RANCANGBANGUN DAN UJI FUNGSIONAL APLIKATOR PUPUK GRANULAR TIPE TUGAL UNTUK TANAMAN BUAH
BAGDO DWI NUGROHO
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK BAGDO DWI NUGROHO. Rancangbangun dan Uji Fungsional Aplikator Pupuk Granular Tipe Tugal untuk Tanaman Buah. Dibimbing oleh Agus Sutejo. Disain aplikator diperlukan untuk meningkatkan efisiensi pekerjaan dan tidak memakan banyak energi dan waktu. Aplikator yang dibuat bertipe tugal. Aplikator tipe tugal sebelumnya hanya untuk tanaman pangan seperti kedelai, jagung dan lainnya, sehingga pupuk yang dapat ditampung hanya dalam jumlah kecil dan kedalaman pemupukan berkisar 7 sampai 10 cm, oleh karena itu pada aplikator ini di lengkapi dengan kotak pupuk yang mampu menampung pupuk dalam jumlah besar dan dilengkapi oleh pedal penekan agar mendapatkan kedalaman tanah yang maksimal. Pembuatan aplikator dilakukan dengan cara melakukan rancangan percobaan yang meliputi pemilihan bahan, perlakuan terhadap bahan, kesalahan yang mungkin terjadi dan pengendaliannya pada saat konstruksi, rumus-rumus yang digunakan dalam perancangan alat dan uji yang dilakukan untuk mencapai tujuan, kemudian dilakukan pendekatan disain yang meliputi rancangan fungsional, rancangan struktural dan analisis teknik. Tahap pembuatan konstruksi dilakukan setelah rancangan percobaan dan pendekatan disain selesai di lakukan.uji fungsional dilakukan untuk mengetahui aplikator yang dibuat dapat bekerja atau tidak. Berat aplikator dalam keadaan kosong dari hasil konstruksi diperoleh sebesar 51.65 N, massa pupuk maksimum yang dapat ditampung sebesar 12.79 kg, kebutuhan luasan total stainless steel adalah 0.12 m2 dan kebutuhan panjang aluminium adalah 6 m. Rata-rata keluaran pupuk yang didapat dari pengujian tanpa lahan sebesar 60.33 gram dan rata-rata kedalaman tugal yang didapat pada saat pengujian adalah 16.25 cm dan waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk sekali penugalan dengan jarak penugalan 20 cm adalah 8.125 detik. Laju energi yang terpakai pada saat penugalan adalah 2.493 kkal/menit. Aplikator yang dibuat dapat bekerja pada mekanisme penyaluran pupuk, tetapi pada badan tugal 2 kurang dapat bekerja. Aplikator ini hanya dapat digunakan pada lahan yang gembur.
i
RANCANGBANGUN DAN UJI FUNGSIONAL APLIKATOR PUPUK GRANULAR TIPE TUGAL UNTUK TANAMAN BUAH
BAGDO DWI NUGROHO
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Pertanian
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ii
Judul Skripsi : Rancangbangun dan Uji Fungsional Aplikator Pupuk Granular Tipe Tugal untuk Tanaman Buah Nama
: Bagdo Dwi Nugroho
NIM
: F14102134
Disetujui
Ir. Agus Sutejo, MSi Dosen Pembimbing
Diketahui
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian
Tanggal Lulus :
Februari 2007
iii
PRAKATA Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala ridho, berkat, rahmat, kekuatan, perlindungan dan pertolongan yang telah diberikan-Nya kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2006 ini adalah disain, dengan judul Rancang Bangun dan Uji Fungsional Aplikator Pupuk Granular Tipe Tugal untuk Tanaman Buah. Skripsi ini disusun atas kerja sama dan bimbingan orang-orang yang telah membantu penulis selama penyusunan. Kepada mereka penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya: 1. Bapak Ir.Agus Sutejo, MSi, selaku dosen pembimbing akademik dan dosen penguji yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi ini. 2. Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, MAgr. dan Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, MSi, sebagai dosen penguji yang telah memberikan arahan dan saran dalam penyusunan Skripsi. 3. Ibu, Bapak, kakak dan adik penulis yang telah dan selalu memberikan kasih sayang, perhatian, jerih payah, segala dukungan, bantuan dan doanya. 4. Titin Nuryawati bantuan dan dukungan selama penulis menyelesaikan skripsi. 5. CV. Daud Teknik Maju crew, pak parma dan mas andri (ergo staff) atas bantuannya selama pembuatan dan pengujian alat pada saat penelitian. 6. Prima, Delly, Sofyan, Basuki, Armiastho, Bayu, Agung, sans, han2 dan ichan yang selalu memberikan semangat. Besar harapan penulis Skripsi ini dapat bermanfaat. Bogor,
Februari 2007
Bagdo Dwi Nugroho
iv
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di kota Jakarta pada tanggal 29 Juni 1984 dari ayah Rusyanto dan ibu Retno Sukaesih. Penulis adalah anak kedua dari tiga bersaudara. Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 99 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk IPB melaui jalur SPMB. Penulis memilih SubProgram Studi Teknik Mesin Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten matakuliah Gambar Teknik dan Ilmu Ukur Wilayah pada tahun ajaran 2004/2005 dan tahun ajaran 2005/2006, matakuliah Motor Bakar dan Tenaga Pertanian pada tahun ajaran 2005/2006 dan matakuliah Perbengkelan pada tahun ajaran 2006/2007. Pada tahun 2005/2006 penulis melaksanakan praktek lapangannya di PT Frisian Flag Indonesia plant Ciracas, dan menghasilkan karya tulisnya berupa Laporan Praktek Lapangan dengan judul ” Mempelajari proses pembuatan susu liquid UHT carton pack di PT. FRISIAN FLAG INDONESIA plant CIRACAS “.
v
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... ix PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 Latar Belakang .................................................................................................... 1 Tujuan ................................................................................................................. 2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 3 Tanaman Buah .................................................................................................... 3 Pemupukan .......................................................................................................... 5 Disain (Perancangan) .......................................................................................... 8 Ergonomika ......................................................................................................... 9 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 13 Waktu dan Tempat Pelaksanaan ....................................................................... 13 Bahan dan Peralatan .......................................................................................... 13 Rancangan Percobaan ....................................................................................... 14 Metode Penelitian.............................................................................................. 16 PENDEKATAN DISAIN ..................................................................................... 17 Kriteria Disain ................................................................................................... 17 Rancangan Fungsional ...................................................................................... 17 Rancangan Struktural ........................................................................................ 18 Analisis Teknik ................................................................................................. 23 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 32 Massa Pupuk ..................................................................................................... 32 Perancangan ...................................................................................................... 33 Pembuatan Konstruksi ...................................................................................... 35 Uji Fungsional ................................................................................................... 37 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 41 Kesimpulan ....................................................................................................... 41 Saran .................................................................................................................. 41 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 42 LAMPIRAN .......................................................................................................... 43
vi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1 Dosis pemupukan tanaman apel dan waktu pemberiannya ....................... 3 Tabel 2 Dosis pemupukan tanaman cokelat dan waktu pemberiannya................... 4 Tabel 3 Dosis pemupukan tanaman kopi dan waktu pemberiannya ....................... 4 Tabel 4 Dosis pemberian pupuk untuk tanaman Jeruk dengan dosis...................... 4 Tabel 5 Kadar unsur hara yang diserap beberapa jenis tanaman dalam bentuk hasil produksi........................................................................................... 6 Tabel 6 Dosis dan jadwal pemberian pupuk N untuk beberapa jenis tanaman....... 6 Tabel 7 Kuantitas zat hara tanah yang dihisap oleh tanaman per ha luas tanam .... 7 Tabel 8 Dosis dan jadwal pemberian pupuk P2O5 untuk beberapa jenis tanaman .. 8 Tabel 9 Besar penyaluran tenaga mekanis manusia (t dalam detik) ..................... 10 Tabel 10 Data anthropometri orang Indonesia persentil 50 .................................. 11 Tabel 11 Tingkat kerja fisik rata-rata untuk orang Indonesia yang diukur berdasarkan tingkat penggunaan energi (untuk pria dewasa sehat) ...... 12 Tabel 12 Massa jenis pupuk berdasarkan volume................................................. 32 Tabel 13 Diameter butiran pupuk ......................................................................... 32 Tabel 14 Dosis dan jadwal pemberian pupuk NPK 15-15-15 untuk beberapa jenis tanaman.................................................................................................. 33 Tabel 15 Data berat rata-rata yang dapat diangkat oleh tangan ............................ 34 Tabel 16 Berat aplikator per komponen ................................................................ 35 Tabel 17 Perbandingan berat aplikator per komponen hasil perancangan dan konstruksi .............................................................................................. 36 Tabel 18 Data operator .......................................................................................... 37 Tabel 19 Data hasil uji keluaran pupuk tanpa lahan ............................................. 38 Tabel 20 Data hasil uji kedalaman tugal pada lahan diolah .................................. 38 Tabel 21 Data uji denyut jantung tanpa beban ...................................................... 39 Tabel 22 Data uji denyut jantung dengan beban ................................................... 39
vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1 Bagan proses perancangan. .................................................................... 9 Gambar 2 Bagan rancangan percobaan (kiri) dan diagram alir perancangan aplikator (kanan)................................................................................. 15 Gambar 3 Rancangan tas penampung. .................................................................. 19 Gambar 4 Rancangan badan tugal 1. .................................................................... 21 Gambar 5 Rancangan badan tugal 2. .................................................................... 22 Gambar 6 Rancangan mekanisme 1. ..................................................................... 22 Gambar 7 Rancangan mekanisme 2. ..................................................................... 22 Gambar 8 Rancangan mata tugal. ......................................................................... 23 Gambar 9 Mekanisme penyaluran pupuk. ............................................................ 31 Gambar 10 Badan tugal......................................................................................... 36 Gambar 11 Tas Penampung. ................................................................................. 37 Gambar 12 Grafik hubungan antara dayasteptest dengan IRHRsteptest....................... 40
viii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Cara perhitungan pada analisis teknik ............................................... 43 Lampiran 2 Sifat-sifat bahan polystyrene ............................................................. 48 Lampiran 3 Gambar rancangan alat dan dimensinya ............................................ 50 Lampiran 4 Foto hasil pengujian........................................................................... 59
ix
PENDAHULUAN Latar Belakang Buah-buahan merupakan salah satu makanan yang sangat penting dan digemari oleh masyarakat luas. Hal itu karena di dalam buah terdapat nutrisi yang sangat dibutuhkan oleh tubuh manusia seperti vitamin, mineral, air, protein, lemak dan antioksidan. Untuk mencapai kondisi masyarakat yang sehat maka setiap kepala harus mengkonsumsi sedikitnya 32.6 kg buah per tahun (Saptarini et al., 2002). Agar tanaman dapat menghasilkan buah yang banyak dan bermutu baik maka tidak lepas dari 4 faktor yang mempengaruhinya yaitu: tanaman yang ditanam merupakan bibit unggul, makroklimat tanaman terpenuhi, mikroklimat tanaman terpenuhi dan keadaan tanaman sehat atau sudah dewasa. Apabila ke-4 faktor tersebut terpenuhi maka perlu dilakukan perlakuan tertentu agar tanaman cepat tumbuh, salah satu caranya adalah dengan cara memberi pupuk yang sesuai dan tepat ke tanaman. Pemupukan adalah salah satu upaya untuk mengganti unsur hara dalam tanah yang terserap oleh tanaman. Pemberian pupuk pada tanaman dapat diberikan dalam beberapa cara, salah satunya dengan memberikan pupuk hingga akar. Pemberian pupuk melalui akar pada tanaman buah memerlukan kedalaman berkisar 15 sampai 25 cm, hal ini dikarenakan sebagian besar tanaman buah berakar tunggang seperti tanaman jeruk, tanaman Jambu dan tanaman lainnya. Selain itu juga agar pupuk yang diberikan hanya terserap oleh tanaman buah dan tidak terserap oleh gulma disekitar tanaman yang memiliki akar yang pendek. Pemberian pupuk untuk tanaman buah umumnya masih dilakukan secara sederhana yaitu dengan membuat lubang mengitari tanaman dengan cangkul, sehingga memerlukan energi yang cukup besar. Disain aplikator diperlukan untuk meningkatkan efisiensi pekerjaan dan tidak memakan banyak energi dan waktu. Aplikator yang dibuat ini bertipe tugal. Aplikator tipe tugal sebelumnya hanya untuk tanaman pangan seperti kedelai, jagung dan lainnya, sehingga pupuk yang dapat ditampung hanya dalam jumlah kecil dan kedalaman pemupukan berkisar 7 sampai 10 cm, oleh karena itu pada aplikator ini di lengkapi dengan kotak pupuk yang mampu menampung pupuk
dalam jumlah besar dan dilengkapi oleh pedal penekan agar mendapatkan kedalaman tanah yang maksimal. Tujuan Tujuan umum dari penelitian ini adalah mendisain aplikator pupuk granular untuk tanaman buah (aplikator tipe tugal). Tujuan khusus dari penelitian ini yaitu: 1. Merancang mekanisme dari aplikator dan bentuk alat. 2. Membuat aplikator. 3. Melakukan uji fungsional aplikator pada skala laboratorium dan menganalisa data hasil uji fungsional.
2
TINJAUAN PUSTAKA Tanaman Buah Pemupukan pada tanaman apel dilakukan dengan menyebar pupuk di sekeliling tanaman pada kedalaman ± 20 cm sejauh lebar daun, lalu ditutup tanah dan diairi. Adapun dosis pupuk yang diberikan disajikan pada Tabel 1 (PT Pupuk Sriwijaya dalam Trubus, 1998). Pemberian pupuk buatan pada tanaman cokelat, dilakukan per tahun dengan kedalaman pupuk 10 cm dengan melingkari pohon (Sutedjo, 1994). Dosis pupuk yang diberikan untuk cokelat disajikan pada Tabel 2, sedangkan untuk tanaman kopi disajikan pada Tabel 3. Pemberian pupuk buatan pada tanaman jeruk, diberikan dengan dosis gram/tanaman setiap bulan dengan kedalaman lubang tanam 25 cm. (Warintek.com, 7-12-2005). Dosis pupuk yang diberikan pada tanaman jeruk dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 1 Dosis pemupukan tanaman apel dan waktu pemberiannya Umur
Urea (g/pohon)
TSP (g/pohon)
KCL (g/pohon)
Pupuk kandang (20 l/pohon)
Waktu tanam 2 bulan 4 bulan 6 bulan 1 tahun 1.5 tahun 2 tahun 2.5 tahun 3 tahun 3.5 tahun 4 tahun 4.5 tahun 5 tahun
-
-
-
2
25 25 50 35 50 65 85 85 100 100 130 130
35 50 65 85 85 100 100 130 130
25 40 50 65 65 75 75 100 100
5.5 tahun
175 - 350
175 - 350
130 - 300
2 2 2 2 2 2 (tiap tahun)
Sumber: PT Pupuk Sriwijaya dalam Trubus, Jakarta, 1998.
3
Tabel 2 Dosis pemupukan tanaman cokelat dan waktu pemberiannya Jenis pupuk yang perlu diberikan per pohon
Umur (tahun)
N (ZA)
P (DS)
K (KCL)
1
2 x 25 gram
2 x 12.5 gram
2 x 12.5 gram
2
2 x 50 gram
2 x 25 gram
2 x 25 gram
3
2 x 100 gram
2 x 50 gram
2 x 50 gram
4
2 x 200 gram
2 x 100 gram
2 x 100 gram
5
2 x 250 gram
2 x 125 gram
2 x 125 gram
6
dst. Sama dengan pemupukan bagi tahun ke-5
Sumber: Sutedjo, 1994.
Tabel 3 Dosis pemupukan tanaman kopi dan waktu pemberiannya Umur (tahun)
Jumlah dosis pupuk per tahun per tanaman (g) N
P2O5
K2O
UREA
DS
ZK
1
20
20
20
50
50
40
2
40
40
40
100
100
80
3
60
40
60
150
100
120
4
80
40
80
200
100
160
5 - 10
120
60
120
300
150
240
10 dst.
160
80
160
400
200
320
Sumber: Sutedjo, 1994.
Tabel 4 Dosis pemberian pupuk untuk tanaman Jeruk dengan dosis Bulan
Urea
ZA
TSP
ZK
Dolomit
1
100
200
25
100
20
2
200
400
50
200
40
3
300
600
75
300
60
4
400
800
100
400
80
5
500
1000
125
500
100
6
600
1200
150
600
120
7
700
1400
175
700
140
8
800
1600
200
800
160
>8
>1000
2000
200
800
200
Sumber: Warintek.com 7-12-2005.
4
Pemupukan Fungsi pupuk pada tanaman sama seperti fungsi makanan pada manusia. Oleh tanaman, pupuk digunakan untuk hidup, tumbuh dan berkembang (Marsono et al., 2001). Pemupukan yang teratur diperlukan agar tanaman memperoleh hara dari tanah dalam jumlah lengkap dan cukup. Tanaman yang kebutuhan haranya tercukupi dan lengkap unsur-unsurnya akan tumbuh pesat, sehat, lekas dewasa, cepat berbuah dengan hasil produktif (Saptarini et al., 2002). Kadar unsur hara dalam suatu dosis pemberian pupuk untuk beberapa tanaman dapat dilihat pada Tabel 5 sampai Tabel 8. Pendapat yang mengatakan bahwa tujuan dari setiap usaha pertanian adalah untuk
memperoleh
hasil
pertanian
yang
sebanyak-banyaknya
tanpa
memperhatikan keadaan kesuburan tanah yang diakibatkannya, adalah pendapat yang keliru. Sebabnya adalah hal ini hanya akan mengakibatkan keadaan tanah semakin merosot (Sarief dalam Mulyani, 1994). Hasil dan kualitas dari panen seorang petani dapat berkembang tergantung pada tanah dan partikel dari jumlah nutrisi (makanan untuk tanaman) yang ditemukan di dalam tanah. Tanah yang biasa ditanami, sering memiliki sedikit makanan untuk tanaman, karena itu pemupukan dan perawatan sangat dibutuhkan (Macdonald dan Low dalam Mulyani, 1994). Pupuk butiran (granular) biasanya diberi dengan cara sebagai berikut: 1). Disebar di permukaan tanah, 2). Ditempatkan secara dalam, 3). Disebar dan dicampur dengan tanah, 4). Diberikan bersamaan dengan penanaman, 5). Diberikan secara side dressing application dan 6). Di-drill ke dalam tanah (Daywin et al., 1993).
5
Tabel 5 Kadar unsur hara yang diserap beberapa jenis tanaman dalam bentuk hasil produksi Jenis Tanaman
Produksi
Zat/Unsur yang diserap Tanaman
(Kg/Ha)
N
P2O5
K2
CaO
MgO
Padi
2 500
23
12
12
2
4
Jagung
2 200
27
13
12
1
4
Ubi kayu
59 000
42
64
350
60
31
Kedelai
1 100
101
-
48
-
-
Kacang Tanah
1 100
45
24
61
-
-
Kentang
10 000
35
16
60
45
-
Kelapa
15 000
34
6
80
7
5
Kopi
700
24
4
34
4
3
Karet
4 000
9
4
7
600
12
6
8
-
13
-
-
194
108
41
277
420
-
Kakao Tembakau Agave
1 000 120 000
-
2
4
Sumber: Marsono et al., 2001.
Tabel 6 Dosis dan jadwal pemberian pupuk N untuk beberapa jenis tanaman Jenis tanaman
Dosis N/ha
Waktu pemberian
Jeruk
50 - 70
Diberikan awal dan akhir musim hujan.
Melon
80 - 100
Diberikan pada umur 40 hari
Semangka
70 - 80
Waktu tanam
Apel
50 - 70
Awal dan akhir musim hujan
Bawang merah
75 - 160
Diberikan dua kali
Bawang putih
80 - 160
Diberikan dua kali
Tomat
35 - 50
Diberikan dua kali
Kacang panjang
15 - 20
Waktu tanam
Cabai
40 - 90
Diberikan dua kali
Cengkeh
60 - 80
Awal dan akhir musim hujan
Cokelat
70 - 100
Awal dan akhir musim hujan
Tebu
90 - 180
Diberikan dua kali
Sumber: Lingga, 1998
6
Tabel 7 Kuantitas zat hara tanah yang dihisap oleh tanaman per ha luas tanam Zat yang dihisap setiap kg/ha Jenis Tanaman
Padi Sawah Jagung Tebu
Hasil /ha
Zat Primer
Zat Sekunder
N
P2O5
K2
CaO
MgO
5 000 kg
Jerami
22
11
50
13
6
2 500 kg
Gabah
23
12
12
2
4
2 200 kg
Buah
27
13
12
1
4
2 000 kg
Batang
10
4
32
-
-
150 000 kg
Batang
150
53
330
38
43
52 000 kg
Daun/batang
64
43
212
142
43
59 000 kg
Umbi
42
64
350
60
31
Krotalaria
20 000 kg
daun/batang
-
30
60
45
-
Kentang
10 000 kg
Umbi
35
16
60
45
-
Kelapa Sawit
15 000 kg
Buah
34
6
80
7
5
Kelapa Sawit
15 000 kg
Buah
90
20
135
40
-
Ubi Kayu
Kedelai
1 100 kg
Biji
101
-
48
-
-
Kacang Tanah
1 100 kg
Biji
45
24
61
-
-
Teh
600 kg
daun kering
31
5
18
-
-
Kopi
700 kg
Biji
24
4
34
4
3
Cokelat
600 kg
Biji
12
6
8
2
4
-
-
Karet Agave (sisal)
4 000 kg
Latex
9
4
7
120 000 kg
Daun
108
41
277
420
-
-
13
-
-
194
121
19
72
34
-
Daun
Tembakau
1 000 kg
Merica
5 400 kg
Nanas
37 500 kg
Buah berdaun
83
28
437
86
-
Jeruk
15 000 kg
Buah
28
8
32
-
17
Pisang
15 000 kg
Buah
22
26
100
-
-
bertangkai Biji kering
Sumber: Lingga, 1998
7
Tabel 8 Dosis dan jadwal pemberian pupuk P2O5 untuk beberapa jenis tanaman Jenis tanaman
Dosis P (P2O5)/ha
Waktu pemberian
Jeruk
40 - 60
Awal dan akhir musim hujan
Melon
80 - 100
Diberikan dua kali
Semangka
35 - 45
Diberikan waktu tanam
Apel
40 - 60
Awal dan akhir musim hujan
Bawang merah
40 - 80
Diberikan sebelum tanam
Bawang putih
80 - 130
Diberikan sebelum tanam
Tomat
40 - 130
Diberikan 15 hari
Kacang panjang
25 - 70
Waktu tanam
Cabai
40 - 75
Waktu tanam.
Cengkeh
60 - 80
Awal dan akhir musim hujan
Cokelat
30 - 45
Akhir musim hujan
Tebu
80 - 100
Diberikan dua kali sesudah tanam
Sumber: Lingga, 1998
Disain (Perancangan) Menurut Harsokoesoemo (1999) perancangan adalah kegiatan awal dari proses pembuatan suatu produk yang dapat membantu dan meringankan kehidupan manusia. Perancangan terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan. Kegiatan-kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Fase-fase dalam proses perancangan ditunjukkan oleh Gambar 1. Proses perancangan produk yang memperhatikan metode produksi yang akan dipakai nanti disebut sebagai concurrent design atau simultenous design.
8
Kebutuhan
Analisis masalah dan spesifikasi produk
Perancangan konsep produk
Perancangan produk
Evaluasi produk hasil rancangan
Dokumen untuk pembuatan produk
Gambar 1 Bagan proses perancangan (Harsokoesoemo, 1999).
Ergonomika Ergonomika merupakan bidang ilmu yang meninjau manusia dari aspek keteknikan dan sistem dalam hubungannya dengan fasilitas dan lingkungan tempat melakukan kegiatan kerja dengan tujuan agar tercapai secara optimal nilainilai yang dikehendaki manusia diantaranya kenyamanan, keamanan, kesehatan dan efisiensi kerja (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Manusia dalam kegiatan kerja dengan perlengkapan yang digunakan dapat ditinjau sebagai suatu sistem. Dikenal tiga katagori sistem yaitu 1). Sistem manual dimana pada sistem ini manusia berfungsi sebagai sumber tenaga penggerak dan pengendali. Perlengkapan kerja yang digunakan adalah sederhana seperti sepeda, kereta dorong dan lain-lain. 2). Sistem mekanik atau disebut juga sistem semi otomatik, dimana manusia hanya berperan sebagai pengendali, sedangkan sumber tenaga utama berasal dari mesin itu sendiri seperti mengendarai traktor. 3). Sistem otomatik dimana tugas manusia bukan sebagai pengendali melainkan sebagai pengawas (monitoring). Pada sistem ini mesin telah dilengkapi dengan peralatan
9
otomatis sebagai pengganti manusia seperti penerapan robot industri (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Antropometri adalah sistem yang lazim digunakan untuk pengukuran sifat tubuh manusia. Antropometri berhubungan dengan pengukuran tubuh atau anggota tubuh seperti ukuran tinggi tubuh, lebar dan panjang ruas anggota tubuh, mengenai panjang, tebal, massa atau volume. Data tersebut sebaiknya dibedakan berdasarkan selang usia dan jenis kelamin. Data pengukuran antropometri manusia tersebut sangat diperlukan dalam perhitungan disain berbagai alat kendali mesin, perlengkapan kerja dan dimensi ruang kerja agar tercapai kenyamanan, keamanan dan efisiensi kerja bagi operator (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Data antropometri orang Indonesia dapat dilihat pada
Tabel 10.
Pengeluaran tenaga seseorang dapat ditinjau dari dua segi, yaitu 1). Pengeluaran tenaga total tubuh atau laju metabolisme dan kedua pengeluaran tenaga mekanis. Kemampuan seseorang untuk mengeluarkan tenaga mekanis tergantung dari lamanya melakukan kerja, usia, jenis kelamin, ukuran tubuh, bagian anggota tubuh yang digunakan, kesehatan dan lain-lain (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Pengeluaran tenaga mekanis untuk jenis pekerjaan harian berkisar antara 70 sampai 150 Watt tergantung dari kondisi iklim atau lingkungan tempat kerja dan kondisi tubuh seseorang. Berdasarkan suatu hasil penelitian, rata-rata pengeluaran tenaga bagi orang Indonesia dewasa sebesar 2200 kkal/8 jam (312 Watt) telah tergolong berat. Dengan asumsi efisiensi tenaga mekanisnya 20 %, berarti tenaga mekanis yang dapat dimanfaatkan hanya sebesar 64 Watt (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Besar penyaluran tenaga mekanis manusia dapat dilihat pada Tabel 9. Tabel 9 Besar penyaluran tenaga mekanis manusia (t dalam detik) Anggota Tubuh Tenaga Mekanis Kombinasi tangan dan kaki P = 4.4 t-0.40 x 746 Kaki
P = 2.8 t-0.40 x 746
Tangan
P = 1.5 t-0.40 x 746
Sumber : Kredel (dalam Wisnubrata, 2003).
10
Efisiensi tenaga mekanis manusia yaitu persentase perbandingan antara besar tenaga yang dapat disalurkan otot dengan besar pengeluaran tenaga total tubuh. Besar efisiensi tenaga ini kira-kira sepadan dengan besar efisiensi thermal motor bensin (20 % sampai 25 %) atau motor diesel (30 % sampai 35 %) (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Tabel 10 Data anthropometri orang Indonesia persentil 50 No.
Pengukuran (cm)
Pria
Wanita
1
Tinggi
161.3
151.6
2
Tinggi bahu
132.6
122.0
3
Lebar bahu
39.6
34.9
4
Tinggi siku
97.8
90.8
5
Tinggi pinggul
93.6
88.8
6
Lebar pinggul
28.9
31.5
7
Panjang tangan
66.7
61.4
8
Panjang lengan atas
34.8
31.5
9
Panjang lengan bawah
44.2
40.7
10
Jangkauan tangan vertikal
72.0
68.0
11
Jangkauan tangan horizontal
60.0
56.5
12
Tinggi duduk
83.2
77.9
13
Tinggi siku
23.0
22.2
14
Tinggi pinggul
18.4
19.0
15
Tinggi lutut
49.5
46.3
16
Panjang paha
44.8
42.1
17
Tinggi pantat – lantai
41.4
39.0
Sumber : Herodian et al. 1999
Kebutuhan bahan bakar bagi tubuh untuk melakukan gerak disalurkan oleh darah melalui pembuluh-pembuluh darah ke seluruh bagian tubuh yang membutuhkannya, dengan jantung sebagai penggeraknya. Setiap peningkatan penggunaan tenaga mekanis akan meningkatkan kerja jantung. Laju denyut jantung yang tinggi akan diikuti oleh konsumsi O2 yang tinggi. Jika laju denyut jantung yang tinggi tetapi diikuti oleh konsumsi O2 yang rendah biasanya menunjukkan kelelahan otot, terutama untuk pekerjaan statis.
11
Berdasarkan pengujian parameter dengan menggunakan parameter fisiologi dibuat Tabel untuk tingkatan beban kerja yang dilakukan berdasarkan besarnya tingkat penggunaan energi seperti yang terlihat pada Tabel 11. Tabel 11 Tingkat kerja fisik rata-rata untuk orang Indonesia yang diukur berdasarkan tingkat penggunaan energi (untuk pria dewasa sehat) Tingkat kerja
Konsumsi energi dalam 8 jam (kkal)
Konsumsi energi (kkal/menit)
Istirahat
< 750
< 1.563
Ringan
750 – 1100
1.563 – 2.292
Sedang
1100 – 2200
2.292 – 4.583
Berat
> 2200
> 4.583
Sumber: (Jumadias dan Sawang dalam Ramadhani, 2006)
Untuk menghindari subyektifitas nilai denyut jantung (HR) yang umumnya sangat dipengaruhi faktor-faktor personal, psikologis, dan lingkungan, maka perhitungan nilai HR harus dinormalisasi agar diperoleh nilai HR yang lebih objektif (Syuaib dalam Ramadhani, 2006). Normalisasi nilai denyut jantung dilakukan dengan cara perbandingan HR relatif saat kerja terhadap HR saat isrirahat. Nilai perbandingan HR tersebut dinamakan IRHR (Increase Ratio of Heart Rate), atau dengan persamaan :
IRHR =
HRwork ............................................................. (1) HRrest
12
METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Pelaksanaan Penelitian ini dilaksanakan mulai Agustus 2006 sampai dengan Januari 2007. Perancangan, pembuatan dan pengujian alat dilaksanakan di CV. Daud Teknik Maju (CV. DTM) yang berlokasi di Jl. Raya Darmaga-Petir Km 2.5 Darmaga, Bogor.
Bahan dan Peralatan 1. Bahan Penelitian Bahan yang digunakan untuk pembuatan aplikator ini terdiri dari: a. Plat stainless steel, tebal 1.2 mm b. Besi pejal diameter 45 mm dan diameter 8 mm c. Pipa besi diameter dalam 40 mm dan diameter luar 44 mm, diameter dalam 29 mm dan diameter luar 31 mm d. Pipa stainless steel, diameter dalam 20 mm dan diameter luar 22 mm e. Aluminium siku (30 mm × 30 mm) dengan tebal 1 mm f. Fiberglass 1 m, polystyrene tebal 30 mm dan tebal 5 mm g. Sambungan pipa ‘T’ 29 mm, reducer pipa 1 in – ¾ in h. Selang air diameter dalam ¾ in i. Baud, mur, paku rifet, rifeter, pegas tarik diameter 10 mm, pegas tekan diameter 10 mm, cat, belt, dan handle dan engsel pintu j.
Pupuk NPK
2. Peralatan Penelitian a. Alat yang digunakan untuk membuat aplikator antara lain gerinda potong, las listrik, las argon, gerinda tangan, bor listrik, mesin bubut, penggaris atau meteran, busur derajat, tang, kunci pas dan kunci ring, pemotong plat, gunting dan cutter. b. Alat untuk pengukuran uji fungsional dan uji kinerja skala laboratorium terdiri dari timbangan digital max 2 kg, timbangan max 50 kg, heart rate monitor (HRM), kertas, pulpen, jangka sorong dan meteran.
13
Rancangan Percobaan Rancangan percobaan meliputi identifikasi masalah, pemecahan masalah, hasil konstruksi dan laporan. Bagan rancangan percobaan dan diagram alir perancangan aplikator dapat dilihat pada Gambar 2. 1. Identifikasi masalah Pemupukan yang ada saat ini umumnya masih menggunakan cangkul yang dalam penggunaannya masih memerlukan banyak waktu karena harus membuat lubang terlebih dahulu, memasukkan pupuk dan menutup tanah kembali. Kegiatan ini juga membutuhkan energi yang besar. 2. Pemecahan masalah Aplikator ini dirancang agar dapat menembus tanah pada kedalaman 15 sampai 25 cm dan sekaligus dapat menyalurkan pupuk ke dalam tanah sesuai dengan dosis pupuk yang dibutuhkan oleh tanaman. 3. Hasil konstruksi Hasil konstruksi berupa aplikator yang dapat menembus tanah pada kedalaman 15 sampai 25 cm sekaligus dapat mengalirkan pupuk dalam jumlah tertentu yang dalam penggunaanya disesuaikan dengan dosis pupuk yang dibutuhkan oleh tanaman. 4. Laporan Laporan meliputi penulisan data dari identifikasi masalah sampai hasil konstruksi yang nantinya digunakan untuk pengembangan aplikator tahap selanjutnya.
14
Mulai
Mulai
Identifikasi masalah
Sifat fisik tanah, dosis pemupukan dan kedalaman pemupukan
Perancangan : disain fungsional, disain struktural, analisis teknik dan penggambaran bentuk aplikator
Pemecahan masalah
Pembuatan konstruksi: pembuatan komponen aplikator, perakitan aplikator dan modifikasi
Uji fungsional
Hasil konstruksi
Aplikator
Uji kinerja
Laporan
Selesai
Laporan
Selesai
Gambar 2 Bagan rancangan percobaan (kiri) dan diagram alir perancangan aplikator (kanan).
15
Metode Penelitian Sifat-sifat fisik tanah meliputi massa jenis (Tabel 12) dan diameter butiran pupuk (Tabel 13). Dosis pemupukan dapat dilihat pada Tabel 14. Kedalaman pemupukan untuk tanaman apel ± 20 cm (PT Pupuk Sriwijaya dalam Trubus, 1998), kedalaman pemupukan pada tanaman cokelat 10 cm (Sutedjo, 1994) dan kedalaman pemupukan pada tanaman jeruk 25 cm (Warintek.com, 7-12-2005). Jadi aplikator ini dibuat untuk rata-rata kedalaman 15 sampai 25 cm. Perancangan dilakukan setelah mengetahui sifat-sifat fisik pupuk, dosis pemupukan dan kedalaman pemupukan. Perancangan terdiri dari disain fungsional, disain struktural, analisis teknik dan penggambaran bentuk aplikator. Disain fungsional terdiri dari penentuan komponen-komponen aplikator dan penentuan fungsi dari komponen-komponen tersebut. Disain struktural terdiri dari penentuan ukuran dan bentuk aplikator. Analisis teknik terdiri dari rumus-rumus yang digunakan dalam perancangan aplikator, pemilihan bahan konstruksi aplikator, perlakuan terhadap bahan dan kesalahan yang mungkin terjadi serta pengendaliannya pada saat konstruksi. Penggambaran bentuk aplikator untuk memvisualisasikan bentuk dari aplikator yang akan dibuat. Pembuatan konstruksi terdiri dari pembuatan komponen-komponen aplikator, perakitan komponen menjadi aplikator dan modifikasi aplikator. Tahap pembuatan komponen meliputi pemotongan bahan, pengelasan, penggerindaan dan perlakuan mampu mesin lainnya. Tahap perangkaian meliputi penyatuan komponen-komponen yang telah dibuat menjadi aplikator. Tahap modifikasi dilakukan terhadap komponen aplikator setelah diuji dan hasil yang didapat tidak sesuai dengan identifikasi masalah. Uji fungsional aplikator terdiri dari uji keluaran massa pupuk, uji kedalaman penugalan dan uji denyut jantung. Uji keluaran massa pupuk dilakukan dengan 12 ulangan pada keadaan tanpa lahan. Uji kedalaman penugalan dilakukan dengan 8 ulangan dengan jarak antar lubang 20 cm. Uji denyut jantung dilakukan untuk mengetahui besar energi yang terpakai pada saat penugalan. Uji kinerja merupakan pengujian aplikator pada lahan yang sebenarnya dengan memperhatikan hubungan antara tanah dan alat. Pada penelitian ini uji kinerja belum dilakukan.
16
PENDEKATAN DISAIN Kriteria Disain Aplikator yang didisain diharapkan dapat mempersingkat waktu kerja petani, menghemat energi yang dikeluarkan petani dan dapat mendistribusikan pupuk sesuai dengan kebutuhan. Mekanisme alat ini adalah membuat lubang pada tanah dan meletakkan pupuk pada lubang tersebut. Sumber tenaga alat adalah manusia, sehingga bentuk yang praktis, ergonomis dan bobot yang ringan sangat diutamakan.
Rancangan Fungsional Fungsi utama aplikator adalah mendistribusikan pupuk sesuai kebutuhan bersamaan dengan pembuatan lubang pada tanah dengan kedalaman tertentu. Fungsi utama terkait pada fungsi beberapa komponen alat seperti tas penampung, selang penyalur, batangan tugal, badan tugal dan mata tugal. 1. Tas Penampung Tas penampung berfungsi sebagai tempat menampung pupuk selama proses pemupukan. 2. Selang Penyalur Selang penyalur berfungsi sebagai penyalur pupuk dari tas penampung ke badan tugal. 3. Batangan Tugal Batangan tugal berfungsi sebagai pegangan alat pada bagian bawah batangan tugal dihubungkan dengan badan tugal. 4. Badan Tugal Badan tugal terdiri dari beberapa bagian yaitu: • Badan tugal 1 berfungsi sebagai penampung pupuk sementara sebelum pupuk disalurkan ke badan tugal 2. Sisi kiri dan kanan badan tugal berfungsi sebagai tempat pijakkan kaki pada saat penugalan. Bagian atas badan tugal berfungsi untuk tempat dudukan batangan tugal dan tempat penyaluran pupuk yang ada diselang penyalur. Bagian bawah badan berfungsi sebagai tempat mekanisme 1.
17
• Badan tugal 2 berfungsi sebagai penerus lubang dari mata tugal dan sebagai tempat diletakkannya mekanisme 2. Bagian atas badan tugal berfungsi sebagai dudukan mekanisme 1 dan badan tugal 1. • Mekanisme penyaluran pupuk Mekanisme penyaluran pupuk ini terdiri dari 2 mekanisme yaitu: o Mekanisme 1 berfungsi untuk menyalurkan dan menghentikan aliran pupuk dari badan tugal 1 ke badan tugal 2. o Mekanisme 2 berfungsi untuk menggerakkan mata tugal pada arah vertikal dan mengatur fungsi mekanisme 1. 5. Mata Tugal Mata tugal berfungsi sebagai perintis lubang pada tanah untuk tempat diletakkannya pupuk.
Rancangan Struktural Perancangan struktural tugal pemupuk dibuat berdasarkan kriteria disain dan data-data yang diperoleh dari tinjauan pustaka. Bagian alat yang dirancang adalah: 1. Tas Penampung Tas penampung merupakan bagian tugal yang berhubungan dengan bagian punggung manusia (operator). Ukuran tas harus disesuaikan dengan ukuran lebar rata-rata bahu manusia dan tinggi rata-rata pinggul sampai bahu manusia. Bentuk tas praktis sehingga memudahkan petani dalam penggunaan tas. Berat tas harus ringan sehingga dapat menampung pupuk dalam jumlah besar. Bagian dalam tas penampung tidak boleh terlalu panas, karena dapat menyebabkan pupuk mencair dan tidak mengalir ke badan tugal. Berdasarkan keterangan di atas didapat ukuran tas penampung, yaitu panjang 30 cm, lebar tas 28 cm dan tinggi 40 cm. Bentuk tas kotak segi empat. Bagian dalam tas dapat dilihat pada Gambar 2. Bahan yang digunakan agar berat tas ringan adalah: aluminium siku (30 x 30 x 1) mm sebagai rangka,
polystyrene setebal 30 mm agar pupuk tidak mencair dalam tas penampung, fiberglass tebal 0.19 mm sebagai pemberi keindahan warna dan bentuk dari tas. Rancangan tas penampung dan bentuk ruang dalam tas penampung dapat dilihat pada Gambar 3.
18
Bagian luar tas penampung
Bagian dalam tas penampung
Gambar 3 Rancangan tas penampung. 2. Selang Penyalur Selang penyalur merupakan bagian tugal yang yang menentukan aliran pupuk dari tas ke badan tugal, sehingga ukuran panjang selang perlu disesuaikan dengan ukuran tinggi pinggul rata-rata manusia dan dipilih bahan selang air dengan diameter ¾ in. dengan panjang selang 78.6 cm. 3. Batangan Tugal Batangan tugal merupakan bagian tugal yang berhubungan dengan genggaman tangan manusia, sehingga ukuran diameternya disesuaikan dengan ukuran genggaman rata-rata orang dewasa, dan dipilih bahan kayu berbentuk silinder dengan diameter 29 mm. 4. Badan Tugal • Badan tugal 1 Badan tugal 1 harus memiliki struktur yang kuat, karena pada sisi kiri dan kanan adalah tempat diberikannya gaya untuk menekan badan tugal 2. Bagian dalam badan tugal perlu diberi insulasi agar pupuk yang ada di dalamnya tidak mencair dahulu sebelum mengalir ke badan tugal 2. Rancangan badan tugal 1 berbentuk kotak segi empat. Bagian sisi kiri dan sisi kanan diberi tempat pijakan kaki. Bagian atas diberikan tutup yang berfungsi sebagai dudukan batangan tugal dan selang penyalur. Bagian bawah dibuat dudukan untuk mekanisme 1 dan badan tugal 2.
19
Bahan yang dipilih adalah: plat stainless steel yang dibentuk menjadi kotak persegi yang memiliki dimensi (100 x 100 x 200) mm dengan tebal plat 1 mm untuk badan tugal 1, polystyrene dengan setebal 5 mm sebagai bahan insulasi, besi siku (30 x 30) mm dengan tebal 2 mm sebagai pijakan kaki, plat stainless steel dengan dimensi (102 x 102 x 30) mm dengan tebal 1 mm dibentuk kotak segi empat sebagai tutup badan tugal 1, besi pipa dengan diameter dalam 29 mm, tebal 1 mm dan tinggi 100 mm digunakan sebagai dudukan batangan tugal, pipa stainless steel dengan diameter luar 22 mm, tebal 1 mm dan tinggi 29 mm digunakan sebagai dudukan selang penyalur pupuk. Rancangan badan tugal 1 dapat dilihat pada Gambar 4. • Badan tugal 2 Badan tugal 2 harus memiliki struktur yang kuat. Rancangan badan tugal 2 berbentuk silinder dengan diameter kecil agar dapat masuk ke dalam tanah. Bagian atas dari badan tugal ini diberikan dudukan untuk mekanisme 1 dan badan tugal 2. Pada bagian bawah dibuat tirus agar sesuai dengan mata tugal. Bahan yang dipilih pada badan tugal 2 adalah: Besi pipa 1¾ in dengan tebal 2 mm dan tinggi 198 mm, plat stainless steel (100 x 100 x 1) mm untuk dudukan mekanisme 1 dan badan tugal 2. Rancangan badan tugal 2 dilihat pada Gambar 5. • Mekanisme penyaluran pupuk o
Mekanisme 1 Struktur mekanisme 1 harus memiliki ukuran yang akurat agar dapat menjalankan fungsinya. Mekanisme 1 terdiri dari: pegas, plat penahan 1, plat penjatah, plat sliding dan plat penahan 2. Bahan yang dipilih adalah: pegas tarik diameter 10 mm sebagai pengatur gerak maksimum dan minimum mekanisme 1. Plat stainless steel (52 x 20 x 1.2) mm sebagai penahan 1. Plat stainless steel (48 x 70 x 1.2) mm plat penjatah. Plat stainless steel (100 x 100 x 1.2) mm plat sliding dan plat penahan 2. Rancangan mekanisme 1 ini dapat dilihat pada Gambar 6.
20
o
Mekanisme 2 Struktur mekanisme 2 ini terdiri dari batang pengokoh, pegas, batang tolak, pipa penyalur dan penyangga pipa. Besi pejal dengan diameter 8 mm dan tinggi 226 mm sebagai batang pengokoh. Pegas yang digunakan adalah pegas tekan dengan diameter 10 mm. plat
stainless steel yang dibentuk segitiga (50 x 8 x 2) mm dengan ukuran lebar 20 mm dan tinggi 30 mm sebagai batang tolak yang dirancang untuk mengatur pergerakan dari mekanisme 1. Pipa sebanyak 2 buah sebagai pipa penyalur dengan tinggi 163 mm, diameter luar 15 mm dan tebal 1 mm. Plat stainless steel diameter 40 mm 3 buah sebagai penyangga pipa yang berfungsi sebagai dudukan pipa penyalur dan batang pengokoh. Rancangan mekanisme 2 dapat dilihat pada Gambar 7.
Bagian luar badan tugal 1
Bagian dalam badan tugal 1
Gambar 4 Rancangan badan tugal 1.
21
Gambar 5 Rancangan badan tugal 2.
Gambar 6 Rancangan mekanisme 1.
Gambar 7 Rancangan mekanisme 2.
22
5. Mata Tugal Mata tugal harus memiliki struktur yang keras dan berbentuk kerucut terbalik karena akan digunakan sebagai perintis lubang pada tanah. Pada bagian alas mata tugal di buat lubang ber-drat untuk tempat mekanisme 2. Mata tugal ini terbuat dari besi pejal dengan diameter alas 35 mm, sudut 15o dengan tinggi 66 mm. Rancangan mata tugal dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Rancangan mata tugal. Analisis Teknik Analisis teknik merupakan penguraian kemampuan suatu bahan untuk menentukan ukuran dan bentuk suatu bahan yang akan digunakan sebagai komponen utama dari tugal pemupuk. Analisis
teknik
terdiri
dari
rumus-rumus
yang
digunakan
dalam
perancangan aplikator, pemilihan bahan konstruksi aplikator, perlakuan terhadap bahan dan kesalahan yang mungkin terjadi serta pengendaliannya pada saat konstruksi. Perhitungan analisis teknik dapat dilihat pada Lampiran 1. 1. Rumus-rumus yang digunakan dalam perancangan alat Massa pupuk yang dapat ditampung dan dialirkan oleh aplikator dihitung menggunakan Persamaan:
ρ=
m V
................................................................................. (2)
Dimana V = Volume gelas ukur(m3) m = Massa pupuk(kg) ρ
= Massa jenis pupuk(kg/m3)
23
Pupuk yang ditampung dalam tas penampung dapat menyebabkan pemampatan pada polystyrene. Pemampatan bahan polystyrene yang terjadi ketika tas menampung diberi beban pupuk dapat dihitung dengan rumus :
ΔL =
FL AY
................................................................................. (3)
Dimana: ΔL = Pemendekan yang terjadi L = Tebal polystyrene (m) F
= Gaya (N)
A = Luas penampang (m2) Y = Modulus elastis (N/m2) Pemampatan dihitung untuk mengetahui ketebalan minimun bahan agar kuat menahan beban pupuk, dengan syarat ΔL < L. Penyaluran pupuk dari tas penampung ke badan tugal menggunakan selang air, panjang selang penyalur yang dipakai dihitung dengan rumus :
Ps = Tpr − Tbt1 .......................................................................... (4) Dimana: Ps
= Panjang selang (m)
Tpr = Tinggi pinggul rata-rata berdasarkan data antropometri orang Indonesia (m) Tbt1 = Tinggi badan tugal 1 (m) Batangan tugal yang dipakai menggunakan kayu berbentuk silinder. Panjang batangan tugal ini dihitung dengan rumus : Pbt = Tr − Tbt1 ........................................................................... (5)
Dimana: Pbt = Panjang batangan tugal (m) Tr
= Tinggi rata-rata berdasarkan data antropometri orang Indonesia (m)
Tbt1 = Tinggi badan tugal 1 (m) Pegas yang digunakan pada mekanisme 1 dan mekanisme 2 dapat dihitung dengan rumus R.K. Jain dalam Wisnubrata 2003:
⎡ 8 FD 3 N ⎤ d=⎢ ⎥ ⎣ Gδ ⎦
0.25
........................................................................ (6)
Dimana: d = Diameter kawat pegas (mm) F = Gaya tekan terhadap pegas (N)
24
D = Diameter pegas (mm) N = Jumlah lilitan yang memegas δ = Regangan (mm) G = Modulus kekakuan baja pegas (N/m2) Pemilihan sudut mata tugal berdasarkan Persamaan : P=
F A
...................................................................................... (7)
Dimana: P = Tekanan yang diberikan (kg/m s2) F = Gaya tekan alat (kg m/s2) A = Luas penampang alat (m2) Berat aplikator dihitung menggunakan rumus :
W = mg ............................................................................ (8) Dimana : W = Berat alat(N) m = Massa alat(kg) g = Percepatan gravitasi (m/s2) Penghitungan daya yang digunakan pada saat penggunaaan alat berdasarkan denyut jantung menggunakan rumus: p=
mgs ........................................................................... (9) 4.2t
Dimana : p = Daya (Watt) m = Massa operator (kg) g = Percepatan gravitasi (m/s2) s = Jarak langkah (m) t = Waktu (s) 2. Pemilihan Bahan • Tas penampung terbuat dari bahan polystyrene dan aluminium. Polystyrene dipilih karena memiliki massa yang ringan dan
berfungsi sebagai insulator sehingga mencegah panas matahari masuk kedalam tas yang dapat mengakibatkan pupuk mencair. Bahan polystyrene tersedia dengan sifat yang cukup luas. Material ini memiliki specific gravity, dimensi stabilitas yang bagus dan tidak terpengaruh oleh arus listrik. Ikatan molekul kaca yang terdapat dalam
25
polystyrene meningkatkan kekuatan dari polystyrene , rigidity, stabilitas
dimensi dan tahanan bentur (www.rtpcompany.com 08-01-2007). Kekuatan tarik meningkat menjadi 12 000 psi dengan pemuatan kaca 40%. Flexural strength meningkat menjadi 19 000 psi dan panas defleksi meningkat menjadi 210 oF (99 oC). Hal ini menjadikan harga murah
styrene
dapat
diterima
untuk
aplikasi
muatan
tinggi
(www.rtpcompany.com 08-01-2007). Sifat bahan polystyrene dapat dilihat pada Lampiran 2. Aluminium digunakan sebagai rangka tas penampung tempat diletakkannya polystyrene. Aluminium dipilih karena memiliki massa ringan, tidak korosif dan berfungsi sebagai rangka pada tas penampung. Aluminium dipilih karena memiliki
massa jenis 2.7 g/cm3, dan
konduktivitas termal 236 W m-1 K-1. Aluminium memiliki sifat tahan korosif yang tinggi (European Aluminium Association 08-01-2007). • Badan tugal terbuat dari bahan plat stainless steel, polystyrene, besi siku,
besi pipa, besi pejal dan pipa stainless steel. Plat stainless steel dipilih karena memiliki struktur yang kuat, tidak korosif dan mampu mesin. Polystyrene dipilih karena berfungsi sebagai insulator sehingga panas dari
plat stainless steel tidak mencairkan pupuk dalam badan tugal. Besi siku dan besi pipa dipilih karena mudah didapatkan dan mampu mesin. Pipa stainless steel dipilih karena bersifat tidak korosif sehingga tidak bereaksi
dengan pupuk. • Mata tugal terbuat dari besi pejal karena mudah didapat, dan mampu
mesin sehingga mudah dibentuk. 3. Perlakuan Terhadap Bahan • Tas penampung. Polystyrene tebal 30 mm dipotong dengan ukuran (30 x 40) cm dua buah,
ukuran (22 x 40) cm dua buah dan ukuran (22 x 24) cm dua buah. Semua potongan tersebut kemudian dilem membentuk kotak persegi. Setelah kotak persegi jadi, polystyrene tersebut di rifet dengan aluminium siku pada bagian siku-sikunya dan membentuk kotak persegi.
26
• Badan tugal
Plat stainless steel dibentuk menjadi kotak persegi dimensi (10 x 10 x 15) cm, pada sisi kiri dan sisi kanan dilas dengan besi siku. Pada bagian dalam kotak persegi diberi polystyrene dengan tebal 5 mm sebagai insulator. Bagian bawah kotak di bor 10 mm sebanyak 2 buah untuk output pupuk, dibor 8 mm pada bagian pojokan sebagai tempat baud penghubung dengan pipa besi. • Mata tugal
Besi pejal dibubut dengan sudut 15 o membentuk kerucut dengan tinggi 66 mm dan diameter 35 mm. Pada bagian alas besi dibor 4.5 mm sebagai penghubung ke badan tugal. 4. Kesalahan yang mungkin terjadi dan pengendaliannya Kesalahan yang mungkin terjadi adalah pada saat pengelasan plat stainless steel karena memiliki tebal yang tipis sehingga perlu keahlian khusus
pada saat pengelasan atau bahan yang di las berlubang atau rusak. Pengendaliannya dengan menggunakan operator yang telah terlatih atau memiliki kemampuan menggunakan las listrik atau las argon. Hasil perhitungan berdasarkan rumus-rumus perancangan alat adalah: 1. Tas penampung Tas penampung yang dibuat disesuaikan dengan data ukuran antropometri orang Indonesia. Volume tampung tas dihitung dengan menggunakan bantuan software autoCAD dan didapat volume tas penampung 12.62 x 10-3 m3. berdasarkan pengukuran didapat massa jenis pupuk 1 013.370 kg/m3. Massa total pupuk yang dapat ditampung tas sebesar 12.79 kg. Kebutuhan bahan tas penampung • Polystyrene
Massa total Polystyrene didapat 0.01 kg. Pemampatan bahan yang terjadi ketika tas menampung pupuk didapat 0.267 mm.
27
• Aluminium
Dimensi aluminium yang digunakan adalah siku (30 x 30 x 1.5) mm. massa total aluminium didapat 1.608 kg. Panjang total aluminium siku 6m 2. Selang penyalur Selang penyalur yang dipakai menggunakan selang air dengan diameter dalam ¾ in., sehingga panjang selang air diperoleh 0.786 m. 3. Batangan tugal Batangan tugal yang dipakai menggunakan bahan kayu berbentuk silinder dengan diameter 29 mm. Panjang batangan tugal didapat 1.463 m. 4. Badan tugal • Badan tugal 1.
Massa pupuk yang dapat ditampung badan tugal 1 didapat 0.085 kg. o Polystyrene.
Massa Polystyrene yang digunakan sebesar 2.56 x 10-4 kg. o Stainless steel.
Plat stainless steel tipe SS 304 dengan tebal 1.2 mm digunakan sebagai rangka badan tugal 1. Pipa stainless steel digunakan sebagai tempat masuknya pupuk dari selang penyalur ke badan tugal dengan diameter luar ¾ in. Stainless steel dipilih karena tidak mudah korosif, memiliki warna yang menarik, memiliki kekerasan, kekuatan tarik dan kemapuan tekuk yang baik serta memiliki kemampuan pengerjaan pemesinan dan pengelasan. Massa total stainless steel sebesar 0.942 kg. kebutuhan panjang pipa stainless steel ditentukan yaitu 29 mm. o Besi
Besi siku dengan dimensi (30 x 30 x 3) mm dan panjang 150 mm digunakan sebagai pijakan kaki yang disatukan dengan badan tugal 2. Dimensi besi siku tersebut disesuaikan dengan lebar rata-rata tapak kaki manusia. Besi pipa tipe S45C dengan diameter dalam 29 mm, tebal 1 mm dan tinggi 100 mm digunakan sebagai
tempat
dudukan batangan tugal. Besi ini dipilih karena mudah di dapatkan
28
dan harganya yang lebih murah dibandingkan dengan stainless steel. Massa besi yang diperoleh sebesar 0.345 kg. • Badan tugal 2. o Besi
Besi pipa dengan diameter luar 1¾ in., tebal 2 mm dan panjang 173 mm. Pemilihan diameter pipa dikarenakan pada bagian dalam dari pipa tersebut diletakkan mekanisme 2. Besi pejal tipe S45C 1¾ in., panjang 35 mm, dibentuk kerucut berlubang dengan sudut 10o dan tebal 1 mm. Bahan ini berfungsi sebagai penampung pupuk sementara sebelum pupuk keluar ke dalam tanah. Massa pupuk yang dapat di tampung sebesar 0.0380 kg. Massa besi yang diperoleh sebesar 0.416 kg. o Stainless steel
Plat stainless steels dengan dimensi (100 x 100 x 1.2) mm sebagai penghubung badan tugal 1 dan 2. Massa Stainless steel yang digunakan sebesar 0.0628 kg. •
Mekanisme penyaluran pupuk Mekanisme peyaluran pupuk dapat dilihat pada Gambar 9. o Mekanisme 1
-
Pegas tarik Pegas tarik berfungsi untuk menggerakkan plat penjatah pada saat dilakukan penugalan. Pegas tarik yang digunakan sebanyak 2 buah. Diameter kawat pegas yang diperoleh sebesar 0.3 mm.
-
Plat penahan 1, plat penjatah, plat sliding dan plat penahan 2 Massa plat penahan 1, plat penjatah, plat sliding dan plat penahan 2 diperoleh sebesar 0.1256 kg.
o Mekanisme 2
-
Batang pengokoh Batang pengokoh menggunakan besi tipe S45C. Massa batang pengokoh diperoleh sebesar 0.0256 kg
29
-
Pegas tekan Pegas
tekan
berfungsi
untuk
menggerakkan
batang
pengokoh naik dan turun pada saat dilakukan penugalan. Pegas tekan yang digunakan 1 buah. Diameter kawat pegas yang diperoleh sebesar 1 mm. -
Batang tolak, pipa penyalur dan penyangga pipa Pipa
penyalur
pupuk
merupakan
komponen
yang
menentukan jumlah pupuk yang akan keluar tiap penugalan. Massa pupuk yang dapat dikeluarkan pipa penyalur diperoleh sebesar 0.041kg. Massa batang tolak, pipa penyalur dan penyangga pipa yang diperoleh sebesar 0.173 kg. Kebutuhan luasan total total plat stainless steel 0.12 m2. 5. Mata tugal Mata tugal terbuat dari besi pejal tipe S45C dengan bentuk kerucut terbalik, diameter besi pejal yang digunakan adalah 19/4 in., tinggi 66 mm dan sudut kerucut 15o. Pemilihan sudut kerucut berdasar Persamaan 7. Karena P dan A berbanding terbalik sehingga semakin kecil luas penampang, tekanan yang terjadi semakin besar, semakin lancip suatu sudut kerucut, dengan tinggi kerucut yang sama, maka semakin kecil luas penampangnya. Massa total besi yang digunakan sebesar 0.1727 kg.
30
Pupuk
Gambar 9 Mekanisme penyaluran pupuk.
31
HASIL DAN PEMBAHASAN Massa Pupuk
Massa jenis pupuk dihitung dengan pengukuran berdasarkan volume dan didapat massa jenis sebesar 1.0134 kg/l. Data hasil pengukuran massa jenis pupuk dapat dilihat pada Tabel 12, data hasil pengukuran diameter butiran pupuk dapat dilihat pada Tabel 13. Dosis pemberian pupuk NPK dan rentang waktu pemberian pupuk dapat dilihat pada Tabel 14. Data dosis pemberian pupuk dan rentang waktu pemupukan serta data kedalaman pupuk diperlukan untuk menentukan bentuk serta ukuran dari alat yang akan dirancang bangun seperti pipa penyalur pupuk, badan tugal, tas penampung dan mekanisme penyalur pupuk. Tabel 12 Massa jenis pupuk berdasarkan volume Volume (l)
Massa pupuk (kg)
Massa jenis pupuk (kg/l)
0. 515
0.520
1.0095
0. 515
0.525
1.0192
0. 515
0.525
1.0192
0. 515
0.520
1.0095
0. 515
0.520
1.0095
Rata-rata
0.522
1.0134
Tabel 13 Diameter butiran pupuk Ulangan 1 2 3 4 5 rata-rata
Diameter butiran pupuk (mm) 1.2 3.3 2.4 3.1 1.4 2.28
32
Tabel 14 Dosis dan jadwal pemberian pupuk NPK 15-15-15 untuk beberapa jenis tanaman Jenis tanaman Jeruk
Dosis NPK (kg/ha) 250 - 300
Melon Semangka Apel Bawang merah Bawang putih Kacang panjang Cabai Cengkeh Cokelat Kubis bunga Sumber: Lingga, 1998
240 - 300 250 - 350 350 - 400 200 - 250 400 - 500 200 - 250 200 - 340 100 - 150 250 - 300 200 - 340
Waktu pemberian Diberkan sekaligus menjelang musim hujan Bisa diberikan dua kali Bisa diberikan dua kali Diberikan awal musim hujan Waktu tanam bisa dua kali Waktu tanam bisa dua kali Waktu tanam Waktu tanam Awal musim hujan Awal musim hujan Diberikan dua kali
Perancangan
Perancangan dilakukan dengan bantuan software autoCAD. Berdasarkan analisis teknik dan perancangan dengan autoCAD didapat bentuk serta ukuran alat, berat aplikator dan kebutuhan bahan. 1. Tas Penampung Berdasarkan perhitungan analisis teknik dan permodelan menggunakan software autoCAD didapat volume tampung sebesar 12.62 x 10-3 m3, massa
pupuk maksimum yang dapat ditampung sebesar 12.79 kg. Berat total tas penampung saat kosong adalah 10.56 N, sedangkan berat tas penampung dengan beban maksimum adalah 135.91 N. Bahan yang dibutuhkan dalam konstruksi tas penampung adalah polystyrene dengan massa 0.01 kg dan aluminium dengan massa 1.608 kg.
Kebutuhan panjang aluminium adalah 6 m. Berdasarkan hasil perhitungan dapat dilihat bahwa berat minimum tas penampung 10.56 N, yang berarti tas penampung cukup ringan untuk dibawa oleh operator dengan cara diletakkan di punggung dari operator. 2. Badan Tugal Berat badan tugal harus lebih ringan dari berat rata-rata yang dapat diangkat oleh tangan tanpa paksaan. Data berat rata-rata yang dapat diangkat oleh tangan tanpa paksaan berdasarkan hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 15.
33
Tabel 15 Data berat rata-rata yang dapat diangkat oleh tangan** Ulangan
Massa (kg)
Berat(N)
1
4.0
39.2
2
4.2
41.2
3
4.0
39.2
4
4.3
42.1
Rata-rata
4.1
40.4
** data berat operator yang melakukan pengukuran dapat dilihat pada Tabel 16. a. Badan tugal 1 Berdasarkan perhitungan analisis teknik dan permodelan menggunakan software autoCAD didapat volume tampung sebesar 0.84 x 10-3 m3, sehingga massa maksimum pupuk yang dapat ditampung adalah 0.085 kg. Berat total badan tugal 1 saat kosong adalah 12.62 N, sedangkan berat badan tugal 1 dengan beban maksimum adalah 13.44 N. Bahan yang dibutuhkan dalam konstruksi badan tugal 1 adalah polystyrene dengan massa 2.56 x 10-4 kg, stainlees steel dengan massa 0.942 kg, besi dengan massa 0.345 kg. b. Badan tugal 2 Berdasarkan perhitungan analisis teknik dan permodelan menggunakan software autoCAD didapat volume tampung sebesar 0.00003756 m3, sehingga massa maksimum pupuk yang dapat ditampung adalah 0.0380 kg. Massa stainlees steel adalah 0.0628 kg dan massa besi adalah 0.416 kg. Berat total badan tugal 2 adalah 4.69 N. c. Mekanisme penyaluran pupuk Berdasarkan perhitungan analisis teknik dan permodelan menggunakan software autoCAD didapat volume pipa penyalur adalah 0.04 x 10-3 m3, sehingga massa pupuk yang dapat ditampung adalah 0.041kg. Berat total mekanisme penyaluran pupuk adalah 3.18 N.
34
Bahan yang dibutuhkan dalam konstruksi badan tugal 2 adalah stainless steel dengan massa sebesar 0.2986 kg, besi dengan massa 0.0256 kg. d. Mata tugal Berdasarkan perhitungan analisis teknik dan permodelan menggunakan software autoCAD didapat berat total mata tugal adalah 1.69 N. Bahan yang dibutuhkan dalam konstruksi mata tugal adalah besi dengan massa sebesar 0.1727 kg. Kebutuhan luasan total stainless steel pada konstruksi badan tugal adalah 0.12 m2, sedangkan berdasarkan hasil perhitungan berat dari beberapa komponen di atas, dapat diketahui bahwa total berat badan tugal yaitu 22.18 N. Berdasarkan Tabel 15, total berat badan tugal yang didapat masih di bawah berat rata-rata yang dapat diangkat tangan, sehingga alat masih dapat diangkat tanpa harus mengeluarkan energi yang terlalu besar. Total berat alat hasil rancangan ini dibandingkan dengan total berat badan tugal hasil konstruksi. Bentuk alat yang dirancang dapat dilihat pada Lampiran 3.
Pembuatan Konstruksi
Berat aplikator dalam keadaan kosong dari hasil konstruksi diperoleh sebesar 51.65 N, dengan berat masing-masing komponen dapat dilihat pada Tabel 16. Tabel 16 Berat aplikator per komponen Nama komponen alat
Massa alat (kg)
Berat alat (N)
Tas penampung
1.50
14.70
Batangan tugal Selang penyalur Badan tugal Total
1.00 0.20 2.57 4.17
9.80 1.96 25.19 51.65
Berdasarkan data pada Tabel 16, maka dapat dibandingkan antara berat aplikator hasil perancangan dengan hasil konstruksi, dimana berat total alat hasil perancangan adalah 32.64 N dan berat total alat hasil konstruksi adalah 39.89 N.
35
Berat total alat ini belum termasuk berat batangan tugal dan selang penyalur. Data hasil perbandingan dapat dilihat pada Tabel 17. Tabel 17 Perbandingan berat aplikator per komponen hasil perancangan dan konstruksi Nama komponen alat
Berat alat hasil perancangan (N)
Berat alat hasil konstruksi (N)
10.56
14.70
Tas penampung
Batangan tugal* Selang penyalur* Badan tugal 22.18 Total 32.64 * kompenen tersebut pada saat perancangan tidak dihitung.
25.19 39.89
Perbedaan berat yang terjadi antara perancangan dan konstruksi dikarenakan pada saat tahap konstruksi adanya beberapa perlakuan mesin terhadap bahan seperti pengelasan, pengelingan, pengeboran, penggerindaan dan penambahan baud dan mur sebagai pengikat komponen-komponen alat yang tidak dihitung dalam perancangan. Komponen batangan tugal dan selang penyalur tidak dihitung dalam perancangan karena tidak tersedia data tentang massa jenis dari komponen tersebut. Gambar badan tugal dan tas penampung hasil konstruksi dapat dilihat pada Gambar 10 dan Gambar 11.
Gambar 10 Badan tugal.
36
Gambar 11 Tas Penampung. Uji Fungsional
Uji yang dilakukan adalah uji keluaran pupuk tanpa lahan, uji kedalaman tugal dan uji denyut jantung yang digunakan untuk mengetahui berapa energi yang terpakai pada saat menggunakan aplikator. Uji denyut jantung ini dilakukan dengan menggunakan heart rate monitor (HRM). Pada pengujian ini data operator yang melakukan pengujian dapat dilihat pada Tabel 18. Tabel 18 Data operator Data yang diukur Berat operator
Satuan
Nilai
N
480.2
Tinggi operator m Waktu pengambilan data: 08-01-2007
170.0
Rata-rata keluaran pupuk yang didapat dari pengujian tanpa lahan sebesar 60.33 gram. Data hasil uji keluaran pupuk tanpa lahan dapat dilihat pada Tabel 19.
37
Tabel 19 Data hasil uji keluaran pupuk tanpa lahan Tugalan Jumlah pupuk yang keluar (gram) 1 68 2 61 3 59 4 59 5 55 6 69 7 59 8 67 9 59 10 54 11 59 12 55 Rata-rata 60.33 Waktu pengujian : 27-12-2006.
Berdasarkan hasil analisis teknik, diperoleh besar pupuk yang dapat dialirkan oleh tugal sebesar 79 gram. Rata-rata keluaran pupuk hasil uji dengan hasil analisis teknik berbeda karena pupuk memiliki dimensi butiran yang tidak seragam, sehingga ada beberapa butiran pupuk yang tidak turun pada saat penugalan. Pengujian tugal dilakukan pada lahan yang diolah. Rata-rata kedalaman tugal yang didapat pada saat pengujian adalah 16.25 cm dan waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk sekali penugalan dengan jarak penugalan 20 cm adalah 8.125 detik. Data hasil uji kedalaman tugal dapat dilihat pada Tabel 20. Tabel 20 Data hasil uji kedalaman tugal pada lahan diolah Tugalan
Kedalaman (cm)
1
15
Waktu/tugal (detik) 7
2
15
7
3
14
8
4
16
8
5
18
9
6
17
9
7
17
8
8
18
Rata-rata 16.25 Waktu pengujian : 08-01-2007.
9 8.125
38
Energi yang terpakai pada saat penugalan dapat diketahui dengan cara melakukan uji denyut jantung. Uji denyut jantung yang diambil terbagi dalam 2 data yaitu data uji denyut tanpa beban dan data uji denyut dengan beban. Data uji denyut jantung tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 21, data denyut jantung dengan beban dapat dilihat pada Tabel 22. Tabel 21 Data uji denyut jantung tanpa beban Ulangan
Waktu (detik)
HRrest
1 112 62 2 71 76 3 55 79 4 156 76 5 110 77 6 57 75 7 168 70 8 137 69 Waktu pengujian : 08-01-2007.
HRsteptest
IRHRsteptest
107 122 141 105 109 131 93 106
1.726 1.605 1.785 1.382 1.416 1.747 1.329 1.536
Jarak langkah (m) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Dayasteptest (Watt) 0.510 0.813 0.965 0.341 0.484 0.934 0.317 0.340
Tabel 22 Data uji denyut jantung dengan beban Ulangan
Waktu (detik)
HRrest
1 108 62 2 99 76 3 98 79 4 68 76 5 88 77 6 47 75 7 105 70 8 50 69 rata-rata 82.875 73 Waktu pengujian : 08-01-2007.
HRWork
IRHRWork
93 105 107 114 107 128 104 120 109.75
1.500 1.382 1.354 1.500 1.390 1.707 1.329 1.739 1.487499
Jarak langkah (m) 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.8
DayaWork (Watt) 1.697 1.870 1.736 2.505 1.938 3.632 1.628 3.422 2.304
Dari Tabel 21 dibuat grafik hubungan antara daya untuk mendapatkan Persamaan yang akan digunakan untuk menghitung energi yang terpakai pada saat penugalan. Grafik hubungan antara daya steptest dan IRHR steptest dapat dilihat pada Gambar 12.
39
IR H R step test
2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2
y = 0,5424x + 1,2432 2
R = 0,6687 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Daya steptest (Watt)
Gambar 12 Grafik hubungan antara dayasteptest dengan IRHRsteptest. Energi yang terpakai selama penugalan dihitumg dengan Persamaan: y = 0.5424x + 1.2432 ...................................................... (10) Dimana : y = energi (kkal / menit) x = dayawork rata-rata(Watt) Berdasarkan persamaan 10 dan dayawork rata-rata dari Tabel 22 didapat laju penggunaan energi yang terpakai selama penugalan adalah 2.493 kkal/menit, sedangkan berdasar pada Tabel 11, laju penggunaan energi untuk setiap penugalan termasuk dalam beban kerja sedang.
40
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
1. Mekanisme dari aplikator terbagi 2 yaitu mekanisme 1 (berfungsi untuk menyalurkan dan menghentikan aliran pupuk dari badan tugal 1 ke badan tugal 2) dan mekanisme 2 (berfungsi untuk menggerakkan mata tugal pada arah vertikal dan mengatur fungsi mekanisme 1). Disain aplikator yang dibuat berbentuk: kotak segi empat (tas pemupuk dan badan tugal 1), silinder (badan tugal 2 dan batangan tugal) serta kerucut terbalik (mata tugal). 2. Aplikator yang dibuat dapat bekerja pada mekanisme penyaluran pupuk, tetapi pada badan tugal 2 kurang dapat bekerja. Aplikator ini hanya dapat digunakan pada lahan yang gembur. 3. Uji fungsional aplikator pada skala laboratorium telah berhasil. Berdasarkan data hasil uji kinerja diperoleh keluaran pupuk 60.33 gram, kedalaman lubang 16.25 cm dan energi yang dikeluarkan 2.493 kkal/ menit. Saran
1. Perlu dilakukan pengujian kinerja aplikator pada lahan sebenarnya agar dapat diketahui efisiensi alat berdasarkan kapasitas lapang teoritis dan kapasitas lapang efektifnya serta hubungan antara alat dan tanah 2. Perlu dilakukan uji ergonomika di lahan untuk mengetahui rata-rata energi yang terpakai pada saat penggunaan aplikator.
41
DAFTAR PUSTAKA
Herodian S, Kusen M, dan M Faiz S. 1999. Pedoman Praktikum Ergonomika Proyek Peningkatan Perguruan Tinggi. Institut Pertanian Bogor. Bogor Lingga P. 1998. Petunjuk Penggunaan Pupuk, Cetakan ke-15. Penebar Swadaya, Jakarta, Indonesia. Marsono dan Paulus S. 2001. Pupuk Akar dan Aplikasinya, Cetakan ke-1. Penebar Swadaya, Jakarta, Indonesia. Purwadi T dan Gembong T. 1990. Mesin dan Peralatan Usaha Tani, Cetakan ke-6, Terjemahan (Harris P. Smith dan Lambert H. Wilkes).Gadjah Mada University Press, Yogyakarta, Indonesia. Ramadhani R. 2006. Analisis Beban Kerja Serta Kebisingan Dan Temperatur Pada Proses Pabrikasi Alat Berat PT. Natra Raya. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Trubus. 1998. Menjadikan Buah Lebih Manis, Cetakan ke-5. Penebar Swadaya, Jakarta, Indonesia. Saptarini N, Sunarjoyo dan Hartana A. 2002. Membuat Tanaman Cepat Berbuah, Edisi Revisi. Penebar Swadaya, Jakarta, Indonesia. Sutedjo M.M. 1994. Pupuk dan Cara Pemupukan, Cetakan ke-4. PT Rineka Cipta, Jakarta, Indonesia. Sunarjoyo, H. Hendro. 1998. Prospek Berkebun Buah, Cetakan ke-2. Penebar Swadaya, Jakarta, Indonesia. Wisnubrata, R. 2003. Disain Dan Uji Performansi Tugal Semi-Mekanis Penanam Dan Pemupuk Kedelai (Pupuk Granular) Untuk Lahan Kering. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor.
42
Lampiran 1 Cara perhitungan pada analisis teknik 1. Tas penampung
Volume tampung tas dihitung dengan menggunakan bantuan software autoCAD dan didapat volume tas penampung = 12.62 x 10-3 m3. Massa pupuk (Persamaan 2): V = 12.62 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 1 013.370 kg/m3 (Tabel 12) m = ρV = 12.62 x 10-3 x 1 013.370 = 12.79 kg a. Polystyrene Pemampatan ditentukan dengan perhitungan berikut ini (Persamaan 3): m = 12.79 kg A = 0.0028 x 0.0028 = 7.84 x 10-6 m2 F = 12.79 x 9.8 = 125.33 N Y = 260 ksi = 260 x 6.8976 x 106 =1 793.376 x 106 N/ m2 L = 30 mm = 0.03 m (ditentukan sendiri) ΔL =
125.33 x 0.03 7.84 x 10-6 x 1793.376 x 106
ΔL = 2.67 x 10-4 m = 0.267 mm Jadi pemampatan yang terjadi = 0.267 mm Massa total Polystyrene (Persamaan 2): V = 0.015 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 0.03815 lb/ in.3 = 0.7509 kg/m3 m = 0.015 x 0.7509 = 0.01 kg b. Aluminium. Kebutuhan aluminium dengan menggunakan bantuan software autoCAD didapat panjang total sebesar 5.134 m
43
Lanjutan Volume total aluminium (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) adalah 5.955 x 10-4 m3.
Massa total aluminium (Persamaan 2): ρ = 2.7 gram/cm3 (European Aluminium Association 08/01/2007) = 2 700 kg/m3 m = 5.955 x 10-4 x 2 700 = 1.608 kg. 2. Selang penyalur
Panjang dari selang air (Persamaan 4): Ps = 0.936 – 0.15 = 0.786 m 3. Batangan tugal
Panjang batangan tugal ini dihitung dengan rumus(Persamaan 5): Pbt = 1.613 – 0.15 = 1.463 m 4. Badan tugal
a. Badan tugal 1 Massa total pupuk (Persamaan 2): V = 0.84 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 1 013.370 kg/m3 (Tabel 12) m = ρV = 12.62 x 10-3 x 1 013.370 = 0.085kg ¾
Polystyrene.
Massa total Polystyrene (Persamaan 2): V = 0.00034 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 0.03815 lb/ in.3 = 0.7509 kg/m3 m = 0.00034 x 0.7509 = 2.56 x 10-4 kg ¾
Stainless steel.
Massa Stainless steel yang digunakan (Persamaan 2): V = 0.12 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 7850 kg/m3
44
Lanjutan m = 0.12 x 10-3 x 7 850= 0.942 kg Kebutuhan bahan plat stainless steel dengan bantuan software autoCAD didapat seluas 94 324 m2, kebutuhan panjang pipa Stainless steel ditentukan yaitu 29 mm. ¾
Besi Massa total Besi (Persamaan 2): V = 0.044 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 7850 kg/m3 m = 0.044 x 10-3 x 7 850= 0.345 kg
b. Badan tugal 2. ¾
Besi Massa pupuk (Persamaan 2): ρ = 1013.370 kg/m3 (Tabel 12) V = 0.00003756 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) m=ρV = 1013.370 x 0.00003756 = 0.0380 kg Massa total Besi : V = 0.053 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 7850 kg/m3 m = 0.053 x 10-3 x 7 850= 0.416 kg
¾
Stainless steel
Massa total Stainless steel (Persamaan 2): V = 0.008 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) 3
ρ = 7850 kg/m
m = 0.008 x 10-3 x 7 850= 0.0628 kg ¾
Mekanisme penyaluran pupuk
45
Lanjutan o
Mekanisme 1. •
Pegas tarik Diameter kawat pegas yang digunakan (Persamaan 6): δ = 14 mm = 0.014 m G = 79.3 x 109 N/m2 D = 10 mm = 0.01 m N = 20 F = gaya massa plat penjatah/ pegas tarik yaitu sebesar 0.020 kg x 9.8 m/s2 = 0.196 N / 2 = 0.098 N 8FD3N
Sehingga d =
1/4
Gδ 8 x 0.098 x 0.013 x 20
d=
1/4
79.3 x 109 x 0.014
d = 0.0003m = 0.3 mm •
Plat penahan 1, plat penjatah, plat sliding dan plat penahan 2 Massa total stainless steel (Persamaan 2): V = 0.016 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD). ρ = 7850 kg/m3 m = 0.016 x 10-3x 7 850= 0.1256 kg.
o
Mekanisme 2 •
Batang pengokoh Massa total Besi (Persamaan 2): V = 0.011 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD). 3
ρ = 7850 kg/m
m = 0.011 x 10-3x 7 850= 0.0256 kg. •
Pegas tekan
46
Lanjutan Diameter kawat pegas yang digunakan (Persamaan 6): δ = 23 mm = 0.023 m G = 79.3 x 109 N/m2 D = 10 mm = 0.01 m N=7 F = gaya bagian tugal yang berada di atas pegas tekan yaitu sebesar 3.57 kg x 9.8 m/s2 = Sehingga d =
8FD3N
34.99 N 1/4
Gδ
1/4
8 x 34.99 x 0.013 x 7
d=
79.3 x 109 x 0.023
d = 0.00102 m = 1 mm •
Batang tolak, pipa penyalur dan penyangga pipa Massa
pupuk
yang
dapat
dikeluarkan
pipa
penyalur
(Persamaan 2): V = 0.04 x 10-3 m3. (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD). ρ = 1 013.370 kg/m3 (didapat dari Tabel 12) m = ρV = 0.04 x 10-3 x 1 013.370 = 0.041kg 5. Mata tugal
Massa total Besi (Persamaan 2): V = 0.022 x 10-3 m3 (didapat dengan menggunakan bantuan software autoCAD) ρ = 7850 kg/m3 m = 0.022 x 10-3 x 7 850= 0.1727 kg
47
Lampiran 2 Sifat-sifat bahan polystyrene POLYSTYRENE
PHYSICAL PROPERTIES Density 0.0376-0.0387 lb/in3 Water Absorption 0-0.1 % Moisture Absorption at Equilibrium 0.04-0.1 % Water Absorption at Saturation 0.1 % Linear Mold Shrinkage 0.004-0.006 in/in Melt Flow 1.2-28 g/10 min
Hardness, Rockwell M Hardness, Rockwell R Tensile Strength, Ultimate Tensile Strength, Yield Elongation @ break Elongation @ Yield Tensile Modulus Flexural Modulus Flexural Yield Strength Compressive Yield Strength Poisson's Ratio
MECHANICAL PROPERTIES Izod Impact, 70-74 Unnotched Izod Impact, 104-120 Notched Low Temp 2600-10200 Charpy Impact, psi Unnotched 3630-10000 Charpy Impact, psi Notched Low Temp Charpy Impact, 1-45 % Unnotched Low Temp Charpy Impact, 1.5-2.2 % Notched 260-490 ksi Gardner Impact Tensile Creep 390-479 ksi Modulus, 1 hour 7830-15000 Tensile Creep psi Modulus, 1000 hours Izod Impact, 13100 psi Notched 0.33
2.06 ft-lb/in 1.31 ft-lb/in 3.81-13.3 ftlb/in2 0.476-0.952 ftlb/in2 4.28-4.76 ftlb/in² 0.952-1.9 ftlb/in² 4.43 ft-lb 334000-479000 psi 319000-377000 psi 0.2- 2.38 ftlb/in
48
Lanjutan POLYSTYRENE
ELECTRICAL PROPERTIES Electrical Resistivity 1E+15-1E+17 ohm-cm Dielectric Constant 2-2.8 Dielectric Constant, Low Frequency 2-2.8 Dielectric Strength 500-3430 kV/in Dissipation Factor 0.00005-0.0004 Dissipatin Factor, Low Frequency 0.00009-0.0004 Surface Resistance 1E+13-1E+15 ohm Arc Resistance 100-180 sec Comparative Tracking Index 350-600 V Hot Wire Ignition, HWI 15 sec High Amp Arc Ignition, HAI 120 arcs High Voltage Arc-Tracking Rate, HVTR 4.72-11.8 in/min
0
THERMAL PROPERTIES
CTE, linear 20 C CTE, linear 20° C Transverse to Flow Heat Capacity Thermal Conductivity Melting Point Maximum Service Temperature, Air Deflection Temperature at 0.46 MPa Deflection Temperature at 1.8 MPa Vicat Softening Point Glass Temperature Flammability, UL94 Oxygen Index
27.8-69.4 µ in/in-°F 38.9-50 µ in/in-°F 0.287-0.502 BTU/lb-°F 0.833-1.34 BTU-in/hr-ft²-°F 374-500°F 156-196°F 172-217°F 156-210°F 33.9-230°F 181-212°F HB 18-19%
OPTICAL PROPERTIES Haze 0.65-1% Transmission, Visible 80-90% PROCESSING PROPERTIES Processing Temperature 392-424°F
49
Lampiran 3 Gambar rancangan alat dan dimensinya
50
Lanjutan
51
Lanjutan
52
Lanjutan
53
Lanjutan
54
Lanjutan
55
Lanjutan
56
Lanjutan
57
Lanjutan
58
Lampiran 4 Foto hasil pengujian
Gambar 13 Proses pemupukan.
Gambar 14 Lubang hasil tugalan.
59
