RANCANG BANGUN UNIT PEMBUKA ALUR, PEMBUMBUN DAN PEMADAT TANAH PADA MESIN PENANAM BIBIT NANAS
IWAN SUWANDI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Unit Pembuka Alur, Pembumbun dan Pemadat Tanah pada Mesin Penanam Bibit Nanas 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, Mei 2014 Iwan Suwandi NIM F14090079
ABSTRAK IWAN SUWANDI. Rancang Bangun Unit Pembuka Alur, Pembumbun dan Pemadat Tanah pada Mesin Penanam Bibit Nanas. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN. Penanaman bibit nanas di PT Great Giant Pineapple masih dilakukan secara manual dengan kapasitas rendah dan hasil penanaman yang kurang baik. Oleh karena itu, sebuah mesin penanam nanas telah dirancang, dibuat dan diuji. Mesin ini dirancang untuk dapat menanam bibit nanas dalam satu barisan tanah tiap lintasan, dengan jarak tanam 25 cm, kedalaman tanam 10 cm dan bertenaga tarik traktor roda empat. Dalam skripsi ini dibahas perancangan dan hasil pengujian dari beberapa bagian utama, yaitu: pembuka alur, piringan pembumbun, dan roda pemadat tanah. Bagian-bagian itu dirancang dengan dasar kondisi lahan dan standar penanaman sesuai kebutuhan di lapangan. Pembuka alur tipe shoe dirancang untuk mampu membuat alur tanam dengan lebar alur 15 cm dan kedalaman 10 cm. Pembumbun tanah berbentuk piringan ganda dengan diameter 25 cm dipasang di belakang pembuka alur. Pemadat tanah bumbunan berbentuk roda berdiameter 30 cm, yang dipasang miring 45o agar tidak mengganggu bibit nanas saat memadatkan tanah, dipasang di belakang piringan pembumbun. Hasil pengujian menunjukkan bahwa lebar bukaan alur tanam rata-rata 14 cm, alur dan bibit nanas dapat ditutup kembali dengan tanah, dan tanah bumbunan dapat dipadatkan dengan kerapatan isi tanah 0.78 g/cm3. Kata kunci: nanas, mesin penanam, pembuka alur, pembumbun, roda pemadat.
ABSTRACT IWAN SUWANDI. Design of Furrow Opener, Furrow Coverer, and Soil Compactor on Pineapple Transplanter Machine. Supervised by WAWAN HERMAWAN. Pineapple planting at Great Giant Pineapple Company is still done manually with low capacity and poor planting results. Therefore, a pineapple transplanting machine has been designed, constructed and tested. The machine was designed to be able to plant pineapple suckers in one row per pass, having 25 cm planting space, 10 cm planting depth, and powered by a four wheel tractor. Design and test results of some main parts of the machine, including: planting furrow opener, covering disk and press wheel, were discussed in this thesis. Those parts were designed based on field condition and planting standard as field conditions. A shoe type furrow opener was designed to be able to make planting furrow of 15 cm width and 10 cm depth. A pair of covering disk of 25 cm diameter was set behind the furrow opener for covering the lower part of the planted suckers by soil. A pair of press wheel of 30 cm diameter was set behind the covering disk for firming the soil to the plant. The test results showed that the average furrow depth was 14 cm, the furrow and suckers could be covered well by soil, and the covering soil could be firmed with the soil bulk density of 0.78 kg/cm3. Keywords: pineapple, transplanting machine, furrow opener, covering disk, press wheel.
RANCANG BANGUN UNIT PEMBUKA ALUR, PEMBUMBUN DAN PEMADAT TANAH PADA MESIN PENANAM BIBIT NANAS
IWAN SUWANDI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Rancang Bangun Unit Pembuka Alur, Pembumbun dan Pemadat Tanah pada Mesin Penanam Bibit Nanas Nama : Iwan Suwandi NIM : F14090079
Disetujui oleh
Dr Ir Wawan Hermawan, MS Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji serta syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penelitian yang dilakukan sejak Maret 2013 ini dilakukan di beberapa tempat, yakni pengukuran kondisi lahan PT Great Giant Pineapple Lampung dan pembuatan prototipe di CV Daud Teknik Maju di Desa Cibeureum, Dramaga. Sedangkan untuk uji coba lapangan dilakukan di lapangan uji coba Siswardhi Supardjo. Penelitian ini berjudul Rancang Bangun Unit Pembuka Alur, Pembumbun dan Pemadat Tanah pada Mesin Penanam Bibit Nanas. Penelitian pada kali ini dilaksanakan oleh dua orang, yakni dengan saudara Pijar Eko Saktiaji yang meneliti bagian hopper, unit penjatah bibit dan sistem transmisi. Sedangkan untuk penulis sendiri lebih difokuskan pada bagian unit pembuka alur, pembumbun dan pemadat tanah. Ucapan terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada semua pihak yang telah membantu suksesnya penelitian ini terutama kepada Dr. Ir. Wawan Hermawan MS yang telah membimbing penulis, serta memberikan banyak arahan dan dukungannya selama pembuatan dan penulisan skripsi ini. Selain itu, penulis sampaikan terima kasih kepada Pijar Eko Saktiaji, Ahmad Mudzakir, Rusnadi, Dziad Aji Dzulfansyah, Ahmad Fansuri, Adi Purnama, dan semua rekan-rekan Teknik Pertanian 46 yang namanya tidak bisa disebutkan satu-satu. Kepada orang tua dan adik-adik penulis yang telah memberikan dukungan serta do’a yang tak henti-hentinya sehingga penulis bisa menyelesaikan studi di IPB. Semoga tulisan ini bisa lebih bermanfaat khususnya bagi kemajuan teknologi di bidang pertanian.
Bogor, Mei 2014 Iwan Suwandi
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
ix
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan
1
TINJAUAN PUSTAKA
2
Budidaya Nanas
2
Mesin Penanam Bibit Nanas
3
Pembuka Alur
4
Pembumbun dan Pemadat Tanah
7
METODE
8
Waktu dan Tempat Penelitian
8
Alat dan Bahan
8
Tahapan Penelitian
9
ANALISIS DESAIN
11
Kriteria Perancangan
11
Rancangan Fungsional
12
Analisis Teknik dan Rancangan Struktural
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
26
Kontruksi dan Kinerja Mesin
26
Kinerja Mesin
39
SIMPULAN DAN SARAN
33
Simpulan
33
Saran
34
UCAPAN TERIMA KASIH
34
DAFTAR PUSTAKA
34
LAMPIRAN
36
RIWAYAT HIDUP
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5 6
Standar ukuran buah nanas di PT Great Giant Pineapple Efek pembuka alur dan kecepatan terhadap resistansi tahanan tanah Rancangan fungsional Analisis berat komponen mesin Kedalaman dan lebar bukaan alur Pengukuran bumbunan tanah
3 6 12 24 30 32
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 30 31 32 33 34 35
Bibit Crown Bibit Sucker Buah nanas berdasarkan standar ukuran di PT Great Giant Pineapple Pineapple transplanter machine bagian hopper Pineapple transplanter machine bagian penjatah bibit Konstruksi umum pembuka alur Pembuka alur pada transplanter sayuran Macam-macam pembuka alur Berbagai jenis pembuka alur: a.tipe hoe b.tipe shovel c. tipe shoe Pembuka alur tipe lengan ayun Pembumbun alur tipe piringan pada mesin penanam stek singkong Pembumbun alur sekaligus pemadat tanah pada transplanter sayuran Diagram alir proses perancangan Pola kerja tipe continuous Bukaan alur Batang pembuka alur dan posisi gaya tahanan tanah pada pembuka alur Desain pembuka alur Tilt angle dan disc angle Posisi dan arah gaya batang pembumbun Desain pembumbun Sudut kemiringan bibit nanas Posisi roda dan lebar roda pemadat Posisi dan arah gaya batang pemadat Desain pemadat tanah Ukuran 3 titik gandeng Posisi komponen pada mesin Posisi dan arah gaya pada rangka Desain rangka Mesin penanam bibit nanas Rangka Pembuka alur sebelum modifikasi Pembuka alur setelah modifikasi Pembumbun setelah modifikasi Pemadat tanah Bentuk bukaan alur
2 2 3 4 4 5 5 6 7 7 7 9 10 11 13 15 16 17 18 19 20 20 21 22 23 23 24 26 27 37 28 28 28 29 31
36 37 38 39
Penutup rantai roda transmisi (kanan) dan pembuka alur (kiri) Foto melintang hasil bumbunan Batang pembumbun setelah modifikasi Tanah hasil pemadatan
31 32 32 33
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6
Tahanan penetrasi di kebun percobaan Siswadhi Soepardjo Tahanan penetrasi di kebun tanam PT GGP Perhitungan draft spesifik tanah berdasarkan tahanan penetrasi Data padatan alur berdasarkan nilai densitas tanah Spesifikasi traktor New Holland TT55 Gambar teknik
36 37 38 49 40 41
PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan negara yang memiliki curah hujan yang mencukupi untuk tanaman tropika. Salah satunya yakni tanaman nanas yang merupakan tanaman berbuah tanpa musim. Indonesia memiliki berbagai macam kultivar nanas yang telah dibudidayakan oleh para petani mulai Sumatra sampai Irian Jaya. Nanas dapat tumbuh di wilayah dengan tipe agroklimat yang berbeda-beda mulai dari dataran tinggi sampai dataran rendah. Daerah penghasil buah nanas adalah Lampung, Palembang, Riau, Jambi, Bogor, Subang, Pandeglang, Tasikmalaya, dan Kutai. PT Great Giant Pineapple merupakan salah satu industri nanas yang berada di Lampung Tengah. PT Great Giant Pineapple (PT GGP) memiliki luasan lahan sebesar 32200 ha dan merupakan industri nanas ke-3 terbesar di dunia. Secara umum, mulai dari pengolahan lahan sampai pasca panen sudah dilakukan secara mekanis. Namun untuk penanaman bibit, PT GGP masih menggunakan tenaga manusia, sehingga dibutuhkan sumber daya manusia yang cukup banyak. Penanaman bibit dilakukan secara manual dengan alat tanam berupa ganco, yakni sejenis cangkul kecil bermata runcing untuk menanam bibit nanas. Selain membutuhkan tenaga kerja yang banyak, penanaman secara manual pun membutuhkan waktu yang cukup banyak dan biaya yang mahal. Penanaman secara manual mempunyai kapasitas lapangan yang kecil yaitu 0.03 ha/jam. Berdasarkan data dari PT GGP, biaya tanam untuk menanam bibit nanas mencapai 1 milyar rupiah/bulan dengan luasan yang diperoleh 175 ha. Rencana PT GGP untuk membuat mesin penanam bibit nanas akan melakukan kerjasama dalam perancangan dan pembuatan dengan institusi yang bersangkutan. Diharapkan mesin penanam bibit nanas ini bisa mesin bisa menanam dengan baik, tidak menggunakan PTO traktor, jarak tanam dan kedalaman seragam, dan mampu meningkatkan kapasitas lapang agar menekan biaya proses tanam di perusahaan.
Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membangun unit pembuka alur, pembumbun dan pemadat tanah pada mesin penanam bibit nanas dengan tenaga tarik traktor roda empat.
2
TINJAUAN PUSTAKA Budidaya Nanas Tanaman nanas dapat tumbuh di hampir semua jenis tanah. Walaupun demikian, tanah yang paling ideal untuk pertumbuhan nanas adalah tanah yang mengandung pasir, gembur dan kaya akan bahan organik. Nanas tidak tahan terhadap genangan air, oleh karena itu, lahan yang digunakan untuk tanaman nanas harus memiliki airase dan drainase yang baik serta memiliki kandungan kapur yang tinggi agar buah yang dihasilkan tidak kerdil. Tanah yang sesuai akan menghasilkan perakaran yang baik (Lisdiana dan Soemadi 1997). Hal pertama yang harus diperhatikan dalam budidaya nanas adalah persiapan lahan dan pembibitan. Persiapan dimulai dengan pembersihan lahan (land clearing). Lahan dibersihkan dari semua tanaman-tanaman. Tahap selanjutnya yakni dilakukan penggaruan, yakni tujuannya untuk menghancurkan tanah yang berbentuk bongkahan menjadi granulasi (butiran tanah) yang lebih halus, hal ini penting untuk memperbaiki aerasi dan sistem drainase serta untuk membasmi gulma. Langkah selanjutnya yakni pembuatan guludan, tujuannya adalah supaya perakaran nanas tumbuh dengan baik. Dengan adanya guludan, maka perakaran nanas terhindar dari genangan (GGPC 2007). Metode penanaman yang sering dilakukan dalam budidaya nanas ada dua macam yaitu single row dan double row. Single row biasanya menggunakan jarak tanam 30 cm x 60 cm. Sedangkan double row menggunakan jarak tanam 30 cm x 40 cm x 90 cm dan kedalaman tanam sekitar 12 cm. Setelah menanam bibit nanas, tanah disekitar bibit sebaiknya dipadatkan agar bibit berdiri kokoh sehingga perakaran lebih baik (Samson 1980) Bibit yang digunakan untuk pertanaman berasal dari lokasi bibit ekspanen. Ada beberapa macam bagian tanaman yang digunakan sebagai bibit, seperti crown (mahkota buah), sucker (anakan), ratton (tunas akar), dan sebagainya (Ochse 1953). Namun yang sering digunakan sebagai bahan perbanyakan yaitu bibit sucker dan bibit crown. Bibit crown diperoleh dari ekspanen, sedangkan bibit sucker diperoleh dari lokasi bibit khusus, lokasi ekspanen dan seleksi tanaman. (Rosida 1990).
Gambar 1 Bibit Crown
Gambar 2 Bibit Sucker
Ukuran buah nanas berperan penting dalam menentukan kapasitas produksi dari nanas olahan. Karena ukuran buah nanas memiliki ukuran standar sehingga tidak bisa diubah. Menurut Hepton dan Hudson (2003), untuk skala industri buah biasanya diklasifikasikan dalam beberapa ukuran berdasarkan diameter sehingga
3 memungkinkan pembagian pada mesin-mesin yang memiliki standar tertentu. Berdasarkan diameternya, nanas dibagi menjadi beberapa kelas, diantaranya yaitu untuk kelas Sub 1 T memiliki diameter < 9.21 cm, small (1 T) dengan diameter 9.21-10.80 cm, medium (2 T) untuk diameter 10.80-13.02 dan kelas large (2.5 T) untuk buah dengan diameter >13.02 cm (Gambar 3).
Gambar 3 Buah nanas berdasarkan standar ukuran di PT GGP (Didin 2009) Berdasarkan standar operasional nanas untuk jenis Smooth cayenne, jika dikelaskan berdasarkan parameter diameter buah dibagi menjadi menjadi empat kelas, yaitu untuk standar A ≥ 13 cm, standar B= 11 -12.9 cm, standar C= 10-10.9 cm dan standar D ≤ 10 cm. Sedangkan jika mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) No 10-2166-1992, ukuran buah nanas untuk mutu I adalah seragam dengan diameter ukuran minimal 9.5 cm, dan mutu II yang kurang seragam berdiameter≤ 9.5 cm (Deptan 2004). Ukuran buah di PT Great Giant Pineapple menggunakan standar dari perusahan mereka sendiri, menyesuaikan dengan mesin yang dimiliki. Standar ukuran buah nanas di PT GGP akan dijelaskan pada Tabel 1 di bawah ini. Tabel 1 Standar ukuran buah nanas di PT Great Giant Pineapple (Didin 2009) Ukuran buah Pom <1 T 1T 1 3/8 T 2T >2T
Diameter buah (cm) <8 8 – 8.8 8.8 – 10.5 10.5 – 11.5 11.5 – 12.8 > 12.8
Rata-rata bobot (kg) 0.3 0.47 0.93 1.2 1.53 > 2.16
Mesin Penanam Bibit Nanas Mesin penanam bibit nanas ini merujuk pada desain mesin penanam sayuran (vegetable transplanter) dan mesin penanam stek singkong. Transplanter sayuran ini dapat menanam bibit sayuran sekitar 3000-5000 bibit perjam. Sedangkan untuk mesin penanam stek singkong mempunyai kapasitas lapang 0.16 ha/jam (Setiawan
4 1984). Komponen-komponen yang terdapat pada transplanter diantaranya: furrow opener, hopper, metering device, tabung penyalur, sistem transmisi dan furrow coverer. Mesin penanam bibit nanas telah dikembangkan sebelumnya dengan ukuran yang besar. Mesin penanam nanas (Gambar 4 dan 5) tersebut seluruhnya otomatis tanpa bantuan manusia. Sistem konveyor digunakan untuk menyalurkan bibit nanas dari hopper utama ke mekanisme penjatah. Terdapat dua bagian utama yakni bagian hopper yang menampung bibit nanas dan bagian penjatah dan pembuka alur untuk menempatkan bibit nanas ke tanah.
Pembuka Alur Unit pembuka alur berfungsi untuk membuat alur tanam pada tanah. Pembuka alur merupakan bagian pertama yang terkena tanah. Besarnya draft atau tekanan tarik traktor untuk menarik implemen sangat ditentukan oleh besar dan banyaknya bagian ini. Selain itu, kedalaman kerja alat sangat berpengaruh terhadap tahanan tarik (draft) traktor, semakin dalam maka membutuhkan tenaga yang lebih besar juga. Menurut Gill dan Vande Berg (1968), cara atau ragam gerak alat yang berpengaruh terhadap draft adalah kedalaman, lebar olah, sudut angkat dan kecepatan maju.
5 Pembuka alur dengan pembuka parabolik dapat memberikan tahanan tarik 7-20% lebih kecil dibandingkan dengan pembuka alur yang berbentuk lurus. Penggunaan bajak atau pembuka alur tipe lengkung parabolik dapat meningkatkan kapasitas lapang, membutuhkan daya traktor yang lebih kecil dan mengurangi slip pada roda sampai 43.4% dibandingkan dengan tipe konvensional berbentuk lurus (Tupper 1997). Menurut Smith dan Willford (1988), bahwa bajak dengan tipe lengkung parabolik mempunyai tahanan tarik yang paling kecil, memiliki gaya angkat tanah yang paling besar dan menghasilkan slip roda terkecil. Bagian-bagian pembuka alur adalah sebagai berikut : 1) mata bajak yang berfungsi sebagai bajak yang memulai menembus tanah, 2) pisau bajak yang berfungsi untuk membelah, 3) sayap majemuk yang berfungsi untuk mengangkat dan membalik tanah ke kanan dan ke kiri, 4) rangka batang penarik yang berfungsi sebagai tempat menempelnya bajak dan berhubungan dengan kerangka utama (Mushoffa 2006). Contoh konstruksi pembuka alur dapat dilihat pada Gambar 6.
Batang penarik
Sayap majemuk
Mata bajak
Pisau bajak Gambar 6 Konstruksi umum pembuka alur (Mushoffa 2006)
Menurut McKyes (1985) konstruksi alat pemindah tanah dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu 1) blade, 2) ripper dan 3) shovel. Blade digunakan seperti pada alat road grader, hauling scraper, snowplow dan semua alat yang mempunya bidang pisau lurus. Tipe blade memotong dan mendorong tanah atau material lain yang berbentuk granular pada suatu kedalaman yang secara umum lebih pendek dari lebarnya. Tipe ripper biasanya digunakan untuk operasi yang berhubungan dengan kedalaman, dan kadang ditambahkan pada alat grader dan bulldozer untuk tujuan memotong dan memecah tanah keras, membuka lapisan soft rock apabila diperlukan. Tipe shovel dilengkapi dengan bidang samping yang membentuk wadah dimana tanah atau bahan yang lain dapat dipotong dan diangkat.
Gambar 7 Pembuka alur pada transplanter sayuran (www.mechanicaltransplanter.com)
6 Ada beberapa jenis pembuka alur, yaitu type hoes, runners, single and double disk (Gambar 8). Pembuka alur tipe runners cenderung membentuk galur dengan membuang tanah bagian bawah keluar galur. Pada umumnya tipe runner tidak cocok digunakan di tanah dengan kandungan liat tinggi. Pembuka alur tipe double disk banyak digunakan dalam penanaman presisi dan dikombinasikan dengan tipe runner (Srivastava 1996).
Gambar 8 Macam-macam pembuka alur (Srivastava 1996) Tabel 2 Efek pembuka alur dan kecepatan terhadap resistansi tahanan tanah (MPa) (Altuntas 2006) Tipe Pembuka Alur Shoe Shovel Hoe Rata-rata Shoe Shovel Hoe Rata-rata
Kedalaman tanah (cm) 0 -10
10 - 20
2.02 1.50 1.23 1.79 1.51 1.77 1.65 1.85 1.76
Kecepatan (km/jam) 3.28 4.50 1.29 1.14 1.13 1.19 1.47 1.29 1.30 1.17 1.70 1.37 1.49 1.28 1.80 1.65 1.66 1.43
Rata-rata 1.31 1.15 1.52 1.61 1.47 1.77 1.77 1.62
Penetrasi dapat menyebabkan kompaksi (pemadatan) dalam tanah di bawah permukaan benda (alat) yang masuk ke dalam tanah. Bentuk pemadatan tergantung dari bentuk benda yang masuk ke dalamnya. Semakin runcing benda yang masuk ke dalam tanah, kompaksi yang disebabkan oleh pemadatan semakin kecil (Gill 1968). Sharma dan Srivastava (1984) mengevaluasi kinerja penanam kentang otomatis dengan pembuka alur type runner dengan tekstur tanah pasir lempung. Draft force penanam kentang meningkat berbanding lurus ketika kecepatan
7 operasional meningkat. Gebresenber dan Johnson (1992) melaporkan kinerja penjatuhan benih dalam kecepatan operasional, kedalaman tanah dan sudut bukaan. Persamaan empiris dikembangkan untuk menggambarkan pengaruh kecepatan, kedalaman tanah, sudut bukaan pada bidang horizonal dan vertikal. Beberapa tipe pembuka alur disajikan pada Gambar 9 dan 10.
Gambar 9 Berbagai jenis pembuka alur: a.tipe hoe b.tipe shovel c. tipe shoe (Altuntas 2006)
Gambar 10 Pembuka alur tipe lengan ayun (Alkemade 1975) Pembumbun dan Pemadat Tanah Pembumbun mempunyai fungsi yakni menutup alur / menimbun alur yang telah diisi oleh bibit. Pembumbun ini dapat diatur sesuai dengan kondisi tanah, sehingga bibit cukup kuat tertanam sebagian dalam tanah. Jarak antara pembumbun kiri dan kanan sangat menentukan bentuk tanah hasil bumbunan. Selain itu, kondisi tanah juga berpengaruh terhadap desain pembumbun.
Gambar 11 Pembumbun alur tipe piringan pada mesin penanam stek singkong (Setiawan 1984)
8 Pemadat tanah berfungsi untuk memadatkan tanah hasil pembumbunan pada bibit. Pemadatan tanah bertujuan untuk menekan tanah sehingga bibit nanas yang telah tertanam tidak mudah roboh. Bentuk pemadat tanah yakni berupa besi plat lingkaran yang berputar. Di samping itu juga, pemadat tanah berfungsi sebagai penyangga unit bagian belakang ketika diturunkan ke tanah. Berat roda pemadat tanah pada alat harus memadai untuk memastikan bibit masuk ke dalam tanah. Tanah basah mudah dipadatkan dan perawatannya harus lebih baik, sehingga tidak menyulitkan akar untuk menembus tanah. Tanah dalam kondisi kering, tambahan kekuatan untuk penutupan alur mungkin diperlukan. Kuncinya adalah untuk mengevaluasi bagian bibit yang menyentuh langsung dengan tanah. Garu berfungsi untuk menutup bagian atas tanah. Penutupan alur tanah biasanya digunakan tipe press wheel berukuran kecil (Grisso 2009). Gambar 11 dan Gambar 12 berikut terlihat pembumbun sekaligus pemadat tanah untuk mesin transplanter sayuran dan mesin penanam stek singkong.
Gambar 12 Pembumbun alur sekaligus pemadat tanah pada transplanter sayuran (www.mechanicaltransplanter.com)
METODE Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2013 hingga Maret 2014. Pengukuran kondisi lahan dilakukan di kebun tanam PT GGP dan laboratorium lapangan Siswadhi Soepardjo. Desain dan analisis di laboratorium Teknik Mesin Otomasi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Pembuatan prototipe dilaksanakan di Bengkel CV Daud Teknik Maju. Pengujian prototipe dilakukan di laboratorium lapangan Siswadhi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Tahapan dalam merencanakan alat dan bahan dibagi menjadi 4 bagian, yaitu pada tahap pengukuran kondisi lahan, tahap perancangan, tahap pembuatan prototipe dan tahap uji kinerja. Dalam pengukuran kondisi lahan, alat dan bahan yang digunakan diantaranya Penetrometer tipe SR2, ring sample, oven, timbangan, meteran dan penggaris.
9 Pada tahap perancangan, alat dan bahan yang digunakan diantaranya Komputer dilengkapi software MS Excel dan software Computer Aided Desain (CAD) SolidWorks. Alat yang digunakan pada pembuatan prototipe diantaranya peralatan bengkel seperti bor duduk, gerinda, las potong dan listrik, mesin bubut dan peralatan bengkel lainnya. Sedangkan bahan yang digunakan diantaranya besi plat, besi siku, besi kotak, besi poros, besi UNP, pillow block, mur dan baud, pegas, rantai dan sproket, cat serta meni. Uji kinerja digunakan peralatan seperti traktor roda empat, penggaris dan meteran, busur, patok serta kamera. Bahan yang digunakan diantaranya prototipe mesin penanam nanas dan bibit nanas. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian yang dilakukan terbagi atas 5 tahapan yaitu 1) pengukuran kondisi lahan 2) perancangan, 3) pembuatan prototipe, 4) uji fungsional, 5) pengujian kinerja. Tahapan penelitian dapat dilihat pada diagram alir yang disajikan pada Gambar 13.
Gambar 13 Diagram alir proses perancangan Pengukuran Kondisi Lahan Dalam melaksanakan penelitian, dibutuhkan data dan informasi penunjang dibutuhkan sebagai acuan dasar penelitian. Untuk mendapatkan data tersebut, dilakukan pengukuran kondisi lahan. Pada penelitian kali ini, pengukuran kondisi lahan diantaranya pengukuran tahanan penetrasi tanah dan kadar air tanah. Perancangan
10 Perancangan mesin penanam bibit nanas diawali dengan identifikasi masalah yang ada di PT GGP. Tahap perancangan didukung oleh data dan informasi yang dibutuhkan untuk pembuatan prototipe mesin. Dalam tahap perancangan, dibuat perumusan konsep desain mesin yang tepat sesuai kebutuhan. Konsep desain mesin dilakukan secara utuh mencakup seluruh bagian mesin. Setelah, perumusan konsep selesai, dibuat analisis / perhitungan untuk perancangan desain mesin. Analisis / perhitungan hanya dilakukan pada beberapa komponen mesin saja. Analisis desain mencakup perhitungan kekuatan mesin maupun kebutuhan komponen untuk rancang bangun mesin. Setelah analisis jadi, maka dibuat gambar teknik mesin penanam nya. Pembuatan Prototipe Pembuatan prototipe mesin merupakan realisasi dari konsep desain. Pembuatan prototipe dilaksanakan di bengkel yang telah dipilih sebelumnya. Pembuatan prototipe merujuk kepada perancangan yang telah dibuat. Uji Fungsional Pengujian kinerja dilakukan di lapangan percobaan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Uji fungsional dilakukan pada beberapa komponen mesin penanam yaitu bagian pembuka alur, pembumbun dan pemadat tanah. Mesin penanam yang ditarik oleh traktor langsung menuju alur tanam yang telah disediakan. Sebelumnya bibit nanas telah dimasukan ke dalam hopper. Pengukuran bukaan alur dilakukan dengan membuka kembali tanah pada alur tanam yang telah dibumbun dan dipadatkan. Sampel yang diambil untuk bukaan alur berjumlah 10 titik secara acak. Uji kinerja pada pembuka alur yang diambil yaitu kedalaman dan lebar bukaan alur tanam. Kedalaman alur tanam dihitung menggunakan dua buah alat bantu penggaris, yaitu dengan cara meletakan satu penggaris di atas alur tanam, kemudian dihitung kedalaman alur mulai dari titik bukaan alur paling bawah. Sedangkan lebar bukaan alur dihitung dari sisi kiri sampai sisi kanan bukaan alur pada permukaan tanah. Metode pengujian pada pembumbunan yaitu menghitung ketinggian dan lebar bumbunan. Lebar tanah bumbunan yang diambil datanya yaitu bumbunan bagian atas dan bagian bawah. Untuk mempermudah pengambilan data, tanah bumbunan dipotong terlebih dahulu secara melintang pada alur tanam. Setelah itu, dapat terlihat ketinggian dan lebar tanah bumbunan yang dihasilkan oleh bagian pembumbun. Metode pengujian pada bagian padatan tanah yaitu mengukur kerapatan isi (densitas) tanah. Kerapatan isi tanah diambil pada alur tanam yang telah dipadatkan dan tanah asli pada alur tanam yang tidak terganggu oleh komponen mesin. Pengambilan data kerapatan isi tanah dengan cara mengambil 10 sampel tanah dengan ring sample, kemudian dioven pada suhu 110o C dengan waktu 24 jam. Pengujian Kinerja Pengujian kinerja mesin penanam bibit nanas sama halnya dilakukan seperti pada uji fungsional. Mesin penanam bibit nanas ditarik dan
11 digandengkan pada traktor roda empat. Pengujian kinerja dilakukan dengan cara menghitung jumlah bibit yang tertanam pada alur, jarak bibit nanas antar alur dan antar baris, kemiringan bibit nanas serta kapasitas lapang penanaman mesin. Pengujian pertama mesin penanam bibit nanas dilakukan pada tanah dengan kondisi belum diolah. Bibit nanas yang dimasukan ke dalam hopper sebanyak 100 bibit. Pola kerja yang digunakan pada mesin penanam yaitu tipe continuous. Pola kerja tipe continuous dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Pola kerja tipe continuous
ANALISIS DESAIN Kriteria Perancangan Mesin transplanter nanas ini merupakan modifikasi dari mesin-mesin transplanter sayuran yang telah dirancang sebelumnya. Pengembangan mesin ini bertujuan untuk menggantikan peran manusia dalam penanaman bibit nanas secara manual menjadi otomatis supaya lebih efektif lagi. Kriteria perancangan dijelaskan pada beberapa poin berikut. 1. Mesin penanam bibit nanas harus ditarik traktor roda 4 dengan daya 100 hp. 2. Sumber tenaga putar untuk menggerakan mekanisme penjatah tidak menggunakan daya putar PTO, melainkan berasal dari roda pada mesin penggerak. 3. Jarak tanah yang dianjurkan yaitu sebesar 25 cm dengan jarak antar alur sebesar 55 cm. 4. Bibit yang digunakan berjenis sucker dengan diameter rata-raat 25 cm dan tinggi 30 cm. 5. Kedalaman tanam bibit nanas yaitu minimal sebesar 10 cm.
12 6. Kapasitas penanaman menggunakan mesin penanam harus lebih tinggi daripada penanaman dengan menggunakan manusia. Rancangan Fungsional Berdasarkan fungsinya, mesin tranplanter nanas berfungsi untuk menanam bibit nanas pada kedalaman alur yang telah ditentukan. Rancangan fungsional disajikan pada tabel di bawah ini. Tabel 3 Rancangan fungsional Fungsi utama
Sub fungsi
Mesin mampu menanam bibit nanas dengan kedalaman 10 cm, jarak tanam 25 cm dan jarak antar alur 55 cm.
Menampung bibit nanas.
Mengumpan bibit nanas.
Menjatah bibit nanas. Menyalurkan bibit nanas. Menegakkan bibit nanas. Membuka alur tanah.
Membumbun bibit. Memadatkan bumbunan tanah. Menyalurkan daya
Alternatif mekanisme -Dinding wire mesh -Dinding akrilik -Hopper persegi panjang -Hopper trapesium -Menggunakan tangan operator -Otomatisasi -Bantuan konveyor -Tanpa konveyor -Silinder berputar -Tipe karet penjepit -Tabung penyalur -Tanpa tabung penyalur -Tipe engkol -Tipe lengan ayun -Tipe hoe -Tipe shovel -Tipe shoe -Tipe piringan -Tipe singkal -Roda besi -Roda karet -Rantai dan sproket -Sabuk dan puli
Alternatif yang dipilih -Hopper trapesium dari wire mesh
- Tangan operator tanpa konveyor - Silinder berputar - Tabung penyalur - Tipe lengan ayun - Tipe shoe
- Tipe piringan - Roda besi - Transmisi rantai dan sproket
Analisis Teknik dan Rancangan Struktural Analisis teknik digunakan sebagai landasan dasar untuk mengetahui kekuatan bahan dan juga pemilihan bahan pada mesin transplanter. Pengambilan data awal yang bertempat di kebun tanam di PT GGP dijadikan sebagai acuan dasar untuk perhitungannya. Pembuka Alur
13 Berdasarkan tipe tanah yang berada di PT Great Giant Pineapple dan di lapangan percobaan Siswadhi Soepardjo, maka tipe pembuka alur yang akan digunakan yaitu tipe shoe. Sesuai dengan ukuran diameter bibit nanas dan kedalaman penanaman, maka bukaan alur yang diharapkan yakni dengan lebar (l) 15 cm dan kedalaman (da) 10 cm. Pada pembuka alur, lebar dan tinggi plat harus diperhatikan untuk menjaga kedalaman pembuka alur. Kedalaman tanam tersebut diambil berdasarkan tinggi bonggol bibit nanas. Gambar 15(a) memperlihatkan ukuran tampak samping pembuka alur. Gambar 15(b) menunjukan ukuran pembuka alur dari belakang. Sedangkan Gambar 15(c) menunjukan ukuran bukaan alur.
y1 da + y1
da
y
x da
la
𝑙𝑙𝑎𝑎 2
Gambar 15 Bukaan alur Agar tanah yang tebuka oleh pembuka alur tidak masuk kembali ke alur, maka tinggi plat pembuka alur harus melebihi tinggi tanah bumbunan. Karena tanah bumbunan merupakan tanah hasil pengangkatan dari alur, maka bisa diasumsikan luas segitiga penampang tanah bumbunan sama dengan luas bidang potong alur dibagi dua, sehingga: 𝑙𝑙 𝐿𝐿∆𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 = 2𝑎𝑎 × 𝑑𝑑𝑎𝑎 (1) Luas segitiga ABC adalah :
14
𝐿𝐿∆𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 =
𝑥𝑥 × 𝑦𝑦 2
Dengan mengasumsikan tinggi tanah bumbunan (y) sama dengan lebar tanah bumbunan (x), maka :
𝐿𝐿∆𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 =
𝑦𝑦 2 2
(2)
Dengan menggabungkan persamaan (1) dan persamaan (2), maka diperoleh: 𝑦𝑦 2 2
=
𝑙𝑙 𝑎𝑎 ×𝑑𝑑 𝑎𝑎 2
(3)
Karena lebar alur dipilih dengan nilai la = 15 cm dan kedalaman yang dipilih da = 10 cm, maka tinggi tanah bumbunan adalah : 𝑦𝑦 = �𝑙𝑙𝑎𝑎 × 𝑑𝑑𝑎𝑎 (4) 𝑦𝑦 = √15 𝑐𝑐𝑐𝑐 × 10 𝑐𝑐𝑐𝑐 = √150 = 12.2 𝑐𝑐𝑐𝑐 Tinggi tanah bumbunan hasil bukaan alur yaitu sebesar 12.2 cm. Maka tinggi total pembuka alur supaya tanah tidak masuk kembali ke dalam alur yaitu 10 cm plat dasar ditambah 12.2 cm plat tambahan yaitu sebesar 22.2 cm. Panjang plat pembuka alur ke arah belakang pada Gambar 15(a) dihitung berdasarkan diameter minimal bibit nanas yaitu sebesar 15 cm. Maka dalam desain ini, digunakan panjang sebesar 20 cm, lebih besar dari ukuran diameter bibit nanas. Sedangkan pembuka alur menggunakan plat yang memiliki tebal 5 mm. Sudut mata pembuka alur ditentukan berdasarkan sudut yang memiliki tahanan tanah kecil yaitu antara 10o sampai dengan 30o (Gill 1967). Maka, pada penelitian kali ini, sudut mata pembuka alur yang digunakan sebesar 30o. Pembuka alur memiliki ketinggian batang penahan rangka yang dipegang dan dipasangkan pada rangka serta dijepit dengan baud mur dengan penahan di bagian depan dan belakang. Untuk merencanakan ukuran batang pembuka alur, maka dilakukan analisis kekuatan batang pembuka alur menahan gaya yang bekerja pada pembuka alur. Gaya yang mendorong pembuka alur adalah gaya tahanan tanah (F). Posisi dan arah gaya tahanan tanah diasumsikan seperti pada Gambar 17. Direncanakan ketinggian batang pembuka alur ke dudukan rangka yaitu tp sebesar 50 cm. kemudian diasumsikan posisi gaya tahanan tanah pada pembuka alur adalah sepertiga kedalaman pembukaan alur, sehingga tf :
𝑡𝑡𝑓𝑓 =
𝑑𝑑 𝑎𝑎 3
(5)
Oleh karena itu, jarak gaya (F) ke dudukan rangka adalah 𝑑𝑑𝑎𝑎 10 𝑙𝑙𝑓𝑓 = 𝑡𝑡𝑝𝑝 − 𝑡𝑡𝑓𝑓 = 𝑡𝑡𝑝𝑝 − = 50 − = 46.67 𝑐𝑐𝑐𝑐 = 0.47 𝑚𝑚 3 3 Gaya tahanan tanah pembuka alur (F), dihitung dengan tahanan spesifik pemotongan dikalikan dengan luas bidang potong pembuka alur. Tahanan spesifik (Dst) menggunakan rumus Kisu berdasarkan tahanan penetrasi percobaan. Hasil perhitungan didapatkan tahanan tanah spesifik sebesar 2.15 kg/cm2 (perhitungan tahanan tanah spesifik disajikan dalam Lampiran 3). Selanjutnya dapat dihitung gaya tahanan tanah pada pembuka alur (F) sebagai berikut. 𝐹𝐹 = 𝐷𝐷𝑠𝑠𝑠𝑠 × 𝐴𝐴𝑝𝑝 = 𝐷𝐷𝑠𝑠𝑠𝑠 × 𝑑𝑑𝑎𝑎 × 𝑑𝑑𝑎𝑎 (6) 2 𝐹𝐹 = 2.15 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑐𝑐 × 10 𝑐𝑐𝑐𝑐 × 15 𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐹𝐹 = 322.5 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 3225 𝑁𝑁
15
h b
tp
lf = tp - tf
da tf
Gambar 16 Batang pembuka alur dan posisi gaya tahanan tanah pada pembuka alur Batang pembuka alur direncanakan berbentuk balok dengan penampang potong segi empat dengan ukuran seperti pada Gambar 16. Bila batang pembuka alur dikenakan gaya F, maka tegangan tarik yang terjadi di pangkal batang pada rangka penahan adalah
𝜎𝜎 =
𝑀𝑀𝑀𝑀
𝑐𝑐 =
ℎ
(7)
𝐼𝐼
Dimana : 𝜎𝜎 = tegangan lentur terhadap sumbu netral, (Pa) M = momen lentur yang tejadi pada batang, (N.m) I = momen inersia dari penampang terhadap sumbur netral (cm4) c = jarak terluar terhadap sumbu netral (cm) Selanjutnya,
𝐼𝐼 =
2 𝑏𝑏ℎ 3 12
(8) ,
(9)
𝑀𝑀 = 𝐹𝐹 × 𝑙𝑙𝑓𝑓 Maka :
𝜎𝜎 =
ℎ 2 𝑏𝑏ℎ 3
𝑀𝑀× 12
=
(10) 6𝑀𝑀
𝑏𝑏ℎ 2
=
6𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑓𝑓 𝑏𝑏ℎ 2
(11)
𝑀𝑀 = 𝐹𝐹 × 𝑙𝑙𝑓𝑓 = 3225 𝑁𝑁 × 0.47 𝑚𝑚 = 1515.75 N. m Jika diketahui tegangan tarik maksimal pada batang baja (𝛔𝛔B) sebesar 55 kg/mm2 (Sularso dan Suga, 2008). Safety factor (Sf) yang digunakan sebesar 4, dimana lebar (b) batang diambil 20 mm, maka panjang batang (h) pembuka alur dapat dihitung sebagai berikut.
16 𝜎𝜎𝐵𝐵 = 55 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚𝑚2 = 5.5 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜎𝜎𝐵𝐵 5.5 × 108 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 𝜎𝜎𝑎𝑎 = = = 1.38 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑓𝑓 4 Persamaan (7) dimodifikasi untuk menghitung tebal batang pembuka alur.
ℎ=�
6𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑓𝑓
(12)
𝜎𝜎𝑎𝑎 𝑏𝑏
Sehingga
6 × 3225 𝑁𝑁 × 0.47 𝑚𝑚 ℎ=� 1.38 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 × 0.02 𝑚𝑚
9094.5 𝑁𝑁 ℎ=� 2.76 × 106 𝑃𝑃𝑃𝑃 ℎ = 0.057 𝑚𝑚 ℎ = 5.7 𝑐𝑐𝑐𝑐 Maka berdasarkan perhitungan, panjang batang pembuka alur yaitu sebesar 5.7 cm. Namun untuk memudahkan pembuatan, maka panjang batang pembuka alur dibulatkan menjadi sebesar 6 cm. Desain pembuka alur dapat dilihat pada Gambar 17.
Gambar 17 Desain pembuka alur
Pembumbun Pembumbun menggunakan piringan yang terbuat dari plat yang dibulatkan. Piringan akan memotong tanah yang diangkat oleh pembuka alur. Supaya piringan dapat memotong dan memindahkan tanah bukaan alur, jari-jari piringan harus lebih besar daripada tanah bukaan alur. Berdasarkan perhitungan sebelumnya pada Gambar 15(c), diketahui tinggi tanah bumbunan hasil bukaan alur (y) sebesar 12.2 cm. Maka, jari-jari piringan pembumbun didapatkan minimal sebesar 12.2 cm. Sehingga pada desain, diameter piringan pembumbun berukuran 25 cm.
17 Pada desain pembumbun, yang perlu diperhatikan yaitu sudut piringan pembumbun. Sudut piringan terhadap sumbu vertikal atau tilt angle dan sudut piringan terhadap sumbu horizontal atau disc angle sangat mempengaruhi volume tanah yang akan dibumbun ke dalam alur tanam. Penjelasan mengenai kedua tersebut dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Tilt angle dan disc angle Disc angle yaitu sudut antara piringan dengan arah maju, biasanya antara 15 – 25o. Penentuan disc angle bertujuan untuk menentukan lebar potong tanah. Tilt angle yaitu sudut antara antara piringan dengan sumbu vertikal. Besar sudutnya yaitu diantara 42o – 45o. Tilt angle digunakan untuk menentukan kedalaman pembajakan (Srivastava,1993). Maka, pada desain sudut piringan mesin penanam nanas, disc angle yang digunakan yaitu sebesar 20o sedangkan tilt angle yang digunakan sebesar 40o. Selain itu, pengaturan kedalaman pengambilan tanah bumbunan diatur melalui pegangan batang pembumbun pada rangka. Batang pembumbun dipegang dan dipasangkan pada rangka dengan dijepit oleh mur serta baud. Untuk merencanakan ukuran batang pembumbun, digunakan analisis kekuatan batang pembumbun menahan gaya yang bekerja pada pembumbun. Gaya yang mendorong adalah gaya berat mesin secara keseluruhan. Posisi dan arah gaya berat diasumsikan seperti pada Gambar 20. Direncanakan jarak batang pembumbun (lq) dari rangka terhadap roda pemadat sebesar 20 cm. Gaya yang mendorong batang pembumbun ke bawah berasal dari berat mesin (Wm) ditambah berat operator (Wo). Analisis berat mesin penanam nanas disimulasikan pada software Solidworks dimana total berat mesin sebesar 250 kg. Jika berat operator rata-rata sebesar 60 kg, maka total berat mesin (WMt) sebesar 310 kg. Bobot mesin nanas yang tertumpu pada bagian pembumbun diasumsikan hanya sebesar 30%, maka berat mesin yang tertumpu pada kedua batang pembumbun (WRq) sebesar: o
𝑊𝑊𝑟𝑟𝑟𝑟 = 0.3 × 𝑊𝑊𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑊𝑊𝑟𝑟𝑟𝑟 = 0.3 × 310 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑊𝑊𝑟𝑟𝑟𝑟 = 93 𝑘𝑘𝑘𝑘 Dikarenakan berat mesin tertumpu pada 2 batang pembumbun, maka:
(13)
18
𝐹𝐹 =
𝑊𝑊𝑟𝑟𝑟𝑟
(14)
2
93 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 46.5 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 465 𝑁𝑁 2
𝐹𝐹 =
lq
b
h
F
Gambar 19 Posisi dan arah gaya pada batang pembumbun Batang pembumbun direncanakan berbentuk balok dengan penampang potong segi empat dengan ukuran seperti pada Gambar 19. Bila batang pembumbun dikenai gaya F, maka tegangan tarik yang terjadi di pangkal batang pada rangka adalah sesuai dengan persamaan (11).
𝜎𝜎 =
6𝑀𝑀
𝑏𝑏ℎ 2
=
6𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑞𝑞 𝑏𝑏ℎ 2
(15) 2
Jika diketahui (𝛔𝛔B) sebesar 55 kg/mm , dan Safety factor (Sf) yang digunakan sebesar 2, dimana panjang (b) batang diambil 50 mm, maka panjang lebar (h) pembumbun dapat dihitung sebagai berikut. 𝜎𝜎𝐵𝐵 = 55 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚𝑚2 = 5.5 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜎𝜎𝐵𝐵 5.5 × 108 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 𝜎𝜎𝑎𝑎 = = = 1.38 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑓𝑓 4 Persamaan (15) dimodifikasi untuk menghitung tebal batang pembumbun.
ℎ=�
6𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑞𝑞 𝜎𝜎𝑎𝑎 𝑏𝑏
Sehingga
(16)
19 6 × 465 𝑁𝑁 × 0.2 𝑚𝑚 ℎ=� 1.38 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 × 0.05 𝑚𝑚
558 𝑁𝑁 ℎ=� 6.87 × 106 𝑃𝑃𝑃𝑃
ℎ = 9 × 10−3 𝑚𝑚 ℎ = 0.9 𝑐𝑐𝑐𝑐 Maka berdasarkan perhitungan, tebal batang pembumbun yang akan digunakan yaitu sebesar 0.9 cm. Untuk memudahkan pembuatan, tebal batang pembumbun dibulatkan nilainya menjadi 1 cm. Desain pembumbun dapat dilihat pada Gambar 20.
Gambar 20 Desain pembumbun Pemadat Tanah Roda pemadat akan memadatkan tanah hasil bumbunan pada sisi kiri dan kanan alur tanam. Roda pemadat berbentuk silinder terbuat dari besi plat berjumlah 2 buah. Dalam mendesain roda pemadat, terdapat 3 parameter desain yang diperhatikan yaitu sudut kemiringan roda pemadat, lebar dan diameter roda pemadat serta batang pemadat. Roda pemadat dipasang miring supaya tidak mengganggu bibit yang telah tertanam pada alur. Sudut pemasangan roda pemadat diambil berdasarkan karakteristik kemiringan daun bibit nanas (Gambar 21).
α
Gambar 21 Sudut kemiringan bibit nanas
20
Sudut α pada Gambar 21 diambil berdasarkan karakterisik kemiringan bibit nanas. Berdasarkan pengukuran, daun bibit nanas memiliki kemiringan sudut ratarata sebesar 45o. Oleh karena itu, sudut kemiringan roda pemadat pada sisi kiri dan kanan alur minimal 45o supaya tidak mengganggu daun bibit nanas. Lebar roda pemadat didesain supaya dapat memadatkan seluruh bagian tanah yang telah terbumbun pada samping kiri dan kanan alur. Lebar roda pemadat dihitung berdasarkan lebar tanah bumbunan yang akan dipadatkan (Gambar 22). lr
α
ba
Gambar 22 Posisi roda dan lebar roda pemadat Tanah hasil bumbunan pada alur (ba) merupakan sisa tanah setelah dimasukan ke dalam alur oleh pembumbun. Sisa tanah hasil bumbunan memiliki volume yang lebih kecil dibandingkan dengan tanah bumbunan hasil bukaan alur sebelumnya. Berdasarkan perhitungan, diketahui bahwa ba memiliki lebar sebesar 5 cm. Sudut kemiringan daun bibit nanas (α) sebesar 45o, sehingga lebar roda pemadat (lr) dapat dicari dengan :
𝑙𝑙𝑟𝑟 =
𝑏𝑏𝑎𝑎
cos 𝛼𝛼
(17)
5 𝑐𝑐𝑐𝑐 = 7 𝑐𝑐𝑐𝑐 cos 45𝑜𝑜 Berdasarkan perhitungan, lebar roda pemadat yang digunakan sebesar 7 cm. Sedangkan diameter roda pemadat yang akan digunakan sebesar 30 cm dan tebal plat roda pemadat sebesar 5 mm. Pemadat tanah memiliki batang yang diapit oleh baut dan mur yang diumpu pada rangka mesin bagian dalam. Batang pemadat berjumlah 2 buah yang terletak pada sisi kiri dan kanan mesin. Untuk merencanakan ukuran batang pemadat,
𝑙𝑙𝑟𝑟 =
21 digunakan analisis berat mesin penanam secara keseluruhan. Posisi dan arah gaya batang pemadat dijelaskan pada Gambar 23. F lp b
h
F Gambar 23 Posisi dan arah gaya batang pemadat Direncanakan ketinggian batang pemadat tanah (lp) dari rangka terhadap roda pemadat sebesar 50 cm. Gaya yang mendorong batang pemadat ke bawah berasal dari berat mesin (Wm) ditambah berat operator (Wo). Diketahui bahwa total berat mesin (WMt) sebesar 310 kg. Bobot mesin penanam nanas tidak sepenuhnya tertumpu pada bagian pemadat tanah. Diasumsikan bagian yang menumpu pada batang pemadat sebessar 60%, maka berat mesin yang tertumpu pada kedua batang pemadat (WRp) sebesar : 𝑊𝑊𝑅𝑅𝑅𝑅 = 0.6 × 𝑊𝑊𝑀𝑀𝑀𝑀 (18) 𝑊𝑊𝑅𝑅𝑅𝑅 = 0.6 × 310 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 186 𝑘𝑘𝑘𝑘 Dikarenakan gaya berat mesin tertumpu pada 2 batang pemadat, maka :
𝐹𝐹 =
𝑊𝑊𝑅𝑅𝑅𝑅
(19)
2
186 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 93 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 930 𝑁𝑁 2 Batang pemadat tanah direncanakan berbentuk balok dengan penampang potong segi empat dengan ukuran seperti pada Gambar 26. Bila batang pemadat tanah dikenakan gaya F, maka tegangan tarik yang terjadi di pangkal batang pada rangka penahan adalah sesuai dengan persamaan (11).
𝐹𝐹 =
𝜎𝜎 =
6𝑀𝑀
𝑏𝑏ℎ 2
=
6𝐹𝐹𝑙𝑙 𝑞𝑞 𝑏𝑏ℎ 2
(20)
22 Jika diketahui (𝛔𝛔B) sebesar 55 kg/mm2, dan safety factor (Sf) yang digunakan sebesar 2, dimana panjang (b) batang diambil 50 mm, maka lebar batang (h) pemadat tanah dapat dihitung sebagai berikut. 𝜎𝜎𝐵𝐵 = 55 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚𝑚2 = 5.5 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜎𝜎𝐵𝐵 5.5 × 108 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 𝜎𝜎𝑎𝑎 = = = 1.38 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑓𝑓 4 Persamaan (20) dimodifikasi untuk menghitung tebal batang pemadat tanah.
ℎ=�
6𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑝𝑝
(21)
𝜎𝜎𝑎𝑎 𝑏𝑏
Sehingga
6 × 930 𝑁𝑁 × 0.2 𝑚𝑚 ℎ=� 1.38 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 × 0.05 𝑚𝑚 1116 𝑁𝑁 ℎ=� 6.87 × 106 𝑃𝑃𝑃𝑃
ℎ = 0.013 𝑚𝑚 ℎ = 1.3 𝑐𝑐𝑐𝑐 Maka berdasarkan perhitungan, tebal batang pemadat tanah (h) minimal sebesar 1.3 cm. Untuk memudahkan pembuatan, tebal batang pemadat tanah dibulatkan nilainya menjadi 1.5 cm. Desain pemadat tanah dapat dilihat pada Gambar 24.
Gambar 24 Desain pemadat tanah
Sistem penggandengan dan rangka Penggandengan mesin penanam bibit nanas pada traktor menggunakan 3 titik gandeng. Traktor roda empat yang digunakan untuk menarik mesin penanam menggunakan daya 100 hp. Perhitungan jarak 3 titik gandeng pada lower link dan top link berdasarkan traktor yang digunakan di PT GGP. Selain itu, perhitungan 3 titik gandeng dilakukan juga pada implemen mesin sejenis yang biasa ditarik oleh traktor. Ukuran 3 titik gandeng untuk mesin penanam nanas disajikan pada Gambar 25 berikut.
23
tl
ll Gambar 25 Ukuran 3 titik gandeng Diketahui pada Gambar 25 tersebut tl merupakan jarak antara top link dengan lower link. Sedangkan ll merupakan jarak antara lower link kiri dan kanan. Berdasarkan pengukuran di lapangan, diketahui jarak tl sebesar 85 cm, dan jarak ll sebesar 90 cm. Untuk memenuhi fungsi dan kinerja dari setiap komponen pada mesin penanam bibit nanas, sudah direncanakan posisi dari masing-masing komponen. Desain posisi komponen pada mesin disajikan pada Gambar 26 di bawah ini.
Untuk menghitung kekuatan bahankomponen pada rangka Gambar 26 Posisi padamesin mesinpenanam, digunakan analisis bobot total mesin dengan menggunakan software CAD SolidWorks. Analisis tiap komponen berat mesin disajikan pada Tabel 4. Tabel 4 Analisis berat komponen mesin Komponen Hopper + bibit Penjatah bibit Kursi + operator Pembuka alur Pembumbun bibit Pemadat bibit
Jarak terhadap titik acuan stress (m) 0.58 0.92 1.43 0.42 0.82 1.07
Berat (N) (F) 1258 400 730 120 150 300 Total
Momen terhadap titik acuan (N.m) 729.64 368 1043.9 50.4 123 321 2635.94
24
Pada Tabel 4 tersebut, diasumsikan berat setiap komponen merupakan gaya (F) yang terjadi pada batang rangka. Kondisi kritis rangka terjadi pada saat mesin diangkat oleh 3 titik gandeng traktor. Pada saat tersebut, semua bobot dari bagian mesin ditumpu oleh rangka. Bagian rangka yang diduga kritis menahan beban mesin yaitu pada batang rangka utama bagian bawah (A1) dan batang rangka penahan (A2). Analisis stress di titik A1 dan A2 berdasarkan momen yang berada pada titik A1 dan A2 di Tabel 4. Posisi dan arah gaya pada rangka di titik A1 dan A2 disajikan pada Gambar 27. h A1
b
F1
lF2
H
A2 B
h
B
ht b b
Gambar 27 Posisi dan arah gaya pada rangka Pada Gambar 27, diasumsikan lF2 merupakan garis bantu untuk mengetahui panjang lengan. Berdasarkan ukuran di rangka, diketahui bahwa panjang lF2 sebesar 50 cm. Panjang lengan tersebut digunakan untuk mencari momen total pada rangka utama dan rangka penahan, sehingga momen total dapat dicari dengan: 𝑀𝑀𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = (𝐹𝐹2 × 𝑙𝑙𝐹𝐹2 ) + (𝐹𝐹1 × 0) (22) 𝑀𝑀 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝐹𝐹2 = 𝑙𝑙 (23) 𝐹𝐹2 2635.94 𝑁𝑁. 𝑚𝑚 𝐹𝐹2 = = 4842.88 𝑁𝑁 0.5 𝑚𝑚 Dikarenakan gaya F2 terbagi dua pada bagian rangka kiri dan kanan, maka gaya F2 sebesar 2635.94 N Rangka penahan direncanakan berbentuk balok dengan penampang potong segi empat dengan ukuran seperti pada Gambar 28. Bila rangka penahan
t
25 dikenakan gaya F, maka tegangan tarik yang terjadi di pangkal batang pada rangka penahan adalah sesuai dengan persamaan (11).
𝜎𝜎 =
6𝑀𝑀
𝑏𝑏ℎ 2
6𝐹𝐹𝑙𝑙 𝐹𝐹2
=
(24)
𝑏𝑏ℎ 2
2
Jika diketahui (𝛔𝛔B) sebesar 55 kg/mm , dan safety factor (Sf) yang digunakan sebesar 2, dimana lebar (b) batang diambil 10 mm, maka panjang (h) rangka penahan dapat dihitung sebagai berikut. 𝜎𝜎𝐵𝐵 = 55 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚𝑚2 = 5.5 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜎𝜎𝐵𝐵 5.5 × 108 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 𝜎𝜎𝑎𝑎 = = = 2.75 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑓𝑓 2 Persamaan (24) dimodifikasi untuk menghitung tebal rangka penahan. 6𝑙𝑙
ℎ = � 𝜎𝜎 𝐹𝐹2𝑏𝑏 𝑎𝑎
(25)
Sehingga
6 × 0.5 𝑚𝑚 × 2635.94 𝑁𝑁 ℎ=� 2.75 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 × 0.01
7907.82 𝑁𝑁. 𝑚𝑚 ℎ=� 2750000 𝑃𝑃𝑃𝑃
ℎ = 0.054 𝑚𝑚 Maka, rangka penahan mempunyai ukuran lebar sebesar 1 cm dan panjang dibulatkan menjadi sebesar 6 cm. Rangka utama bagian bawah direncanakan menggunakan besi kotak dengan jenis kantilever. Bila rangka utama dikenakan beban momen sebesar 2635.94 N.m, maka tegangan tarik yang terjadi di pangkal batang pada rangka utama adalah 𝑀𝑀𝑀𝑀 1 1 𝐵𝐵 𝜎𝜎 = , dimana 𝐼𝐼 = 𝐵𝐵𝐵𝐵3 − 𝑏𝑏ℎ3 dan 𝑐𝑐 = 𝐼𝐼 2 12 12 Dikarenakan 𝐵𝐵 = 𝐻𝐻 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑏𝑏 = ℎ, maka 1 1 𝐼𝐼 = 𝐵𝐵4 − 𝑏𝑏4 (26) 12
𝜎𝜎 =
1
𝑀𝑀 × 4
𝐵𝐵 −
12
12
𝐵𝐵 2
1 4
12
𝑏𝑏
=
6𝑀𝑀 ×𝐵𝐵
(27)
𝐵𝐵4 − 𝑏𝑏4
Jika diketahui (𝛔𝛔B) sebesar 55 kg/mm2, dan safety factor (Sf) yang digunakan sebesar 4, dimana lebar (b) batang diambil 75 mm × 75 mm, maka tebal rangka (h) penahan dapat dihitung sebagai berikut. 𝜎𝜎𝐵𝐵 = 55 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚𝑚2 = 5.5 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜎𝜎𝑎𝑎 =
𝜎𝜎𝐵𝐵 5.5 × 108 𝑁𝑁/𝑚𝑚2 = = 1.375 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑆𝑆𝑓𝑓 4 Persamaan (27) dimasukan nilainya, sehingga
1.375 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃
×0.075 𝑚𝑚 = 6 × 2635.94 𝑁𝑁.𝑚𝑚 4 4
1.375 × 108 𝑃𝑃𝑃𝑃 =
0.075 −𝑏𝑏
1186.17 𝑁𝑁. 𝑚𝑚2 (3.16 × 10−5 ) − 𝑏𝑏4
(28)
26 3164.42 1.375 × 108 𝑏𝑏 = 0.0069 𝑚𝑚 Untuk mencari tebal besi kolom, digunakan rumus panjang besi bagian luar dibagi dengan panjang besi bagian dalam, kemudian dibagi dua, sehingga 𝐵𝐵 − 𝑏𝑏 𝑡𝑡 = 2 75 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 69 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 3 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑡𝑡 = 2 Maka, rangka penahan bagian bawah mempunyai ukuran lebar sebesar 7.5 cm × 7.5 cm dan tebal sebesar 3 mm. Desain strutural rangka dapat dilihat pada Gambar 28 berikut. 𝑏𝑏4 =
Gambar 28 Desain rangka
HASIL DAN PEMBAHASAN Kontruksi Mesin Penanam Bibit Nanas Pembuatan mesin penanam bibit nanas telah berhasil dibuat. Beberapa komponen utama seperti hopper, bagian penjatah, sistem transmisi, rangka, pembuka alur, pembumbun, dan pemadat tanah berfungsi dengan baik setelah dilakukan beberapa kali modifikasi. Gambar hasil rancang bangun mesin penanam bibit nanas dapat dilihat pada Gambar 29.
Gambar 29 Mesin penanam bibit nanas
27
Rangka Rangka dibuat dari besi kotak ukuran (p × l × t) sebesar 75 mm × 75 mm x 3 mm dapat menunjang seluruh komponen mesin. Ukuran 3 titik gandeng pada rangka sesuai dengan jenis traktor yaitu traktor New Holland TT55 dengan 3 titik gandeng tipe 2. Rancang bangun rangka mesin penanam nanas dapat dilihat pada Gambar 30.
Gambar 30 Rangka Pembuka Alur Batang pembuka alur dibuat dari besi plat dengan ketebalan 1 cm dan panjang 7 cm. Tinggi batang pembuka alur yaitu 60 cm. Pembuka alur dibuat dengan besi plat 3 mm yang memiliki lebar, panjang dan tinggi sebesar 15 cm, 30 cm dan 15 cm. Setelah dimodifikasi, tinggi pembuka alur sebesar 25 cm. Modifikasi dilakukan pada bagian batang pembuka alur sehingga mencapai kedalaman yang diinginkan. Selain itu, penambahan plat pada bagian bawah pembuka alur setinggi 10 cm, sehingga tanah yang sudah terbuka tidak masuk kembali kedalam alur tanam. Rancang bangun pembuka alur dapat dilihat pada Gambar 31 dan Gambar 32.
Gambar 31 Pembuka alur sebelum modifikasi
28
Gambar 32 Pembuka alur setelah modifikasi Pembumbun Desain pembumbun yaitu pembumbun dengan tipe piringan. Terdapat 2 buah pembumbun di sisi kiri dan kanan rangka. Batang pembumbun dibuat dari besi plat dengan ketebalan 1 cm dan lebar 6.5 cm. Tinggi batang pembumbun yakni sebesar 50 cm. Piringan pembumbun mempunyai diameter sebesar 30 cm dan tebal 3 mm. Modifikasi dilakukan pada batang pembumbun dengan menambahkan besi rangka penguat supaya tidak terjadi defleksi. Desain pembumbun dapat dilihat pada Gambar 33.
Gambar 33 Pembumbun setelah modifikasi Pemadat tanah Pemadat terbuat dari besi berbentuk pipa dengan diameter sebesar 32 cm dan tebal 5 mm. Batang pemadat terbuat dari besi plat dengan ketebalan 1 cm dan lebar 6.5 cm. Sudut batang pemadat yaitu 45o menyesuaikan dengan kemiringan bibit nanas. Desain pemadat tanah dapat dilihat pada Gambar 34.
29
Kinerja Mesin Secara umum, operator tidak kesulitan untuk mengambil bibit nanas dari hopper. Kecepatan mesin 1 km/jam dan putaran bagian penjatah 10 rpm, semua bibit dapat lolos dimasukkan ke bagian penjatah. Pada bagian penjatah, sebagian bibit nanas dengan bentuk batang bengkok, tersangkut pada plat penahan. Ketika bibit nanas melewati tabung penyalur, terjadi penumpukan bibit pada tabung penyalur. Hal tersebut dikarenakan ukuran bibit nanas yang terlalu panjang. Pada pengujian awal, tinggi bibit nanas berukuran rata-rata 40 cm. Bibit nanas seharusnya berukuran maksimal 30 cm. Hal tersebut dikarenakan jarak tanam antar bibit sebesar 25 cm. Beberapa bibit nanas lolos dari tabung penyalur, namun belum bisa berdiri dan masuk terbumbun ke dalam alur. Pada pengukuran jarak bibit yang terjatuh, didapatkan rata-rata jarak antar bibit sebesar 30 cm. Pada pengujian pertama, terjadi defleksi pada batang pembumbun bagian kiri. Selain itu, bagian bevel gear pada bagian penjatah tidak saling menempel, sehingga bagian penjatah tidak berputar. Selain itu, rantai roda transmisi selalu lepas dikarenakan rantai terkena buangan tanah tanah pembuka alur. Bagian penegak bibit tidak mampu menegakan bibit nanas dengan baik. Hal tersebut dikarenakan penegak bibit yang hanya mampu mengenai daun nanas tanpa mendorong bibit nanas. Modifikasi dilakukan sebelum pengujian kedua. Modifikasi dilakukan pada bagian pembuka alur, pembumbun, roda transmisi, plat penegak bibit dan bevel gear. Plat pembuka alur dibuat lebih tinggi, hal tersebut supaya tanah yang sudah dibuka tidak masuk kembali ke dalam alur. Selain itu, penambahan panjang batang pembuka alur untuk menambah kedalaman bukaan alur. Batang pembumbun yang mengalami defleksi diperkuat dengan penambahan besi pada bagian ujung batang. Pada roda transmisi, rantai roda ditutup dengan plat supaya rantai tidak terkena tanah yang menyebabkan rantai terlepas dari sproket. Bagian bevel gear dikuatkan dengan pengelasan pada salah satu gear dengan poros as. Penegak bibit ditambah lebar pada bagian ujung supaya bagian bibit nanas dapat terdorong. Bibit nanas dipotong untuk menghasilkan tinggi yang seragam. Penyeragaman dilakukan dengan tinggi rata-rata bibit nanas sebesar 30 cm. Pengujian kedua dilakukan pada lahan yang sudah diolah. Bibit nanas yang telah diseragamkan dapat lolos dari bagian penjatah kecuali bibit dengan batang
30 yang bengkok. Pengujian dilakukan pada dua alur tanam. Sebagian besar bibit nanas jatuh, namun hanya beberapa bibit yang tertanam baik. Hal tersebut dikarenakan ketika bibit nanas jatuh ke alur tanam, tanah dorongan pembumbun ke arah maju terlalu besar. Pembuka Alur Kedalaman dan lebar bukaan alur berpengaruh besar terhadap keberhasilan penanaman bibit nanas. Bukaan alur yang kurang dalam menyebabkan bibit nanas tidak tertanam dengan baik. Kedalaman bukaan alur pada rancangan pertama yaitu sebesar 10 cm. Pada ujicoba pertama, bukaan alur rata-rata hanya sebesar 8 cm. Kedalaman tersebut kurang mampu menanam bibit nanas dengan baik, sehingga dilakukan modifikasi lagi pada bagian pembuka alur. Modifikasi dilakukan pada bagian batang pembuka alur dengan menambahkan panjang supaya kedalaman bukaan alur lebih dalam lagi. Selain itu, modifikasi dilakukan pada bagian bawah pembuka alur. Plat pembuka alur ditambah tingginya supaya tanah tidak kembali masuk ke dalam alur yang telah dibuka. Data hasil ujicoba bukaan alur setelah modifikasi dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Kedalaman dan lebar bukaan alur No Sampel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata
Kedalaman (cm) 15 16 15 14 13.5 13 15.5 15.5 11 12.5 14.1
Lebar (cm) 14.5 13 15 14.5 14.5 15 14 14 15.5 15 14.5
Berdasarkan tabel tersebut, kedalaman bukaan alur rata-rata didapatkan sebesar 14.1 cm dan lebar sebesar 14.5 cm. Kedalaman dan lebar tersebut sudah sesuai dengan karakteristik bibit nanas (Gambar 35).
Gambar 35 Bentuk bukaan alur
31
Pada percobaan ke dua, batang pembuka alur mengalami defleksi ke arah kanan. Hal tersebut dikarenakan pada modifikasi pada bagian penutup sistem transmisi roda. Tanah hasil bukaan alur di samping kiri pembuka alur tidak terbuang ke samping. Sehingga tanah hasil bukaan alur menumpuk dan mendorong ke arah kanan pembuka alur. Alternatif supaya batang pembuka alur tidak bengkok yaitu memindahkan posisi pembuka alur, baik itu ditarik maju ataupun ditarik mundur. Selain itu, penambahan tebal pada bantang pembuka alur merupakan alternatif lain supaya batang pembuka alur menjadi lebih kuat. Gambar 36 menunjukan posisi pembuka alur dan penutup rantai roda transmisi.
Gambar 36 Penutup rantai roda transmisi (kanan) dan pembuka alur (kiri) Pembumbun Mesin penanam nanas menggunakan pembumbun tipe piringan yang berfungsi untuk membumbun bibit yang telah masuk ke dalam alur tanam. Tanah bumbunan yang berfungsi dengan baik dapat menegakkan bibit nanas dengan baik juga. Selain itu, jarak antara pembumbun kiri dan kanan sangat berpengaruh terhadap hasil bumbunan. Jenis dan kondisi tanah juga berpengaruh terhadap tanah bumbunan. Tanah yang terlalu lengket, menyebabkan pembumbun kurang berfungsi optimal. Pada tanah lengket, fungsi scrapper sangat diperlukan untuk melepaskan tanah yang menempel pada piringan pembumbun. Foto melintang hasil bumbunan dan tanah yang telah terbumbun dapat dilihat pada Gambar 37. Sedangkan data pengukuran bumbunan tanah dapat dilihat pada Tabel 6.
Gambar 37 Foto melintang hasil bumbunan
32 Tabel 6 Pengukuran bumbunan tanah No sampel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-rata
Lebar atas (cm) 10 8 7 9 8 10 9 8 7 6 8.2
Lebar bawah (cm) 20 15 15 18 15 17 18 17 16 16 16.7
Tinggi (cm) 10 7 8 10 8 8 10 10 11 9 9.1
Dari tabel tersebut, didapat rata-rata tinggi bumbunan yaitu 9.1 cm. Bumbunan tanah dengan tinggi 9 cm dapat menutup ¾ dari tinggi bibit nanas. Ketinggian tersebut sudah bisa menutup bibit nanas yang telah tertanam kembali ke dalam alur.
Gambra 38 Batang pembumbun setelah modifikasi Pada percobaan pertama, defleksi terjadi pada bagian batang pembumbun bagian kiri. Hal tersebut dikarenakan luasan batang pembumbun yang dikenai gaya tekan terlalu besar sehingga terjadi defleksi. Selain itu juga, pada batang pembumbun tidak dibuat rangka penguat. Pada modifikasi selanjutnya, sisi batang pembumbun diberi besi penguat supaya tidak terjadi defleksi. Foto batang pembumbun setelah modifikasi dapat dilihat pada Gambar 38. Pemadat Tanah Uji fungsional pemadat tanah dilakukan dengan mengetahui densitas atau kerapatan isi tanah antara tanah yang belum terpadatkan pada bagian samping alur dan tanah yang telah dipadatkan oleh roda pemadat. Data hasil ujicoba pemadatan tanah dapat dilihat pada Lampiran 4. Tanah hasil padatan tanah dapat dilihat pada Gambar 39.
33
Berdasarkan pengujian, rata-rata densitas tanah yang telah dipadatkan oleh pemadat tanah yaitu sebesar 0.78 g/cm3. Sedangkan tanah asli yang berada di alur samping memiliki densitas sebesar 0.75 g/cm3. Nilai densitas yang tidak terlalu berbeda jauh menunjukan bahwa tanah kembali terpadatkan seperti kondisi tanah semula.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Beberapa komponen mesin penanam bibit nanas dengan tenaga tarik traktor roda empat, yang terdiri dari: bagian pembuka alur, piringan pembumbun tanah dan roda pemadat tanah, telah berhasil dirancang, dibuat dan diuji. Bagian pembuka alur tanam tipe shoe berfungsi dengan baik yaitu mampu membuat alur dengan lebar rata-rata 14.5 cm dan kedalaman 14.1 cm. Bagian pembumbun berbentuk piringan dipasang di sisi kiri dan kanan alur, berfungsi baik dan mampu membumbun tanah dengan ketinggian bumbunan rata-rata 9 cm. Bagian pemadat tanah berbentuk roda dipasang miring 45o di sisi kiri dan kanan alur, mampu memadatkan kembali tanah bumbunan dengan tingkat berat isi tanah rata-rata 0.78 g/cm3. Saran Untuk meningkatkan kinerja mesin penanam, beberapa bagian perlu diperkuat lagi konstruksinya, yaitu: batang pembuka alur dan batang piringan pembumbun. Untuk menghindari terperangkapnya tanah bumbunan di antara piringan, maka perlu dicoba alternatif pembumbun tipe singkal. Agar tanah bumbunan dapat dipadatkan kembali, maka batang roda pemadat perlu disesuaikan lagi tingginya agar saat mesin beroperasi, sebagian besar bobot mesin ditumpu oleh roda pemadat.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada PT Great Giant Pineapple Company (PT GGPC) yang telah bersedia membantu dalam
34 terwujudnya pembuatan mesin penanam nanas. Ucapan terima kasih khususnya penulis sampaikan kepada Ir Kustanto bagian Project Managemen Office (PMO) di PT GGP yang terus memberikan bimbingan berupa saran dan masukannya kepada penulis. Semoga mesin yang telah dirancang dan dibuat dapat memberi manfaat dan nilai lebih dalam hal mekanisasi terutama pada penanaman bibit nanas di PT GGP.
DAFTAR PUSTAKA Altuntas E, Ozgoz EO, Taser F, Tekelioglu O. 2006. Assessment of Different Types Furrow Openers Using a Full Automatic Planter. Tokat Turkey (TR): Departement of Agricultural Machinery, Faculty Agriculture, Gaziosmanpasa University, 60240. Alkemade AJC, Herenweg, Noordwijk. 1974. Planting Machine for Planting Potted Plants, Bulbs, Tubers and the Like. United States (US): United States Patent. Anonim. 2013. Mechanical Transplanter Model 5000 WDB3. [diacu 20 Januari 2013]. Tersedia dari: http://www.mechanicaltransplanter.com/cellveg.html Deptan. 2004. Pedoman Sistem Jaminan Mutu Melalui Standar Prosedur Operasional (SPO) Nanas Kabupaten Subang. Jakarta (ID): Dirjen Tanaman Buah.. Didin. 2009. Identifikasi Faktor-faktor yang Mempengaruhi Ketidakseragaman Ukuran Buah Nanas (Ananas comosus L. Merr) di Kebun Nanas PT Great Giant Pineapple, Terbanggi Besar, Lampung Tengah. [skripsi] Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Gebresenbe G dan Johnson HJ. 1992. Performance of Seed Drill Coulters in Relation to Speed, Depth and Rake Angle. Journal of Agricultural Engineering Research, 52, 121-145. Gill WR, Berg GEV. 1968. Soil Dynamic in Tillage and Traction. Agric.Res.Service. U.S.A: Departetment of Agriculture. Grisso R. Holshousher D. and Pitman R. 2009. Equipment Considerations for Notill Soybean Seeding. Virginia State, Petersburg (US): Virginia Cooperative Extension, Virginia Polytechnic Institute and State University . Hapton, A. And Hodgson, AS. 2003. Processing. In Bartholomew D.P, R.E Paul and K. G Rohrbach (Eds). The Pineapple : Botany, Production, and Uses. New York (US): CAB International Publishing. Lisdiana dan Soemadi W. 1997. Budidaya Nanas, Pengolahan dan Pemasaran. Semarang (ID): Aneka Ilmu. McKyes E. 1985. Soil Cutting and Tillage. Amsterdam, Netherlands (NL): Elsevier Science Publishers. Morine CV, Wahiawa, Oahu. 1953. Transplanting Machine. United States (US): California Packing Corporation. Mushoffa AA. 2006. Disain Ditcher untuk Saluran Drainase pada Budidaya Tanaman Tebu Lahan Kering. [Skripsi] Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Ochse. 1953. Dari Hasil Nanas. Djakarta (ID): Balai Pustaka.
35 Santosa. 1994. Studi Nilai Draft Spesifik Tanah dengan Berbagai Metoda. Buletin Enjiniring Pertanian, Vol. 1, No. 3, Okt, 1994 : 8-14. Setiawan RPA. 1984. Rancangan dan Uji Coba Mesin Penanam Stek Singkong (Cassava Planter) Tenaga Tarik Traktor. [skripsi] Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Saktiaji PE. 2012. Aplikasi Mesin dalam Pemanenan dan Pengolahan Nanas di PT Great Giant Pineapple. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Samson JA. 1980. Tropical Fruits. London and New York (US): Longman. Setiawan D. 2012. Pengolahan Tanah. [diacu 20 Januari 2012]. Tersedia dari: http://blog.ub.ac.id/dwisetiawantep/2012/12/05/pengolahan-tanah/ Smith LA and Williford JR. 1988. Power Requirements of Conventional, Triplex, and Parabolic Subsoiler. Transactions of the ASAE 3196): 1685-1688 Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1993. Enginering Principles of Agricultural Machines. ASAE Texbook Number 6, American Society of Agriculutural Engineers. Srivastava AK, Georing CE and Rohrbach RP. 1996. Engineering Principles of Agricultural Machines. ASAE, America. Sularso, Suga K. 1978. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta (ID): PT Pradnya Paramita. Tupper, G.R. 1997. Low Till Parabolic Subsoiler: A New Design for Reduce Soil Surface Disturbance and Power Requirement. Bulletin 858. Miss. Agric and Forestry Exp. Sta. Miss. State Mississippi. 3p. William RG, Glen EVB. 1967. Soil Dynamics in Tillage and Traction. United State Departement of Agriculture (US): Agricultural Research Service.
36 Lampiran 1 Tahanan penetrasi di kebun percobaan Siswadhi Soepardjo Ulangan
Kedalaman (cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5 cm 10 cm 15 cm 20 cm
26 28 30 50
34 38 48 50
30 32 40 48
32 34 34 36
28 30 30 48
36 38 42 48
22 30 34 40
20 28 34 42
28 36 38 38
20 40 44 50
Rata-rata (kgf) 27.6 33.4 37.4 45
Diameter x tinggi kerucut penetrometer = 1,5 cm x 3 cm, massa penetrometer = 1.90 kgf
37 Lampiran 2 Tahanan penetrasi di kebun tanam PT GGP Ulangan
Kedalaman (cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5 cm 10 cm 15 cm 20 cm
20 50 36 50
12 18 30 32
10 16 50 50
10 20 26 34
10 16 30 34
10 20 22 34
14 40 50 30
20 50 50 44
10 20 50 40
10 16 38 50
Rata-rata (kgf) 12.6 22.6 38.2 39.8
Diameter x tinggi kerucut penetrometer = 1,5 cm x 3 cm, massa penetrometer = 1.90 kgf
38 Lampiran 3 Perhitungan draft spesifik tanah berdasarkan tahanan penetrasi Dalam menghitung nilai draft spesifik tanah (Dst), dibutuhkan beberapa data yaitu nilai tahanan penetrasi, kandungan liat (clay) tanah, dan cone index tanah. Diketahui nilai rata-rata tahanan tanah di kebun tanam PT GGP sebesar 29.3 kg/cm2 dan nilai kandungan liat tanah yang digunakan sebesar 80% (Prasetyo dan Suharta, 2000). Cone index (Ci) diukur dengan menggunakan penetrometer. Pengukuran dilakukan pada kedalaman 5 cm, 10 cm, dan 15 cm. Pengukuran tersebut dilakukan pada tiga jenis tanah. Rumus yang digunakan : F Ci = 2 (1) d Dengan Ci = cone index (kg/cm2), F = gaya tekan pada tanah (kg), dan D = diameter alas kerucut penetrometer (cm). Diketahui: F = 29.3 D = 2 cm F Ci = (2) (d ) 2 (29.3)kgf Ci = (2cm) 2 Ci = 14.65 kgf/cm 2 Dengan menggunakan Fomula Kisu (1972) dalam Santosa (1994a), Santosa (1994b) dan Santosa (2005a), maka nilai draft spesifik tanah secara berturut – turut dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 3, 4 dan 5. IP = 0,8 × c - 4,5 (3) Dengan IP adalah index plastisitas tanah (%), dan c adalah kandungan liat (clay dalam %). Diket: C = 80%, Maka, IP= (0.8 x 80) – 4.5 = 59.5 Dst =
2
ci 1 + 600 ci
(4)
Dengan Dst adalah draft spesifik tanah yang dimodifikasi dengan indeks plastisitas tanah (kg/cm2), dan Ci adalah cone index (kg/cm2). Diket: Ci= 9.3 kg/cm2
Dst =
14.652 1 + 600 14.65
= 0.43 kfg/cm2
Ds =
80 × Dst 75,5−IP
(5)
Dengan : Ds adalah draft spesifik tanah (kgf/cm2).
Ds =
80×0.43 75,5−59.5
= 2.15 kg/cm2 Jadi, didapatkan nilai draft spesifik tanah di Lampung sebesar 2.15 kg/cm2.
Lampiran 4 Data padatan alur berdasarkan nilai densitas tanah Sampel
1 2 3 4 5
No Ring A B A B A B A B A B
Vol. Ring (cm3) 98.21 98.21 98.21 98.21 98.21 98.21 98.21 98.21 98.21 98.21
Ring + Tanah Basah (g) 139.2 150.1 178 163.8 137.1 153.8 146.5 180.7 171.2 148.6
Ring + Tanah Kering (g) 120.6 127.4 148.4 135.3 114.4 133.9 126.3 153.2 140.8 124
A: Sampel tanah disamping alur ; B:sampel tanah dalam alur
Ring Kosong (g) 56.6 55.5 56.1 55.7 56.6 61.6 56.3 59.9 55.8 56.6
Massa Tanah Basah (g) 82.6 94.6 121.9 108.1 80.5 92.2 90.2 120.8 115.4 92
Massa Tanah Kering (g) 64 71.9 92.3 79.6 57.8 72.3 70 93.3 85 67.4
Kadar Air (%) 77.48 76.00 75.72 73.64 71.80 78.42 77.61 77.24 73.66 73.26
Kerapatan Isi Tanah (g/cm3) 0.65 0.73 0.93 0.81 0.59 0.74 0.71 0.95 0.87 0.69
2 Lampiran 5 Spesifikasi traktor New Holland TT55
Nama traktor
Tipe
Daya mesin
PTO
New Holland
TT55
55.1 hp
47 hp
Spesifikasi traktor Jumlah silinder Kapasitas bahan bakar 3
88.9 liter
3-point hitch Tipe Daya angkat 2 1339 kg
Wheel base 200 cm
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Iwan Suwandi dilahirkan di Sumedang, 26 Januari 1991. Penulis merupakan anak sulung dari 4 laki-laki bersaudara dari Bapak Ade Sujana dan Ibu Ningsih. Penulis menyelesaikan pendidikannya di SMA Negeri 1 Sumedang pada tahun 2009. Pada tahun yang sama juga, penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor Departemen Teknik Pertanian (sekarang bernama Departemen Teknik Mesin dan Biosistem) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif menjadi asisten praktikum di beberapa mata kuliah, diantaranya Gambar Teknik pada tahun ajaran 2011/2012 dan 2012/2013, Motor dan Tenaga Pertanian tahun ajaran 2012/2013, Teknik Mesin dan Budidaya Pertanian tahun ajaran 2012/2013. Diluar bidang akademik, penulis mengikuti organisasi Engineering Desain Club (EDC) pada tahun 2011 sampai dengan tahun 2013. Penulis pun aktif mengikuti organisasi mahasiswa daerah (OMDA) Warga Pelajar dan Mahasiswa Lingga (WAPEMALA) dimulai tahun 2009. Penulis juga pernah melaksanakan Praktik Lapangan selama 40 hari kerja di PT PG Rajawali II Unit PG Jatitujuh dengan judul Aplikasi Mesin dalam Budidaya Tebu dan Pengolahan Gula di PT PG Rajawali II Unit PG Jatitujuh.
