DESAIN DAN KINERJA SISTEM PNEUMATIK UNTUK
PENABUR PUPUK TANAMAN SAWIT MUDA
MUQOROB TAJALLI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Desain dan Kinerja Sistem Pneumatik Untuk Penabur Tanaman Sawit Muda benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
RINGKASAN
MUQOROB TAJALLI. Desain dan Kinerja Sistem Pneumatik Untuk Penabur Pupuk Tanaman Sawit Muda. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN dan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Pemupukan tanaman kelapa sawit, pada umumnya dilakukan dengan menaburkan pupuk pada pinggiran pokok tanaman sawit secara manual atau menggunakan power spreader. Pemupukan manual tidak dapat menghasilkan aplikasi pupuk yang seragam sesuai dosis yang dikehendaki, serta membutuhkan tenaga kerja yang banyak. Penggunaan power spreader ternyata belum mampu menaburkan pupuk secara efektif pada permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit muda (tanaman belum menghasilkan) (TBM) tanpa mengganggu daun tanaman. Mesin pemupuk kelapa sawit yang biasa disebut dengan mesin penebar pupuk (power spreader) merupakan salah satu mesin pemupuk yang banyak digunakan di beberapa perkebunan kelapa sawit. Taburan pupuk, dari power spreader yang digunakan sekarang ini, akan terhalangi oleh pelepah dan daun tanaman sawit yang menutupi permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit, bahkan bisa tertumpuk di sela-sela ketiak pelepah sawit.
Oleh karena itu, perlu dikembangkan sebuah mesin aplikator pupuk yang mampu menaburkan pupuk pada permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit muda. Salah satu konsep yang bisa diajukan adalah dengan menggunakan mekanisme pengangkat pelepah sawit dan mekanisme penabur pupuk dengan hembusan (pneumatik) yang terarah. Tujuan penelitian ini adalah mendesain sistem pneumatik untuk penabur pupuk NPK untuk kelapa sawit muda (TBM) dan menguji kinerjanya.
Analisis dan desain sistem pneumatik untuk penabur pupuk dilakukan melalui pendekatan desain fungsional dan desain struktural. Aliran pupuk dari kotak penjatah sampai ke diffuser dianalilis dan disimulasikan menggunakan metode Computational Fluid Dynamic (CFD). Mesin penabur pupuk ini didesain dengan kriteria: 1) dapat mengaplikasikan pupuk NPK dengan dosis 0.25, 0.75, 1.0, 1.25, dan 1.5 kg/tanaman, 2) kecepatan maju mesin 0.55 dan 1.7 m/s, 3) pupuk ditaburkan di sekitar tanaman sawit dalam radius 1.5 m, 4) tenaga putar dari sistem pneumatik menggunakan putaran power take off (PTO) traktor. Perancangan sistem pneumatik pada mesin pemupuk TBM harus mampu menghembuskan pupuk yang dijatahkan sehingga sampai pada target di sekitar tanaman yang dipupuk. Dari hasil analisis desain, dibuat gambar kerjanya, kemudian dibuat satu prototipe mesin dan diuji coba. Konstruksi utama mesin terdiri dari: 1) hopper pupuk, 2) auger penjatah pupuk), 3) motor DC penggerak auger penjatah pupuk, 4) blower penghembus, dan 5) diffuser. Dengan mengunakan sistem ini, pupuk dari hopper dijatah oleh auger, dan kemudian dihembuskan oleh alira udara dari blower ke diffuser.
optimum jatuhnya pupuk dari diffuser adalah 1 m. Mesin pemupuk dapat dioperasikan pada kecepatan maju 0.55 m/s dan 1.7 m/s.
SUMMARY
MUQOROB TAJALLI. Design and Performance of Pneumatic System for Young Oil Palm Fertilizer Spreader. Supervised by WAWAN HERMAWAN and RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Fertilizer application on oil palm plants, are generally done manually by spreading the fertilizer on the outskirts of the plants or using a power spreader. Manually spreading can’t produce a uniform application of fertilizers according to the desired dosage, and it requires a lot of labor. The use of power spreader is not able to effectively spread the fertilizer on the soil surface around the trees of young oil palm without disturbing leaves. The fertilizer spreading of the power spreader, hindered by palm fronds and leaves of young oil palm plants that cover the surface of the soil around the trees, even the fertilizer can be stacked on the sidelines armpit palm midrib.
Therefore, it is necessary to develop a fertilizer applicator machine that is capable to spread fertilizer on the soil surface around the trees of young oil palm. One concept that could be raised is by using a lifting mechanism of palm fronds and the mechanism of fertilizer spreading using a pneumatic system which directed the fertilizer to the targeted area. The objective of this study was to design a pneumatic system for NPK fertilizer spreader for the young oil palm and test its performance.
Analysis and design of pneumatic system was done through a functional design and structural design. The flow of fertilizer from the metering box to the diffuser was analyzed and simulated using a computation fluid dynamic (CFD) method. The fertilizer spreader was designed with the following criteria: 1) be able to apply NPK fertilizer with a dose of 0.25, 0.75, 1.0, 1.25, and 1.5 kg/plant, 2) the forward speed of the machine is 0.55 and 1.7 m / s, 3) fertilizer should be spread around the palm trees within a radius of 1.5 m, 4) the blower of the pneumatic systems is rotated by the power take off (PTO) of the tractor. The pneumatic system of the spreader should be able to blow the metered fertilizer, so as to target around palm plants. As the result of the design analysis, an engineering drawing of the machine was drafted, and then a prototype of the spreader was manufactured and tested. The machine consists of two units of spreader that can spread the fertilizer toward the left or right side of the machine. The main construction of the unit consists of: 1) a fertilizer hoper, 2) a metering auger, 3) a DC motor to drive the auger, 4) a blower, and 5) a diffuser. Using the system, the fertilizer from the hopper was metered by the auger, and then exhaled by the blast of air from the blower to the diffuser.
Based on the analysis of the pressure loss, the pneumatic system requires power of 0.71 kW at 3000 rpm of blower rotation, and generates air flow of ± 0.3375 m3/s. The prototype of the pneumatic system on the machine could spread the fertilizer around the palm trees. Fertilizer could be applied by the machine in conformity with the dosage set. The optimum distance of the fall fertilizer was 1 m. The spreader could be operated at a forward speed of 0.55 and 1.7 m/s.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
DESAIN DAN KINERJA SISTEM PNEUMATIK UNTUK
PENABUR PUPUK TANAMAN SAWIT MUDA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2016
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini ialah desain, dengan judul “Desain dan Kinerja Sistem Pneumatik untuk Penabur Pupuk Tanaman Sawit Muda”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Wawan Hermawan, MS dan Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, M Agr selaku komisi pembimbing yang telah banyak memberi arahan dan bimbingan. Di samping itu, terima kasih penulis sampaikan kepada PT Astra Agro Lestari, Tbk yang telah memberikan bantuan dana penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, Haning serta teman-teman TMP 2012 atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga penelitian yang akan dilaksanakan dapat berjalan dengan lancar dan hasil yang didapatkan dari penelitian ini dapat bermanfaat bagi kita semua
DAFTAR ISI
Power Take Off (PTO) Traktor 4
METODE PENELITIAN 5
Simulasi Mekanik Rangka Bawah dan Sistem Transmisi 15 Simulasi Aliran Udara Bertekanan dan Aliran Pupuk Dalam Sistem
Pneumatik 18
Sistem Pneumatik pada Prototipe Mesin Pemupuk dan Kinerjanya 21
DAFTAR TABEL
1 Standar dosis pemupukan* 3
2 Jenis pupuk yang digunakan di kebun PT Sari Aditya Loka I tahun 2009 3
3 Karakteristik pupuk 9
4 Karakteristik mesin pemupuk yang dikembangkan 11
5 Hasil analisis desain fungsional 13
DAFTAR GAMBAR
1 Power spreader 2
2 Pelepah daun pada TBM 2
3 Power Take Off (PTO) traktor (Srivastava et al. 1993) 5
4 Bagan alir tahapan penelitian 6
5 Kondisi lahan pada TBM 1 7
6 Kondisi lahan pada TBM 2 7
7 Kondisi lahan pada TBM 3 8
8 Kontur teras pada lahan TBM 8
9 (a) Pemupukan menggunakan spreader yang dipasang pada crawler Canycom, (b) spreader yang dipasangkan (ditarik) traktor roda-4 9 10 (a) Kegiatan pemupukan manual, (b) taburan pupuk di permukaan lahan 10 11 Konsep penebar pupuk (Srivastava et al. 1993) 10
12 Bagian-bagian mesin pemupuk 14
13 Skema pengukuran sebaran pemupukan 15
14 Simulasi beban pada rangka bawah 16
15 Simulasi defleksi pada rangka bawah 17
16 Simulasi beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk pertama 17 17 Simulasi beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk kedua 18
18 Titik pengukuran kecepatan udara 19
19 Simulasi kecepatan aliran udara di kotak pencampur sampai diffuser 20 20 Simulasi kecepatan aliran pupuk di kotak pencampur sampai diffuser 20
21 Sistem pneumatik mesin pemupuk 21
22 Grafik hasil pengujian dosis pupuk (a) statis (b) dinamis 22 23 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 22 24 Sebaran pupuk dosis 0.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 22 25 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 23 26 Sebaran pupuk dosis 1 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 23 27 Sebaran pupuk dosis 1.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 23 28 Sebaran pupuk dosis 1.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 24
29 Pengujian sebaran pupuk di lapang 25
35 Sebaran pupuk dosis 1.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s 27
DAFTAR LAMPIRAN
1 Sebaran pupuk (gram) pada kecepatan maju mesin 0.55 m/s 29 2 Sebaran pupuk (gram) pada kecepatan maju mesin 1.7 m/s 31
3 Perhitungan kebutuhan daya blower 33
4 Gambar isometri mesin pemupuk 35
5 Gambar piktorial mesin pemupuk 36
6 Gambar bagian-bagian mesin pemupuk 37
7 Gambar bagian-bagian rangka bawah 38
8 Gambar piktorial rangka bawah 39
9 Gambar piktorial tiga titik gandeng 40
10 Gambar bagian-bagian sistem pneumatik 41
11 Gambar piktorial sistem pneumatik 42
12 Gambar bagian-bagian sistem transmisi 43
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri kelapa sawit merupakan komoditas penting dalam pembangunan ekonomi nasional. Selain sebagai penampung tenaga kerja yang besar, industri kelapa sawit menyumbang sebagian besar devisa negara. Indonesia merupakan salah satu produsen utama minyak sawit dunia. Hal ini terlihat dari total luas lahan perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2014 sebesar 10465020 ha (BPS 2016) yang mencapai 34.18% dari total luas lahan perkebunan kelapa sawit dunia. Pencapaian produksi rata-rata kelapa sawit Indonesia tahun 2004-2008 tercatat sebesar 75.54 juta ton tandan buah segar (TBS) atau 40.26% dari total produksi kelapa sawit dunia (Fauzi et al. 2012).
Produktivitas yang telah dicapai oleh perkebunan sawit di Indonesia saat ini harus ditingkatkan dan dipertahankan dengan suatu pengelolaan yang baik seperti kegiatan pemeliharaan tanaman kelapa sawit. Salah satu kegiatan dalam pemeliharaan yang memerlukan pengelolaan lebih lanjut adalah kegiatan pemupukan. Pemupukan merupakan suatu upaya untuk menyediakan unsur hara yang cukup guna mendorong pertumbuhan vegetatif tanaman. Permasalahan yang sering terjadi di perkebunan kelapa sawit dalam kegiatan pemupukan adalah ketidaksesuaian dosis aplikasi dengan rekomendasi, waktu dan cara aplikasi, dan faktor pendukung yang lain tidak terkondisikan (Ridawati 2002). Pemupukan dapat dilakukan dengan dua cara antara lain pemupukan manual dan pemupukan secara mekanis dengan power spreader.
Pemupukan manual menghasilkan aplikasi pupuk yang beragam dan membutuhkan tenaga kerja yang banyak. Hal ini merupakan masalah yang terjadi setiap tahun. Pemupukan manual yang pernah dilakukan tidak mampu mencapai suatu hasil yang maksimal sehingga masih terdapat kekurangan yang harus diperbaiki seperti aplikasi pemupukan harus benar dan tepat sasaran, pengawasan pekerjaan pemupukan harus intensif dan efektif, serta kualitas pemupukan harus mencapai mutu hasil yang lebih baik.
Mesin pemupuk kelapa sawit yang biasa disebut dengan mesin penebar pupuk (power spreader) (Cunningham dan Chao 1967) (Gambar 1) merupakan salah satu mesin pemupuk yang banyak digunakan di beberapa perkebunan kelapa sawit. Namun demikian belum ada mesin pemupuk yang khusus dirancang untuk kelapa sawit muda atau tanaman belum menghasilkan (TBM) (Gambar 2) karena power spreader yang ada sekarang belum bisa menaburkan pupuk di permukaan tanah di sekitar tanaman (piringan pokok). Kalaupun dipaksakan maka pupuk berhamburan dan jatuh bertabrakan dengan pelepah daun. Pelepah daun pada TBM masih rendah dan menutupi daerah piringan. Bahkan pupuk juga akan masuk ke dalam sela-sela ketiak pelepah.
2
Oleh karena itu, perlu dikembangkan sebuah mesin aplikator pupuk yang mampu menaburkan pupuk pada permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit muda. Salah satu konsep yang bisa diajukan adalah dengan menggunakan mekanisme pengangkat pelepah sawit dan mekanisme penabur pupuk dengan hembusan (pneumatik) yang terarah.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendesain sistem pneumatik untuk penabur pupuk NPK untuk kelapa sawit muda (TBM) dan menguji kinerjanya.
TINJAUAN PUSTAKA
Jenis-Jenis Pupuk Kelapa Sawit
Standar dosis pemupukan tanaman belum menghasilkan (TBM) pada lahan mineral yang diterapkan oleh PT Eka Dura Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar 1 Power spreader
3 Jenis pupuk yang digunakan di kebun PT Sari Aditya Loka I (anak perusahaan Astra Agro Lestari) pada tahun 2009 dapat dilihat pada Tabel 1. Dosis pupuk yang diaplikasikan untuk Tanaman Menghasilkan (TM) tergantung dari rekomendasi yang telah dibuat oleh Bagian Research and Development untuk tiap block. Dosis pupuk yang diaplikasikan di kebun PT Sari Aditya Loka I untuk Semester I tahun 2009 meliputi pupuk Urea dengan dosis 1 kg/pohon, 1.25 kg/pohon, 1.5 kg/pohon, dan 2 kg/pohon, pupuk RP (Rock Phospate) dengan dosis 0.75 kg/pohon, 1 kg/pohon, 1.25 kg/pohon dan 1.5 kg/pohon, pupuk MOP (Moriate Of Potash) dengan dosis 1 kg/pohon, 1.25 kg/pohon dan 1.5 kg/pohon, pupuk Dolomite dan Kaptan dengan dosis 0.5 kg/pohon, 0.75 kg/pohon, dan 1 kg/pohon, serta pupuk Kieserite dengan dosis 2 kg/pohon. Aplikasi pemupukan dilakukan dengan cara disebar merata di sekeliling piringan dengan jarak 1 – 1.5 m dari pohon kelapa sawit (Febriana 2009).
Tabel 1 Standar dosis pemupukan* Sumber : PT Eka Dura Indonesia 2013
Tabel 2 Jenis pupuk yang digunakan di kebun PT Sari Aditya Loka I tahun 2009
Unsur Hara Jenis Pupuk Kandungan
4
Konveyor Pneumatik
Konveyor pneumatik memindahkan bahan dengan memberikan energi kinetik dari udara yang bergerak ke partikel di saluran. Konveyor pneumatik sangat fleksibel dalam memindahkan materi ke tempat-tempat yang sulit dijangkau oleh konveyor mekanis lainnya. Namun, konveyor pneumatik membutuhkan daya spesifik relatif lebih tinggi dibandingkan dengan screw conveyors.
Desain sistem pneumatik melibatkan perpindahan kecepatan udara, perpindahan volume udara, total penurunan tekanan dan kebutuhan daya untuk blower. Kecepatan udara tergantung pada ukuran, bentuk, dan kepadatan partikel yang ingin dipindahkan. Volume udara tergantung pada laju aliran massa yang diinginkan. Penurunan tekanan dalam sistem konveyor adalah jumlah banyak hal seperti yang diberikan oleh persamaan berikut:
(1) Di mana:
ΔP = total pressure drop sistem (kPa)
ΔPL = kehilanagan tekanan di saluran akibat udara (kPa)
ΔPa = pressure drop akibat percepatan partikel (kPa)
ΔPs = pressure drop akibat gesekan padatan (kPa)
ΔPg = pressure drop akibat pengangkatan vertikal (kPa)
ΔPb = pressure drop di belokkan (Pa)
Daya blower yang dibutuhkan tergantung pada kecepatan aliran udara volumetrik dan total pressure drop sistem. Daya yang dibutuhkan boleh dihitung dari persamaan berikut dari udara standar.
(2) Di mana:
P = daya blower (W)
Q = kecepatan aliran volumetrik udara (m3/s)
ηb = efisiensi blower (0.5-0.7)
Power Take Off (PTO) Traktor
Power take off (PTO) adalah sumber tenaga yang disediakan oleh traktor yang bersifat tenaga putar untuk mentransmisikan daya dari traktor kepada mesin yang akan digandengkan dengan traktor. Biasanya PTO letaknya di belakang traktor seperti yang pada Gambar 3 (Srivastava 1996).
5
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari 2014 sampai Februari 2015. Pembuatan prototipe dilaksanakan di bengkel Fadhel Teknik dan bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Pengujian mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan konstruksi mesin untuk pembuatan mesin dan bahan untuk pengujian berupa pupuk NPK 15.15.15. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat yang dipergunakan untuk desain, pembuatan prototipe dan pengujian kinerja. Untuk mendukung analisis desain digunakan perangkat lunak SolidWorks 2011 khususnya untuk simulasi mekanik rangka dan sistem transmisi, simulasi aliran udara dan aliran pupuk dalam sistem pneumatiknya. Untuk pengukuran distribusi dan laju aplikasi pupuk digunakan peralatan: karpet berpola, meteran, timbangan digital, tachometer digital DT-1236, anemometer Kanomax A541 dan kamera digital.
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian yang dilakukan secara umum terdiri dari: 1) identifikasi masalah, 2) perumusan ide desain, 3) evaluasi konsep desain, 4) analisis desain, 5) pembuatan prototipe, dan 6) uji kinerja mesin (Gambar 4).
6
Identifikasi masalah
Pada tahap ini berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan akan dikumpulkan dan diinventarisasi. Data lapangan yang dikumpulkan berupa kajian karakteristik pupuk dan sistem pemupukan yang digunakan oleh pengguna (di lokasi), kajian kondisi lahan dan tanah untuk aplikasi pupuk dan kajian sumber tenaga tarik (traktor) yang tersedia di lokasi dan dapat digunakan untuk menarik unit pemupuk.
Kondisi lahan pada sawit tanaman belum menghasilkan tahun pertama (TBM 1) sebagaian besar permukaan tanahnya tertutupi dengan tanaman kacang-kacangan (cover crop). Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5. Pada lahan sawit tanaman belum menghasilkan tahun kedua (TBM 2) ada sebagian alur yang sudah bersih dari cover crop (Gambar 6). Pada TBM 3 juga sebagian alur sudah bersih dari cover crop (Gambar 7).
7
Gambar 5 Kondisi lahan pada TBM 1
8
Sebagian dari kebun kelapa sawit milik PT Astra Agro Lestari, seperti di PT Ekadura Indonesia, berlereng dan ditanami kelapa sawit (Gambar 8). Pokok tanaman sawit berada dekat dengan dinding teras sehingga terdapat celah sekitar 250-340 cm untuk nanti dilewati oleh mesin pemupuk.
Gambar 7 Kondisi lahan pada TBM 3
9 Sebagian besar lahan TBM dipupuk dengan pupuk NPK dan MOP yang ditaburkan secara manual. Berdasarkan hasil survei di kebun sawit dan diskusi dengan pihak kebun, kondisi pemupukan dan sistem pemupukan yang diimplementasikan sementara ini adalah sebagai berikut.
1. Pupuk NPK (utama), MOP, dan lain-lain ditaburkan di permukaan tanah. 2. Dosis pemupukan sesuai kebutuhan tanaman, pada range 0.25-1.5 kg/tanaman. 3. Pemupukan dilakukan secara manual.
4. Mesin pemupuk: Canycom S25A+ spreader, dan Traktor MF 440 + spreader (Gambar 9).
Karakteristik fisik dari pupuk NPK dan MOP dapat dilihat pada Tabel 3.
PT Eka Dura Indonesia telah memiliki peralatan dan mesin yang cukup lengkap untuk melaksanakan mekanisasi budidaya sawit terutama dalam pemupukan dan pengangkutan hasil penennya. Dalam budidaya sawit telah tersedia beberapa unit traktor roda empat, dan beberapa unit power spreader untuk aplikasi pupuk di daerah yang relatif datar.
Spreader pupuk yang dimiliki dipasangkan atau ditarik oleh traktor roda 4 (traktor MF) dan ada juga yang dipasangkan pada crawler tractor type seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Kapasitas lapangan pemupukan menggunakan Canycom+spreader sekitar 4.3 ha/jam. Kapasitas lapangan pemupukan dengan MF-440 lebih tinggi, yaitu 40 – 60 ha/7jam (5.7 – 8.6 ha/jam). Mobilisasi Canycom di lapangan menggunakan truk. Di PT KTU, setiap rayon masing-masing memiliki mesin spreader 1 unit.
Adapun masalah yang dihadapi dengan kondisi tersebut antara lain:
1. Pemupukan di daerah lereng tidak dapat dilakukan secara mekanis dengan
10
2. Aplikasi secara manual (Gambar 10) tidak terjamin efektivitasnya.
Perumusan dan Penyempurnaan Ide
Pada tahap ini dilakukan analisis permasalahan yang kemudian mengumpulkan ide-ide pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai aspek seperti kondisi lapangan dan karakteristik dari bahan pupuk yang digunakan dan ketersediaan tenaga penggerak (traktor roda empat). Selanjutnya setelah dilakukan perumusan, pada tahap ini dihasilkan beberapa konsep rancangan fungsional maupun struktural dari mesin penebar pupuk yang potensial untuk dikembangkan yang dilengkapi dengan gambar sketsa, prasyarat dan sistem yang mendukung efektifitas operasional mesin dilapangan.
Konsep-konsep tersebut menyangkut model dan konstruksi dari bagian-bagian utama mesin, yaitu:
1) unit penebar dan sistem penebar pupuknya 2) mekanisme penggerak penebar untuk pemupuk
Sistem pneumatik yang digunakan pada mesin pemupuk ini adalah sistem pneumatik positif (Srivastava et al. 1993). Konsep penebar pada unit penebar pupuk disajikan pada Gambar 11.
(a) (b)
Gambar 10 (a) Kegiatan pemupukan manual, (b) taburan pupuk di permukaan lahan
11 Spesifikasi Mesin
Pada kesempatan kerjasama penelitian ini, mesin pemupuk kelapa sawit yang akan dikembangkan adalah untuk pemupukan tanaman kelapa sawit yang ditebar di bawah tajuk sekitar pokok, dengan lintasan yang sempit. Dengan mempertimbangkan kondisi lahan dan tanaman sawit yang akan diaplikasi, serta dengan memasukkan hasil diskusi dengan pengguna, maka mesin yang akan dikembangkan memiliki karakteristik sebagai berikut (Tabel 4).
Batasan Desain
Batasan desain yang lainnya yang dibutuhkan oleh pengguna adalah sebagai berikut.
1. Mesin mampu dioperasikan di lintasan sempit pada lebar 250-340 cm di tepi barisan tanaman sawit pada garis kontur penanaman di lereng (Gambar 8). 2. Mesin berbasis minicrawler sekelas canycom S160 dengan kemudi di depan. 3. Digunakan untuk pemupukan tanaman sawit TBM di lahan teras dan datar. 4. Pupuk disebarkan di bawah tajuk pohon dengan bantuan pneumatik
5. Sumber tenaga putar menggunakan PTO untuk traktor roda empat dan crawler. 6. Jenis pupuk dan dosis pemupukan diatur dari putaran auger
7. Mesin mampu mengaplikasi pupuk NPK granular dan MOP. Tabel 4 Karakteristik mesin pemupuk yang dikembangkan
No Komponen/
Pemupukan di atas tanah dan di bawah tajuk, dengan jarak 1.5 m sebelum dan sesudah pokok. Penempatan pupuk pada alur yang terputus-putus.
2 Membawa
pupuk
Mampu membawa pupuk yang dibutuhkan (ditempatkan pada
hopper pupuk) sejumlah yang diperlukan (minimum untuk dua row
tanaman, agar pengisian ulang dilakukan di satu sisi saja).
Jenis pupuk butiran yang biasa digunakan di lokasi.
3 Pengoperasian
Dioperasikan melintasi jalur garis kontur penananaman sawit di lereng, dengan syarat dapat dilewati dengan aman oleh crawler.
Implemen mesin pemupuk bukan unit terpisah yang ditarik (trailing).
4 Konstruksi utama
Hopper pupuk; unit penjatah dan penebar pupuk; sistem transmisi daya, rangka dan bagian pendukungnya.
Bertenaga tarik crawler atau traktor roda empat.
Traktor penarik perlu memiliki PTO (power take off untuk menggerakkan metering device.
12
8. Aplikasi pemupukan dengan mesin bisa dilakukan di barisan kiri kanan (bisa bolak–balik), bisa menggunakan mekanisme yang sama (kembar) di kiri dan
Untuk mendapatkan desain yang optimum, telah dilakukan analisis desain dan simulasi yang meliputi:
1. Analisis kebutuhan daya untuk blower penebar pupuk. 2. Simulasi mekanik rangka mesin dan sistem transmisi
3. Simulasi aliran udara dan aliran pupuk pada sistem pneumatik.
Simulasi mekanik dilakukan pada bagian-bagian mesin pemupuk yang diberi beban mekanik. Bagian tersebut disimulasikan dengan asumsi pemberian beban seperti pada keadaan sebenarnya. Bagian mesin pemupuk yang disimulasikan antara lain rangka bawah dan dua rangkaian puli-sabuk. Simulasi perlu dilakukan sebelum proses pembuatan karena bagian tersebut merupakan bagian yang penting dan mendapat beban mekanik cukup besar. Evaluasi meliputi pemilihan bahan dan sebaran beban mekanik pada komponen agar dapat bekerja sesuai fungsi yang diharapkan.
Untuk mengetahui kondisi aliran pupuk pada sistem pneumatik, dilakukan simulasi menggunakan aplikasi CFD (Computational Fluids Dynamics) pada perangkat lunak SolidWorks 2011. Bagian yang disimulasikan adalah bagian kotak pencampur pupuk dan udara yang terletak di bagian bawah hopper. Bagian ini berfungsi untuk mencampur pupuk dengan aliran udara. Dengan ini butiran-butiran pupuk dihembuskan oleh aliran udara menuju ke diffuser yang selanjutnya dihembuskan ke permukaan lahan. Simulasi dilakukan karena pola pergerakan pupuk di dalam saluran sulit untuk diamati.
SolidWorks Flow Simulation menggunakan persamaan Navier-Stokes yaitu hukum yang mengacu pada kekekalan massa, momentum dan konservasi energi sebagai dasar analisis fluidanya. Persamaan ini dilengkapi dengan persamaan fluid state yang mendefinisikan sifat alamiah dari suatu fluida, yang tergantung secara empiris pada densitas, viskositas dan konduktivitas termal pada temperature tertentu (Sakti 2013).
(3) Gambar Teknik
13 Pengujian Fungsional
Pengujian fungsional dilakukan pada prototipe mesin untuk mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik.
Pengujian Mesin di Lapangan
Selama aplikasi mesin, dilakukan pengukuran kinerja mesin dilapangan meliputi:
1) pengujian sebaran pupuk di piringan tanaman, dan 2) pengukuran akurasi pengeluaran pupuk.
PENDEKATAN DESAIN
Desain Fungsional
Mesin penabur pupuk ini didesain dengan kriteria: 1) dapat mengaplikasikan pupuk NPK dengan dosis 0.25, 0.75, 1.0, 1.25, dan 1.5 kg/tanaman, 2) kecepatan maju mesin 0.55 dan 1.7 m/s, 3) pupuk ditaburkan di sekitar tanaman sawit dalam radius 1.5 m, 4) tenaga putar dari sistem pneumatik menggunakan putaran power take off (PTO) traktor. Perancangan sistem pneumatik pada mesin pemupuk TBM harus mampu menghembuskan pupuk yang dijatahkan sehingga sampai pada target di sekitar tanaman yang dipupuk. Perbedaan dosis pemupukan tanaman sawit TBM disesuaikan dengan keperluan pupuk sesuai umur tanam dari kelapa sawit tersebut.
Berdasarkan kriteria desain di atas, maka fungsi utama dari sistem pneumatik yang dikembangkan adalah menghembuskan pupuk granular NPK untuk tanaman sawit TBM yang ditanam pada sengkedan secara efektif dengan dosis bervariasi. Selanjutnya dirancanglah sub-fungsi dari mesin, dan dipilih komponennya, yang hasilnya seperti disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5 Hasil analisis desain fungsional
No Sub-fungsi Komponen
1 Menampung pupuk Hopper
2 Mengatur dosis keluaran pupuk Metering device
3 Memutar metering device sesuai dosis Motor listrik DC
4 Mereduksi putaran motor listrik Gearhead
5 Mengontrol kecepatan putar dan lama penyalaan motor listrik
Sistem kendali
6 Menghembuskan pupuk keluar Blower
7 Menyalurkan udara dan mengarahkan aliran pupuk
Pipa PVC dan kotak pencampur
8 Menyebarkan pupuk ke lahan Diffuser
9 Mentransmisikan daya ke blower Sabuk, puli dan poros
10 Menopang mesin Rangka
11 Simulasi aliran udara dari kotak pencampur sampai diffuser
CFD SolidWorks 2011
12 Simulasi aliran pupuk dari kotak pencampur sampai diffuser
14
Desain Struktural
Desain keseluruhan mesin terdiri dari bagian rangka (Lampiran 7,8 dan 9), hopper pupuk, metering device pupuk, sistem penumatik (Lampiran 10 dan 11), sistem transmisi daya (Lampiran 12 dan 13) dan sistem kendali. Bagian mesin berupa hopper dan metering device telah dirancang oleh Irfansyah (2015). Bagian-bagian mesin pemupuk ditunjukkan pada Gambar 12.
Dengan kecepatan maju mesin 0.55 m/s dan 1.7 m/s, dan jarak penaburan pupuk per tanaman 3 m (1.5 m sebelum dan sesudah melewati tanaman), maka waktu pengeluran pupuk per tanaman adalah 6 detik dan 2.8 detik masing-masing untuk kecepatan 0.55 m/s dan 1.7 m/s. Dengan menggunakan dosis tertinggi yaitu 1.5 kg/tanaman, maka debit pupuk yang harus dihembuskan adalah 0.23 kg/s dan 0.54 kg/s masing-masing untuk kecepatan 0.55 m/s dan 1.7 m/s. Untuk desain mesin dengan kecepatan maju 0.55 m/s, di mana debit pupuknya sebesar 0.23 kg/s maka dapat dihitung penurunan tekanan sebagai berikut. Data yang digunakan dalam perhitungan adalah: panjang total pipa lurus yang dibutuhkan 1.6 m, diameter pipa yang digunakan 0.0508 m, jumlah belokan 90o satu buah, cabang-T satu buah dan bulk density pupuk NPK adalah 1260 kg/m3. Dengan kecepatan pneumatik yang direkomendasikan sebesar 38 m/s (Srivastava et al. 1993) (Lampiran 3), maka penurunan tekanan dalam sistem pneumatik berdasarkan persamaan (1) adalah:
(4) Selanjutnya daya blower yang dibutuhkan tergantung pada kecepatan aliran udara volumetrik dan total pressure drop sistem. Daya yang dibutuhkan dihitung dengan persamaan (5) dari udara standar.
(5) Jadi, PTO dari traktor (crawler type tractor) harus memiliki daya yang lebih besar dari 0.71 kW untuk memutar blower.
15 Metode Pengujian Kinerja
Sebelum dilakukan pengujian kinerja mesin, dilakukan pengamatan untuk mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Sistem pneumatik dipasangkan dengan kelengkapan mesin pemupuk yang lainnya, lalu dipasang di atas traktor. Pengujian kinerja mesin dilakukan di lahan datar dengan perlakuan kecepatan maju 0.55 dan 1.7 m/s. Variasi dosis pemupukan yang akan diuji adalah 0.25, 0.75, 1.0, 1.25 dan 1.5 kg/tanaman. Untuk mengukur sebaran pupuk di permukaan yang ditargetkan, maka dipasang lapisan karpet di atas permukaan tanah. Pada karpet dibuat pola kotak-kotak pengamatan pupuk yang masing-masing berukuran 20 cm × 20 cm (Gambar 3). Jarak spasi antar kotak adalah 30 cm. Mesin dijalankan pada jalur sejajar pokok tanaman sedemikian rupa sehingga jarak ujung diffuser ke pokok 160 cm. Dalam pengujian, pupuk yang dikerluarkan dari diffuser akan tersebar di permukaan kotak-kotak pengamatan. Pupuk di setiap kotak pengamatan ditimbang, untuk diperoleh sebarannya.
Selain itu, dilakukan juga pengujian akurasi pengeluaran pupuk (dosis) tiap pokok tanaman dengan cara menampung pupuk yang keluar dari ujung diffuser menggunakan kantong plastik, dan ditimbang. Pengujian dilakukan tiga kali ulangan baik diffuser kanan maupun kiri, untuk setiap perlakuan. Pengukuran dosis pemupukan dilakukan dalam dua kondisi yaitu: 1) secara statis (mesin tidak bergerak maju) dan 2) dinamis (mesin bergerak maju).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Simulasi Mekanik Rangka Bawah dan Sistem Transmisi
Rangka bawah merupakan bagian yang berhubungan dengan traktor atau crawler dan menanggung beban mekanik yang besar. Keseluruhan beban mesin pemupuk ditanggung oleh rangka bawah pada bagian tiga titik gandeng. Simulasi pembebanan pada rangka beban pada bagian tiga titik gandeng. Simulasi pembebanan pada rangka bawah dilakukan dengan asumsi beban total mesin
16
sebesar 442 kg. Besarnya beban total ini didapat dari massa total mesin pemupuk yang telah diberi bahan pada tiap-tiap bagian mesin pemupuk pada model mesin pemupuk di SolidWorks 2011 dan massa total pupuk yang dapat ditampung oleh hopper mesin pemupuk. Gaya yang diberikan ke rangka bawah sebesar 4331.6 N. Simulasi sebaran beban pada rangka bawah diperlihatkan pada Gambar 14.
Beban pada rangka bawah berada di daerah tiga titik gandeng. Besar stress yang bekerja pada rangka bawah diperlihatkan oleh warna biru tua menuju merah. Semakin menuju warna merah, maka tingkat stress pada bagian tersebut semakin besar. Bahan rangka bawah yang dipilih adalah baja karbon S45C. Nilai stress von mises menunjukkan belum adanya deformasi pada struktur rangka, hal ini ditandai dengan lebih kecilnya nilai puncak stress von mises yaitu 111750888 N/m2 dibandingkan dengan nilai yield strength 248168000 N/m2 bahan yang digunakan. Gambar 15 memperlihatkan bahwa defleksi terbesar terjadi pada rangka bawah bagian ujung belakang yaitu sebesar 3-3.27 mm.
Bagian selanjutnya yang disimulasikan adalah rangkaian puli-sabuk pertama. Simulasi diperlukan untuk menunjukan bahwa bagian yang dibuat dapat menanggung beban selama mesin beroperasi. Bagian ini berfungsi meneruskan torsi putar PTO menuju rangkaian puli-sabuk kedua. Bagian ini terdiri dari puli, sabuk dan dua poros antara. Poros antara yang pertama berdiameter 35 mm sedangkan poros kedua berdiameter bertingkat 30 mm dengan ujung depan berdiameter 20 mm. Puli besar berdiameter 10 in sedangkan puli kecil berdiameter 3 in. Kesemua bagian ini terbuat dari bahan baja karbon S45C. Torsi yang bersumber dari PTO sebesar 120 Nm yang digunakkan untuk memutar blower. Simulasi dilakukan dengan memberi torsi putar 120 Nm pada poros antara pertama, puli besar dan puli kecil (Gambar 16).
17
Beban torsi pada poros antara pertama terjadi pada ujung poros yang berhubungan dengan universal joint PTO. Pada puli besar maupun puli kecil terjadi beban torsi yang besar pada pasak kedua. Bagian poros antara kedua juga mengalami beban torsi yang besar dengan puli kecil dan pasaknya. Pada bagian rangkaian puli sabuk tidak mengalami deformasi saat dikenakan beban torsi, hal ini dapat dilihat dari nilai yield strength 248168000 N/m2 bahan yang digunakan
Gambar 15 Simulasi defleksi pada rangka bawah
18
lebih besar dibandingkan nilai tertinggi stress von mises 72881936 N/m2 sehingga pemilihan bahan dan geometri rangkaian puli-sabuk dinilai tepat.
Bagian selanjutnya yang disimulasikan adalah rangkaian puli-sabuk kedua. Simulasi diperlukan untuk menunjukan bahwa bagian yang dibuat dapat menanggung beban selama mesin beroperasi. Bagian ini berfungsi meneruskan torsi putar puli-sabuk pertama menuju blower. Bagian ini terdiri dari puli, sabuk dan dua poros antara. Poros antara yang kedua berdiameter 30 mm sedangkan poros ketiga berdiameter bertingkat 20 mm. Puli besar berdiameter 6 in sedangkan puli kecil berdiameter 3 in. Kesemua bagian ini terbuat dari bahan baja karbon S45C. Torsi yang bersumber dari PTO sebesar 120 Nm yang digunakkan untuk memutar blower. Simulasi dilakukan dengan memberi torsi putar 120 Nm pada poros antara kedua, puli besar dan puli kecil (Gambar 17).
Pada puli besar maupun puli kecil terjadi beban torsi yang besar pada pasak kedua. Bagian poros antara kedua juga mengalami beban torsi yang besar dengan puli kecil dan pasaknya. Pada bagian rangkaian puli sabuk tidak mengalami deformasi saat dikenakan beban torsi, hal ini dapat dilihat dari nilai yield strength 248168000 N/m2 bahan yang digunakan lebih besar dibandingkan nilai tertinggi stress von mises 72881936 N/m2 sehingga pemilihan bahan dan geometri rangkaian puli-sabuk dinilai tepat.
Simulasi Aliran Udara Bertekanan dan Aliran Pupuk Dalam Sistem Pneumatik
Dalam simulasi ini, debit udara dari blower di-set 0.077 m3/s sesuai dengan hasil perhitungan pada persamaan 5, static pressure sebesar 1 atm dan turbulensi yang terjadi di dalam sistem sebesar 5% . Data pupuk yang dimasukkan
19 dalam simulasi aliran pupuk antara lain: particle density pupuk 1800 kg/m3, ukuran diameter pupuk 4 mm (Olieslagers et al. 1996) dan debit pupuk yang diumpankan 0.23 kg/s sesuai dengan yang didesain. Dalam simulasi ini diasumsikan bahwa udara hanya keluar melalui kedua ujung diffuser. Setelah melakukan simulasi selanjutnya dilakukan pengukuran kecepatan udara secara aktual pada sistem pneumatik dengan menggunakan anemometer pada kedua outlet diffuser kanan dan kiri (Gambar 18). Hasil simulasi menunjukkan bahwa kecepatan aliran udara pada inlet kotak pencampur, bagian kiri berwarna biru muda seperti pada Gambar 19, yaitu sebesar 9.566 m/s. Hasil simulasi memberikan nilai kecepatan udara pada outlet kotak pencampur sebesar 19.132 sampai 38.263 m/s. Terjadi peningkatan kecepatan pada bagian tengah bawah kotak pencampur. Hal ini disebabkan adanya sirip pencampur yang menyebabkan perubahan ukuran saluran yang menjadi lebih kecil dari inlet kotak pencampur. Besarnya kecepatan pada bagian tengah bawah kotak pencampur adalah 33.48 sampai 43.046 m/s. Hasil simulasi aliran udara memperlihatkan bahwa kecepatan udara pada inlet dan outlet diffuser adalah 9.566 m/s dan 4.783 m/s. kecepatan udara pada outlet diffuser kanan dan kiri hasil pengukuran adalah 12.8 m/s dan 12.2 m/s. kecepatan udara pada outlet diffuser hasil simulasi dengan hasil pengukuran jauh berbeda. Hal ini disebabkan oleh pada mesin terpasang blower yang memiliki debit 0.3375 m3/detik sedangkan pada simulasi di-set debit hembusan blower sebesar 0.77 m3/detik sesuai dengan perhitungan.
Sebaran pupuk dari kotak pencampur mencapai diffuser memanfaatkan aliran udara bertekanan yang dihasilkan blower. Dari pengukuran karakteristik pupuk NPK 15.15.15, diketahui ukuran diameter butiran pupuk 2.36-4.76 mm dari 82.56 % dari total massa pupuk yang diukur. Pupuk yang berdiameter 4 mm dan memiliki bulk density 1260 kg/m3 relatif memiliki pengaruh aerodinamika karena luas permukaan yang besar. Semakin besar ataupun kasar permukaan butiran
Gambar 18 Titik pengukuran kecepatan udara
Titik pengukuran
diffuser kanan
Titik pengukuran
20
maka akan semakin besar efek aerodinamika yang bekerja pada butiran tersebut jika berada dalam aliran udara (Grift et al. 1997). Aliran pupuk dari kotak pencampur sampai diffuser telah disimulasikan dan hasilnya disajikan pada Gambar 20. Pada simulasi ini butiran pupuk memiliki kecepatan terbesar pada kotak pencampur bagian tengah bawah sebesar 38.263 m/s. Hal ini disebabkan oleh saluran aliran udara mengecil dengan adanya sirip pencampur. Pada bagian tengah atas kotak pencampur butiran pupuk memiliki kecepatan yang rendah karena aliran udara yang berasal dari blower terhalang oleh sirip pencampur. Namun, butiran pupuk tersebut mendapat gaya dorong yang berasal dari metering device sehingga tidak terjadi penumpukan pupuk di kotak pencampur.
Gambar 19 Simulasi kecepatan aliran udara di kotak pencampur sampai diffuser
21 Sistem Pneumatik pada Prototipe Mesin Pemupuk dan Kinerjanya
Sistem pneumatik (Gambar 21) pada prototipe mesin pemupuk berupa blower, saluran berupa pipa PVC dan aksesoris, kotak pencampur, pipa fleksibel dan diffuser. Sistem pneumatik ini menggunakan blower dengan spesifikasi intermediate pressure blower tipe CZR-750W. Blower ini telah mengakomodasi kebutuhan daya sistem pneumatik yaitu 0.71 kW karena blower dapat dioperasikan pada daya 0.75 kW dan menghasilkan debit sebesar ± 0.3375 m3/detik pada kecepatan putar 3000 rpm. Karena kecepatan putar PTO yang tersedia 648 rpm (Aswin 2015), maka untuk meningkatkan kecepatan putarnya digunakan sistem transmisi dua pasang sabuk-puli dan poros antara. Sistem sabuk-puli yang pertama memiliki ratio 1:3 dan yang kedua memiliki rasio 1:2. Tipe sabuk yang dipilih adalah tipe B ganda, sesuai dengan perhitungan penyaluran daya dan putaran, menggunakan diagram pemilihan sabuk-V (Sularso dan Suga 2004). Blower diletakkan pada bagian belakang sebelah kanan dan mempunyai arah putar blower searah jarum jam jika dilihat dari belakang. Hal ini sama juga pada mesin pemupuk padi yang dirancang Kim et al. (2008) dan Gunawan et al. (2013).
Hasil pengujian akurasi penjatahan pupuk menunjukkan bahwa mesin dapat menaburkan pupuk dengan akurat sesuai dosis yang di-set, baik pada pengujian statis maupun dinamis, seperti ditunjukkan pada Gambar 22. Ada sedikit perbedaan antara keluaran yang diharapkan dengan keluaran pupuk aktual, yang disebabkan oleh kurang presisinya ukuran auger dari metering device akibat proses pabrikasi yang masih konvensional dan sederhana.
Gambar 21 Sistem pneumatik mesin pemupuk Blower
Pipa Kotak
pencampur
22
(a) (b)
Gambar 22 Grafik hasil pengujian dosis pupuk (a) statis (b) dinamis
Gambar 23 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s
23
Gambar 25 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s
Gambar 26 Sebaran pupuk dosis 1 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s
24
Pengujian sebaran pada kecepatan maju mesin 0.55 m/s dapat dilihat pada Gambar 23-28 (Lampiran 1). Sedangkan pengujian sebaran pada kecepatan maju mesin 1.7 m/s dapat dilihat pada Gambar 30-35 (Lampiran 2). Terdapat kotak yang kosong yaitu pada baris 3 kolom D. Hal ini dikarenakan terdapat model tanaman kelapa sawit sehingga pupuk tidak tersebar di kotak tersebut (Gambar 29). Hasil analisis sebaran pupuk di permukaan target menunjukkan bahwa sebaran pupuk kurang merata. Pupuk lebih banyak tersebar di baris dua dan tiga, yaitu pada jarak 1-1.6 m dari ujung diffuser. Hal ini terjadi karena lintasan pupuk dari diffuser sampai jadi ke lahan berbentuk setengah parabola. Dengan demikian jarak optimum jatuhnya pupuk dari diffuser adalah 1 m. Sebaiknya dibuat pengatur kemiringan di rangka penahan pipa fleksibel agar pupuk bisa tepat ditabur di piringan pokok tanaman. Selain itu juga, dari hasil pengujian terlihat bahwa pupuk lebih banyak tersebar pada kolom C, D dan E. hal ini disebabkan oleh penjatahan pupuk pada mesin ini tidak kontinu hanya memupuk per tanaman sehingga pada awal saat memupuk hanya sedikit pupuk yang keluar dari metering device. Pada saat pertengahan pemupukan, pupuk yang keluar lebih banyak.
25
Gambar 29 Pengujian sebaran pupuk di lapang
Gambar 30 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
Model tanaman kelapa sawit
26
Gambar 31 Sebaran pupuk dosis 0.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
Gambar 32 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
27
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Desain sistem pneumatik pada mesin pemupuk dapat menebarkan pupuk di sekitar pokok tanaman sawit. Daya yang dibutuhkan untuk menghembuskan pupuk adalah 0.71 kW. Dosis pupuk yang dihembuskan oleh mesin sudah sesuai dengan yang dosis yang di-set. Jarak optimum jatuhnya pupuk dari diffuser adalah 1 m. Mesin pemupuk dapat dioperasikan pada kecepatan maju 0.55 m/s dan 1.7 m/s.
Saran
Sebaiknya dibuat pengatur kemiringan di rangka penahan pipa fleksibel agar pupuk bisa tepat ditabur di piringan pokok tanaman dengan seragam. Pemupukan awal menggunakan pupuk NPK direkomendasikan untuk dilakukan pada kondisi
Gambar 34 Sebaran pupuk dosis 1.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
28
pupuk yang tidak lembab untuk menghindari terjadinya kelengketan antara rotor dengan pupuk yang dapat mengurangi dosis penjatahan.
DAFTAR PUSTAKA
Aas TS, Oehme M, Sorensen M, He G. 2011. Analysis of pellet degradation of extruded high energy fish feeds with different physical qualities in a pneumatic feeding system. Aquacultural Engineering. 44(2011)25-34. Aswin DB. 2015. Rancangan konseptual mesin penggerak aplikator pupuk butiran
dengan mekanisme pengangkat pelepah daun [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2016. Luas lahan perkebunan kelapa sawit tahun 2014. Jakarta: Badan Pusat Statistik.
Cunningham FM, Chao EYS. 1967. Design relationships for centrifugal fertilizer distributors. Transactions of the ASAE. 10(1):91-95.
Fauzi Y, Widyastuti YE, Satyawibawa I, Paeru RH. 2012. Kelapa Sawit. Depok (ID): Penebar Swadaya.
Febriana R. 2009. Pengelolaan pemupukan tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis jacq.) di perkebunan PT sari aditya loka I (PT astra agro lestari, tbk), kabupaten merangin, propinsi jambi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Grift TE, Walker JT, Hofstee JE. 1997. Aerodynamic properties of individual fertilizer particles. American Society of Agriculture Engineers. 40(1):13-20. Gunawan P, Setiawan RPA, Astika IW. 2013. Pengembangan dan uji kinerja
mesin pemupuk dosis variable pada budidaya padi sawah dengan konsep pertanian presisi. Keteknikan Pertanian. 25(1):1-9.
Irfansyah DA. 2015. Desain dan uji kinerja penjatah pupuk untuk mesin pemupukan kelapa sawit [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kim YJ, Kim HJ, Ryu KH, Rhee JY. 2008. Fertilizer application performance of a
variable rate pneumatic granular applicator for rice production. Biosystems Engineering. 100(2008):498-510.
Olieslagers R, Ramon H, Baerdemaeker JD. 1996. Calculation of fertilizer distribution patterns from a spinning disc spreader by means of a simulation model. Agricultural Engineering Research. 63(1996):137-152.
Ridawati. 2002. Pemupukan tanaman kelapa sawit Elaeis guineensis Jacq di PTPN VII unit usaha Betung Krawo Musi Banyuasin Sumatera Selatan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Sakti WB. 2013. Panduan Praktis Analisis CFD. Jakarta (ID): Wisnu press. Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1993. Engineering Principles of
Agricultural Machines. Michigan (US): American Society of Agriculture Engineers.
29
31
33
Lampiran 3 Perhitungan kebutuhan daya blower
Kecepatan maju yang diterapkan pada pemupukan adalah 0.55 m/s. dosis terbesar dalam pemupukan adalah 1.5 kg/tanaman. Panjang lintasan yang akan tersebar oleh pupuk adalah 3 m (1.5 m sebelum dan sesudah pokok). Jadi waktu yang ditempuh untuk lintasan 3 m adalah :
Selama 6.45 sekon pupuk yang dikeluarkan adalah 1.5 kg. Jadi, untuk 1 detik pupuk yang dikeluarkan adalah 0.23 kg. Perhitungan kebutuhan daya untuk menghembuskan pupuk dengan laju 0.23 kg/s. Panjang total pipa lurus 1.6 m, diameter pipa 0.0508 m, jenis belokan 90o dengan jumlah satu buah. Bulk density pupuk NPK adalah 1260 kg/m3 maka kecepatan pneumatik yang direkomendasikan adalah 38 m/s.
Pupuk yang dikeluarkan harus lebih besar dari 0.23 kg/s menjadi 0.3 kg/s
Ratio ini lebih tinggi yang dibutuhkan jadi rationya adalah 3.2
Pressure loss pada pipa lurus:
34
ρp = 1260 kg/m3
Pressure drop pupuk:
Pressure loss di cabang T:
K = 2 untuk cabang T
Daya yang dibutuhkan:
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
