Hasil Desain dan Ukuran
Penentuan desain dan ukuran alat terutama pada bagian roda mata pisau penggembur menggunakan rumus rancangan dari desain roda besi bersirip pada traktor tangan yang bekerja pada lahan basah. Sehingga penamaan pada rancangan roda penggembur pada penelitian ini dengan tipe roda besi bersirip. Akan tetapi tidak semua rumus dari rancangan roda besi bersirip pada traktor roda dua diaplikasikan pada rancangan roda pisau penggembur, dikarenakan adanya perbedaan dari bentuk, ukuran, serta tujuan yang digunakan pada keduanya, dan hanya mengambil rumus-rumus desain bentuk yang umum seperti diameter roda, tinggi pisau, lebar pisau, sudut yang bekerja pada tanah.
1. Penentuan jari-jari dan diameter roda pisau penggembur jenis roda besi bersirip
Penentuan diameter roda pisau penggembur dan diameter flange dapat diketahui melalui tabel berikut :
Tabel 1. Parameter desain
Parameter Nilai (cm)
Ground Clearance (Hc) 2
Kedalaman roda masuk ketanah (Z) 2
Jari-jari dasar gearbox (Ht) 4
Dari Tabel 1 parameter desain dapat diketahui jarak antara badan gearbox dengan permukaan tanah disebut ground clearance (Hc) ditentukan sebesar 2 cm dengan tujuan pada saat beroperasi badan gearbox tidak akan menyentuh tanah sehingga tidak menghambat pergerakan roda pisau penggembur. Sedangkan kedalaman roda masuk kedalam tanah (Z) ditentukan sebesar 2 cm dengan tujuan agar saat beroperasi kemungkinan pisau roda penggembur dapat masuk ke dalam
tanah dan menghasilkan kedalaman hasil penggemburan mencapai 2 cm, serta jari jari gear box sebesar 4 cm dilakukan dengan pengukuran manual dikarenakan gearbox sudah tersedia sehingga tidak lagi melakukan pendesainan bentuk dan
ukuran. Untuk menentukan jari jari roda penggembur disimbolkan dengan (Rw) dapat ditentukan sebagai berikut, Rw = Ht + Hc + Z = 8 cm, dan menentukan diameter luar roda disimbolkan dengan (Dw) dapat ditentukan dengan, Dw = 2 × 8 cm (Rw) = 16 cm. Dengan demikian ukuran jari jari roda dan diameter luar roda yang dirancang berada pada nilai 8 cm dan 16 cm, dapat dirujuk di Lampiran 1.
Gambar 9. Rancangan roda penggembur tanah jenis roda besi bersirip 2. Penentuan lebar pisau, tinggi pisau, diameter flange
Penentuan lebar pisau dapat diasumsikan menggunakan nilai perbandingan 4:1 untuk merujuk pada bentuk roda besi bersirip pada traktor roda dua disebabkan oleh prinsip dan ukuran yang berbeda di antara keduanya, dan rancangan lebar pisau penggembur didapat menggunakan perbandingan 4:1 sebesar 4 cm. Penentuan nilai tinggi pisau diperoleh sebesar 3,04 cm dengan membentuk sudut 40, dapat dirujuk di Lampiran 1.
Gambar 10. Penentuan lebar, tinggi, dan panjang roda penggembur
Sudut 40 yang terbentuk pada pisau penggembur adalah sudut ideal yang mana pisau penggembur melakukan penetrasi kedalam tanah dan menghasilkan kedalaman penggemburan sebesar 2 cm, dengan menganalogikan kondisi masuknya cangkul kedalam tanah. Rancangan diameter flange pada roda penggembur dapat ditentukan dengan nilai 9,87 cm, dapat dirujuk di Lampiran 1.
Gambar 11. Sudut yang terbentuk pada pisau roda penggembur
3. Penentuan jarak antar pisau dan sudut pada flange
Penentuan jarak antar pisau ditentukan dengan cara membandingkan antara diameter luar roda dengan jumlah pisau penggembur, di mana jumlah pisau penggembur telah diketahui. Jumlah pisau penggembur yang digunakan pada rancangan ini sebanyak 6 pisau penggembur, jumlah ini sudah ideal untuk rancangannya karena untuk jumlah pisau penggembur tidak boleh terlalu sedikit dan tidak boleh terlalu banyak karena akan mengganggu efektivitas kerja alat penggembur. Jarak antar pisau pada rancangan ini diperoleh dengan nilai 8,37 cm.
Sudut pada lingkaran flange ditentukan dengan cara mengukur manual dan menggunakan rumus dikarenakan flange pada bagian roda penggembur berbentuk lingkaran sehingga mudah untuk mengetahui keliling dari flange tersebut dan diperoleh nilai sudut pada lingkaran flange sebesar 60, dapat dirujuk di Lampiran 1.
Gambar 12. Jarak dan sudut pada flange
Modifikasi pisau alat penggembur tanah tipe gendong menjadi alat penggembur tanah salah satu kegiatan yang tepat guna dalam pertanian terutama
dalam pengolahan tanah dikarenakan alat penggembur tanah awalnya dimodifikasi dari mata pisau pembabat rumput kemudian dialih fungsikan dengan melakukan desain bentuk dan ukuran menggunakan aplikasi CAD solidworks, kemudian dilakukan pembuatan hasil dari disain tersebut merangkai dan memasang antara komponen satu dengan komponen lainnya seperti mesin rumput sebagai sumber tenaga, stick handle sebagai kendali, gearbox sebagai penyalur tenaga, kemudian mata pisau penggembur. Pada alat penggembur tanah ini menggunakan mesin jenis motor bakar pemotong rumput tipe gendong Merk Tanaka SUM 328 SE dengan tenaga mesin 1,4 HP, 32,8 cc, bahan bakar bensin campur oli 2 tak (25:1), kapasitas tangki 1,2 liter, starter recoil, sistem ignisi elektronik, serta panjang stick 130 cm.
Gambar 13. Alat penggembur tanah dengan mesin rumput tipe gendong Keterangan :
1. Tuas penarik gas 2. Handle pegangan 3. Motor bakar
4. Stick 5. Gearbox
6. Roda pisau penggembur
Prinsip kerja alat penggembur tanah dengan menggunakan mesin rumput tipe gendong ialah ketika semua komponen telah dipasang yaitu gearbox, roda pisau penggembur, stick, dan mesin. Kemudian mesin dihidupkan ditarik tuas gas sesuai level gas yang dinginkan gas level 1 dengan rata-rata kecepatan 230 Rpm, agar dapat mengetahui pada kecepatan berapa roda pisau penggembur dioperasikan pada tanah. Setelah diketahui kecepatan roda pada level gas tertentu dioperasikan alat penggembur dengan memegang handle yang melekat pada stick, roda pisau penggembur akan berputar berlawanan jarum jam dan menghancurkan permukaan tanah dengan kedalaman pada pisau penggembur ke dalam tanah.
Hasil Parameter Pengujian Alat
Penentuan parameter pengujian alat pada alat penggembur bertujuan agar alat beroperasi sesuai dengan rancangan, parameter pengujian alat meliputi kapasitas efektif alat, kebutuhan bahan bakar, kerapatan massa, dan analisis ekonomi.
1. Kapasitas efektif alat
Penentuan kapasitas efektif alat penggembur tanah jenis roda besi bersirip ditentukan dengan cara membandingkan antara luas lahan penggemburan dengan waktu yang dibutuhkan. Data kapasitas efektif dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Rataan kapasitas alat Percobaan
Untuk pengujian kapasitas efektif alat penggembur tanah jenis roda besi bersirip ini pada lahan seluas 150 m2 panjang 15 m dan lebar 10 m dibagi masing- masing 1 percobaan pada jumlah 3 petakan sehingga didapatkan luas lahan tersebut diperoleh rata-rata kapasitas efektif alat sebesar 0,02732 Ha/Jam, jadi dalam 1 jam pengoperasian alat ini dapat menggemburkan tanah seluas 273 m2, dapat dirujuk pada Lampiran 2.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kapasitas efektif alat hal ini disebabkan beberapa faktor yaitu : waktu yang hilang ketika berbelok, waktu yang hilang sewaktu pengaturan alat, serta waktu untuk istirahat (Hunt, 1979). Pada percobaan II menghasilkan kapasitas efektif yang besar dikarenakan operator lebih cepat mengoperasikan alat dibandingkan pada percobaan I dan III dan keadaan tanah pada petakan 2 sangat baik seperti tidak ada bebatuan dan semisalnya sehingga pengoperasian berjalan cepat. Selanjutnya Moens (1978), mengungkapkan bahwa kapasitas kerja pengoperasian alat atau mesin pertanian tergantung pada, tipe dan besarnya alat atau mesin pertanian, keterampilan operator, sumber tenaga tersedia, dan keadaan kerja. Pola pengolahan tanah akan mempengaruhi kapasitas kerja alat pengolah tanah yang digunakan. Pola
pengolahan tanah yang baik adalah pola pengolahan tanah yang meminimalisir waktu terbuang. Dalam hal ini, waktu berbelok merupakan waktu yang merugikan, jadi pola pengolahan tanah yang baik adalah pola dengan jumlah berbelok yang paling sedikit.
0.028
Gambar 14. Grafik kapasitas efektif alat 2. Kebutuhan bahan bakar
Penentuan kebutuhan bahan bakar pada alat penggembur tanah jenis roda besi bersirip ditentukan dengan cara membandingkan antara volume penambahan bahan bakar setelah dilakukan pengemburan pada setiap perlakuan dengan waktu kerja. Data kebutuhan bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Rataan kebutuhan bahan bakar
Percobaan
Diketahui bahwa penggemburan pada alat ini menggunakan kecepatan rata-rata putaran pisau penggembur sebesar 230 rpm pada level gas 1 yang diukur dengan alat tachometer. Maka diperoleh konsumsi bahan bakar tertinggi terdapat pada percobaan 2 sebesar 1,05 l/jam dan konsumsi bahan bakar tertinggi kedua pada percobaan 3 sebesar 1,01 l/jam dan konsumsi bahan terendah pada percobaan 1 sebesar 0,96 l/jam, dan rata-rata kebutuhan bahan bakar sebesar 1 l/jam, dapat dirujuk di Lampiran 3.
1.06
Gambar 15. Grafik kebutuhan bahan bakar
Ada beberapa hal yang mempengaruhi kebutuhan bahan bakar pada alat penggembur tanah, mulai dari kondisi tanah banyak bebatuan terutama pada petakan tanah 1 dan 3 sehingga mempengaruhi penetrasi pada pisau alat penggembur terhadap tanah. Kedalaman tanah penggemburan juga mempengaruhi kebutuhan bahan bakar, pada Tabel 3 rataan kebutuhan bahan bakar hasil penggemburan pada kedalaman tanah sedalam 2 cm, sesuai Pramuhadi (2004) semakin dalam penggemburan maka akan semakin lambat mesin berjalan karena tenaga yang diperlukan akan semakin besar, akibatnya semakin besar pula tenaga
Liter/jam
yang dibutuhkan untuk menggerakkan alat dan mesin. Pada alat penggembur tanah ini bisa dikategorikan hemat bahan bakar karena pada waktu 1 jam pengoperasian hanya menghabiskan bahan bakar sebesar 1 liter pada luas lahan 273 m2 pada kedalaman tanah 2 cm.
Gambar 16. Kedalaman tanah hasil penggemburan 3. Kerapatan massa (Bulk density)
Kerapatan massa pada tanah setelah dilakukan penggemburan dengan alat penggembur tanah jenis roda besi bersirip bertujuan agar mengetahui kegemburan suatu tanah, karena tidak ada penjelasan secara konkrit tentang ciri-ciri tanah gembur. Pada percobaan ini penggemburan dilakukan dilahan terbuka dengan tekstur tanah lempung berpasir (LP) distribusi partikel yaitu 69,84 % Pasir, 20%
Debu, 10,16% Liat.
Tabel 4. Rataan bulk density sebelum penggemburan Percobaan
Dari Tabel 4 rataan bulk density sebelum penggemburan diperoleh hasil rata-rata berat tanah sebelum penggemburan sebesar 88,86 gr, rata-rata berat tanah kering oven sebelum penggemburan sebesar 61 gr, rata-rata jumlah kadar air pada
tanah dalam kondisi sebelum penggemburan sebesar 40,3 % dan rata-rata bulk density sebesar 1,27 gr/cm3 dapat dirujuk pada Lampiran 4.
Tabel 5. Rataan bulk density sesudah penggemburan Percobaan
Dari Tabel 5 rataan bulk density sebelum penggemburan diperoleh hasil rata-rata berat tanah sebelum penggemburan sebesar 60,5 gr, rata-rata berat tanah kering oven sesudah penggemburan sebesar 38,9 gr, rata-rata jumlah kadar air pada tanah dalam kondisi sebelum penggemburan sebesar 54,6 % dan rata-rata bulk density sebesar 0,81 gr/cm3 dapat dirujuk pada Lampiran 4.
Dari Tabel 4 dan 5 dapat diambil beberapa kesimpulan bahwa tanah gembur dapat diketahui dengan bulk density yang lebih rendah dari keadaan tanah sebelum penggemburan khususnya pada tekstur lempung berpasir, dan menurut Tanveera (2015) bahwa bulk density ideal pada tanah dengan tekstur sandy loam atau lempung berpasir sebesar < 1,32 gr/cm3. Bulk density pada tanah sesudah penggemburan lebih rendah diakibatkan penetrasi roda penggembur dalam memecah tiap-tiap bongkahan tanah sehingga menjadi remah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 17. Kondisi tanah pada proses penggemburan
Pada tanah sebelum penggemburan memiliki nilai bulk density yang lebih tinggi dikarenakan tanah tersebut lebih rapat dan padat sesuai Hardjowigeno (2003) karena tanah tesebut lebih padat sehingga mempunyai bulk density atau kerapatan massa lebih tinggi, berikut grafik menjelaskan bahwa bulk density sebelum > bulk density sesudah
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
1 2 3
Percobaan
Bulk density sebelum Bulk density sesudah
Gambar 18. Grafik bulk density
Kadar air tanah juga mempengaruhi kerapatan massa (bulk density) pada tanah, didapatkan rata-rata hasil jumlah kadar air di pada kondisi tanah sebelum
gr/cm3
dan sesudah penggemburan sebesar 40,3% dan 54,6 % dapat dirujuk pada Lampiran 5. Pada penelitian ini diperoleh tanah yang lebih padat dengan nilai bulk density lebih tinggi mempunyai nilai kadar air yang kecil dibandingkan tanah
dengan setelah dilakukan penggemburan yang sifatnya remah atau gembur mempunyai bulk density yang rendah, dikarenakan kemampuan untuk meloloskan air ke dalam tanah yang di mana fungsi utama sebagai media gerak unsur hara ke dalam akar yang berguna untuk menunjang pertumbuhan suatu jenis tanaman tertentu.
4. Tenaga yang dibutuhkan
Penentuan tenaga yang dibutuhkan pada alat ini agar mengetahui besarnya tenaga yang dibutuhkan terhadap tenaga yang tersedia pada mesin untuk penggemburan pada roda alat penggembur, pada spesifikasi alat bahwa mesin pemotong rumput memiliki tenaga sebesar 1,4 HP, kecepatan maksimal pada gearbox sebesar 250 RPM, kecepatan putaran roda 230 RPM dan kecepatan putaran 7500 RPM, tetapi pada kecepatan putar tidak sebesar 7500 RPM karena berbedanya prinsip kerja pemutar pisau pemotong rumput dengan gearbox untuk menggerakkan roda. Rasio gearbox sebesar 1:30 dari kecepatan putar mesin 7500 RPM sehingga diperoleh kecepatan maksimal gearbox 250 RPM, dan diperoleh besar tenaga yang dibutuhkan untuk pengoperasian dalam menggemburkan tanah sebesar 1,28 HP pada jenis tanah lempung berpasir dapat dirujuk pada Lampiran 7. Besar tenaga pengoperasian alat penggembur tanah ini masih dikategorikan dalam pekerjaan ringan Sesuai pada Harnel dan Buharman (2010) yang menyatakan berdasarkan identifikasi tingkatan kerja oleh pada manusia berumur 20-50 tahun menunjukkan bahwa kebutuhan tenaga untuk mengoperasikan alat
penggembur tanah dapat digolongkan dalam tingkat pekerjaan ringan yaitu 0,2-1,5 HP.
Analisis ekonomi a. Biaya pemakaian alat
Analisis ekonomi ini digunakan untuk menentukan besarnya biaya yang harus dikeluarkan saat melakukan penggemburan menggunakan alat ini dan seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan.
Dari penelitian yang dilakukan diperoleh biaya untuk alat penggembur tanah tipe roda besi bersirip atau tiap tahunnya, diperoleh dari kapasitas alat pada saat penggemburan sebesar 0,02732 Ha/jam pada tahun pertama hingga tahun ke lima sama. Hal ini disebabkan persamaan nilai biaya penyusutan pada tiap tahunnya sehingga mengakibatkan biaya tetap alat tiap tahunnya sama.
Biaya pemakaian alat diketahui dengan menjumlahkan biaya tetap dan biaya tidak tetap, biaya tetap dari alat penggembur tanah jenis roda bersirip ini sebesar Rp 525.000, terdiri dari biaya penyusutan sebesar Rp 450.000/tahun dan bunga modal dan asuransi Rp 75.000/tahun, dan biaya tidak tetap pada alat penggembur tanah tipe roda besi bersirip sebesar Rp 14.050/jam terdiri dari biaya bahan bakar sebesar Rp 7.800/jam, biaya operator sebesar Rp 6.250/jam, dan biaya pokok sebesar Rp 530.090/Ha, dapat dirujuk di Lampiran 6.
b. Break Even Point
Dari hasil penelitian ini di peroleh nilai BEP yang mencapai titik impas apabila telah melakukan penggemburan sebesar 2,4 Ha/tahun dapat dirujuk pada Lampiran 8, menurut Waldyono (2008), analisis titik impas umumnya berhubungan dengan proses penentuan tingkat produksi untuk menjamin agar
kegiatan usaha yang digunakan dapat membiayai sendiri (self financing), dan selanjutnya dapat berkembang sendiri (self growing). Dalam analisis ini keuntungan awal dianggap nol. Manfaat perhitungan titik impas adalah untuk mengetahui batas produksi minimal yang harus dicapai dan dipasarkan agar usaha yang dikelola masih layak untuk dijalankan. Pada kondisi ini income yang diperoleh hanya cukup untuk menutupi biaya operasional tanpa adanya keuntungan.