi teoritis menggunakan overlap 50 % dengan jarak antar nozzle sepanjang 60 cm, jarak antar titik 20 cm, dan lebar kerja aktual sepanjang 1.8 m pada overlap 100 %
4
6
6 9
10 13 15 16
17
18
DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Rancangan fungsional unit penyemprot padi tipe balon Pengecekkan debit yang dimiliki oleh washer pump Hasil uji debit tiap nozzle Hasil uji diameter maksimum dan diameter minimum yang dihasilkan tiap nozzle Hasil uji lebar kerja sistem sprayer pada alat penyemprot padi tipe balon Hasil uji keseragaman dalam lebar kerja semprotan Lanjutan hasil uji keseragaman dalam lebar kerja semprotan Pengujian lebar kerja dengan satu nozzle Distribusi cairan satu nozzle
8 13 14 14 15 21 21 23 23
v
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4.
Tahapan penelitian Pengolahan data Data perancangan Sambungan T (a), L (b) yang digunakan dalam perancangan unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon, solder (c), meteran (d), Aki (e), dan paralon 1/2" (f) 5. Bagan rancangan struktural sistem penyemprot pada penyemprot padi tipe balon
20 21 23
24 25
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan negara yang sebagian besar bahkan seluruh penduduknya mengkonsumsi beras sebagai makanan pokok. Karena hal tersebut tidak heran produksi padi di negeri ini sebesar 71,290,000 ton Gabah Kering Giling (GKG) dan luas panen seluas 391,690 ha (BPS 2013), namun produksi tanaman padi negeri ini tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan pangan negara sehingga harus mengimpor ke negara lain. Hama, cuaca yang kurang bersahabat, rendahnya kualitas bibit, pupuk, dan kurangnya perhatian pada saat penyemprotan pupuk atau pestisida adalah faktor yang mempengaruhi kurangnya produktivitas hasil panen tanaman padi di Indonesia. Penyemprotan adalah salah satu pemeliharaan tanaman padi yang sangat penting, pada pemeliharaan ini petani berjalan diantara alur tanam tanaman padi dan melakukan penyemprotan menggunakan knapsack sprayer (sprayer tipe gendong). Pemeliharaan ini biasanya dilakukan saat pagi hari, saat penyemprotan petani tidak jarang merusak alur tanam dari tanaman padi dan bahkan menginjak bibit tanaman padi yang sudah tertanam di lahan yang menyebabkan bibit tersebut rusak dan tumbuh dengan tidak baik. Tanah yang tidak terkonsolidasi adalah salah satu sebab petani melakukan penyemprotan menggunkan sprayer tipe gendong. Salah satu solusi yang dapat dilakukan untuk permasalahan tersebut adalah menggunakan alat yang dapat melakukan pemeliharaan tanaman padi yang berposisi diatas lahan sawah atau terbang dan alat tersebut dapat dikendalikan oleh petani agar proses pemeliharaan terutama penyemprotan dapat dilakukan dengan baik. Teknik penyemprotan melalui udara dengan menggunakan pesawat terbang mungkin dijadikan solusi untuk proses penyemprotan padi, hal ini tidak mungkin dilakukan karena dengan menggunakan pesawat terbang tanaman padi mengalami kerusakan. Ukuran pesawat yang digunakan terlalu besar, selain itu pada ketinggian 1 m sampai dengan 2 m pesawat tidak cukup stabil untuk terbang. Penyemprotan menggunakan pesawat terbang membutuhkan biaya yang cukup mahal, memiliki kebisingan yang tidak sesuai aturan di pulau Jawa, dan berbahaya karena terdapat kabel bertegangan tinggi disekitar lahan sawah. Mekanisme terbang dan kemampuan daya angkut yang dimiliki oleh pesawat terbang dapat digantikan dengan menggunakan balon gas yang besar. Pada tahun 2010 di California balon dapat menerbangkan sebuah rumah dan pemiliknya yang bernama Jonathan Trappe, selain itu sekelompok Tim dari National Geographic Channel pada tahun 2011 juga berhasil menerbangkan sebuah rumah setinggi 3,000 m dengan menggunakan 300 balon helium (Mobgenic 2012). Hal ini yang menjadi acuan bahwa balon dapat digunakan untuk solusi lain dari penggunaan pesawat terbang. Balon yang digunakan harus memiliki sistem kontrol dan sistem penyemprot agar pemeliharaan dapat dilakukan dengan baik. Washer pump adalah sebuah pompa listrik yang biasanya hanya digunakan untuk penyaluran cairan dari tangki ke wiper yang terdapat pada mobil. Pompa tersebut memiliki kemampuan menyampaikan cairan 1.2 l/menit dan hal tersebut memungkinkan pompa tersebut dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam perancangan sebuah sistem penyemprot. Sistem penyemprot yang digunakan mengadopsi sistem sprayer elektrik, dalam pembuatan sistem penyemprot selain
2 membutuhkan pompa elektrik, nozzle juga sangat dibutuhkan sebagai pemecah molekul air yang disemprotkan ke lahan. Nozzle memiliki berbagai macam jenis, namun setiap jenis nozzle digunakan untuk hasil penyemprotan yang berbeda-beda atau sesuai dengan keinginan perancang. Penyaluran cairan dapat digunakan selang dan sambungan selang yang sesuai dengan ukuran nozzle yang digunakan, dalam penyemprotan selang dan sambungan selang atau penyaluran cairan haruslah baik agar hasil penyemprotan sesuai dengan yang diinginkan. Perumusan Masalah Operasi penyemprotan tanaman padi di sawah sulit dilakukan karena kondisi tanah pada sawah tidak terkonsolidasi ataupun tidak memiliki lapisan keras sehingga alat konvensional seperti traktor sulit untuk digunakan untuk pemeliharaan tanaman padi, maka diperlukan alat penyemprot padi yang berprinsip balon udara yang kendalinya dapat dikontrol, namun diperlukan sistem atau unit penyemprot untuk mendapatkan hasil semprot yang optimal. Tujuan Tujuan dilakukan penelitian ini adalah: 1. Merancang bangun unit penyemprot elektrik pada alat penyemprot padi tipe balon. 2. Menguji kinerja sistem penyemprotan pada alat penyemprot padi tipe balon. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini hanya dibatasi pada perancangan, pembuatan dan pengidentifikasian kinerja sistem penyemprotan alat penyemprot padi tipe balon yang memanfaatkan washer pump sebagai pompanya. Perhitungan secara numerik dilakukan menggunakan Microsoft Excel untuk menghitung kapasitas kerja lapang dari sistem penyemprotan pada alat penyemprot padi tipe balon tersebut.
TINJAUAN PUSTAKA Padi Padi merupakan tanaman pangan berupa rumput berumpun. Tanaman pertanian ini berasal dari dua benua yaitu Asia dan Afrika Barat tropis dan subtropis. Beberapa wilayah asal padi adalah Cina, India, Bangladesh Utara, Burma, Thailand, Laos, dan Vietnam.
3 Tanaman padi dapat hidup dengan baik di daerah yang berhawa panas dan banyak mengandung uap air. Hal tersebut menunjukkan padi dapat hidup dengan baik pada daerah yang beriklim panas dan lembab. Pengertian ini menyangkut curah hujan, temperature, ketinggian tempat, sinar matahari, angin dan musim. Curah hujan yang dikehendaki pertahun berkisar 1500-2000 mm. Tanaman padi dapat tumbuh dengan baik pada suhu diatas 23 oC. Sedangkan di Indonesia pengaruh suhu dapat diatasi dengan baik, karena suhu di Indonesia hampir konstan sepanjang tahun, sedangkan ketinggian tempat untuk tanaman padi adalah 0-065 mdpl. Tanaman padi memerlukan sinar matahari, hal tersebut sesuai dengan syarat tumbuh tanaman padi yang hanya dapat hidup di daerah berhawa panas. Angin memberi pengaruh positif dalam proses penyerbukan dan pembuahan. Musim berhubungan erat dengan hujan yang berperan didalam penyediaan air dan hujan dapat berpengaruh terhadap pembentukan buah sehingga sering terjadi bahwa penanaman padi pada musim kemarau mendapat hasil yang lebih tinggi daripada penanaman padi pada musim hujan dengan catatan apabila pengairan baik (Aak 1990). Salah satu pemeliharaan tanaman padi yaitu penyemprotan dilakukan untuk berbagai keperluan. Pemberian pupuk adalah salah satu dari tujuan dari penyemprotan, pemeliharaan tanaman padi menggunakan pupuk cair Green Grow untuk lahan 1000 m2 dengan target produksi 1 sampai dengan 1.5 ton pemupukan dilakukan sebanyak 3 kali. Pemupukan pertama dilakukan pada usia 10 hari setelah tanam dengan dosis pupuk cair Green Grow 1 l ditambah 100 l air bersih, pemupukan kedua dilakukan pada usia 25 hari setelah tanam dengan dosis 2 l ditambah 100 l air bersih, pemupukan ketiga dilakukan pada usia 40 hari setelah tanam dengan dosis 3 l ditambah 150 l air bersih (Ridwan 2011). Penyemprotan Penyemprotan pertama kali dikembangkan dan digunakan dalam pengendalian penyakit tanaman anggur di kebun sekitar Boudeux, Perancis. Penyemprotan tangan untuk memberantas serangga dikembangkan antara tahun 1850 dan 1860 oleh Bean dari California, D.B. Smith dari New York, dan Brandt bersaudara dan Minnesota. Penyemprotan dengan tenaga mesin bensin dikembangkan sekitar tahun 1900. Penyemprotan yang dipasang pada traktor belum dikembangkan sampai diperkenalkan traktor pada tahun 1925. Palang penyemprotan dipasang pada pesawat udara pertama kali pada awal tahun 1940 (Smith dan Wilkes 1996). Penyemprotan melalui udara dengan menggunakan pesawat ini dapat melakukan penyemprotan pada lahan yang luas dalam waktu yang singkat, walau demikian penggunaan pesawat terbang ini juga memiliki beberapa kekurangan yaitu biaya pengoperasian pesawat cukup mahal, bunyi yang dihasilkan oleh mesin pesawat sangat mengganggu (bising), dan penggunaan pesawat ini tidak dapat digunakan pada luas tanah pertanian yang kecil. Contoh gambar penyemprotan menggunakan pesawat terbang dapat dilihat pada Gambar 1.
4
Gambar 1 Penyemprotan tanaman melalui media udara dengan menggunakan pesawat terbang (sumber: Roberto 2010) Penyemprotan di bidang pertanian bertujuan untuk melindungi tanaman dari jasad pengganggu dalam batas-batas yang menguntungkan petani. Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan kegiatan penyemprotan yaitu penyebaran pada tanaman lebih baik dan ukuran butiran yang dihasilkan dapat diubah menurut kebutuhan (Daywin et al. 1992). Alat Penyemprot (Sprayer) Menurut Daywin (1992) tenaga yang digunakan untuk menggerakkan pompa pada sprayer dapat berasal dari tenaga manusia, motor bakar bensin, motor listrik, dan putaran PTO pada traktor. Berikut adalah dua contoh jenis sprayer yang biasanya digunakan: Sprayer dengan Penggerak Tangan (Hand Operated Sprayer) a) Hand sprayer Jenis sprayer ini berukuran kecil, mudah dipegang sambil menyemprot atau menggerakkan pompa udara. Ukuran volume tangki 250-1000 cc, penggunaannya terbatas untuk menyemprot disekitar ruangan rumah, gedung, dan taman-taman sekitar (tanaman hias dan lain lain). Butiran cairan yang keluar cukup baik dan halus. Terdapat dua tipe atomizer, yaitu single action dan kontinu action. b) Sprayer otomatis (compressed sprayer) Nama lain jenis ini adalah sprayer otomatis tipe knapsack. Tangki cairan harus cukup kuat untuk menahan tekanan 10-15 kg/cm2 atau 140-200 psi. Volume tangki tidak boleh diisi seluruhnya dengan air, karena diperlukan adanya ruang untuk tekanan udara. Alat ini tidak dilengkapi dengan alat pengaduk, sebaiknya digunakan untuk cairan berupa larutan dan emulsi. Wattable powder (tepung obat yang dicairkan) juga tidak tepat bila menggunakan alat ini, karena setiap kali harus menggoncangkan tangki sebagai pengganti agitator.
5
c) Sprayer semi otomatis (knapsack sprayer) Sprayer ini umumnya berbentuk seperti tas yang digendong oleh operatornya. Sprayer ini tidak memerlukan tekanan tinggi, pembentukan tekanan melalui pemompaan yang diberikan sebelum dan selama penyemprotan berlangsung. Jenis-jenis lainnya yaitu bruket sprayer, barel sprayer, wheel barrow sprayer, dan slide sprayer. Jenis pompa yang digunakan pada setiap jenis sprayer serupa dengan knapsack sprayer namun tangki obat terpisah dari pompa, ada dalam bentuk bundar dan lain-lain. Electric Sprayer Pada sprayer jenis ini penyemprotan dilakukan dengan pompa listrik. Mesin dapat dioperasikan dengan sumber tenaga listrik yang telah tersimpan di battery. Mekanisme penggunaan sprayer elektrik tidak membutuhkan proses pemompaan seperti halnya sprayer manual semi otomatis, sehingga penggunaan hanya perlu mengaktifan saklar yang memutus dan menyambungkan arus listrik dari aki menuju pompa. Bagian elektrik sprayer terdiri dari: a) Pompa air Sprayer elektrik memiliki unit pemompa yang berfungsi untuk mengalirkan cairan secara otomatis. Pompa ini merupakan jenis pompa sentrifugal dengan daya 24.8 Watt dengan tekanan 4.8 bar. b) Accumulator (Aki) Mekanisme kerja dari pompa tersebut terhubung dengan aki yang memungkinkan persediaan energi yang dapat menggerakan pompa air. Spesifikasi dari aki yang dipergunakan memiliki tegangan 12 V, arus DC, bobot 1.3 kg dan 6 Ah. Bagian-bagian Sprayer dan Fungsi Operasionalnya Bagian-bagian utama sprayer secara umum meliputi nozzle, pompa, pipa penyalur, saringan, tangki cairan dan sebagian dilengkapi dengan alat pengukur tekanan serta klep pengatur semprotan. Dari bagian-bagian di atas, nozzle meruapakan bagian yang terpenting. Nozzle adalah bagian sprayer yang menentukan karakteristik semprotan seperti pengeluaran, sudut penyemprotan, lebar penutupan, pola semprotan, dan pola penyebaran yang dihasilkan. Nozzle dibuat dalam bermacam-macam disain, setiap tipe butiran cairan yang dihasilkan oleh nozzle yang khas dapat digunakan sesuai dengan kebutuhan. Komponen yang dimiliki nozzle adalah body, penyaring, spuyer (nozzle tips), dan nozzle cap. Macam nozzle pada sprayer yaitu: Hollow cone nozzle Cara yang menarik ke dalam nozzle mengalami pemutaran hingga penyebaran butiran cairan berbentuk cincin. Besar atau kecilnya ukuran sprayer ditentukan oleh tekanan yang diberikan dan tekanan tersebut ditentukan oleh jarak pemutaran cairan. Semakin panjang lintasan pemutaran yang ditempuh, semakin besar ukuran spray dan semakin kecil diameter penyebarannya. Keuntungan penggunaan nozzle ini dapat diperoleh penyebaran ukuran butiran
6 spray yang seragam. Gambar dan hasil penyemprotan hollow cone nozzle dapat dilihat pada Gambar 2 (a) dan (b).
(a) (b) (c) (d) Gambar 2 Hollow cone nozzle (a), hasil semprotan hollow cone nozzle (b), full cone nozzle (c), dan hasil semprotan full cone nozzle (d) (sumber: Cooperative Extension Service University of Kentucky 1914)
Full cone nozzle Nozzle ini merupakan hasil modifikasi dari hollow cone nozzle. Prinsip pembentukan spray hampir menyerepuai hollow cone nozzle tetapi pada full cone nozzle diberikan tambahan internal axist jet yang tepat ukurannya untuk memecahkan cairan di dalam nozzle yang sedang berputar. Pemecahan tersebut mengakibatkan cairan menjadi hancur dan meninggalkan nozzle dalam bentuk butiran spray berbentuk lingkaran penuh. Gambar dan hasil penyemprotan full cone nozzle dapat dilihat pada Gambar 2 (c) dan (d). Fan type nozzle Type ini dibuat dengan jalan membuat potongan halus atau saluran yang menyilang permukaan luar dari plat tarikan. Bentuk tersebut menyebabkan cairan yang meninggalkan nozzle akan berupa lembaran tipis seperti kipas, yang kemudian akan pecah menjadi butiran-butiran spray, dengan penyebarannya akan berbentuk elips penuh. Kelemahan nozzle ini mempunyai ukuran butiran cairan yang tidak merata. Terutama pada bagian ujung tepi penyemprotan, terdapat pengumpulan ukuran butiran yang besar-besar. Nozzle tipe ini kebanyakan dipakai pada sprayer bertekanan rendah (20-100 psi) untuk pengendalian hama (Udin H 2012). Gambar dan hasil penyemprotan fan type nozzle dapat dilihat pada Gambar 3 (a), (b) dan (c).
(b) (c) (a) Gambar 3 Fan type nozzle (a), hasil semprotan fan type nozzle dengan tekanan tinggi (b), dan hasil semprotan fan type nozzle dengan menggunakan tekanan rendah (c) (sumber: Cooperative Extension Service University of Kentucky 1914)
7 Penyemprotan Pestisida pada Padi Dalam aplikasi pestisida ada beberapa ketentuan yang harus dilakukan petani agar bisa efektif dan efisian dalam mengendalikan hama atau penyakit tanaman. Ketentuan tersebut yaitu: 1. Tepat dosis/ konsentrasi. Dosis adalah kebutuhan pestisida per ha (l/ha) sedangkan konsentrasi adalah kebutuhan pestisida per liter air (ml/l). Dalam penggunaan pestisida, penggunaan dosis dibawah anjuran akan mengakibatkan hama/ penyakit tidak mati kadang mengakibatkan hama resisten sedangkan dengan dosis berlebihan akan mengakibatkan boros biaya. 2. Tepat waktu. Sebaiknya waktu penyemprotan pagi hari sebelum jam 10 dan sore hari setelah jam 3. Dipagi hari dipastikan belum banyak angin dan matahari belum terik. Saat pagi hari hama-hama masih enggan bergerak. 3. Tepat cara. Cara aplikasi pestisida harus disesuaikan dengan bentuk atau formulasi pestisida tersebut. Formulasi EC, SL, SC, WP, WDG diaplikasi dengan penyemprotan. Sedangkan formulasi G harus diaplikasikan dengan penaburan. 4. Tepat sasaran. Pengaplikasian pestisida harus disesuaikan dengan hama/ penyakit sasaran, bagaimana cara hidupnya, apa kelemahan hama/ penyakit tersebut dan tentunya bagaimana cara kerja pestisida tersebut (kontak atau sistemik). 5. Tepat kombinasi. Tidak sedikit petani yang mencampur lebih dari satu pestisida dalam satu kali semprot. Harus dipahami bahwa pestisida tidak seperti matematika, 1 + 1 pasti = 2. Dalam ilmu pestisida 1 + 1 bisa = 0 atau 1 + 1 bisa = 3. Maka dalam mencampur pestisida harus hati-hati. Ada beberapa trik dalam pencampuran pestisida agar daya kerjanya sinergis (1 + 1 = 3) (Maspary 2011).
METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan selama bulan Februari 2014 sampai dengan November 2014 di Laboratorium Lapangan Siswadi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem di Leuwikopo Bogor. Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah pompa elektrik (washer pump) yang biasa digunakan pada wiper mobil yang berfungsi sebagai penghasil semprotan, cone nozzle yang berfungsi sebagai penyebar cairan, selang ¼” yang digunakan sebagai penyalur, Sambungan selang ¼” T dan L berfungsi sebagai penghubung penyalur, galon/ tangki berfungsi sebagai penampung cairan yang akan digunakan, Aki ataupun baterai yang berfungsi sebagai penyuplai listrik, kabel berfungsi sebagai
8 penyalur listrik, kertas duplex sebagai media untuk mengetahui droplet dari sprayer, wantek sebagai pemberi warna cairan pada tangki, peralatan timbang untuk mengukur bobot, gelas ukur kapasitas 1 l untuk mengukur volume cairan, dan penggaris/ mistar untuk mengukur panjang serta peralatan bengkel. Sedangkan bahan yang digunakan merupakan bahan yang berbentuk liquid atau cairan berupa pupuk cair maupun pestisida. Tahapan Penelitian Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini secara umum meliputi perancangan mekanisme sprayer, perancangan rangkaian penyambungan sprayer, inventarisasi peralatan yang digunakan, pembuatan prototipe rancangan, kalibrasi dan uji fungsional dan yang terakhir pengujian kinerja dengan simulasi ataupun pendekatan-pendekatan tertentu. Diagram alir jalannya penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1. Rumusan Ide Rancangan Spesifikasi Unit penyemprot yang dibuat memiliki keterbatasan berat sebesar 10 kg setelah diinstalasikan pada mesin penyemprot, unit penyemprot dapat menghasilkan semprotan yang berupa butiran-butiran air yang cukup kecil dan menyebar secara seragam pada lahan, selain itu unit penyemprot dapat beroperasi dengan baik dan tidak terjadi hubungan pendek pada saat unit dioperasikan. Rancangan Fungsional Tabel 1 Rancangan fungsional unit penyemprot padi tipe balon Fungsi
Komponen (alternatif)
Komponen yang dipilih
Pengangkat unit sprayer
Pesawat terbang, helikopter, balon
Balon
Pemompa cairan
Pompa motor bakar dan pompa listrik
Pompa listrik
Penyalur cairan
Pipa dan selang
Selang
Bentuk penghubung saluran
T, L, dan +
T dan L
Nozzle
Hollow cone nozzle, full Full cone nozzle cone nozzle, flat fan nozzle
Penyuplai listrik
Listrik PLN dan baterai
Baterai
Rancangan Struktural Dalam perancangan unit penyemprotan pada alat penyemprot padi tipe balon perlu diperhatikan aspek rancangan struktural. Bagaimana unit ini dapat bekerja
9 dengan optimal maka perlu dipertimbangkan dalam pemilihan desain konstruksi alat dan pemilihan nozzle. Nozzle yang diperlukan akan diuji kemudian ditentukan yang paling optimum. Diagram alir rancangan struktural dapat dilihat pada Gambar 4.
Baterai
Tangki Cairan
Washer Pump
Selang
Nozzle Gambar 4 Diagram alir rancangan struktural unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon a) Pengangkat unit sprayer Balon dipilih untuk pengangkat unit sprayer yang didisain. Balon yang digunakan menggunakan hidrogen sebagai gas pengisi dan balon tersebut memiliki diameter sebesar 3.75 m dengan kemampuan angkat balon sebesar 14.2 kg dengan kecepatan rata-rata sebesar 1.157 m/s pada ketinggian 1.5 m. b) Pemompa cairan Rancangan yang dibuat memiliki keterbatasan berat total yang ditetapkan sebesar 10 kg sehingga jenis pompa motor listrik menjadi solusi hal tersebut. Motor listrik pun memiliki jenis dan ukuran yang berbeda-beda, washer pump dipilih sebagai komponen yang dipilih dikarenakan dimensi yang dimiliki washer pump cukup kecil yaitu tidak lebih besar dari 8 cm × 5 cm, namun washer pump dapat menghasilkan debit yang cukup untuk penyemprotan yaitu sebesar 1.2 l/menit dengan tegangan yang dibutuhkan sebesar 12 V. c) Penyalur dan penghubung saluran cairan Banyak sekali ukuran selang yang terdapat dipasaran, namun pada pemilihan komponen untuk selang dan sambungan selang yang digunakan disesuaikan dengan jenis dan ukuran nozzle yang digunakan. Setelah mencari dan mencocokan jenis sambungan dan selang yang digunakan, akhirnya dipilih selang berukuran ¼” dan sambungan selang ¼” berbentuk T dan L sebagai sambungan. Selain dari ukuran nozzle, kemampuan dan jenis pompa juga menjadi acuan dalam pemilihan ukuran selang yang digunakan. d) Nozzle Rancangan yang dibuat membutuhkan semprotan yang dropletnya tersebar pada setiap diameter yang dihasilkan, hal tersebut memiliki dua pilihan yaitu jenis full cone nozzle dan fan type nozzle. Kedua jenis nozzle tersebut memungkinkan untuk digunakan, namun dipilih full cone nozzle sebagai komponen yang digunakan. Hal tersebut dikarenakan suku cadang dan sambungan untuk nozzle jenis tersebut terdapat banyak dipasaran dan mudah untuk ditemukan.
10 e) Penyuplai listrik Aki dipilih sebagai penyuplai listrik yang dibutuhkan oleh pompa, aki yang digunakan memiliki kapasitas 3.5 Ah dan tegangan 12 V. Jenis aki tersebut dipilih karena tegangan yang dimiliki oleh aki tersebut sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh washer pump yaitu sebesar 12 V. f) Rancangan jarak antar nozzle Penyemprotan yang dihasilkan oleh satu nozzle memiliki diameter mayor dan minor tertentu. Rancangan jarak antar nozzle ini berfungsi untuk menentukan kelebihan penyemprotan (overlap) agar penyemprotan lebih seragam. Overlap yang biasa digunakan dalam perancangan unit sprayer dapat dilihat pada Gambar 5 (a) dan (b).
(a)
(b) Gambar 5 Unit sprayer dengan overlap 50 % (a) dan unit sprayer dengan overlap 100 % (b) (sumber: Cooperative Extension Service University of Kentucky 1914) Perancangan Mekanisme Sprayer Perancangan mekanisme sprayer dimaksudkan untuk menentukan komponenkomponen yang digunakan, dalam hal ini komponen yang digunakan adalah selang air, penghubung selang, dan nozzle. Spesifikasi komponen yang digunakan yaitu sebagai berikut: Selang Air Selang air yang digunakan berukuran ¼”, penentuan ukuran selang yang digunakan disesuaikan dengan jenis washer pump yang digunakan untuk perancangan mekanisme sprayer, pada penelitian ini washer pump yang digunakan memiliki lubang keluaran yang sesuai dengan selang ¼”.
11 Penghubung Selang Penghubung selang yang digunakan adalah penghubung T dan L. Penghubung yang digunakan yaitu penghubung khusus yang sesuai dengan selang yang digunakan. Penghubung tersebut membantu untuk tahap penyambungan dan perataan tekanan pada sistem. Nozzle Nozzle yang digunakan berjenis cone nozzle yang bertipe full cone nozzle yang memiliki pola semprotan bulat penuh berisi. Nozzle yang digunakan memiliki hasil penyemprotan maksimal yang berdiameter minor 0.8 m pada ketinggian 1.5 m. Ketinggian tersebut disesuaikan dengan ketinggian pada saat sistem akan digunakan. Perancangan Rangkaian Penyambungan Sprayer Perancangan rangkaian penyambungan sprayer dimaksudkan untuk mendapatkan dan menghasilkan rangkaian penyambungan yang baik. Penyambungan sistem sprayer menentukan hasil semprotan yang akan dikeluarkan oleh nozzle, adapun yang menjadi perhatian dalam perancangan rangkaian penyambungan sprayer adalah penyebaran tekanan yang terdapat pada sistem sprayer harus tersebar merata. Pembuatan rangkaian penyambung sprayer digunakan penghubung selang yang berbentuk T dan L dan cocok dengan selang air yang digunakan yaitu selang air berdiameter ¼” dan saat dilakukan penyambungan tidak terjadi kebocoran tekanan maupun cairan yang akan disalurkan. Pembuatan Prototipe Rancangan Pada tahap ini perlu dilakukan ketelitian yang besar untuk mendapatkan hasil prototipe sesuai dengan yang diharapkan, selain itu agar tidak terjadi kerusakan pada motor/ washer pump akibat kesalahan pemasangan komponen listrik. Pengujian dan Pengambilan Data Parameter yang diukur pada penelitian ini adalah: a) Debit cairan Tangki air diisi penuh, waktu perhitungan dimulai ketika air mulai keluar dari selang dan ditampung pada wadah penampung dan dihentikan ketika telah mencapai 1 menit. Tahap berikutnya adalah dilakukan penimbangan terhadap wadah penampung yang sebelumnya telah diketahui bobotnya. Bobot wadah yang telah terisi dikurangi dengan berat wadah kosong. (1)
𝑊𝑏𝑎 − 𝑊𝑏 𝑡 Dimana: 𝑄=
Wb : berat wadah (g) Wba : berat wadah setelah terisi cairan (g)
Q t
: debit cairan (l/menit) : waktu (menit)
12 b) Droplet nozzle Media untuk menunjukkan droplet disediakan di lahan dan alat penyemprot padi tipe balon dioperasikan pada ketinggian 1.5 m di atas media tersebut. Alat penyemprot dioperasikan dan menyalurkan cairan yang berasal dari tangki menuju nozzle sampai droplet yang dihasilkan oleh nozzle terjiplak pada media yang disediakan. Setelah droplet telah terjiplak pada media yang disediakan, digunkan meteran untuk mengukur diameter yang dihasilkan oleh nozzle. c) Keseragaman hasil penyemprotan Beberapa wadah untuk menapung hasil penyemprotan disediakan, kemudian wadah tersebut diletakkan di lahan dengan jarak 20 cm tiap wadahnya sepanjang 2 m secara horizontal dan dengan jarak 30 cm secara vertikal sejauh 3 m. Alat penyemprot padi dioperasikan dan melewati semua wadah yang disediakan. Setelah alat penyemprot melewati semua wadah yang disediakan dan wadah menampung cairan yang telah disemprotkan oleh alat penyemprot selama pengoperasian alat. Kemudian air pada setiap wadah ditimbang menggunakan timbangan. d) Lebar kerja Media yang digunakan pada saat pengujian droplet nozzle diukur menggunakan meteran dan didapatkan lebar kerja dari alat penyemprot padi tipe balon.
HASIL DAN PEMBAHASAN Prototipe Prototipe unit penyemprot yang telah dibuat memiliki panjang sebesar 1.6 m dan sepanjang 1.6 m tersebut terdapat 4 nozzle yang setiap nozzle memiliki jarak sepanjang 40 cm. Penyaluran cairan dari tangki yang disampaikan pompa melalui selang diletakkan di tengah agar semprotan dua nozzle bagian kanan menghasilkan semprotan yang sama dengan dua nozzle bagian kiri. Setelah unit dipasangkan dengan alat penyemprot, bobot keseluruhan dengan tangki yang terisi cairan didapatkan sebesar 8.2 kg. Tabel 2 adalah hasil pengecekkan debit yang dapat dihasilkan oleh washer pump dan didapatkan rata-rata debit yang dihasilkan sebesar 1.21 l/menit, namun pada perhitungan yang membutuhkan nilai debit yang dimiliki oleh washer pump digunakan 1.2 l/menit. Washer pump yang digunakan ialah washer pump bermerek denso yang membutuhkan input sebesar 12 V. Gambar washer pump yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 6.
13
Tabel 2 Pengecekkan debit yang dimiliki oleh washer pump Ulangan
Debit washer pump (l/menit)
1
1.22
2
1.18
3
1.22
4
1.22
5
1.20
Rata-rata
1.21
Gambar 6 Pompa wiper pada mobil (washer pump) Obat atau pupuk cair yang digunakan memiliki dosis 1 l pupuk pekat dicampur dengan 50 l air atau 1 : 50 (penggunaan pupuk cair Green Grow). Selain itu unit penyemprot dirancang memiliki kapasitas penyemprotan sebesar: 𝑄 𝑣. 𝐿 Dimana: Kp : Kapasitas penyemprotan (m3/m2) Q : Debit sprayer (l/menit) v : Kecepatan maju alat (m/jam) L : Lebar kerja (m)
𝐾𝑝 =
(2)
𝑄 = 1.02 l/menit setara dengan 61.2 × 10−3 𝑚3 /𝑗𝑎𝑚 v (kecepatan maju alat) ditetapkan sebesar 1 m/s atau setara dengan 3600 m/jam sedangkan L (lebar kerja) ditetapkan sebesar 1.6 m, maka didapatkan Kp (kapasitas penyemprotan) sebesar: 61.2 × 10−3 𝑚3 /𝑗𝑎𝑚 𝐾𝑝 = 𝑚 3600 𝑗𝑎𝑚 × 1.6 𝑚 𝐾𝑝 = 1.06 × 10−5 𝑚3 /𝑚2 = 0.0106 𝑑𝑚3 /𝑚2 = 106 l/ha
14 Dari perhitungan ini maka per hektarnya dibutuhkan campuran pupuk cair dan air sebanyak 106 l/ha. Karena penggunaan pupuk cair memiliki dosis 1 l pupuk cair dicampur dengan 50 l air, maka dibutuhkan ±2 l pupuk cair untuk lahan berukuran 1 ha. Tangki yang digunakan ditetapkan dapat menampung volume campuran pupuk cair sebesar 5 l, maka dalam pengoperasian alat penyemprot ini dibutuhkan pengisian tangki sebanyak 22 kali pada lahan yang memiliki luas 1 ha. Kinerja Prototipe Unit Penyemprot Tabel 3 Hasil uji debit tiap nozzle 1
Nozzle
2
3
4
(ml/menit) (ml/menit) (ml/menit) (ml/menit)
Ulangan 1
251.56
255.15
255.24
252.08
Ulangan 2
253.17
255.93
255.46
253.75
Ulangan 3
252.87
252.89
254.09
252.07
Rata-rata
252.53
254.66
254.93
252.63
Standar deviasi
0.86
1.58
0.74
0.97
Koefisien variasi (%)
0.34
0.62
0.29
0.38
Tabel 3 menunjukkan bahwa washer pump yang digunakan dapat menghasilkan penyaluran cairan yang cukup seragam dengan koefisien variasinya tidak lebih besar dari 1 % dan dari data tersebut dapat diketahui bahwa washer pump yang di gunakan memiliki efisiensi sebesar 84.56 %. Tabel 4 Hasil uji diameter maksimum dan diameter minimum yang dihasilkan tiap nozzle 1 Nozzle
Maks (cm)
2 Min (cm)
Maks Min (cm) (cm)
3 Maks (cm)
4 Min (cm)
Maks Min (cm) (cm)
Ulangan 1
79.00 76.4
82.00 77.80 81.00 78.30 79.00 75.80
Ulangan 2
78.50 73.2
79.00 75.00 79.50 76.50 78.50 74.50
Ulangan 3
79.00 77.5
81.00 78.60 81.00 77.70 77.50 76.60
Rata – rata 78.83 75.70 80.67 77.13 80.50 77.50 78.33 75.63 a
Diameter yang dihasilkan oleh nozzle pada ketinggian 1.5 m; Maks: maksimum, Min: minimum.
Tabel 4 adalah tabel hasil yang didapatkan dari pengujian sistem sprayer pada alat penyemprot padi tipe balon. Data tersebut menunjukkan bahwa unit penyemprot yang dirancang dan dibuat dapat menghasilkan semprotan yang seragam. Data tersebut dapat menunjukkan bahwa tekanan pada setiap nozzle seragam karena keseragaman yang dihasilkan dipengaruhi oleh tekanan yang dihasilkan pompa (washer pump) pada
15
setiap nozzle. Diameter maksimum adalah diameter yang dihasilkan oleh nozzle dan terproyeksi pada media dan menunjukkan diameter terbesar yang disemprotkan oleh nozzle, sedangkan diameter minimum adalah diameter yang dihasilkan oleh nozzle dan terproyeksi pada media dan menunjukkan diameter terkecil yang disemprotkan oleh nozzle, hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Diameter yang dihasilkan oleh unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon Tabel 5 Hasil uji lebar kerja sistem sprayer pada alat penyemprot padi tipe balon Lebar kerja Ulangan (cm) 1 220.00 2 217.00 3 216.00 Rata-rata 217.67 Tabel 5 adalah tabel hasil pengujian lebar kerja yang dapat dilakukan oleh alat penyemprot padi tipe balon, dari tabel tersebut menunjukkan bahwa sistem penyemprotan yang terdapat pada alat penyemprot padi tipe balon memiliki lebar kerja rata-rata sebesar 217.67 cm. Alat penyemprot padi tersebut diasumsikan memiliki kecepatan maju sebesar 1.157 m/s dan waktu belok selama 20 s. Dari hasil asumsi tersebut didapatkan kemampuan unit sprayer pada alat penyemprot padi tipe balon dapat menyemprot lahan seluas 2.52 m2 dalam 1 s setara dengan 0.91 ha/jam belum termasuk waktu belok. Gambar hasil semprotan yang dapat dihasilkan unit sprayer dapat dilihat pada Gambar 8.
16 Kapasitas lapang teoritis (KLT) unit penyemprot dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: (3) 𝐾𝐿𝑇 = 𝑣 × 𝐿 Dimana: KLT : Kapasitas lapang teoritis (ha/jam) v : Kecepatan rata-rata (m/s) L : Lebar kerja penyemprotan (m) 𝐾𝐿𝑇 = 1.157 𝑚/𝑠 × 2.18 𝑚 𝐾𝐿𝑇 = 2.52 𝑚2 /𝑠 = 0.91 ℎ𝑎/𝑗𝑎𝑚
Gambar 8 Hasil semprotan unit sprayer dari unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon Untuk menghitung kpasitas lapang efektif (KLE) diperlukan lama waktu kerja (WK), di asumsikan waktu belok unit penyemprot selama 20 s dan lahan seluas 1 ha dengan panjang dan lebar lahan 100 m. Kecepatan yang dimiliki unit penyemprot 1.157 m/s, maka WK yang dimiliki unit penyemprot tersebut dapat dihitung dengan persamaan berikut: (4) 𝑙𝑙 𝑙𝑙 𝑝 𝑊𝐾 = ( × 𝑙 ) + (( − 1) × 𝑡𝑏 ) 𝑙𝑘
𝑣
𝑙𝑘
Dimana: WK : Waktu kerja (jam) ll : Lebar lahan (m) lk : Lebar kerja (m) pl : Panjang lahan (m) v : Kecepatan unit penyemprot (m/s) tb : Waktu belok (s) 𝑊𝐾 = (
100 𝑚
100 𝑚
) + ((
100 𝑚
− 1) × 20 𝑠) 1.157 𝑚⁄𝑠 2.17 𝑚 𝑊𝐾 = 3975.78 𝑠 + 900 𝑠 = 4875.78 𝑠 = 1.35 𝑗𝑎𝑚 2.17 𝑚
×
𝐿 𝑊𝐾 Dimana: KLE : Kapasitas lapang efekrif (ha/ jam) L : Luas lahan (ha)
𝐾𝐿𝐸 =
(5)
17
𝐾𝐿𝐸 =
1 ℎ𝑎 = 0.74 ℎ𝑎 ⁄𝑗𝑎𝑚 1.35 𝑗𝑎𝑚
Dengan didapatkannya nilai KLT dan KLE melalui perhitungan, maka efisiensi lapang (eff) dapat dihitung dengan persamaan berikut: 𝐾𝐿𝐸 (6) 𝐸𝑓𝑓 = × 100 % 𝐾𝐿𝑇 Dimana: Eff : Efisiensi lapang (%) 0.74 ℎ𝑎 ⁄𝑗𝑎𝑚 × 100 % 0.91 ℎ𝑎 ⁄𝑗𝑎𝑚 𝐸𝑓𝑓 = 81.32 %
𝐸𝑓𝑓 =
Distribusi dalam Lebar Kerja Nosel 1 140.000 101.226
100.000
101.513
101.917
101.438
Nosel 4
127.208
127.143
120.000
Volume cairan (ml)
Nosel 3
Nosel 2
101.283
75.760
80.000 60.000 40.000
50.527 25.253
25.263
20.000 0.000 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Nomor gelas Volume cairan
Gambar 9 Grafik keseragaman sebaran penyemprotan alat penyemprot padi tipe balon yang memiliki 4 nozzle dengan jarak antar gelas sepanjang 20 cm dan jarak antar nozzle sebesar 40 cm pada overlap 100 % Gambar 9 menunjukkan hasil keseragaman sebaran yang dihasilkan oleh keempat nozzle pada alat penyemprot padi tipe balon. Volume air yang sampai pada permukaan lahan yang ditampung oleh wadah berupa gelas hanyalah beberapa persen saja, hal tersebut disebabkan ukuran gelas yang lebih kecil dari diameter mayor maupun minor yang dihasilkan alat penyemprot padi tipe balon. Identifikasi ini mengikuti cara kerja partenator yang berfungsi sebagai alat pengecek keseragaman sebaran yang dimiliki oleh sistem penyemprotan pada alat penyemprot padi tipe balon. Data pengujian yang didapatkan adalah hasil dari rancangan sistem penyemprotan yang memiliki empat nozzle dan memiliki jarak antar nozzle sejauh 40 cm, jarak tersebut dipakai karena pengujian menggunakan 1 nozzle menghasilkan diameter berkisaran antara 79-83 cm. Diameter tersebut digunakan sebagai acuan untuk
18 menentukan jarak antar nozzle agar didapatkan hasil kerja unit penyemprotan menjadi optimal.
Distribusi dalam Lebar Kerja Teoritis 90
Nosel 1
80
Nosel 2
Nosel 3
Nosel 4
Volume (ml)
70 60 50 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Titik perkiraan
11
12
13
14
Volume
Gambar 10 Grafik distribusi teoritis menggunakan overlap 50 % dengan jarak antar nozzle sepanjang 60 cm, jarak antar titik 20 cm, dan lebar kerja aktual sepanjang 1.8 m Gambar 10 menunjukkan bahwa penggunaan overlap 50 % dalam perancangan dan pembuatan unit sprayer memungkinkan untuk diterapkan.
Evaluasi Kinerja Unit penyemprot memiliki bobot total sebesar 8.2 kg, hal tersebut sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan yaitu bobot total maksimum sebesar 10 kg. Disamping itu unit penyemprot yang telah dibuat dapat menghasilkan semprotan yang berupa butiran-butiran air dan menyebar cukup seragam pada lahan, selain itu dalam pengoperasian unit penyemprot tidak terjadi hubungan pendek dan dapat beroperasi dengan baik.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Sistem penyemprotan pada alat penyemprot padi tipe balon ini sudah dibuat dan diuji coba. Data pengujian menunjukkan sistem penyemprotan pada alat penyemprot padi tipe balon ini dapat beroperasi dengan baik. Pompa memiliki debit secara teoritis sebesar 72 l/jam, aktual sebesar 60.89 l/jam, dan efisiensi pompa sebesar 84.56 %. Setiap nozzle memiliki debit yang mendekati seragam dan memiliki koefisien variasi (kv) yang tidak lebih dari 1 % yaitu 15.15 l/jam dengan kv sebesar 0.34 % (nosel 1),
19
15.28 l/jam dengan kv sebesar 0.62 % (nosel 2), 15.30 l/jam dengan kv sebesar 0.29 % (nosel 3), dan 15.16 l/jam dengan kv sebesar 0.32 % (nosel 4). Unit penyemprot ini memiliki kapasitas lapang teoritis setara dengan 0.91 ha/jam pada kecepatan maju setara dengan 4.17 km/jam. Saran Untuk meningkatkan kinerja sistem penyemprotan perlu dilakukan penambahan pompa (washer pump) yang digunakan dan penambahan nozzle untuk keluaran. Untuk meneruskan atau meninjau kembali sistem yang telah diteliti ini pemanfaatan pompa yang memiliki kemampuan kerja yang lebih baik juga disarankan untuk digunakan agar mendapatkan kinerja yang lebih optimal.
DAFTAR PUSTAKA Aak. 1990. Agronomi Tanaman Padi I. Teori Pertumbuhan dan Meningkatkan Hasil Padi. Padang (ID): Lembaga Pusat Penelitian Pertanian Padang. Daywin FJ, Sitompul RG, Imam H. 1992. Mesin-Mesin Budidaya Pertanian. Bogor (ID): JICA-DGHE/ IPB Project. Maspary. 2011. Cara Mudah Fermentasi Urine Sapi Untuk Pupuk Organik Cair. Gerbang Pertanian [Internet]. [diunduh 2014 Juli 13]. Tersedia pada: http://www.gerbangpertanian.com/2010/04/cara-mudah-fermentasiurine-sapiuntuk.html. Mobgenic. 2012. Aksi Menerbangkan Rumah dengan Balon yang Terinspirasi Film Animasi Up. Mobgenic [Internet]. [diunduh 2015 Januari 21]. Tersedia pada: http://www.mobgenic.com/2012/11/21/aksi-menerbangkan-rumah-denganbalon-yang-terinspirasi-film-animasi-up/. Smith HP, Wilkes LH. 1996. Mesin dan Peralatan Usaha Tani (edisi ke 6 Penerjemah Ir. Tri Purwadi, MEng.). Yogyakarta (ID): UGM pr. Ridwan. 2011. Teknis Pemupukan Padi. PPC [Internet]. [diunduh 2014 Des 27]. Tersedia pada: http://www.ppc-greengrow.com/p/teknis-pemupukan-padi.html. Roberto. 2012. Equuipment Setup for Aerial Application of Liquid Pesticides. LSU [Internet]. [diunduh 2015 Jan 15]. Tersedia pada: http://www.lsuagcenter.com. Udin H. 2012. Sprayer Mekanisasi Pertanian. Ternate (ID): Universitas Khairun.
20
LAMPIRAN Lampiran 1 Tahapan penelitian
Mulai
Identifikasi Permasalahan
Perumusan dan Penyempurnaan Ide Rancangan
Pemilihan Konsep, Analisis dan Pembuatan Gambar Kerja
Pembuatan Prototipe Sistem
Uji Fungsional Modifikasi Tidak Berhasil ? Ya Uji Kinerja
Penginstalasian Unit pada Alat
Selesai
Kriteria berhasil atau tidaknya pada tahapan uji fungsional adalah: Tidak terjadi hubungan pendek dalam sistem kelistrikan. Motor listrik (washer pump) dapat beroperasi dengan baik. Tidak terdapat kebocoran pada unit sprayer yang dibuat. Nozzle dapat berfungsi dengan baik yaitu memecahkan molekul air yang dialirkan dari tangki oleh washer pump.
21
Lampiran 2 Pengolahan data Tabel 6 Hasil uji keseragaman dalam lebar kerja semprotan Ulangan
Nomor Gelas 1 (ml)
2 (ml)
3 (ml)
4 (ml)
5 (ml)
6 (ml)
1
25.156 75.468 100.983 101.342 127.225 102.078
2
25.317 75.951 101.544 101.820 127.642 102.278
3
25.287 75.861 101.150 101.152 126.563 101.396
Rata-rata
25.253 75.760 101.226 101.438 127.143 101.917
Tabel 7 Lanjutan hasil uji keseragaman dalam lebar kerja semprotan Ulangan
Nomor Gelas 7 (ml)
8 (ml)
9 (ml)
10 (ml)
11 (ml)
1
127.295
101.464
101.148
50.416
25.208
2
127.606
101.842
101.671
50.750
25.375
3
126.723
101.232
101.030
50.414
25.207
Rata-rata
127.208
101.513
101.283
50.527
25.263
Pengolahan data yang dilakukan pada uji keseragaman semprotan adalah mendapatkan rata-rata keseragaman yang dihasilkan dari uji yang dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali. 𝑥1 𝑥2 𝑥𝑛 + + ⋯+ 𝑁 𝑁 𝑁 Keterangan: R : rataan x2 : data ke-2
(7)
𝑅=
x1 xn
Contoh perhitungan: Rataan pada gelas uji no-8 101.464 101.842 101.232 + + ) 𝑚𝑙 𝑅=( 3 3 3 𝑅 = 101.513 𝑚𝑙
: data ke-1 : data ke-n
22 Efisiensi pompa yang terdapat pada unit sprayer Data yang diketahui adalah: Qpompa : 1200 ml/menit Qkerja : 1014.75 ml/menit dari data tersebut dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut 𝐸𝑝 = (1 − (
𝑄𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎 − 𝑄𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎 )) × 100 % 𝑄𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎
(8)
Keterangan: Ep : Efisiensi pompa pada unit penyemprot (%) Qpompa : Debit cairan yang dihasilkan oleh pompa (washer pump) (ml/ menit) Qkerja : Debit cairan yang dihasilkan oleh pompa yang sudah melalui sistem : yang dibuat (ml/ menit) 𝑚𝑙 𝑚𝑙 1200 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 − 1014.75 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝐸𝑝 = 1 − ( ) × 100 % 𝑚𝑙 1200 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 ( ) 𝐸𝑝 = (1 − 0.154) × 100 % 𝐸𝑝 = 84.6 % Perhitungan efisiensi pompa yang telah dilakukan menunjukkan bahwa debit yang dihasilkan oleh pompa mengalami penurunan sebesar 15.4 %, hal tersebut terjadi disebabkan adanya gesekan antara cairan dengan dinding selang, terdapatnya sambungan pada unit, dan adanya sambungan berbentuk L dan T yang mengakibatkan terdapatnya belokan pada saat penyaluran. Kemampuan kerja sistem sprayer Tabel 5 menunjukkan hasil uji lebar kerja unit sprayer pada alat penyemprot padi tipe balon dengan nilai rata-rata lebar kerja 2.18 m. Diasumsikan kecepatan alat penyemprot padi tipe balon tersebut sebesar 1.157 m/s. Kemampuan kerja sistem sprayer yang dibuat dapat dihitung dan diketahui dari data tersebut. Saat beroperasi lebar kerja yang dapat dilakukan sama dengan lebar kerja yang dihasilkan oleh sprayer yaitu sebesar 2.18 m. Jadi sprayer pada alat penyemprot padi ini memiliki kemampuan kerja per detiknya seluas 1.157 𝑚 × 2.18 𝑚 = 2.52 𝑚2 Kemampuan kerja = 2.52 𝑚2 𝑠 −1 𝑠𝑒𝑡𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 9072 𝑚2 /𝑗𝑎𝑚 Perhitungan tersebut menunjukkan bahwa unit sprayer pada alat penyemprot padi ini memiliki kapasitas lapang teoritis sebesar 0.91 ha/jam pada kecepatan 1.157 m/s.
23
Lampiran 3 Data perancangan Tabel 8 Pengujian lebar kerja dengan satu nozzle Ulangan
Lebar Kerja (cm)
1
78.40
2
81.60
3
79.20
4
82.30
5
80.00
Rata-rata
80.30
Tabel 8 merupakan pengujian menggunakan satu nozzle dengan tujuan merancang jumlah nozzle yang digunakan serta menentukan jarak antar nozzle pada unit penyem-prot yang dirancang. Rata-rata diameter yang yang dihasilkan oleh nozzle adalah 80.3 cm, maka dirancang sebuah unit penyemprot dengan 4 nozzle dan jarak antar nozzle sepanjang 40 cm. Agar unit dapat menghasilkan lebar kerja ditambah dengan overlap sepanjang 2 m, maka digunakan overlap sebesar 100 % untuk rancangan unit penyemprot ini. Selain kemampuan menghasilkan diameter semprotan distribusi cairan yang dapat dihasilkan oleh nozzle menjadi sebuah pertimbangan. Distribusi cairan satu dengan satu nozzle dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9 Distribusi cairan satu nozzle Ulangan
Nomor gelas 1 (ml)
2 (ml)
3 (ml)
4 (ml)
5 (ml)
1
65.96
89.30
100.46
86.25
69.00
2
67.68
89.10
99.24
85.14
67.89
3
69.31
88.18
103.50
87.17
69.71
Rata-rata
67.65
88.86
101.07
86.19
68.87
24 Lampiran 4 Sambungan T (a), L (b), solder (c), meteran (d), Aki (e), dan paralon 1/2" (f) yang digunakan dalam perancangan unit penyemprot pada alat penyemprot padi tipe balon
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
25
Lampiran 5 Bagan rancangan struktural sistem penyemprot pada penyemprot padi tipe balon
Washer Pump Tangki Cairan Baterai
Selang Nozzle
13
18.750
9.500
0
.50
13
1
15
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED: DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS SURFACE FINISH: TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR: NAME
DEBUR AND BREAK SHARP EDGES
FINISH:
SIGNATURE
DATE
DO NOT SCALE DRAWING
REVISION
TITLE:
DRAWN
FULL CONE NOZZLE
CHK'D APPV'D MFG
UNIT: MILLIMETRES
Q.A
MATERIAL:
PLASTIC WEIGHT: 7.72 GRAM
A4
DWG NO.
SCALE:1:1
SHEET 1 OF 1
D
C
B
A
1
1
2
2
600
200 Q.A
MFG
APPV'D
CHK'D
DRAWN
NAME
FINISH:
SIGNATURE
UNLESS OTHERWISE SPECIFIED: DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS SURFACE FINISH: TOLERANCES: LINEAR: ANGULAR:
3
DATE
100 WEIGHT:
Batang siku alumunium 25 mm x 25 mm
MATERIAL:
Unit: mm (millimetres)
4
DEBUR AND BREAK SHARP EDGES
450
200
400 550
90°
RANGKA SCALE:1:10
DWG NO.
TITLE:
DO NOT SCALE DRAWING
25
5
SHEET 1 OF 1
REVISION
6
A4
C
B
A
29
RIWAYAT HIDUP Peniulis dilahirkan di Tangerang pada tanggal 20 Juni 1992 dari ayah Refrizal dan ibu Misteti, S.Pd. Penulis adalah putra kedua dari tiga bersaudara dan menyelesaikan pendidikan akademik di SDN Gebang Raya I Tangerang, SMPN 1 Pasar Kemis Kabupaten Tangerang, SMA PGRI 109 Tangerang, dan diterima di IPB pada tahun 2010 melalui jalur Ujian Seleksi Masuk IPB (USMI) di Fakultas Teknologi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Pada bulan Juni-Agustus 2013 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di PT Kebun Sayur Segar Parung Farm dengan judul Aspek Keteknikan pada Budidaya Hortikultura di PT Kebun Sayur Segar (Parung Farm). Sebagai tugas akhir, penulis melakukan penelitian di Laboratorium Siswadi Soepardjo dengan judul “Rancang Bangun dan Pengujian Unit Penyemrpot pada Alat Penyemprot Padi Tipe Balon” di bawah bimbingan Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr.
