Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan selama sepuluh bulan, dimulai pada bulan Januari 2012 hingga September 2012. Penelitian dilaksanakan di tiga tempat yang berbeda, yaitu: Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratoriom Lapangan Siswadi Soepardjo, dan areal pertanian Cikarawang Kecamatan Dramaga. Proses perancangan dan pengembangan mesin pemupuk dosis variabel dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, sementara uji coba mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadi Soepardjo (lokasi I) dan areal pertanian Cikarawang Kecamatan Dramaga (lokasi II).
Alat dan Bahan Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini dikelompokkan ke dalam 4 bagian, yaitu;
a. Perangkat Keras (Hardware):
Personal Computer (PC) atau komputer jinjing.
DT-AVR ATmega128L
Konektor RS232 dan ISP
RTK-DGPS Outback® S3 GPS Guidance and Mapping System 1 buah SPC Motor Controller
4 unit motor DC Servo
4 buah EMS 30A H-Bridge 4 buah Encoder 1024Pulsa b. Perangkat Lunak (Software):
CodeVisionAVR V2.04.4a
Microsoft Office 2010
SharpDevelop 4.2 c. Prototipe
4unit Variable Rate Granular Fertilizer Applicator
1 unit blower
1 unit rangka dudukan wadah pupuk berbahan stainless steel 4 unit wadah pupuk kapasitas 30 kg berbahan akrilik
8 unit penebar pupuk berbahan aluminium d. Alat bantu:
Maintenance Vehicle untuk lahan sawah (Transplanter padi dengan roda
ramping dan high clearance)
Timbangan digital kapasitas 5.0 kg
Timbangan gantung kapasitas 50 kg
Meteran 50 m
Bagan Warna Daun IRRI 4 warna
Bahan yang digunakan yaitu pupuk granular NPK Phonska.
Tahapan Penelitian
Penelitian dilakukan dalam dua tahapan besar, yaitu: pengembangan mesin pemupuk laju variabel dan uji kinerja mesin pemupuk laju variabel. Gambar 10 menunjukkan detail tahapan penelitian yang akan dilakukan.
Gambar 10 Tahapan penelitian Mulai
Studi Pustaka
Modifikasi Mesin Pemupuk Laju Variabel
Uji Kinerja Mesin Pemupuk Laju Variabel Pada Lahan Sawah
Pengolahan dan Analisis Data Aplikasi Pupuk dan Hasil Panen
Studi Pustaka
Literatur diperlukan untuk memberi dasar dan pembatasan pada penelitian. Literatur yang diperoleh tidak hanya berasal dari penelitian di dalam negeri namun juga dari penelitian-penelitian universitas di luar negeri yang telah lebih dulu mengembangkan mesin ini. Informasi yang diperoleh dijadikan pengetahuan yang harus disesuaikan dengan kondisi pertanian di Indonesia.
Pengembangan Mesin Pemupuk Dosis Variabel
Prototipe mesin pemupuk yang telah dibuat harus dimodifikasi agar dapat diaplikasikan di lapangan. Beberapa komponen yang dibuat pada tahap ini antara lain: rangka utama unit pemupuk laju variabel, sistem penghasil udara bertekanan menggunakan blower, dan sistem penyaluran udara bertekanan menggunakan pipa fleksibel. Tahapan proses pengembangan mesin tersebut dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Tahapan Proses Pengembangan Mesin Pemupuk Laju Variabel Uji Kinerja Mesin Pemupuk Dosis
Variabel pada Lahan Sawah Studi Pustaka
Pemasangan Sistem Penghasil dan Penyalur Udara Bertekanan Desain dan Pembuatan Rangka Utama
Unit Pemupuk Dosis Variabel
Rangka Sesuai Desain? Perbaikan/modifikasi
Sistem Bekerja dengan Baik? Perbaikan/modifikasi ya ya tidak tidak
Proses pertama pada tahap pengembangan mesin dilakukan dengan mendesain rangka utama bagi empat unit pemupuk laju variabel serta menyediakan tempat bagi unit penghasil dan penyalur udara bertekanan. Modifikasi desain diperlihatkan oleh Gambar 12.
Gambar 12 Modifikasi mesin pemupuk dosis variabel
Modifikasi ini diperlukan karena rangka prototipe mesin terdahulu tidak mendukung untuk penggunaan unit penghasil udara bertekanan. Selain itu rangka pada unit terdahulu tidak cukup kuat untuk menanggung beban total empat unit pemupuk laju variabel, pupuk, dan unit penghasil udara bertekanan. Pembuatan dan pengujian rangka utama dilaksanakan di laborium lapangan Siswadi Suparjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem.
Tahap selanjutnya adalah pemasangan sistem penghasil udara bertekanan. Unit penghasil udara bertekanan menggunakan sebuah blower sentrifugal yang dimodifikasi agar dapat bekerja menggunakan tenaga PTO traktor. Blower sentrifugal yang dipakai adalah Intermediate Pressure Blower tipe CFAB-CZR (Gambar 13). Tipe ini dipilih karena terbuat dari bahan aluminium sehingga dapat mengurangi beban yang dikenakan pada rangka utama, dapat menghasilkan debit udara hingga 1170 CMH, dan memiliki diameter output 100 mm sehingga dapat digunakan sesuai diameter saluran penyalur udara bertekanan.
Gambar 13 Sentrifugal blower tipe CFAB-CZR Prototipe I (2011) Prototipe II (2012)
Pemasangan blower dilakukan bersamaan dengan instalasi penyalur udara bertekanan. Setelah mekanisme penghasil dan penyalur udara bertekanan selesai terpasang maka uji statis dilakukan untuk mengetahui kinerja unit pemupuk yang telah dikembangkan sebelum pengujian di lahan sawah.
Uji Kinerja Mesin Pemupuk Laju Variabel pada Lahan Sawah
Uji kinerja mesin pemupuk laju variabel pada lahan sawah dilakukan setelah tahapan pengembangan selesai dikerjakan. Urutan proses yang dikerjakan pada tahap uji kinerja disajikan pada Gambar 14.
Gambar 14 Tahap uji kinerja mesin pemupuk laju variabel Tahap Pengembangan
Penyediaan Lahan Sawah untuk pemupukan
Petak Sawah Aplikasi VRT pada Lab Lapangan
Petak Sawah Aplikasi VRT pada lahan petani Penyiapan Lahan dan
Penetapan Target Produksi
Estimasi Kebutuhan Pupuk N menggunakan Metode BWD Real Time
Estimasi Kebutuhan Pupuk N menggunakan Metode BWD Real Time
Penyiapan Lahan dan Penetapan Target Produksi
Pengolahan dan Analisis Data Aplikasi Pupuk serta Hasil Panen Panen Panen
Pengolahan Data untuk Menentukan Dosis Pupuk pada Tiap Blok (@ 5x5 m)
Pembuatan Peta Pemupukan
Pemupukan Sesuai Peta Pemupukan Pengolahan Data untuk Menentukan Dosis
Pupuk pada Tiap Blok (@ 5x5 m)
Pembuatan Peta Pemupukan
Tahap pengujian dilakukan pada dua lokasi sawah yang berbeda. Pengujian pertama dilakukan pada petak sawah di laboratorium lapangan Siswadi Soepardjo dan dilanjutkan pada aplikasi ditingkat sawah petani. Petak sawah di laboratorium lapangan (lokasi I) memiliki luas area 750 m2 sementara sawah petani di Cikarawang (lokasi II) yang digunakan memiliki luas 1200 m2. Sebelum penanaman bibit padi dilakukan, lahan sawah diolah menggunakan metode pembajakan-penggenangan-penggelebegan (Suastawa, 2008) agar diperoleh kondisi tanah berlumpur. Bersamaan dengan penyiapan lahan, ditetapkan target produksi tiap petak berdasarkan data panen sebelumnya. Selanjutnya penentuan dosis pupuk N,P, dan K dilakukan menggunakan metode BWD
Real Time sesuai dengan petunjuk teknis lapangan PTT padi sawah irigasi (Suryana,
2007). Target yang dijadikan acuan dalam penentuan dosis urea menggunakan kartu BWD adalah 6 ton/ha karena potensi lahan sawah di area Kabupaten Bogor dan lingkar kampus IPB berkisar pada 6 ton/ha. Proses pemanenan dilakukan sebagai akhir dari tahapan uji coba.
Pengolahan dan Analisis Data Aplikasi Pupuk dan Hasil Panen
Data yang dikumpulkan dalam penelitian ini antara lain: data peta pemupukan, data dosis pupuk yang dikeluarkan pada setiap grid, dan data kapasitas lapangan efektif serta teoritis mesin pemupuk dosis variabel. Data hasil panen yang diperoleh digunakan untuk menganalisis tingkat keseragaman hasil panen dari tiap blok yang diaplikasikan pupuk menggunakan metode VRT.
Peta pemupukan dibuat menggunakan dosis yang disarankan oleh kartu BWD sesuai warna daun yang diamati. Variasi warna daun padi menghasilkan variasi dosis yang dibutuhkan oleh tanaman padi dengan lokasi yang spesifik. Penetapan lokasi dan dosis tersebut menghasilkan peta dosis pupuk yang harus diaplikasikan di lahan. Data dosis pupuk yang dikeluarkan oleh penjatah pupuk diperoleh dari konversi data putaran penjatah pupuk menggunakan persamaan 11.
( )
(11) Dimana: Ni = kecepatan rotor penjatah pupuk ke-i (rotasi/detik)
W = lebar kerja (m)
Ds = dosis pemupukan (kg/ha)
v = kecepatan maju traktor (m/detik) s = perkiraan slip (%)
ai dan bi = konstanta kalibrasi penjatah pupuk ke-i
Data putaran penjatah pupuk direkam setiap 20 ms, sehingga dalam satu detik terkumpul 50 data. Selanjutnya, data kapasitas lapangan teoritis, kapasitas lapangan efektif, dan effisiensi lapangan dihitung menggunakan persamaan 12, 13, dan 14.
(12)
(13)
(14)
Dimana: KLT = kapasitas lapangan teoritis (ha/jam) w = lebar kerja (m)
v = kecepatan maju traktor(m/detik) KLE = kapasitas lapangan efektif (ha/jam) A = luas lahan (ha)
t = waktu kerja (jam)
Persentase slip roda traktor dilahan diukur berdasarkan perbandingan keliling roda dan jarak tempuh aktual roda. Persamaan untuk menentukan slip roda traktor diperlihatkan oleh persamaan 15.
(15)
Dimana: s = jarak tempuh roda traktor (m) n = jumlah putaran roda traktor p = kelliling roda traktor (m)
Hasil panen padi dalam bentuk berat gabah kering panen merupakan data yang dianalisis untuk menentukan tingkat keseragaman produksi padi. Pada tahap itu, gabah yang telah dirontokkan dari rumpun padi dikeringkan dan ditimbang petak demi petak aplikasi. Proses pengeringan dilakukan menggunakan metode oven agar dapat diketahui kadar air gabah pada waktu panen. Penentuan kadar air gabah dilakukan menggunakan persamaan 16.
(16) Dimana: M = massa gabah total (gram)
Berat gabah kering merupakan parameter kunci yang akan dibandingkan antara satu petak aplikasi dengan lainnya sehingga dapat diukur tingkat keseragaman hasil produksi padi.