BAJAK MOLE PADA PEMBUATAN SALURAN DRAINASE MOLE
7 PEMBAHASAN UMUM
Desain dan pengujian sistem kontrol kedalaman terprogram untuk sub soiler, dibagi menjadi dua tahap. Tahap pertama diawali dengan perencanaan pembuatan kontruksi dudukan hidrolik beserta bajak mole yang dapat ditarik melalui tiga titik gandeng traktor. Ada dua tujuan yang ingin dicapai (a) menghasilkan kekuatan tekan dan tarik hidrolik saat digunakan sebagai bajak mole (b) menghasilkan respon hidrolik terhadap bukaan pressure valve pada bukaan 15o, 30o, 45o,60o,75o dan 90o yang dilakukan oleh motor stepper. Penelitian tahap ke dua melakukan perencanaan sistem kontrol hidrolik.
Sistem Hidrolik Sebagai Penggerak Bajak Mole
Penelitian sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole dilakukan untuk memperoleh data awal mengenai kekuatan tekan hidrolik. Rencananya hidrolik yang telah diuji akan dipasang ditraktor untuk penggerak bajak mole sebagai alat untuk membuat saluran drainase dibawah permukaan tanah pada kedalaman hingga 40 cm. Sebagai beban hidrolik digunakan sebuah pegas kereta api, Abrianto A. (1994) telah menulis bahan pegas kereta api terbuat dari bahan 60 Si Mn 7 dengan kadar karbon 0.639 % dan kadar silicon 1.45% serta kadar mangan 0.701%, data teknis pegas diameter kawat pegas 36 mm, diameter lilitan pegas 236 mm, tinggi bebas pegas 500 mm, jumlah lilitan aktif pegas 6 dan total lilitan 8, serta konstanta pegas 30 kg/mm2, serta beban maksimum 3,800 kg.
Mengacu hasil pengujian tekanan hidrolik terhadap perubahan panjang pegas, saat ditekan dan ditarik tekanan hidrolik terhadap waktu dan tekanan hidrolik terhadap daya listrik pada setiap bukaan pressure valve, mulai dari 15o hingga 90o, terlihat ada perbedaan tekanan hidrolik saat digunakan untuk menekan pegas dan saat untuk menarik pegas. Tekanan yang diperlukan saat menekan jauh lebih besar dari tekanan hidrolik saat digunakan untuk menarik pegas. Hal ini disebabkan karena terdapat perbedaan luas diameter hidrolik, saat menekan maupun menarik pegas. Saat hidrolik digunakan untuk menekan pegas, selang untuk memasukkan tekanan hidrolik masuk pada bagian atas silinder hidrolik. Berarti luas permukaan silinder (A1) yang digunakan harus dikurangi luas batang
torak (A2), atau A= A1-A2. Ketika hidrolik digunakan untuk menarik pegas,
tekanan hidrolik masuk selang pada bagian bawah silinder hidrolik, berarti hanya luas permukaan silinder yang digunakan, sehingga (A1= A). Hal ini sesuai dengan
analisis pada persamaan (2.6). Hasil kecepatan respon terbaik berada pada sudut bukaan pressure valve 90o, memerlukan tekanan 5,214 kN/m2, daya listrik yang diperlukan 5,177 watt, serta waktu untuk mencapai tekanan selama 1.02 detik.
Perancangan Dan Karakteristik Respon Sistem Kontrol Elektronik Pada Sistem Hidrolik Sebagai Penggerak Bajak Mole
Perancangan dan karakteristik respon sistem kontrol elektronik pada sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole dilakukan untuk memperoleh data awal kecepatan respon hidrolik untuk mencapai jarak terjauh, pada tekanan beban maksimum. Deteksi jarak menggunakan sensor ultra sonik dengan frekuensi 38 kHz, 12 V, 6 A yang terpasang pada bagian bawah beban hidrolik. Sukhrisna N,
et al. (2013) telah menulis cara kerja sensor berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar pengindraannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah sebanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Hasil pengindraan sensor dikirim ke mikrokontroler selanjutnya dihubungkan ke komputer melalui USB.
Output mikrokontroler digunakan untuk menggerakan relay yang dapat mengaktipkan motor stepper untuk membuka presssure valve, sehingga aliran tekanan hidrolik untuk menarik atau menekan pegas. Mengacu hasil penelitian tersebut di atas terlihat bentuk grafik respon motor dan respon bukaan pressure valve, dibandingkan grafik hasil analis terlihat adanya perbedaan. Hal ini disebabkan karena pada saat starting motor stepper terdapat penundaan waktu, yang berakibat waktu untuk membuka pressure valve kontrol juga ikut tertunda. Sudut valve yang diharapkan dapat dibuka sesuai sudut yang diinginkan belum dapat tercapai, hal ini disebabkan setting torak motor stepper yang terhubung dengan tuas penggerak valve belum sempurna. Makin besar sudut bukaan valve maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai bukan tersebut semakin lama. Kecepatan respon waktu (t) untuk mencapai bukaan sudut pressure valve 90o memerlukan waktu 3.75 detik.
Desain Dan Pengujian Transmiter Dan Reciver Sebagai Input Mikrokontroler Untuk Menggerakaan Hidrolik
Penelitian diawali dengan pembuatan rangkaian, astable multivibrator
menggunakan IC 555, yang digunakan sebagai transmitter dan menambahkan transistor BD 139 sebagai chopper. Frekuensi yang dihasilkan sebesar 1,206 Hz diperoleh dengan cara merangkai hubungan antara potensio ( R) 100 kOhm dan kapasitor (C) 33nF, pengaturan potensio untuk mengatur priode pulsa sisi dan sisi low agar frekuensi tetap setabil. Output sinyal dari IC 555, diteruskan ke transistor BD 139 untuk memperkuatsinyal. Bagian dari kaki transistor Emitor dihubungkan ke bagian input sinar green laser. Frekuensi yang dibangkitkan oleh rangkaian astable multivibrator ditumpangkan ke sinar green laser. Green laser kelas IV, type HY 303, merupakan cahaya tanpak, dengan daya 1 Watt, tegangan 4 volt dan arus maksumum 250 mA. Green laser memiliki pancaran sinar hijau yang dengan jarak pancar lebih dari 1 - 1.5 km, dengan panjang gelombang sinar laser 532 nm.
Rangkaian astable multivibrator dan sisnar laser dipasang disisi lapangan, menggunakan trimpot. Pancaran sinar green laser yang dapat diterima oleh sensor photodiode mencapai jarak maksimum 50 meter, diatas jarak 50 meter intensitas sinar green laser sudah berkurang, hal ini terlihat sebaran sinar sudah terpencar.
Sebagai sensor penerima cahaya green laser digunakan sensor photodioda, yang disusun berbentuk matrik ukuran (1x8). Setiap baris berisi 4x10 sensor photodioda, dengan lebar setiap baris 5 cm, sehingga tinggi sensor photodioda mencapai 40 cm. Sensor photodioda dipasang pada kontruksi bajak mole, sehingga ketika kontruksi bajak mole ditarik oleh traktor terjadi perubahan jarak antara transmitter dengan sensor penerima photodioda. Setting posisi sensor
dibagi menjadi 8 level. Level 1 hingga level 3 digunakan untuk menaikan bajak mole. Level 4 merupakan kondisi awal kerja bajak mole. Level 5 hingga level 8 digunakan untuk menurunkan bajak mole. Sinar green laser yang diterima oleh sensor photodioda masih dipengaruhi oleh sinyal yang ada disekitar lokasi, sehingga perlu dilengkapi dengan rangkaian high pass filter. Rangkaian highpass filter berfungsi meneruskan frekuensi sinyal yang perlu dilewatkan dan memisahkan frekuensi dibawah 600 Hz, dengan cara memasang komponen R sebesar 6,3 kOhm dan C sebesar 42 nF.
Sinyal yang diterima oleh sensor photodioda masih sangat kecil, pada jarak 30 meter rata-rata tegangan yang diterima sebesar 0,4 volt, sehingga diperlukan penguatan menggunakan OP-AMP menggunakan IC 324, menjadi 10 kali penguatan. Output dari penguat OP-AMP diteruskan kepembalik IC 4047. Output dari pembalik bernilai 0 atau 1, nilai 0 jika sensor photodiode tidak terkena cahaya dan bernilai 1 jika sensor photodiode terkena sinar cahaya green laser. Karena IC 324 mempunyai 4 sistem penguat artinya memiliki empat output, maka diperlukan rangkaian Nand gate menggunakan IC 7430, untuk memastikan hanya ada satu output yang masuk ke mikorokontroler. Mikrokontroler hanya dapat bekerja pada kondisi low (0) atau (1), jika mikorokontroler mendapat nilai 0, maka relay akan
off, dan jika mendapat nilai 1 maka relay akan on, membuka selonaoid valve, sehingga tekanan dari tangki hidrolik traktor dapat dialirkan ke sistem hidrolik bajak mole.
Pembuatan Saluran Drainase Menggunakan Bajak Mole Pada Lahan Pertanian
Sebelum pengujian lapangan dilakukan pengukuran profil permukaan tanah. Lebar lokasi tanah penelitian kemudian dibagi menjadi 16 lintasan yang dijadikan jalur traktor untuk memarik bajak mole. Setiap lintasan berjarak 1,5 meter, dan panjang lintasan 30 meter. Lokasi pengujian pembuatan saluran drainase mole di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, FATETA IPB, di Laboratorium lapangan Siswadhi Soeparjo Bogor. Hasil pengukuran profil permukaan tanah dilokasi diperoleh profil tanah yang tidak datar, beda elevasi antara titik awal dan titik akhir rata-rata 12 cm dengan kemiringan tanah mencapai 0,3o. Hasil penelitian data fisik dan mekanik tanah di lokasi pengujian pembuatan saluran drainase mole terdiri kadar air rata- rata setelah dilakukan pengeringan selama 24 jam pada suhu 105 oC, tercatat sebesar 34.74 gr. Tektur tanah 55.52 % merupakan komposisi tanah liat, 17.25 % pasir dan sisanya adalah debu, dan kekuatan geser tanah 3,389 kg/cm2.
Pengujian drainase bajak mole dilakukan pada dua keadaan, yaitu pengolahan bajak mole tanpa menggunakan sistem kontrol dan menggunakan sistem kontrol. Hasil pengujian olah drainase bajak mole tidak menggunakan sistem kontrol, profil tanah sangat mempengaruhi elivasi kedalaman bajak mole. Ketika profil lintasan traktor naik, maka drainase bajak mole ikut naik, setinggi kenaikan profil permukaan tanah.
Hasil pengujian menggunakan sistem kontrol, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2% profil permukaan tanah masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika elevasi profil tanah naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati
set point yang telah ditentukan, tetapi masih terdapat simpangan antara setpoin dengan posisi bajak mole adalah pada lintasan E 1.13 cm lintasan F 0.81 cm lintasan G 1.81 cm lintasan H 1.75 cm pada lintasan I 1.00 cm, lintasan J 0.49 cm lintasan K 0.25 cm dan lintasan L 0.13 cm. Pada lintasan M 1.25 cm, lintasan N 0.56 cm serta pada lintasan lintasan O 0.75 cm lintasan P 1.44 cm
Aplikasi Sensor Ultrasonic dan ATMega 328 Arduino Untuk Mendeteksi Kedalaman Bajak Mole Pada Pembuatan Saluran Drainase Mole Bajak mole digunakan untuk membuat saluran drainase yang dibuat dibawah permukaan tanah hingga kedalaman 40 cm yang berfungsi untuk membuang kelebihan kadar air pada suatu lahan pertanian. Hasil pegukuran kedalaman bajak mole selama ini dilakukan secara manual dengan cara menggali tanah di samping hasil olah bajak mole dan menggunakan mistar penggaris, yang dimasukkkan melalui retakan permukaan tanah. Hasil pengukuran elevasi kedalaman bajak mole belum dianggap valid, sehingga diperlukan alat pengukur yang dapat membaca kedalaman hasil olah bajak mole, tanpa harus mengukur secara manual. Teknik yang dilakukan dengan cara memasangan sensor ultrasonic yang dapat mengukur secara otomatis.
Jenis sensor yang digunakan untuk pengukuran kedalaman menggunakan Sensor SFR04 adalah sensor ultrasonik yang diproduksi oleh Devantech. Sensor ini merupakan sensor jarak yang presisi. Sensor ini dapat melakukan pengukuran jarak 3 cm sampai 3 meter dan sangat mudah untuk dihubungkan ke mikrokontroler menggunakan sebuah pin input dan pin output. Sensor Devantech SRF-04 bekerja dengan cara memancarkan sinyal ultrasonik sesaat dan menghasilkan pulsa output yang sesuai dengan waktu pantul sinyal ultrasonik sesaat kembali menuju sensor. Dengan mengukur lebar pulsa pantulan tersebut jarak target di depan sensor dapat diketahui. Prinsip kerja sensor SRF -04, memiliki dua bagian penting yaitu transmitter dan receiver. Transmitter
mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, lalu hasil pantul pancaran diterima oleh receiver untuk diukur dalam bentuk waktu, lamanya waktu ini sebanding dengan dua kali jarak sensor dengan obyek yang diukur. Sensor Jarak SRF04 mampu mendeteksi jarak 300 cm. Sensor akan memberikan informasi jarak pembacaan dengan informasi berupa pulsa PWM dengan lebar 100S dampai 18 mS.
Sensor dipasang pada celah antara silinder hidrolik dengan bajak mole. Sensor ultrasonik dipasang pada bagian penyangga silinder hidrolik, yang tidak bergerak, dengan posisi bagian depan sensor menghadap ke bagian bawah pada bidang yang akan diukur. Pada bidang yang dijadikan objek yang akan diukur, dipasang plat berukuran 7cm x 10 cm, secara pararel dengan piston hidrolik. Ketika hidrolik digunakan untuk menekan bajak mole, maka piston hidrolik akan bergerak menjauh dari sensor ultrasonic. Besar jarak yang terbaca oleh sensor ultrasonic, sebanding dengan kedalaman olah bajak mole yang masuk ke dalam tanah. Pembuatan drainase mole dilakukan dengan cara mengaktifkan tuas hidrolik traktor sepanjang lintasan. Langkah awal traktor digerakan maju, pada saat bersamaan bajak mole ditekan masuk ke dalam tanah sedalam 20 cm. Kemudian traktor berhenti pada posisi titik awal pengukuran. Pembuatan drainase mole
dilakukan pada empat pengujian. Lintasan M, N, O dan P digunakan pada sudut 0.2 %. Pengaturan kemiringan bajak mole menggunakan hidrolik traktor dengan cara mengerakkan tuas hidrolik, hingga diperoleh sudut kemiringan bajak mole. Mengacu hasil pengujian menggunakan sistem kontrol, pada kemiringan 0.2%, profil permukaan tanah masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika elevasi profil tanah naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set point yang telah ditentukan. Sensor jarak menggunakan ultrasonic dapat mendeteksi kedalaman bajak mole dengan baik, terlihat antara set poin degan posisi bajak mole mempunyai simpangan rata-rata pada lintasan M 1.47 cm, lintasan N 1.93 cm serta pada lintasan lintasan O 1,54 cm lintasan P 1.03 cm. Hasil penelitian pengukuran kedalaman bajak mole secara manual dibandingkan dengan menggunakan ultrasonic terdapat perbedaan simpangan, khususnya pada lintasan M, N, O,dan P rata-rata seperti Table 7.1 berikut.
Tabel 7.1 Perbandingan simpangan pengukuran kedalaman bajak mole menggunakan manual dan automatis.
No Lintasan
Analisis simpangan set poin terhadap posisi kedalaman bajak mole (cm) Manual Automatis 1 Lintasan M 1.25 1.47 2 Lintasan N 0.56 1.93 3 Lintasan O 0.75 1.84 4 Lintasan P 1.44 1.03
Berdasarkan Tabel 7.1, terlihat perbedaan antara pengukuran secara manual dengan secara automatis, penyebab perbedaan pengukuran secara manual hanya dilakukan pada titik titik tertentu, sebanyak 15 titik pengukuran sementara pengukuran secara automatis dilakukan sepanjang lintasan sepanjang 30 meter.