Pemilihan Konseptual Ide Rancangan
Penentuan pola pemupukan kelapa sawit digunakan untuk menentukan cara pembenaman pupuk yang paling tepat bagi pertumbuhan tanaman kelapa sawit. Gambar 8 dan 9 berikut menjelaskan dua pola pemupukan yang akan dipilih salah satunya.
Gambar 8 Konsep (1) aplikasi pupuk dalam lubang di sekitar tanaman dengan pola lurus.
Gambar 9 Konsep (2) aplikasi pupuk dalam lubang di sekitar tanaman dengan pola setengah lingkaran
Menurut Fadli,et.al (1999) pemberian aplikasi pupuk dilakukan yang dengan sistem pola lurus (Gambar 8) yang berjarak ± 1.5 meter dari pokok, memberikan pengaruh yang lebih baik terhadap serapan unsur hara dan secara teknis pola tersebut mudah dilakukan di lapangan. Sedangkan apabila pemberian pupuk
13 dilakukan dengan sistem pola setengah lingkaran (Gambar 9), secara teknis, pola tesebut sangat menyulitkan operator ketika mesin ini dioperasikan di lapangan.
Menurut analisis desain, mekansime pembenaman pupuk nantinya akan menggunakan komponen mesin implemen pengolah tanah yaitu shovel, disk, dan rotari. Hal ini disajikan pada Gambar 10 dan 11.
Gambar 10 Konsep (2) aplikasi pembenaman pupuk dalam alur lurus di sekitar tanaman menggunakan shovel atau disk
Komponen mesin tersebut diharapkan mampu membenamkan pupuk pada kedalaman tertentu karena penempatan pemebenaman pupuk sangat berpangaruh terhadap hasil buah kelapa sawit, menurut Sulistiyo (2010) penempatan pupuk pada kedalaman 10 cm diduga dapat merangsang perkembangan akar ke dalam, sehingga tanaman akan lebih subur .
Gambar 11 Konsep (3) aplikasi pembenaman pupuk dalam alur lurus di sekitar tanaman menggunakan pisau rotari tipe L
14
Diperkuat oleh Hermawan (2012) yang mengatakan bahwa, menurut pertimbangan agronomis, perakaran kelapa sawit tumbuh dominan pada kedalaman 10-40 cm, pupuk yang di benamkan dekat dengan daerah perakaran menjamin kesediaan hara untuk tanaman kelapa sawit, dan nantinya akar akan tumbuh berkembang ke sumber hara dan air tanah sehingga produktifitas tanaman meningkat. Hal ini dibuktikan pada Gambar 12.
Gambar 12 Kondisi perakaran sawit di lapangan (10-40 cm)
Sehingga ada beberapa kriteria mesin yang dibutuhkan untuk memilih konsep pengembangkan mesin pempupuk kelapa sawit di dalam tanah diantaranya : 1) mudah dioperasikan secara teknis, 2) pupuk dibenamkan pada kedalam tertentu (10 cm) dengan komponen mesin tertentu, 3) kegiatan pemupukan dapat dilakukan secara efektif.
Dari beberapa konsep ide di atas dilakukan analisis kelayakan baik dari segi teknis maupun ekonomisnya. Secara keseluruhan dari beberapa ide konsep aplikasi pemupukan, maka dipilihlah yang terbaik, yaitu konsep aplikasi pembenaman pupuk dalam pola lurus dengan menggunakan pisau rotari sebagai mekanisme pembenam diharapkan mampu menjawab semua kriteria mesin yang dibutuhkan untuk kegiatan pemupukan kelapa sawit.
Mekanisme pembenaman pupuk dengan pisau rotari di dalam tanah dilakukan dengan cara pisau berputar untuk memotong tanah dan mencurahkan pupuk secara bersamaan, sehingga menghasilkan pencampuran dan pembenaman pupuk yang efektif. Effisiensi dan kapasitas mesin dalam pemupukan dapat ditingkatkan karena aplikasi dilakukan secara kontinous, di mana mesin tidak perlu berhenti selama memupuk.
Hasil Evaluasi Pengujian Konsep Rancangan
Untuk membuktikan konsep tersebut, di mana rotari diharapkan mampu membenamkan dan mencampur pupuk dalam tanah, telah dilakukan pada evaluasi pengujian konsep rancangan dengan menggunakan rotari tiller dan implemen rotavator Kubota KRL1600D. Hal ini telah dibuktikan pada kegiatan yang dilakukan pada Gambar 13.
15
Gambar 13 Percobaan aplikasi pupuk dengan rotari tiller dan rotavator pada kedalaman 10 cm (menggunakan pisau tipe L)
Dari hasil percobaan, pupuk tercampur dan terolah di dalam tanah pada kedalaman 5-10 cm. Maka diperlukan spesifikasi teknik berikut untuk mesin pemupuk kelapa sawit dengan metode pembenaman pupuk ke dalam tanah (tenaga traktor roda empat), yaitu :
a) Pitch potongan tanah 4-6 cm, kecepatan putar rotari yang digunakan 200-300 rpm, jumlah pisau 2 bilah
b) Pisau rotari tipe L (milik Kubota KRL 1600D) c) Lebar aplikasi rotari 20 cm
d) Sistem transmisi (gearbox dan rantai-sproket)
Adapun asumsi pengujian dari percobaan di atas yang tersaji pada lampiran 1 dan 2.
16
Pembuatan Gambar Kerja Prototipe
Gambar kerja (gambar teknik) dirancang dengan menggunakan software desain yaitu Solidworks 2011. Gambar assembly mesin pemupuk kelapa sawit disajikan pada Gambar 14. Sedangkan detail gambar teknik keseluruhan mesin disajikan pada lampiran 12.
Gambar 14 Gambar teknik mesin pemupuk kelapa sawit Pembuatan Protipe Mesin Kelapa Sawit
Pembuatan mesin pemupuk kelapa sawit dibuat di bangkel pertanian. Adapun beberapa unit assembly yang dibuat yaitu : assembly rangka, assembly penyaluran tenaga, assemblyhopper dan penjatah pupuk, dan assembly rotari. Assembly rangka
Rangka dibuat dengan besi siku 50x50 mm, ketebalan 5 mm. Prosesnya rangka dibentuk sesuai desain kemudian disambungkan dengan menggunakan peralatan perbengkelan. Assembly ini memiliki dimensi panjang 640 mm, lebar 400 mm. Gambar 15 di bawah menunjukkan hasil pembuatan rangka mesin.
(a) Rangka bawah (b) Rangka penopang komponen mesin keseluruhan
17
Assembly penyaluran tenaga
Assembly penyaluran tenaga yang digunakan, adalah sepasang rantai, sproket tipe RS 50, gearbox WPA 100 dan tenaga utama yaitu PTO traktor roda empat. Posisi gearbox berada di belakang tempat pupuk dan dilengkapi dengan poros-poros penyalur tenaga. Sistem penyalur tenaga disajikan pada Gambar 16 di bawah ini.
(a) Sebelum komponen sistem transmisi dipasangkan
(b) Setelah komponen sistem transmisi dipasangkan
Gambar 16 Rancangan sistem penyalur tenaga dan gearbox WPA 100 (1:10) dan rantai sproket RS 50
Penentuan poros dan kekuatan rantai sangat dibutuhkan untuk mengetauhi keterkaitan antara tenaga yang akan digunakan di setiap masing-masing komponen, baik itu daya, kecepatan putar, ukuran diameter poros, panjangnya rantai untuk setiap poros, agar mesin mampu bekerja dengan baik, bahan poros yang digunakan adalah S45C, untuk mengatauhi lebih detail dapat dilihat dalam Lampiran 7 s/d 10.
Assembly hopper dan penjatah pupuk
Terdiri dari hopper (tempat pupuk) dan meteringdevice (penjatah). Hopper pupuk dibuat dengan bentuk limas segiempat, dengan kapasitas 100 kg, (masing-masing 50 kg), dapat dilihat pada Gambar 17 di bawah ini.
(a) Pembuatan satu hopper berkapasitas 50 kg
(b) Pemasangan hopper berkapasitas 100 kg (masing-masing 50 kg) Gambar 17 Hopper (tempat pupuk)
Posisi hopper pupuk dipasangkan di depan gearbox, yang ditopang dengan rangka penyangga agar hopper tidak berpindah posisi ketika mesin beroperasi, dan selain
18
itu, hopper juga dilengkapi dengan tempat pengeluaran pupuk untuk tempat metering device yang dipasangkan tepat di bagian bawah hopper yang telah disesuaikan ukurannya (Gambar 18).
Gambar 18 Penempatan metering device
Menurut hasil analisa teknik desain metering device pupuk memiliki diameter 60 mm dengan panjang 100 mm, tebal 4 mm dan terdiri dari 6 celah volume yang mampu memberikan dosis pemupukan 0.3 kg setiap putarannya (untuk dua rotor), serta dilengkapi dengan lubang diameter poros 12 mm, yang digunakan untuk tempat poros yang nantinya dihubungkan dengan poros gearbox (sketsa Gambar 6b).
Assembly rotari
Pisau tipe L dirancang untuk mengolah lahan kering, selain mengolah, pisau ini juga mampu memotong sisa tanaman pada lahan kering (Sakai et al 1998). Posisi susunan pisau mengarah ke dalam, seperti yang di tunjukkan pada Gambar 19 dan Lampiran 4.
(a) Flens rotari (jarak antar flens 20 cm)
(b) Unit rotari mesin pemupuk kelapa sawit
Gambar 19 Assembly sistem rotari
Pembuatan lebar pengolahan rotari ditentukan dengan mengukur jarak antar flens rotari sebesar 20 cm. Flens berfungsi sebagai penopang/tempat pisau rotari dipasang. Dalam rancangan flens rotari dibuat dari bahan plat baja, tebal 1 cm, dibentuk lingkaran dengan diameter 21 cm, dengan dua bilah pisau rotari di tiap flens. Berdasarkan analisa teknik, poros yang digunakan mempunyai diameter 40
Tempat metering device pupuk
19 mm, dengan bahan S45C yang digunakan untuk mentransmisikan tenaga putar dari gearbox, hal ini dapat dilihat pada Lampiran 8 dan kebutuhan daya pisau rotari dapat dilihat pada Lampiran 3.
Uji Kinerja Prototipe Mesin Pemupuk Kelapa Sawit
Setelah dilakukan pembuatan mesin, maka dilakukan pengujian di lapangan. Pengujian ini dilakukan untuk mengetauhi fungsional komponen mesin secara keseluruhan dan kinerja mesin secara keseluruhan.
Hasil jarak olahan pengolahan dan kedalaman pupuk dalam tanah
Berdasarkan pengujian, lebar pengolahan yang dihasilkan telah mendekati harapan, yaitu sebesar 20 cm. Sebelumnya penelitian ini diharapkan mampu membenamkan pupuk pada kedalaman 5-10 cm. Sedangkan ketika telah diuji di lapangan, kedalaman rata-rata yang dihasilkan sekitar 10-15 cm. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 20 dan 21.
(a) Mesin beroperasi (b) Hasil Lebar olahan (20 cm) Gambar 20 Proses kinerja dan hasil mesin pemupuk
Gambar 21 Hasil kedalaman dari proses pembenaman pupuk
Secara keseluruhan pengujian dilakukan dengan empat variasi pengujian. Variasi pengujian meliputi penggunaan gigi Low 1 dan 2 traktor, kecepatan putar
20
PTO (rpm) traktor yaitu 540 dan 750, yang dijalankan dalam jarak 5 m. Setiap 1 meter nya pupuk diperiksa kedalaman dan tingkat percampurannya ke dalam tanah. Secara lengkap untuk mengetauhi hasil pengujian protototipe mesin dapat dilihat pada data yang tersaji pada Tabel 2 di bawah ini.
Tabel 2 Kedalaman pemupukan (LOW & PTO) dengan kecepatan putar engine 1500 rpm Transmisi PTO (rpm) Waktu (s) Jarak (m) Kecepatan (m/s) Kedalaman (cm) 1 2 3 4 Rata-rata LOW 1 540 14.56 5 0.34 13 15.3 14 16.8 14.78 LOW 1 750 22.77 5 0.22 15 16 16 16 15.75 LOW 2 540 24.27 5 0.20 13 12.5 10 12 11.88 LOW 2 750 18.75 5 0.27 15 14.5 15.5 15.7 15.18 Kinerja mesin pemupuk dalam kegiatan pemupukan mempunyai tingkat kedalaman rata-rata yang baik, karena pengaplikasian pupuk dapat dilakukan secara kontinyu (mesin tidak berhenti selama beroperasi). Di sisi lain tingkat pencampuran keseragaman sebaran pupuk ke dalam tanah hasilnya terolah dan tercampur baik pada kedalaman yang diharapkan, sehingga menandakan bahwa tingkat keefektifan pemupukan diaplikasikan dengan baik.
Desain jumlah dan kecepatan putar dari pisau rotari diharapkan mampu memberikan pengaruh keseragaman alur pengelolahan. Meningkatan kecepatan putar rotari pisau dan menambahkan jumlah pisau akan memberikan keseragaman pengolahan sehingga akurasi kinerja penanaman presisi dan baris perkebunan akan meningkat (Khodabakhshi. A, 2013).
Berdasarkan data pada Tabel 2, menunjukkan bahwa besarnya kecepatan putar sangat berpengaruh terhadap tingkat kedalaman pengolahan, hal tersebut dikarenakan tingkat pengolahan pisau rotari putarannya sangat tinggi sehingga pemotongan tanah menjadi lebih sering dilakukan.
21 Di bawah ini disajikan beberapa gambar kedalaman dan pencampuran pupuk yang dihasilkan dari kinerja prototipe mesin pemupuk. (Gambar 22).
(a) Kedalaman pupuk 10 cm di dalam tanah
(b) Kedalaman pupuk 12.5 cm di dalam tanah
(c) Tingkat pencampuran di dalam tanah
(d) Hasil sebaran pupuk pada tanah Gambar 22 Hasil kedalaman dan keseragaman sebaran pupuk
Pengujian yang dilakukan berikutnya yakni tahanan penetrasi tanah. Tahanan penetrasi tanah diukur pada kedalaman rotari 0-15 cm sebelum dan sesudah pengolahan. Grafik hasil pengukuran dapat di lihat pada Gambar 23. Sedangkan gambar hasil pengukuran dapat di lihat pada Gambar 24. Hasil pengukuran penetrasi tanah secara lengkap dapat di lihat pada lampiran 11.
22
Gambar 23 Grafik penetrasi tanah setelah dan sebelum pengolahan
294 392 490 2156 2156 2156 0 500 1000 1500 2000 2500 0-5 5 -10 10 - 15