MODIFIKASI JUMLAH NOSEL SPRAYER GENDONG
BERMOTOR DAN UJI KINERJA PADA BERBAGAI
TEKANAN SEMPROT DAN TIPE NOSEL
TEGUH KURNIAWAN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Jumlah Nosel Sprayer Gendong Bermotor dan Uji Kinerja pada Berbagai Tekanan Semprot dan Tipe Nosel adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
TEGUH KURNIAWAN. Modifikasi Jumlah Nosel Sprayer Gendong Bermotor dan Uji Kinerja pada Berbagai Tekanan Semprot dan Tipe Nosel. Dibimbing oleh TINEKE MANDANG.
Sprayer gendong bermotor yang digunakan masyarakat pertanian Indonesia pada umumnya memiliki satu buah nosel, sehingga untuk meningkatkan efektifitas dan efisiensi penyemprotan perlu dilakukan modifikasi pada bagian batang nosel. Tujuan penelitian ini adalah meningkatkan lebar penyemprotan efektif dengan tingkat keseragaman butiran semprot yang tinggi, melalui modifikasi batang dan jumlah nosel Sprayer Gendong Bermotor. Lebar penyemprotan efektif semakin lebar bila jumlah nosel semakin banyak. Nilai lebar penyemprotan efektif yang paling baik yaitu nosel yang bertipe flat sebesar 208 cm. Lebar penyemprotan efektif yang besar terdapat pada nosel yang berjumlah 6 yang beroprasi ditekanan 9 kgf/cm2 menggunakan nosel yang bertipe hollow cone dan nosel yang berjumlah 6 menggunakan nosel yang nosel bertipe flat yang beroprasi ditekanan 9 kgf/cm2.
Kata kunci: sprayer, efektif, nosel
ABSTRACT
TEGUH KURNIAWAN. Modification of the Lance and the Nozzle Number of the Knapsack Power Sprayer, and it’s Performance Test on Various Spray Pressure and Nozzle Type. Supervised by TINEKE MANDANG.
Generally in Indonesia, the knapsack power sprayer has a single nozzle. The needs of modifying the nozzle lance was considered in this research to increase the effectiveness and the efficiency of spraying. The purpose of the research was to increase the effective width of spraying with high uniformity droplets by modifying the lance and the nozzle number of the knapsack power sprayer. The effective width of spraying was increased with the increment of nozzle number. The most effective spraying width of the flat nozzle is 208 cm. The effective spraying width with high degree was observed in 6 hollow cone type nozzles operated in 9 kgf/cm2 pressure and 6 flat type nozzles operated in 9 kgf/cm2 pressure.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
MODIFIKASI JUMLAH NOSEL SPRAYER GENDONG
BERMOTOR DAN UJI KINERJA PADA BERBAGAI
TEKANAN SEMPROT DAN TIPE NOSEL
TEGUH KURNIAWAN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
Judul Skripsi : Modifikasi Jumlah Nosel Sprayer Gendong Bermotor dan Uji Kinerja pada Berbagai Tekanan Semprot dan Tipe Nosel Nama : Teguh Kurniawan
NIM : F14090108
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Tineke Mandang, MS Pembimbing I
Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan, dengan judul Modifikasi Jumlah Nosel Sprayer Gendong Bermotor dan Uji Kinerja pada Berbagai Tekanan Semprot dan Tipe Nosel.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof Dr Ir Tineke Mandang, MS dan Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi selaku pembimbing, serta Bapak Wana yang telah membantu dalam pengumpulan data dan Bapak Parma yang membantu modifikasi boom sprayer. Pada kesempatan ini peneliti tidak lupa mengucapkan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
DAFTAR ISI
Sprayer Gendong Bermotor (Knapsack Power Sprayer) 2
DAFTAR TABEL
1 Rancangan fungsional 11
DAFTAR GAMBAR
1 Sprayer gendong bermotor 2
2 Komponen nosel pola kipas dan kerucut (Smith dan Wilkes 1990) 3
3 Semprotan tipe Hollow cone (Geigy C 1985) 4
4 Semprotan tipe Flat (Geigy C 1985) 4
5 Ilustrasi dari volume median diameter (Matthews G A 1992) 5 6 ASABE S-572.1 klasifikasi ukuran droplet (Wilson 2011) 6 7 Ilustrasi pengukuran debit dari knapsack sprayer (Houmy 1999) 8 8 Pengambilan data pola sebaran penyemprotan dengan patternator 9
9 Diagram alir penelitian 10
10 Batang nosel 13
11 Dimensi Nosel Flat 14
12 Dimensi Nosel Hollow cone 14
13 Penyambung batang nosel dengan batang selang 15 14 Penyambungan dudukan nosel dengan batang nosel 15
15 Hasil modifikasi batang dan jumlah nosel 16
16 Dudukan pressure gauge 16
17 Debit cairan tipe nosel hollow cone 17
18 Debit cairan tipe nosel flat 17
19 Tipe sebaran nosel flat 18
20 Tipe sebaran nosel hollow cone 18
21 Ditribusi penyemprotan 6 nosel pada nosel hollow cone 19 22 Ditribusi penyemprotan 6 nosel pada nosel flat 19 23 Lebar penyemprotan efektif pada nosel hollow cone 21
24 Lebar penyemprotan efektif pada nosel flat 21
25 Butiran semprot nosel Hollow cone 6 nosel 22
26 Butiran semprot nosel Flat 6 nosel 23
27 Pengaruh tekanan terhadap VMD 23
28 Pengaruh tekanan terhadap nilai NMD 24
29 Taraf keseragaman pada nosel hollow cone dan nosel flat 24
DAFTAR LAMPIRAN
1Data debit pada nosel hollow cone 28
2 Data debit pada nosel flat 30
3 Data VMD dan NMD 32
4 Contoh Perhitungan Mendapatkan nilai VMD dan NMD. 33
5 Data Lebar penyemprotan efektif 35
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Organisme Pengganggu Tanaman (OPT) merupakan salah satu penghambat pertumbuhan dalam budidaya tanaman. Salah satu contoh OPT yang saat ini masih menjadi hal menakutkan bagi petani adalah serangan wereng pada tanaman padi. Iklim indonesia yang memiliki curah hujan tinggi menjadi faktor yang mengakibatkan perkembangan OPT. Patihong 2012 menyatakan bahwa tanaman yang menunjukan gejala kematian akibat serangan dengan tingkat serangan OPT mencapai 75-100 %. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan mekanisasi pertanian yang mengarah pada implementasi teknologi penanggulangan OPT.
Perkembangan teknologi penanggulangan OPT telah mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Hal ini dapat terlihat dari semakin banyaknya jenis teknologi yang digunakan dalam proses penanganannya, salah satunya adalah sprayer. Sprayer merupakan alat yang digunakan untuk membantu pendistribusian pestisida untuk menanggulangi OPT, umumnya sprayer digunakan dengan digendong atau yang lebih dikenal dengan knapsack sprayer. Teknologi ini memiliki mekanisme kerja dengan memanfaatkan tekanan yang ditimbulkan untuk mendistribusikan cairan dari tangki menuju nozel, dengan kecepatan yang tinggi maka didapatkan hasil butiran-butiran kecil hingga berbentuk kabut dan hasilnya akan lebih merata.
Teknologi sprayer yang saat ini sedang berkembang di Indonesia adalah power sprayer yang memiliki mekanisme kerja yang berbeda dengan sprayer manual. Power sprayer memiliki sumber tenaga engine yang mampu menggerakan pompa untuk menghasilkan tekanan dalam mendistribusikan butiran cairan kimia pengendali OPT. Butiran semprot sangat penting untuk menentukan potensial pelayangan butiran dan jumlah bahan semprot yang mencapai sasaran untuk pengendali OPT. Besar kecilnya ukuran butiran semprot (droplet) dapat dijadikan sebagai acuan untuk menghasilkan penyemprotan. Droplet berukuran besar mempunyai penetrasi yang baik dan tidak mudah terbawa angin. Lebih banyak tertangkap oleh batang dan daun. Butiran berukuran kecil atau halus penyerapannya ke dalam jaringan tanaman lebih cepat.
2
Perumusan Masalah
Knapsack power sprayer pada umumnya memiliki satu buah nosel. Jumlah nosel adalah faktor untuk meningkatkan lebar penyemprotan efektif penyemprotan (LPE), dan untuk meningkatkan LPE perlu modifikasi batang nosel dan menambahkan jumlah nosel. Dengan adanya modifikasi tersebut maka perlu dilakukan pengamatan terhadap performa knapsack power sprayer dan butiran semprot yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Meningkatkan lebar penyemprotan efektif dengan tingkat keseragaman butiran semprot yang tinggi, melalui modifikasi batang dan jumlah nosel knapsack power sprayer.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini adalah merancang batang lengan nosel knapsack power sprayer dengan menambahkan jumlah nosel sebanyak enam buah. Tahap terakhirnya adalah menganalisis ukuran, jumlah dan keseragaman butiran semprot dengan jumlah nosel, tipe nosel dan tekanan penyemprotan yang berbeda.
TINJAUAN PUSTAKA
Sprayer Gendong Bermotor (Knapsack Power Sprayer)
Sprayer gendong bermotor merupakan sprayer yang bertenaga motor bakar internal atau motor listrik. Mesin dapat dioprasikan dengan bahan bakar mesin atau penyemprot tersebut dioprasikan oleh tenaga traktor (Smith dan Wilkes 1990). Knapsack Power Sprayer Gambar 1 memilik komponen-komponen kerja terdiri dari tangki, engine, pompa impeler, batang nosel dan nosel.
3 Menurut Hermawan (2012) penggunaan knapsack power sprayer memiliki mutu penyemprotan yang lebih baik dibandingkan sprayer gendong manual dengan membandingkan kapasitas rata-ratanya, sprayer manual memiliki kapasitas 0.37 ha/jam per orang, sedangkan knapsack power sprayer memiliki kapasitas mencapai 0.4 ha/jam per orang.
Pengaruh kestabilan tekanan pada penerapan sprayer bermotor memiliki pengaruh yang baik pada efektivitas penyemprotan, hal ini dipengaruhi oleh sumber tenaga yang berasal dari motor bakar internal sehingga debit keluaran dan tekanan kerja lebih stabil, jika dibandingkan dengan sprayer manual yang menggunakan tenaga manusia sehingga tekanan yang dihasilkan tidak stabil (Aspar 2012).
Nosel
Nosel merupakan komponen terpenting yang berfungsi untuk memecah cairan semprotan menjadi tetes-tetes dengan ukuran yang diinginkan dan memancarkannya ke permukaan yang harus disemprot. Fungsi lain dari komponen ini adalah menentukan karakteristik semprotan, yang meliputi pengeluaran, sudut penyemprotan, lebar penutupan, pola semprotan, dan pola penyebaran yang dihasilkan (Daywin 1992). Nosel berbeda-beda dalam hal laju semprotan yang dikeluarkan, sudut penyemprotan dan tipe pola semprotan, yaitu kerucut berongga (hollow cone), kerucut padat (solid hollow cone), dan kipas datar (flat fan). (Smith dan Wilkes 1990).
Secara umum komponen dasar dari nosel terdiri atas 4 bagian yaitu utama (body), penyaring (stainer), ujung nosel (nozzle tip) dan penutup (nozzle cap) seperti pada Gambar 2. Sprayer sederhana kadang tidak dilengkapi dengan penyaring pada nosel.
Gambar 2 Komponen nosel pola kipas dan kerucut (Smith dan Wilkes 1990)
4
flat. Lubang nosel mempengaruhi besar kecilnya butiran semprot yang keluar. Semakin kecil butiran semprot, hasil semprotan semakin bagus dan seragam.
Gambar 3 Semprotan tipe Hollow cone (Geigy C 1985)
Flat fan spray nozzle Hasil semprotan dengan menggunakan nosel tipe ini akan berpola kipas dengan ukuran butiran medium Gambar 4. Nosel tipe ini dapat digunakan sebagai pemancar cairan yang diaplikasikan pada boom sprayer. Hasil semprotannya cukup seragam dan meliputi seluruh lebar semprotan karena pola semprotannya yang berupa kipas datar sehingga taraf penutupannya sangat baik.
Gambar 4 Semprotan tipe Flat (Geigy C 1985)
Butiran Semprot
5 Karakteristik ukuran butiran semprot dapat didefinisikan dengan Volume Median Diameter (VMD) dan Number Median Diameter (NMD). VMD adalah diameter semprot dimana setengah bagian dari volume semprotan memiliki ukuran butiran yang lebih besar dan setengah bagian lain lebih kecil dari diameter tersebut. Sebagai contoh Gambar 5 jika suatu kelompok dibagi dalam dua bagian sama besar berdasarkan volume maka setengah bagian pertama mengandung butiran dengan ukuran yang lebih kecil dari VMD dan setengah bagian lagi mengandung butiran yang lebih besar dari nilai VMD.
Gambar 5 Ilustrasi dari volume median diameter (Matthews G A 1992)
NMD adalah diameter butiran semprot dimana setengah bagian dari jumlah butiran semprot memiliki ukuran butiran yang lebih besar dan setengah bagian lain lebih kecil dari diameter tersebut. Perbandingan VMD dan NMD menunjukan tingkat keseragaman ukuran butiran. Butiran semprotan lebih seragam jika nilai perbandingannya mendekati 1 (Matthews G A 1992).
Butiran berukuran besar mempunyai penetrasi yang baik dan tidak mudah terbawa angin (pelayangan), lebih banyak tertangkap oleh batang dan daun. Kelemahan dari ukuran butiran ini adalah terjadinya run off yang mengakibatkan proses pencucian sehingga tidak mencapai target yang diharapkan. Butiran berukuran kecil atau halus menghasilkan semprotan yang baik dan seragam, mencapai permukaan mudah terbawa arus udara. Selain itu butiran yang lebih kecil cepat penyerapannya ke dalam jaringan tanaman.
Butiran semprot yang sangat halus memiliki kecepatan penetrasi yang lambat sebab butiran tersebut dapat dengan mudah terbawa oleh angin yang bergerak pada sumbu horizontal dan pada akhirnya tidak akan jatuh tepat pada target yang ditetapkan. Dengan demikian diperlukan suatu alat semprot yang efektif dengan penetrasi butiran semprot yang lebih besar sehingga lebih akurat mengenai sasaran.
6
Gambar 6 ASABE S-572.1 klasifikasi ukuran droplet (Wilson 2011)
Menurut Susanto (2001) nilai rata-rata VMD dengan 4 nosel sebesar 422.01 µm berkisar 308.33 µm - 571.42 µm. Nilai NMD 227.76 µm berkisaran 154 µm-321 µm. Taraf keseragaman 1.88 yang berkisaran 1.22-4.42 µm.
Faktor-faktor perlakuan yang menghasilkan taraf keseragaman butiran semprot yang optimal untuk nosel adalah ketinggian yang minimal, tekanan yang maksimal dan nosel yang diameternya kecil.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Lokasi
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Sprayer dan Laboratorium Siswadhi Soepardjo Teknik Mesin dan Biosistem Institut Pertanian Bogor Dramaga Kabupaten Bogor, Provinsi Jawa Barat. Pada bulan Mei- Oktober 2013. Kondisi lingkungan yang bersuhu 25 ºC dengan tingkat kelembaban udara 78%.
Bahan
7
Alat
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah.
1. Knapsack power sprayer merek TASCO TF 900 (Gambar 1) yang terdiri dari tangki berkapasitas 25 liter, mesin 2 tak yang berkapasitas mesin 1.8 HP, 0.7 kW, 5500 rpm dan tekanan pompa 5 - 30 kgf/cm2.
2. Nozzle hollow cone yang berbahan kuningan yang berdimensi 1.17 cm X 1.05 cm (Gambar 11) dan nozzle flat yang berbahan plastik yang berdimensi 1 cm X 0.8 cm (Gambar 12).
3. Patternator dengan ukuran panjang 4 meter dan lebar 1.5 meter (Gambar 8), untuk mengukur pola sebaran semprotan dan lebar penyemprotan efektif (LPE).
Perlakuan Uji Kinerja
Faktor utama dalam perlakuan yang diberikan dalam penelitian ini adalah faktor tekanan penyemprotan (P), jenis nosel (J) dan jumlah nosel yang digunakan (N).
Nilai masing-masing perlakuan adalah :
Untuk tekanan (P) digunakan empat taraf tekanan yaitu. P1= 3 kgf/cm2
P2= 5 kgf/cm2 P3= 7 kgf/cm2 P4= 9 kgf/cm2
Untuk nosel (J) digunakan dua jenis nosel yang digunakan pada penelitian ini. J1= Flat fan spray nozzle
J2= Hollow cone nozzles
Untuk jumlah nosel yang digunakan pada penelitian adalah. N1= 1 Nosel
N1= 2 Nosel N1= 4 Nosel N1= 6 Nosel
Untuk ketinggian (T) disesuaikan dengan tinggi tanaman yaitu T= 50 cm.
Jarak antara masing-masing nosel (U) disesuaikan jarak tanman padi yaitu U= 25 cm.
Parameter Pengukuran
Debit Penyemprotan
8
Gambar 7 Ilustrasi pengukuran debit dari knapsack sprayer (Houmy 1999)
Catat besar debit penyemprotan (liter/menit) dengan rumus :
Keterangan,
Q : Debit (liter/menit) V : Volume (liter)
T : Waktu (menit)
Lebar Kerja Efektif Penyemprotan
Pipa penyemprotan (lance) ditempatkan di dalam peralatan uji penyemprotan (patternator) Gambar 8 sedemikian rupa sehingga butiran semprot yang keluar dari mulut nosel dapat terdistribusi secara vertikal. Jarak vertikal nosel ke bidang horisontal adalah 600 mm. Dilakukan pengisian tangki sprayer dengan air hingga paling tidak 75% dari volume nominalnya. Penyemprotan dilakukan kembali dengan cara membuka katup penutup, dan ukur volume cairan yang tertampung pada setiap botol penampung.
9
Gambar 8 Pengambilan data pola sebaran penyemprotan dengan patternator
Jumlah dan Ukuran Diameter Butiran
Banyaknya butiran semprot per satuan luas 1 cm2 menunjukan sebaran butiran semprot (Saulia 1997). Water sensitive paper adalah kertas dengan lapisan khusus yang permukaan kuningnya akan menjadi berwarna biru tua bila bereaksi dengan butiran air. Kertas ini dikembangkan oleh CIBA-GEIGY. Water sensitive paper tidak digunakan karena keterbatasan bahan penelitian. Sebaiknya untuk mendapatkan diameter dan jumlah butiran-butiran semprot, menggunakan water sensitive paper. Penelitian ini menggunakan kertas concord warna putih sebagai media penangkap droplet dan tinta sebagai pemberi warna pada air dalam tangki agar noda terlihat pada kertas. Perbandingan campuran air dengan tinta adalah 500 ml air dan 57 ml tinta (satu botol tinta) (Furqon 2012).
Diameter dan jumlah butiran diukur secara acak pada luasan 1 cm2 dari kolektor yaitu kertas concord. Noda butiran-butiran semprot diperoleh dengan melakukan pencampuran air dengan tinta naga dengan perbandingan pencampuran 50 ml : 500 ml. Ukuran kolektor yaitu 5x4 cm dimana masing-masing antar jarak kolektor adalah 8 cm. Penentuan jarak 8 cm berdasarkan jarak antara bagian bawah gelas ketika melakukan pengujian pola distribusi cairan.
Pengambilan data jumlah dan diameter butiran semprot dilakukan dengan berbagai langkah. Kertas di scanning dan diperbesar 10 x dengan perangkat lunak photozoom pro 5. Setelah di zoom pembacaan droplet dengan perangkat lunak corel draw Furqon (2012) mengungkapkan ukuran diameter yang terbaca pada satuan cm, namun karena telah mengalami pembesaran 10 x maka ukuran sebenarnya adalah mm. Nilai diameter yang didapat dikalikan 1000 untuk merubah satuannya dalam m, nilai ini bukan merupakan diameter aktual karena akan dibagi dengan faktor penyebaran sehingga didapatkan diameter aktual. Data diameter dan jumlah butiran semprot digunakan untuk menghitung NMD dan VMD.
10
Data diameter butiran semprot kemudian diolah untuk mengetahui VMD dan NMD serta perbandingan VMD dan NMD dengan menggunakan program komputer untuk mengolah data, sehingga diperoleh kesimpulan mengenai pengaruh faktor utama dan kombinasi taraf faktor utama yang memberikan hasil semprotan terbaik (Saulia 1997).
Gambar 9 Diagram alir penelitian Uji Kinerja Knapsack Power Sprayer
Tahap I Tahap II Tahap III Tahap IV
Mengukur debit 1 nosel
Mengukur debit 2 nosel
Mengukur debit 4 nosel
Mengukur debit 6 nosel
Mengukur Pola sebaran Penyemprotan
Mengukur Jumlah Droplet
Mengukur Diameter Droplet (µm) Mulai
VMD NMD
Keseragaman Butiran Semprot LPE
Selesai
11
ANALISIS DESAIN
Kriteria Perancangan
Modifikasi knapsack power sprayer, yang dilakukan mempunyai tujuan dapat menyirami tanaman dengan luasaan area yang lebih luas dan mudah dalam penggunaan. Kriteria perancangan modifikasi batang nosel dijelaskan pada dua point berikut.
1. Lebar penyemprotan minimal mempunyai jarak sebesar 240 cm.
2. Beban maksimal yang tertumpu pada tangan oleh batang nosel tidak lebih dari 1.75 kg (Hanani 2012).
Rancangan Fungsional
Berdasarkan fungsinya modifikasi batang knapsack power sprayer berfungsi untuk menyemprotkan cairan ke tanaman dengan lebar penyemprotan yang optimum. Rancangan fungsional disajikan pada tabel di bawah ini.
Tabel 1 Rancangan fungsional
Fungsi utama Sub fungsi Alternatif fungsi Alternatif yang dipilih
- Nosel tipe deflector
12
beberapa kelebihan diantaranya tahan terhadap perubahan suhu, tahan korosi yang diakibatkan oleh pupuk cair dan mudah dalam pembuatan.
Luaran yang diharapkan dari hasil rancangan modifikasi batang nosel mempunyai nilai LPE sebesar 240 cm. Nosel yang berjumlah satu, lebar penyemprotan efektif 40 cm sehingga untuk mendapatkan lebar penyemprotan efektif 240 cm jumlah nosel yang digunakan 6 buah. Mengacu jarak antar tanaman padi sebesar 25 cm dan jumlah nosel, panjang batang nosel yang dirancang sebesar 125 cm. Mengacu pada SNI (2008) batang lengan nosel yang dirancang sebesar 70 cm jadi total panjang bahan untuk modifikasi batang nosel 195 cm. Massa jenis steinless steel adalah 7850 kg/m3, dengan dimensi batang nosel dan masa jenis steinless steel diperoleh total berat bahan dengan rumus.
Total berat batang nosel 0.963 kg
Berat cairan yang tertampung pada batang nosel dapat diperoleh dengan rumus.
sprayer yaitu sebesar 1.75 kg (Hanani 2012).
13
Gambar 10 Batang nosel
Nosel
14
Gambar 11 Dimensi Nosel Flat
Gambar 12 Dimensi Nosel Hollow cone
Jumlah Nosel
15
MODIFIKASI ALAT
Modifikasi yang dilakukan pada knapsack power sprayer tipe TASCO TF 900 berdasarkan pada tujuan fungsional yang diinginkan. Tujuan fungsional yang ingin dicapai adalah meningkatkan efektifitas penyemprotan dengan luasan area yang lebih luas. Secara umum modifikasi yang dilakukan lebih terletak pada penyaluran air menuju nosel dengan batang nosel dan menggunakan enam nosel.
Batang Nosel
Pipa batang nosel terbuat dari pipa kolom stainless steel dengan panjang 125 cm dan diameter 1 cm. Jarak antar nosel adalah 25 cm, sesuai dengan literatur dari ukuran jarak nosel pada boom sprayer yang telah ada sebelumnya. Batang nosel di sambungkan dengan batang selang menggunakan nepel kuningan yang berdiameter 1 cm.
Gambar 13 Penyambung batang nosel dengan batang selang
Bahan yang digunakan pada dudukan nosel adalah stainless steel Pemasangan nosel pada modifikasi alat ini menggunakan screw cap/nozzle cap. Penyambungan dudukan nosel dengan batang nosel menggunakan las busur wolfram.
16
Gambar 15 Hasil modifikasi batang dan jumlah nosel
Modifikasi batang nosel menggunkan enam jumlah nosel dengan jarak antar nosel 25 cm. Dudukan nosel menggunakan screw cap, dengan screw cap nosel dapat di ganti oleh operator. Diameter dudukan nosel 1.15 cm dan lubang input nosel yang digunakan harus berdiameter 1.15 cm.
Keran
Pada modifikasi yang dilakukan, bagian klemp selang, selang, katup pengatur, dan pipa penyemprot tidak digunakan. Bagian katup pengatur dan selang diganti dengan kran. Sebelum masuk ke keran, selang disambungkan dengan pipa T yang berfungsi sebagai dudukan pressure gauge. Pemasangan pressure gauge bertujuan untuk mengetahui tekanan yang keluar, sehingga operator dapat mengatur tekanan agar penyemprotan yang didapatkan memiliki nilai LPE yang tinggi dan keseragaman butiran semprot yang seragam.
17
HASIL DAN PEMBAHASAN
Data yang didapatkan dari hasil pengujian dari kombinasi perlakuan tersebut adalah faktor tekanan penyemprotan (P), jenis nosel (J) dan jumlah nosel yang digunakan (N) akan dibahas dalam bab ini, diantaranya volume air yang dihasilkan dalam satu kali penyemprotan untuk mengetahui debit cairan yang dibutuhkan, pola distribusi penyemprotan, lebar penyemprotan efektif, jumlah butiran semprot per satuan luas pada kertas concord agar diketahui taraf penutupan dari hasil suatu penyemprotan terhadap suatu sasaran, ukuran diameter butiran pada kertas concord sehingga dapat diketahui nilai dari NMD dan VMD . Hasil penyemprotan diketahui tingkat keseragaman dengan membandingkan nilai VMD terhadap NMD.
Debit Cairan
Pengukuran debit penyemprotan dilakukan pada tekanan operasi 3, 5, 7, 9 kgf/cm2 dengan jumlah nosel berbeda 1, 2, 4, 6 nosel. Hasil pengukuran debit pada masing-masing perlakuan terlihat bahwa semakin besar tekanan maka debit semakin besar. Semakin banyak jumlah nosel debit yang diperoleh semkain besar.
Gambar 17 Debit cairan tipe nosel hollow cone
Gambar 18 Debit cairan tipe nosel flat
18
cone adalah 3.24 liter/menit pada tekanan 9 kgf/cm2 dengan enam jumlah nosel dan terendah adalah 0.42 liter/menit pada tekanan 3 kgf/cm2 dengan satu jumlah nosel. Pada nosel flat nilai debit terbesar terdapat pada tekanan 9 kgf/cm2 dengan 6 jumlah dengan nilai 11.16 liter/menit. Nilai terendahnya sebesar 1.26 liter/menit pada tekanan 3 kgf/cm2 dengan 1 jumlah nosel. Nilai terendah dan terbesar pada nosel flat dan hollow cone terletak pada parameter yang sama. Debit pada nosel hollow cone lebih kecil dibandingkan dari nosel flat karena lubang nosel hollow cone lebih kecil dari nosel flat.
Kedua grafik tersebut menunjukan berbanding lurus antara jumlah nosel dan tekanan, yaitu semakin banyak jumlah nosel debit yang keluar semakin besar dan semakin besar tekanan debit yang keluar semakin besar. Dapat dilihat dari gambar 17 dan 18 dengan tekanan yang sama nilai debit 6 nosel lebih besar dibandingkan dengan 4 nosel, 2 nosel dan 1 nosel. Dapat di simpulkan perubahan jumlah nosel dan tekanan berpengaruh nyata hasil debit yang keluar dalam suatu penyemprotan.
Pola Distribusi Penyemprotan
Pola ditribusi penyemprotan di dapat dengan menggunakan alat patternator, dimana cairan penyemprotan di tampung ke dalam gelas-gelas dengan jarak 8 cm. Pengambilan data di ruangan sehingga angin tidak mempengaruhi distribusi penyemprotan. Gambar 19 pola distribusi butiran semprot pada nosel flat berpola kipas dengan ukuran butiran medium. Gambar 20 Pola distribusi butiran semprot pada nosel hollow cone berpola kerucut berongga.
Gambar 19 Tipe sebaran nosel flat
Gambar 20 Tipe sebaran nosel hollow cone
19 nosel. Angka positif menunjukan areal penyemprotan nosel sebelah kanan dan negatif menunjukan nosel sebelah kiri.
Gambar 21 Ditribusi penyemprotan 6 nosel pada nosel hollow cone
Gambar 22 Ditribusi penyemprotan 6 nosel pada nosel flat
Gambar 21 menunjukan pola distribusi penyemprotan pada nosel hollow cone dengan berbagai tekanan. Gelas bernomor 0 menunjukan titik tengah dari batang nosel. Berdasarkan grafik dari semua parameter tekanan menunjukan semakin kekanan atau kekiri volume air semakin sedikit. Gelas 0 memiliki voleme terbesar. Lebar penyemprotan yang paling kecil di tekanan 3 kgf/cm2 dengan lebar teoritis penyemprotan 232 cm sedangkan lebar penyamprotan teoritis terbesar pada tekanan 9 kgf/cm2 yaitu 280 cm. Nilai volume tertinggi pada tekanan 9
Posisi Gelas Tampung masing - masing berjarak 8 cm
Tekanan 3 kg/cm2 Tekanan 5 kg/cm2
Tekanan 7 kg/cm2 Tekanan 9 kg/cm2
0
Posisi Gelas Tampung masing - masing berjarak 8 cm
Tekanan 3 kgf/cm2 Tekanan 5 kgf/cm2
Tekanan 7 kgf/cm2 Tekanan 9 kgf/cm2
20
Gambar 22 menunjukan pola distribusi penyemprotan pada nosel flat memiliki pola yang hampir sama dengan nosel hollow cone yaitu semakin besar takanan volume penyemprotan semakin besar begitu juga dengan lebar penyemprotan berbanding lurus dengan penambahan tekanan, semakin besar tekanan lebar penyemprotan semakin panjang. Prinsip hukum Bernoulli mengatakan bahwa jumlah dari tekanan (P), energi kinetik persatuan volume
(½ρ 2
), dan energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus (Chengel et al, 1998).
Persamaan Bernoulli
Subtitusi pesamaan Bernoulli dengan Persamaan Kontinuitas P = 1
/2.ƿ (Q22 - Q12)
Persamaan Bernoulli menunjukan P (tekanan) naik maka v (kecepatan) naik begitu juga sebaliknya, jika persamaan Bernoulli disubtitusikan dengan persamaan kontinuitas nilai debit akan berbanding lurus dengan tekanan. Jika tekanan naik maka debit akan naik begitu juga sebaliknya.
Perbandingan volume dan lebar penyemprotan nosel hollow cone dengan nosel flat, nosel flat lebih besar karena pola semprotan pada nosel flat, kipas datar sehingga taraf penutupannya sangat baik.
Kedua grafik pola distribusi penyemprotan di atas mangalami overlapping karena gelas 0 terisi cairan dan memiliki volume paling besar. Hasil pola disribusi pada nosel hollow cone, volume cairan terbesar yang tertampung di gelas tengah serta pada nosel flat bagian gelas tengah hingga gelas di samping kiri dan kanan mendapatkan distribusi volume cairan yang cukup seragam dengan seiring penambahan tekanan.
Lebar Penyemprotan Efektif
21
Gambar 23 Lebar penyemprotan efektif pada nosel hollow cone
Gambar 24 Lebar penyemprotan efektif pada nosel flat
Gambar 23 merupakan grafik lebar penyemprotan efektif pada nosel hollow cone. Grafik LPE pada nosel hollow cone memiliki pola yang sama yaitu setiap penambahan tekanan nilai LPE semakin besar. Nilai LPE terbesar terdapat pada nosel yang berjumlah 6 yang bertekanan 9 kgf/cm2 yaitu 136 cm. Nilai LPE terendah 64 cm pada nosel yang berjumlah 1 yang bertekanan 3 kgf/cm2. Berdasarkan gambar 20 nilai LPE yang berjumlah 6 nosel lebih besar dari nosel yang berjumlah 1, 2 dan 4. Nosel yang berjumlah 4 nilai LPE lebih besar dibandingkan dengan nosel yang berjumlah 2 dan 1. Nosel yang berjumlah 1 nilai LPE lebih kecil dibandingkan dengan 2 nosel. Berdasarkan grafik LPE pada nosel hollow cone jumlah nosel mempengaruhi nilai LPE yaitu setiap penambahan jumlah nosel nilai LPE semakin besar.
Grafik LPE pada nosel flat memiliki pola yang sama pada nosel hollow cone. Semakin besar tekanan nilai LPE semakin besar. Semakin banyak jumlah nosel nilai LPE semakin besar karena dengan jumlah nosel yang semakin banyak lebar penyemprotan semakin lebar dan mempunyai butiran semprot yang menjadi besar. Hal ini disebabkan waktu butiran keluar dari nosel mengalami hambatan yang sebanding dengan ukuran butiran cairan, viscositas udara dan kecepatan awal butiran tersebut. Nilai LPE terbesar pada nosel flat terdapat pada nosel yang berjumlah 6 dengan tekanan 9 kgf/cm2 yaitu 208 cm. Nilai LPE terendah 71 cm pada nosel yang berjumlah 1 yang bertekanan 3 kgf/cm2. Berdasarkan data LPE nosel flat dan nosel hollow cone. Nilai LPE pada nosel yang bertipe flat lebih besar dari nosel yang bertipe hollow cone karena nosel flat memiliki pola sebaran butiran semprot yang berbentuk kipas, sehingga taraf penutupannya sangat baik
22
dan nilai overlapping lebih besar dibandingkan dengan nosel hollow cone. Nilai LPE pada nosel hollow cone lebih kecil dibandingkan dengan nosel flat, karena pola sebaran penyemprotan pada nosel hollow cone berbentuk kerucut berongga, sehingga daerah yang berongga saling menutupi dan nilai overlapping lebih kecil dibandingkan dengan nosel flat.
Jumlah nosel sangat berpengaruh dalam peningkatkan lebar penyemprotan efektif, semakin banyak nosel nilai LPE semakin besar. Faktor yang mempengaruhi nilai LPE selain jumlah nosel adalah tekanan dan tipe nosel.
Butiran Semprot (Droplet)
Butiran-butiran semprot yang tertampung pada kolektor dihitung diameter dan jumlah butiran semprotnya satu persatu kemudian diolah menjadi NMD dan VMD. Butiran semprot diperoleh dengan perlakuan kombinasi dari faktor tekanan penyemprotan (P), jenis nosel (J) dan jumlah nosel (N). Butiran-butiran semprot ditampung pada kolektor yaitu kertas concord. Nilai perbandingan antara VMD dan NMD menunjukan tingkat keseragaman ukuran butiran yang dihasilkan. Ukuran butiran seragam jika perbandingan VMD dan NMD mendekati satu.
Jenis nosel dan tekanan penyemprotan sangat berpengaruh nyata dalam butiran semprot. Tekanan penyemprotan mempengaruhi ukuran butiran semprot, dimana semakin besar tekanan akan mengahasilkan butiran semprot yang semakin kecil dan keseragaman yang baik. Pada jenis nosel yang digunakan yaitu nosel hollow cone memiliki lubang nosel (orifice) yang kecil dibandingkan nosel flat. Dilihat pada Gambar 25 dan 26 diameter butiran semprot nosel hollow cone lebih kecil di bandingkan dengan nosel flat.
23
Gambar 26 Butiran semprot nosel Flat 6 nosel (hasil tekanan penyemprotan 3 kgf/cm2, 5 kgf/cm2, 7 kgf/cm2, 9 kgf/cm2)
NMD, VMD dan VMD/NMD
Jumlah nosel tidak mempengaruhi nilai NMD dan VMD sehingga penelitian ini tidak membandingkan nilai VMD dan NMD terhadap jumlah nosel. Berdasarkan hasil perhitungan NMD, VMD, serta perbandingan VMD dan NMD dapat dibuat grafik NMD, VMD dan VMD/NMD pada perlakuan tekanan.
Gambar 27 Pengaruh tekanan terhadap VMD pada nosel hollow cone dan nosel flat
24
cone dari berbagai tekanan pada selang 114.23-168.97 sehingga dikategorikan sangat halus dan halus.
Grafik VMD pada nosel yang bertipe flat Gambar 27. Nilai VMD terbesar beroprasi ditekanan 3 kgf/cm2 yaitu 207.73 µm. Nilai VMD terkecil beroprasi ditekanan 9 kgf/cm2 yaitu sebesar 183.38 µm. Berdasarkan grafik pada Gambar 27 nilai VMD pada nosel yang bertipe flat, semakin besar tekanan yang beroprasi nilai VMD semakin kecil. Nilai VMD pada nosel flat lebih besar dibandingkan dengan nosel hollow cone, karena debit yang keluar pada nosel flat lebih besar dibandingkan nosel yang bertipe hollow cone. Sehingga dapat disimpulkan semakin besar debit yang keluar nilai VMD semakin besar. Nilai VMD pada nosel flat berkisaran diantara 183.38 µm sampai 207.73 µm. Nilai VMD tersebut dapat dikategorikan halus menurut klasifikasi ukuran droplet Wilson (2011).
Gambar 28 Pengaruh tekanan terhadap nilai NMD pada nosel hollow cone dan nosel flat
Gambar 28 menunjukan nilai NMD pada nosel hollow cone. Tekanan yang beroprasi 3 kgf/cm2 nilai NMD cenderung besar dan nilai NMD terkecil beroprasi ditekanan 9 kgf/cm2, dari grafik tersebut semakin besar tekanan yang beroprasi nilai NMD semakin kecil.
Nilai NMD pada nosel flat. Nilai NMD yang beroprasi ditekanan 3 kgf/cm2 adalah 173.15 µm. Nilai NMD cenderung kecil setiap bertambahnya tekanan. Nilai NMD yang kecil berada ditekanan 9 kgf/cm2 yaitu sebesar 147.48 µm.
25
Keseragaman suatu butiran penyemprotan dapat ditentukan dengan perbandingan antara VMD dengan NMD. Keseragamn butiran semprot semakin baik jika perbandingan VMD dengan NMD mendekati 1.
Keseragaman butiran semprot pada nosel hollow cone, yang memiliki nilai keseragaman yang seragam beroprasi ditekanan 3 kgf/cm2, 5 kgf/cm2 dan 7 kgf/cm2. Ketidak seragaman pada nosel hollow cone beroprasi di tekanan 9 kgf/cm2. Ketidak seragaman butiran semprot karena nilai VMD lebih besar dari nilai NMD atau dapat dikatakan bahwa jumlah butiran semprot berukuran kecil lebih banyak daripada jumlah butiran semprot yang berukuran besar.
Rata-rata taraf keseragaman butiran pada nosel yang bertipe hollow cone sebesar 1.179 dan nosel yang bertipe flat 1.261. Perbandingan antara grafik taraf keseragaman nosel hollow cone dengan nosel flat, nosel hollow cone memiliki tingkat keseragaman yang tinggi dibandingkan dengan nosel flat. Karena nosel hollow cone memiliki lubang nosel lebih kecil. Lubang nosel (orifice) pada nosel hollow cone berdiameter 1 mm dan nosel flat memiliki diameter lubang 1.5 mm. Grafik keseragaman dapat disimpulkan, semakin kecil lubang nosel pada suatu penyemprotan, maka taraf keseragaman semakin baik.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Keseragaman butiran semprot semakin baik jika perbandingan VMD dengan NMD mendekati satu. Rata-rata taraf keseragaman butiran pada nosel hollow cone sebesar 1.179 dan nosel flat 1.261. Nosel hollow cone memiliki taraf keseragaman yang lebih baik dibandingkan nosel flat, karena nosel hollow cone memiliki lubang nosel lebih kecil. Dapat dikatakan semakin kecil lubang nosel pada suatu penyemprotan, maka taraf keseragaman semakin baik. Data uji modifikasi batang nosel, untuk mendapatkan lebar penyemprotan yang besar pada nosel yang bertipe hollow cone dan flat menggunakan nosel 6 buah dan beroprasi ditekanan 9 kgf/cm2 menghasilkan lebar penyemprotan yang besar.
Saran
Berdasarkan hasil penelitian skala laboratorium, sebaiknya kegiatan penyemprotan dengan menggunkan nosel yang bertipe hollow cone menggunakan tekanan 9 kgf/cm2 karena menghasilkan kualitas penyemprotan yang baik.
26
UCAPAN TERIMA KASIH
27
DAFTAR PUSTAKA
Daywin FJ, RG Sitompul, Imam H. 1992. Mesin-Mesin Budidaya Pertanian. Bogor (ID): JICA-DGHE/IPB Project.
Furqon M. 2012. Studi Variasi Jumlah Dan Ukuran Droplet Pada Berbagai Tinggi Penyemprotan Dan Tipe Nosel Sprayer Gendong Semi-Otomatis. [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Geigy C. 1985. Water Sensitive Paper for Monitoring Spray Distribution. [internet]. [diunduh 2013 juli 15]. Tersedia pada: http://www.qinstruments.com /uploads /media /water_ sensitive_paper_en.pdf.
Hanani I. 2012. Studi Antropometri Petani dan Aplikasinya pada Penggunaan Knapsack sprayer di Kecamatan Wedung Kabupaten Demak Jawa Tengah. [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hermawan W. 2012. Kinerja Sprayer Bermotor dalam Aplikasi Pupuk Daun di Perkebunan Tebu [ulasan]. JTEP. 26(2):93-94.
Houmy K.1999. Knapsack sprayer a Partical User’s Guide. Morocco (MA): Institut Agronomique et Veterenaire Hassan II.
Matthews GA. 1992. Pesticide Application Methodes. London (UK): Longman. Patihong R. 2012. Analisis Data Kriteria Kerusakan Akibat Serangan Opt
Tanaman Padi [internet]. [diunduh 2013 juni 02]. Tersedia pada: http://ip3optprg.files.wordpress.com/2013/03/krit-opt-mt2012-13.pdf.
Saulia L. 1997. Mempelajari Pola Sebaran dan Ukuran Butiran Semprot dari Penyemprotan dari Penyemprot Volume Ultra Rendah (Ulv Sprayer) Untuk Pesawat Terbang Ringan. [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Smith HP, LH Wilkes. 1990. Mesin dan Perlatan Usaha Tani. Purwadi T,
penerjemah. Yogyakarta (ID): UGM Pr.
Susanto. 2001. Pengaruh Tekanan Penyemprotan, Nosel, dan Ketinggian Terhadap Ukuran dan Jumlah Butiran Semprot Pada Hand Sprayer Merk SWAN Tipe A-14/1. [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
28
29 Data lanjutan dari debit nosel hollow cone
No
Jumlah Nosel
Tekanan (kgf/cm2)
Waktu (detik)
Volume (liter)
Debit (liter/detik)
Rata-rata (liter/detik)
40 1 5 575 5 0.009 0.008
41 625 5 0.008
42 610 5 0.008
43 7 459 5 0.011 0.011
44 485 5 0.010
45 417 5 0.012
46 9 424 5 0.012 0.018
47 238 5 0.021
30
31 Data lanjutan dari debit pada nosel flat
No
Jumlah Nosel
Tekanan (kgf/cm2)
Waktu (detik)
Volume (liter)
Debit (liter/detik)
Rata-rata (liter/detik)
40 1 5 137 5 0.036 0.036
41 142 5 0.035
42 141 5 0.036
43 7 116 5 0.043 0.044
44 115 5 0.044
45 114 5 0.044
46 9 77 5 0.065 0.064
47 81 5 0.062
32
Lampiran 3 Data VMD dan NMD
VMD
Jenis Nosel Hollow cone Flat
Tekanan
(kgf/cm2) 3 5 7 9 3 5 7 9
Sempel 1 (µm) 176.84 154.49 150.68 105.39 210.18 176.02 231.25 164.20 Sempel 2 (µm) 172.65 142.68 137.03 127.13 218.09 243.45 215.04 191.21 Sempel 3 (µm) 175.17 132.78 115.72 118.33 215.50 240.86 212.45 188.62 Sempel 4 (µm) 164.32 148.71 128.04 104.41 198.74 187.89 180.48 189.43 Sempel 5 (µm) 155.87 160.90 143.74 115.88 196.16 185.43 177.89 183.42 Rata-Rata 168.97 147.91 135.04 114.23 207.73 206.73 203.42 183.38
NMD
Jenis Nosel Hollow cone Flat
Tekanan
(kgf/cm2) 3 5 7 9 3 5 7 9
33
Lampiran 4 Contoh Perhitungan Mendapatkan nilai VMD dan NMD.
Penjelasan Tabel diatas sebagai berikut:
1. Bagian A didapatkan dengan menggunakan rumus :
2. Bagian B menjelaskan berapa banyak jumlah dari diameter yang sama.
3. Bagian C dan D menjelaskan persentase dari diameter dari keseluruhan jumlah dan persentase kumulatif.
4. Dari keempat data A,B, C dan D maka dapat dicari nilai NMD. Dengan menggunakan persamaan interpolasi. NMD mencari nilai setengah jumlah diameter butiran besar dan butiran kecil (50% persentase kumulatif ) maka dapat dicari dengan cara berikut:
5. Bagian E didapatkan dengan cara E = A x B dan bagian F didapat dengan nilai diameter bagian A dirubah menjadi volume bola.
Nilai X dapat dicari dengan cara:
X= 107.055 m
34
6. Bagian G mengalikan jumlah butir dengan volume. Sementara bagian H dan I adalah persentase volume dan persentase volume kumulatif
7. Dari kelima data A, F, G, H dan I maka dapat dicari nilai VMD. Dengan menggunakan persamaan interpolasi. VMD adalah diameter butiran semprot dimana setengah bagian dari volume semprotan memilki ukuran butiran yang lebih besar dan setengah bagian lain lebih kecil dari diameter tersebut (50% persentase volume kumulatif ) maka dapat dicari dengan cara berikut:
Diameter butiran
(µm)
Persentase kumulatif
(%) 115.29 39.01
X 50.00
126.11 67.34
X 6 − 6 4 − 6 − 6 4 −
Nilai X dapat dicari dengan cara:
X= 107.055 m
