Parameter-parameter pengujian yang di ukur pada operasi alat pemanen tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.) perlu ditentukan agar keberhasilan perancangan dapat diketahui. Pada pengujian skala laboratorium besaran yang akan diukur:
a. Berat alat pemanen
b. Titik berat alat pemanen yang dirancang
Pada pengujian di lapang, besaran yang akan diamati dan diukur : a. Kecepatan maju traktor yang sesuai
b. Jumlah buah yang terpanen
E. Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu identifikasi masalah, pembatasan masalah, penelitian pendahuluan, analisis rancangan, desain alat, pembuatan alat simulasi, uji fungsional alat simulasi, konstruksi alat dan analisis data. Adapun tahapan penelitian yang dilaksanakan dapat dilihat pada Gambar 17.
1. Identifikasi Masalah
Buah jarak yang sesuai untuk pembuatan biodiesel berwarna kuning, cokelat kehitaman dan hitam sedangkan tingkat kematangan buah jarak dalam satu malai tidak seragam, jika buah yang dipanen masih mentah akan menurunkan kualitas biodiesel. Posisi buah jarak mengikuti percabangan dari rantingnya dan tersebar. Hal ini mengakibatkan pemanenan hanya dapat dilakukan secara manual menggunakan tangan (manual) untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Jika diterapkan untuk suatu wilayah dengan luasan panen yang besar cara pemanenan tersebut sangat tidak efektif dan efesien. Sehingga dibutuhkan suatu alat bantu yang dapat melakukan pekerjaan tersebut lebih cepat dibandingkan cara manual para pemanen.
2. Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah pada perancangan ini adalah mengenai perancangan alat pemanen jarak pagar sehingga dapat memanen buah yang telah matang (buah jarak berwarna kuning, coklat kehitaman dan hitam). Perancangan tersebut meliputi desain pemetikan buah, sudut pemanenan dan jarak optimal untuk pemetik buah jarak pagar. Sedangkan sumber tenaga dan mekanisme penyaluran daya tidak dibahas.
3. Penelitian Pendahuluan
Sebelum melakukan perancangan alat panen dilakukan terlebih dahulu penelitian pendahuluan. Penelitian pendahuluan ini berupa uji kelenturan dari batang jarak dan pengukuran besarnya gaya untuk melepas buah jarak dari malainya. Uji kelenturan batang jarak dilakukan dengan alat UTM Instron di Laboratorium Terpadu Hasil Hutan sedangkan pengukuran besarnya gaya untuk melepas buah jarak dari malainya menggunakan neraca pegas. Alat uji kelenturan dan neraca pegas dapat dilihat pada Gambar 16.
(a) (b) Gambar 16. UTM Instron (a) dan neraca pegas (b)
4. Analisis Rancangan
Analisis perancangan dilakukan untuk menggunakan kebutuhan komponen-komponen yang akan digunakan untuk membuat alat pemanen buah jarak pagar. Analisis ini terdiri dari analisis fungsional dan struktural yang dilengkapi dengan analisis teknik. Analisis fungsional dilakukan penentuan komponen-komponen yang diperlukan untuk membuat alat panen jarak pagar. Dalam analisis struktural menentukan bentuk dan ukuran dari komponen yang sesuai dengan kebutuhan.
5. Desain Model Alat Pemanenan
Desain alat pemanen buah jarak pagar didasarkan pada analisis perancangan dan hasil penelitian pendahuluan sehingga dihasilkan beberapa konsep desain yang fungsional maupun struktural. Konsep desain yang paling memenuhi kebutuhan secara fungsional dan struktural serta mempertimbangkan beberapa aspek yang terkait dibuatkan gambar tekniknya.
6. Pembuatan Model Alat Pemanenan
Pada tahap ini dilakukan pembuatan alat simulasi pemanenan jarak pagar untuk melihat optimalisasi rancangan fungsional alat ini. Rancangan yang dibuat adalah pemetik buah jarak pagar. Simulasi pemetik yang dibuat berupa sisir dari bambu.
7. Uji Fungsional dan Mekanisme Model Alat Pemanenan
Metode pengujian yang dilakukan adalah metode uji fungsioanal. Pengujian ini bertujuan untuk melihat mekanisme kerja alat sesuai dengan rancangan, jika tidak sesuai maka perlu dilakukan perubahan-perubahan jika memungkinkan.
Langkap pertama pengujian yaitu melihat sudut dan arah pemanenan yang dapat mengoptimalkan pemanenan buah jarak. Selanjutnya jarak antar sisir yang sesuai dan antar jari-jari sisir serta kelenturan dan lebar jari-jari-jari-jari sisir. Langkah terakhir adalah pengujian kecepatan pemanenan yang sesuai.
8. Konstruksi Alat Pemanen
Parameter-parameter dari lahan yang sudah diketahui, kemudian digunakan untuk mendesain komponen-komponen penyusun alat pemanen tanaman jarak pagar. Setiap komponen, maupun antar komponen akan didesain sehingga akan dihasilkan fungsionalitas dari desain terpenuhi. Komponen penyusunnya, diantaranya adalah penyisir, pengatur jarak antar sisir, rangka dan gandengan.
9. Prototype Alat Pemanen
Proses konstruksi ini akan menghasilkan sebuah prototype berupa alat pemanen, yang seluruh mekanismenya dapat berjalan dengan baik, sehingga secara fungsional proses desain sudah dapat dikatakan berhasil. Apabila rancangan belum mampu berjalan secara baik, maka akan dilakukan proses iterasi sehingga dihasilkan desain yang dapat berjalan secara fungsi dan secara struktur.
10. Uji Performansi Alat Pemanen
Proses konstruksi yang telah dilakukan kemudian akan dilanjutkan dengan pengujian kinerja. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kualitas dan kinerja dari alat pemanen tanaman jarak pagar. Pengujian dan pengukuran dilakukan di bengkel dan di lahan percobaan. Pengukuran yang dilakukan di bengkel bertujuan untuk mengetahui berat mesin. Sedangkan pengujian yang dilakukan di lahan percobaan bertujuan untuk mengetahui kecepatan operasi alat di lahan.
Pengukuran berat alat dilakukan secara langsung di bengkel leuwikoppo dengan menggunakan timbangan. Pengukuran dilakukan beberapa ulangan pada desain yang diukur. Selain pengukuran massa, akan dilakukan analisis massa untuk menentukkan titik pusat massa alat pemanen yang telah dirancang.
Pengujian berikutnya adalah untuk mengetahui kecepatan maju traktor yang optimal dalam pemanenan di lahan. Hal terakhir yang dilakukan adalah mengitung jumlah buah terpanen dan tertinggal di tanaman sehingga dapat melihat optimalisasi hasil kinerja alat dalam pemanenan.
Gambar 17. Diagram alir desain alat pemanen buah jarak pagar. Selesai
Prototype alat pemanen
Uji Performansi Mulai
Identifikasi masalah
Penelitian pendahuluan
Desain alat
Uji fungsi dan mekanisme
Pembuatan model alat pemanenan Analisis rancangan Pembatasan masalah
Ya
Tidak
Konstruksi alat pemanen
Tidak Ya
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Penelitian Pendahuluan
1. Pengujian Kuat Tarik Dahan Buah Jarak Pagar
Pengujian kuat tarik dahan dilakukan di kebun lapangan Leuwikopo dimana dilakukan pengujian dengan menggunakan neraca pegas. Besarnya gaya yang diperlukan untuk menarik buah agar terlepas dari dahan dibaca pada skala yang tertera di neraca pegas. Hasil pengukuran kuat tarik dahan buah jarak pagar setelah 10 kali ulangan dapat dilihat pada Table 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran kuat tarik dahan buah jarak pagar
Hasil menunjukan bahwa besarnya gaya yang diperlukan melepas buah jarak dari dahan sebesar 8.26 N untuk buah yang mentah (berwarna hijau) dan 0.76 N untuk buah yang matang (berwarna cokelat dan hitam). Ini menunjukan kisaran gaya yang dihasilkan alat panen untuk melepas buah jarak dengan cara menariknya. Buah yang sudah matang atau yang bewarna cokelat kehitaman sangat mudah untuk dilepaskan dari cabang yang mengikatnya. Cara pengujian yang dilakukan dapat dilihat dari Gambar 18.
Gambar 18. Pengujian kuat tarik dahan buah jarak pagar
Ulangan berwarna hijau (N) Gaya tarik buah
Gaya tarik buah berwarna cokelat dan
hitam (N) 1 7.8 0.4 2 8.2 0.8 3 7.5 0.7 4 6.9 0.2 5 7.6 0.3 6 9.0 0.9 7 8.5 0.6 8 9.4 1.0 9 9.7 1.2 10 8.0 1.5 Rata-rata 8.26 0.76
2. Pengujian Kelenturan Tanaman Jarak Pagar
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan lima bagian tanaman jarak pagar, yaitu pucuk, percabangan atas, percabangan bawah, batang tengah dan batang bawah. Bagian-bagian yang digunakan dalam pengujian kekuatan lentur dapat dilihat pada Gambar 19.
Gambar 19. Bagian tanaman jarak yang digunakan sebagai sample pengujian kelenturan
Kelenturan tanaman jarak dilakukan dengan menguji kekuatan lentur dengan pembebanan satu titik (one point loading). Efek pertama yang terjadi akibat tekanan tegak lurus serat kayu adalah terjadinya pemadatan sel karena dinding bagian atas dan bagian bawah sel akan menyatu (berimpit). Oleh karena itu, kekuatan kayu seolah-olah meningkat, yang sebenarnya sudah terjadi kerusakan. Maka, hasil pengujian kekuatan tegak lurus serat bukan diambil dari nilai maksimum tetapi hanya dari nilai tegangan serat pada batas proporsional (fibre stress at proportional limit), dimana kayu masih bersifat elastis (Mardikanto, 2009). Grafik hasil pengujian kuat lentur tanaman jarak dapat dilihat pada Gambar 20.
Gambar 20. Grafik pengujian kuat lentur tanaman jarak pagar 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 10 20 30 40 50 Gaya P (kgf) defleksi (mm)
Sample A2
Sample A2A
D C
E
B
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa perubahan bentuk yang terjadi pada tanaman jarak akibat perubahan beban yang menimpanya sampai dengan batas proporsi maka bentuk grafiknya dilihat secara keseluruhan berupa garis lurus. Sifat tanaman jarak pagar sebelum batas proporsi bersifat plastis, dimana tanaman dapat kembali ke bentuk semula apabila dilepas. Ketika melewati batas proporsi, grafiknya berubah menjadi bentuk parabolik dan terjadi perubahan bentuk tanaman jarak pagar sebelum benda mengalami kerusakan.
Grafik yang berupa garis lurus akan membentuk sudut kemiringan (slope) terhadap sumbu horizontal. Nilai kemiringan (slope) menunjukan sifat mudah tidaknya benda tersebut berubah bentuk akibat pembebanan. Semakin mudah benda tersebut berubah bentuk akibat beban yang sama, maka akan semakin kecil slope-nya, yang berarti semakin tidak kaku (elastis) benda tersebut
Dari pengujian kelenturan diperoleh nilai modulus elastisitas dari tanaman jarak pagar, dimana kelenturan batang jarak pucuk (sample A) sebesar 528.65x106 N/m2, pada percabangan atas (sample B) sebesar 1018.18x106 N/m2, percabangan bawah (sample C) sebesar 752.08x106
N/m2, batang tengah (sample D) sebesar 557.77x106 N/m2 dan batang bawah (sample E) sebesar 420.94x106 N/m2. Modulus elastisitas pada batang jarak dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Modulus elastisitas batang jarak pagar Sample E (kgf/cm²) Rataan E (kgf/cm²) Rataan E (106 N/m2) A1 7685.94 5390.72 528.65 A2 3835.85 A3 3605.28 A4 5723.79 A5 6102.73 B1 6937.70 10382.62 1018.18 B2 8775.85 B3 9471.68 B4 17361.73 B5 9366.16 C1 8997.16 7669.11 752.08 C2 5538.05 C3 6560.54 C4 7914.16 C5 9335.66 D1 6555.59 5687.71 557.77 D2 5431.28 D3 6303.78 D4 4592.54 D5 5555.37 E1 4405.69 4292.43 420.94 E2 2962.34 E3 4552.65
Dalam Dian 2009, kekuatan batang jarak secara struktur kolomnya adalah sebesar 63.98 kgf/cm2, merupakan kombinasi dari kekuatan tekan batang sebesar 62.27 kgf/cm2 dan kekuatan lentur batang sebesar 14.69 kgf/cm2.
3. Pengujian Parameter Desain Model Alat Pemanen Jarak Pagar
Metode pemanenan yang digunakan adalah metode penyisiran untuk itu diperlukan parameter desain seperti bentuk alat panen, arah pemenenan, jarak antar sisir dan jarak antar jari-jari sisir. Untuk mendapatkan data ini diperlukan pengujian dengan melakukan simulasi dengan model alat panen. Dimana model alat pemanen jarak dibuat dari bahan bambu yang memiliki kelenturan 17000-20000 N/mm2 untuk bambu kering dan 9000-10000 N/mm2 (Dransfield, 1995).
Buah jarak berupa buah kotak berbentuk bulat telur, diameter 2-4 cm dan panjang buah 2 cm berwarna hijau ketika masih muda dan kuning kecokelatan jika matang. Berdasarkan pengamatan dilapangan buah jarak yang sudah matang mengalami penyusutan diameter menjadi 1.5-2.5 cm. Berdasarkan hal ini, jarak antar sisir dirancang agar dapat dilalui buah ketika terpetik ataupun terguncang. Alat panen yang akan didesain berupa sisir dari dua sisi (kiri dan kanan) untuk mencapai keseluruhan cabang tanaman (lihat Gambar 21).
Alat pemanen didesain agar dapat menyisir tanaman jarak sampai ke batang utama, maka untuk memudahkan penyisiran dirancang lebar sisir yang dapat mengumpulkan keseluruhan cabang tanaman jarak. Lebar sisir ditentukan berdasarkan pengamatan di lapangan terhadap diameter kanopi/percabangan tanaman jarak sebesar 2-2.5 m. Dari hasil pengujian di laboratorium, batang jarak memiliki kelenturan batang jarak pucuk sebesar 528.65x106 N/m2, pada percabangan atas sebesar 1018.18x106 N/m2, percabangan bawah sebesar 752.08x106 N/m2, batang tengah sebesar 557.77x106 N/m2 dan batang bawah sebesar 420.94x106 N/m2 Hal ini menujukkan batang jarak memiliki kelenturan yang tinggi untuk dikumpulkan dan dapat melewati celah sisir.
Metode penyisiran dilakukan dengan tiga arah simulasi yaitu vertikal, horizontal dan horizontal dengan kemiringan. Arah simulasi vertikal dilakukan dengan menyisir tanaman jarak dari batang bawah hingga ke pucuk. Arah simulasi vertikal dapat dilihat pada Gambar 21. Metode penyisiran dengan arah simulasi horizontal dilakukan dengan memposisikan sisir secara tegak dan digerakkan dari sisi tanaman jarak, dapat dilihat pada Gambar 22. Sedangkan simulasi terakhir menggunakan arah horizontal namun model alat panen diposisikan dengan kemiringan tertentu (lihat Gambar 23).
Tinggi ataupun panjang alat yang digunakan berdasarkan tinggi tanaman jarak pagar, dengan asumsi tanaman akan dirawat/dipangkas maka diberikan batasan tinggi tanaman yang dapat terpanen adalah 2 m. Untuk buah yang diluar jangkauan alat dapat terpanen dengan guncangan yang dihasilkan alat pemanen.
(a) (b)
Gambar 21. Model alat pemanen berbentuk sisir dengan arah aplikasi ke atas atau vertikal, dimana alat dalam posisi horizontal (a) dan sketsa alat yang menunjukan arah aplikasi (b)
(a) (b) Gambar 22. Model alat pemanen berbentuk sisir dengan arah aplikasi ke depan atau horizontal,
dimana alat dalam posisi vertikal (a) dan sketsa alat yang menunjukan arah aplikasi (b)
(a) (b)
Gambar 23. Model alat pemanen berbentuk sisir dengan arah aplikasi ke depan atau horizontal namun alat dimiringkan sebesar 45o (a) dan sketsa alat yang menunjukan arah aplikasi (b)
Hasil pengujian di atas pada lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm diperoleh persentase pemanenan yang baik adalah dengan kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 56.1% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 22.7% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) sebanyak 2.5%. Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm dapat dilihat pada Gambar 24. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 5.
Gambar 24. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm 44.4 0 0 48.1 0 0 45.9 3 0 56.1 22.7 2.5 42.3 0 0 40 0 0 0 10 20 30 40 50 60
Vertikal Horizontal Miring (α=30o) Miring (α=45o) Miring (α=60o) Miring (α=75o)
Persentase Bu ah Terpanen (%) Arah Uji Simulasi Lebar jari‐jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2 cm 4
5
45
Pada lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm, diperoleh persentase pemanenan yang baik pada kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 58.4% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 16.7% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) sebanyak 1.9%. Pada pengujian ini buah jarak pagar yang berwarna cokelat dan hitam lebih sedikit terpanen karena jarak antar jari-jari sisir lebih besar menyebabkan buah yang bewarna cokelat dan hitam lolos (tidak terpanen). Karena lebar jari-jari bambu yang kecil tidak dapat memberikan gaya tarik pada dahan buah dan kurang membuat guncangan.Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm dapat dilihat pada Gambar 25. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 6.
Gambar 25. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm
Pada lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm, diperoleh persentase pemanenan yang baik adalah dengan kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 86.4% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 66.7% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) tidak terpanen. Pada kemiringan 30o
dan kemiringan 60o merupakan persentase pemanenan yang tertinggi kedua. Dimana buah yang terpanen pada kemiringan 30o berwarna cokelat dan hitam sebanyak 52.3% dan buah berwana kuning sebanyak 10% sedangkan buah yang berwarna hijau sebanyak 10%. Pada kemiringan 60o, persentase buah yang terpanen berwarna cokelat dan hitam sebanyak 52.2% dan buah berwana kuning sebanyak 33.4% sedangkan buah yang berwarna hijau sebanyak 1.7%.
Banyaknya buah berwarna cokelat dan hitam yang terpanen disebabkan karena lebar jari-jari bambu yang dapat memberikan gaya tarik pada dahan buah jarak dan guncangan yang lebih besar, namun karena jarak antar jari-jari sisir yang kecil menyebabkan buah lolos melewati jarak antar sisir. Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2cm dapat dilihat pada Gambar 26. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 7. 34 0 0 29.5 0 0 40.2 5.6 1.5 58.4 16.7 1.9 30.2 0 0 40.3 0 0 0 10 20 30 40 50 60
Vertikal Horizontal Miring (α=30o)Miring (α=45o)Miring (α=60o)Miring (α=75o)
Persentase Bu ah Terpanen (%) Arah Uji Simulasi Lebar jari‐jari bambu 0.7 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2.5 cm
Gambar 26. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2 cm
Hasil pengujian pada lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm diperoleh persentase pemanenan yang baik adalah dengan kemiringan 45o dimana rata-rata jumlah buah yang terpanen sebesar 91.2% untuk buah bewarna cokelat dan hitam dan 90% untuk buah bewarna kuning, sedangkan buah yang berwarna hijau (muda) sebanyak 33.4%. Pada kemiringan 30o merupakan persentase pemanenan yang tertinggi kedua dimana buah yang terpanen berwarna cokelat dan hitam sebanyak 73.8% dan buah berwana kuning sebanyak 77.8% sedangkan buah yang berwarna hijau sebanyak 14.9%. Dapat dilihat bahwa dengan menggunakan model alat pemanen jarak dari bambu dengan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm menghasilkan persentase terbesar dibandingkan dengan tiga pengujian dari parameter sebelumnya. Banyaknya buah berwarna cokelat dan hitam yang terpanen disebabkan karena lebar jari-jari bambu yang dapat memberikan gaya tarik pada dahan buah dan guncangan yang lebih besar ditambah jarak antar jari-jari sisir yang sesuai dengan diameter buah jarakyaitu 1.5-2.5 cm, apabila buah jarak yang sudah matang. Untuk persentase pemanenan dengan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari-jari-jari sisir sebesar 2.5cm dapat dilihat pada Gambar 27. Hasil pengujian dapat dilihat pada Lampiran 8.
Gambar 27. Persentase pemanenan lebar jari-jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari-jari sisir sebesar 2.5 cm 45 41.7 2.1 41.7 0 0 52.3 10 10 86.4 66.7 0 52.2 33.4 1.7 35 37.5 1.3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Vertikal Horizontal Miring
(α=30o) Miring (α=45o) Miring (α=60o) Miring (α=75o) Persentase Bu ah Terpanen (%) Arah Uji Simulasi Lebar jari‐jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2 cm 66.1 50 0 60.5 26.8 0 73.8 77.8 14.9 91.2 90 33.4 50.6 8.4 4.6 61.8 25 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vertikal Horizontal Miring
(α=30o) Miring (α=45o) Miring (α=60o) Miring (α=75o) Persentase Bu ah Terpanen (%) Arah Uji Simulasi Lebar jari‐jari bambu 1.5 cm dan jarak antar jari‐jari sisir 2.5 cm
Buah warna cokelat dan hitam Buah warna kuning Buah warna hijau
B. Analisis Teknik
1. Analisis Pengaturan Jarak Antar Sisir
Komponen pengatur jarak antar sisir didesain dengan prinsip awal untuk mengatur jarak antara sisir-sisir yang memanen buah, sehingga dapat dilalui oleh batang utama dan cabang-cabang tanaman. Jarak antar sisir diperoleh dengan memperhatikan ciri-ciri tanaman jarak seperti, diameter rata-rata batang utama dan diameter kanopi. Pada desain dilengkapi dengan lima setup jarak yang berbeda dimulai dari jarak 95 cm sampai jarak 120 cm, masing-masing dengan beda sebesar 5 cm.
Mekanisme pengaturan jarak antar sisir tergolong sederhana yaitu menggunakan sistem mur baut, dengan jarak masing-masing lubang sebesar 5 cm. Pada desain terdapat pengatur jarak antar sisir untuk mengatur sisir kiri dan kanan, sehingga diletakkan pada bagian penyangga depan dan belakang.
2. Analisis Pusat Massa
Analisis pusat massa alat merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui titik pusat beban utama yang dapat mewakili seluruh komponen massa dari desain yang dibuat. Dalam analisis ini dipergunakan bantuan program AutoCAD untuk menentukkan titik pusat massa tiap komponen yang menyusun desain mesin.
Langkah analisis pusat massa diawali dengan menentukkan koordinat pusat (0,0,0) pada desain yang sudah digambarkan. Koordinat pusat ini akan digunakan sebagai acuan untuk menetukkan pusat massa komponen penyusun pada desain yang telah dibuat. Pada analisis ini ditentukkan koordinat pusat (0,0,0) berada pada titik sudut sisi kanan belakang alat. Langkah berikutnya adalah menentukan pusat massa setiap komponen yang membentuk desain. Gambar pictorial alat dengan koordinat pusat (0,0,0) dapat dilihat pada Gambar 28.
Gambar 28. Rancangan dengan acuan titik koordinat (0,0,0)
A
Analisis pusat massa menggunakan persamaan sebagai berikut (Meriam dan Kraige, 2003):
X ∑∑ Y ∑∑ Z ∑∑
Keterangan:
X koordinat x pada pusat massa keseluruhan desain Y koordinat y pada pusat massa keseluruhan desain Z koordinat z pada pusat massa keseluruhan desain m massa komponen yang dianalisis
X koordinat pusat massa pada arah x Y koordinat pusat massa pada arah y Z koordinat pusat massa pada arah z
Analisis untuk mencari pusat massa kemudian dibantu dengan program CAD tertentu untuk lebih mempermudah penentuan jarak pusat massa. Hasil perhitungan tersedia pada Tabel 3. Dengan koordinat pusat massa setiap komponen, dan koordinat pusat massa satu kesatuan desain.
Berdasarkan pada perhitungan yang telah dilakukan dengan menggunakan rumus kesetimbangan, dimana massa setiap komponen dikalikan dengan koordinat pusat massa setiap komponen . Sehingga dapat diketahui bahwa pusat massa alat pemanen buah jarak pagar yang telah dirancang terletak pada koordinat (0.732; 0.466; 0.303) jika digunakan acuan koordinat pusat (0; 0; 0) yang terletak pada titik sudut sisi kanan belakang alat.
Tabel 3. Analisis koordinat pusat massa alat pemanen buah jarak pagar
Komponen Massa Massa
Z
m m mZ
kg (m) (m) (m) (kg.m) (kg.m) (kg.m)
Rangka kanan 1.88 0.021 0.588 0.239 0.040 1.105 0.450 Rangka kiri 1.88 0.987 0.588 0.239 1.855 1.105 0.450 Sisir kanan 2.6 0.224 0.490 0.504 0.583 1.273 1.309 Sisir kiri 2.6 0.784 0.490 0.504 2.038 1.273 1.309 Pengatur jarak depan 0.58 0.505 0.992 -0.601 0.293 0.575 -0.349 Pengatur jarak
belakang 0.58 -0.007 0.992 -0.597 -0.004 0.575 -0.346 Gandengan depan 1.62 1.349 0.024 0.941 2.186 0.039 1.524 Gandengan belakang 3.32 1.215 0.323 0.064 4.032 1.072 0.213
Total 15.06 - - - 11.023 7.017 4.562
Koordinat pusat masa keseluruhan 0.732 0.466 0.303
Titik yang menjadi pusat massa dari alat pemanen akan terletak diantara sisir kanan dan sisir kiri. Letak pusat massa dapat dilihat lebih jelas terlihat pada Gambar 29.
Gambar 29. Posisi pusat massa pada tampak samping kiri
3. Analisis Momen dan Tegangan pada Alat Pemanen
Selain analisa mengenai pusat massa alat, juga diperlukan analisa gaya yang dialami oleh alat pemanen buah jarak. Hal ini bertujuan agar dapat diketahui apakah alat akan rusak atau patah saat diam maupun saat bertabrakan dengan tanaman jarak pagar. Hal ini ditinjau dari tegangan yang terjadi pada beberapa titik penting di alat seperti yang terlihat pada Gambar 30 yang merupakan tampak depan dari alat pemanen buah jarak.
Gambar 30. Skema perhitungan tegangan pada rangka atas
Tegangan yang terjadi pada titik A, B dan C dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
dimana, σ, tegangan (MPa); M, momen gaya (Nm); I, momen inersia pada penampang (m4)
A
Pada titik A
a. Analisis Tegangan dengan Momen Vertikal
Penampang alumunium siku yang berukuran 100 x 300 mm dengan ketebalan 20 mm,