RANCANG BANGUN ALAT PEMBUKA ALUR TANAH
UNTUK UNIT PENANAM BENIH JAGUNG BERBASIS
TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE
(TRV)
THOYIB AL MUFTI
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 Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) adalah 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Thoyib Al Mufti
ABSTRAK
THOYIB AL MUFTI. Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah Untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). Dibimbing oleh RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Penggunaan Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) saat ini telah dikembangkan untuk daerah yang sulit dijangkau manusia seperti luar angkasa, urban search and rescue, dan tujuan militer. Namun, di Indonesia TRV atau mobil RC hanya digunakan sebatas hiburan untuk anak-anak. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengembangkan TRV agar dapat digunakan sebagai media pendidikan dalam bidang pertanian. Penelitian ini dimulai dengan pengambilan data dasar dan beberapa informasi yang dibutuhkan dalam proses perancangan, analisis dalam pendisainan, gambar disain, simulasi kuat bahan, pembuatan alat, dan pengujian alat. Rancangan yang dihasilkan berupa alat pembuka alur tanah berbentuk baling-baling dua bilah dan empat bilah. Pengujian dilakukan di lahan dengan menggunakan alat penarik dengan tiga kecepatan yang berbeda. Alat yang dirancang dapat berfungsi dan mampu membuat alur tanah saat pengujian. Berdasarkan kedalaman alur tanah yang dihasilkan, implemen empat bilah lebih tinggi dibandingkan dengan implemen dua bilah. Dari hasil pengujian tersebut, implemen dapat digunakan sebagai alat pembuka alur tanah untuk benih jagung dengan kedalaman yang dihasilkan sekitar 3-4.8 cm.
Kata kunci: alat pembuka alur tanah, implemen dua bilah, implemen empat bilah, benih jagung, alat penarik, kedalaman.
ABSTRACT
THOYIB AL MUFTI. Design of Soil Furrow Opener Tool For Corn Planters Unit Powered by Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). Supervised by RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Research on Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) has gained recently especially for future, and application related for out space technology, urban search and rescue, and military purpose. However, in Indonesia TRV or RC car is only used as a mere entertainment for children. This study aimed to develop a TRV to be used as a medium of education in the field of agriculture. The study began with a collection of basic data and some of the information required in the design process, the analysis in designing, engineering drawing, robust simulation of materials, manufacture of tools, and testing tools. Object of the design was soil furrow opener vane shaped with two blades and four blades. Tests carried out in the field by using a puller with three different speeds. A tool designed to function and was able to make furrows when tested. Based on the resulting of soil furrow depth, implement with four blades had better depth than the implemen with two blades. Based on the the results of these tests, implements can be used as a soil furrow opener for corn seeds to a depth of about 3-4.8 cm.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
RANCANG BANGUN ALAT PEMBUKA ALUR TANAH
UNTUK UNIT PENANAM BENIH JAGUNG BERBASIS
TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE
(TRV)
THOYIB AL MUFTI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi : Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) Nama : Thoyib Al Mufti
NIM : F14100125
Disetujui oleh
Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
PRAKATA
Puja dan puji syukur senantiasa penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang mana telah menjaga ketetapan iman, ihsan, serta memberi segala nikmat, ujian, dan petunjuk yang tidak dapat diperkirakan datangnya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Penelitian berjudul “Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle
(TRV)” dilaksanakan sejak bulan Februari dan selesai pada bulan September 2014. Terimakasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Radite Praeko A.S., M.Agr. dan Dr. Lenny Saulia, STP, MSI. Selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan serta dukungan selama proses penelitian dan pembuatan skripsi. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS. Dan Dr. Ir. Mohammad Solahudin, M.Si. selaku dosen penguji ujian skripsi, serta kepada Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si dan seluruh dosen pengajar khususnya di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Pak Dharma, Relo Prabudi, Deny Saputro, Maman, Elgy, Reno, Oji, Asep, Ruli, Marcha, Karim, Asiyah, Johan, selaku saudara saya, dan tidak lupa kepada teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Budidaya Jagung 2
Mesin Penanam Benih 4
Pembuka Alur 6
Kebutuhan Torsi 7
METODOLOGI 8
Waktu dan Tempat Pelaksanaan 8
Alat dan Bahan 8
Tahapan Penelitian 9
HASIL DAN PEMBAHASAN 21
Benih Jagung 21
Pembuatan Gambar 22
Simulasi Kuat Bahan 23
Pengujian Alat Pembuka Alur Tanah 24
SIMPULAN DAN SARAN 29
Simpulan 29
Saran 30
DAFTAR PUSTAKA 30
LAMPIRAN 32
DAFTAR TABEL
1 Varietas unggul jagung komposit dan hibrida 3
2 Karakteristik benih jagung 4
3 Alat dan bahan yang digunakan 8
4 Rancangan fungsinal 15
5 Rata-rata diameter benih jagung 22
6 Kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan geser tanah 27
7 Rata-rata hasil pengujian implemen dua bilah 29
8 Rata-rata hasil pengujian implement empat bilah 29
9 Hasil pengambilan data awal 32
10 Penentuan diameter poros dan bantalan (Sularso dan Suga 2004) 36
11 Data kalibrasi pocket penetrometer 43
DAFTAR GAMBAR
1 Mobil RC 1
2 Mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi bertenaga
traktor roda dua (Hermawan et al. 2009) 5
3 Alat tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) 5 4 Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996) 6 5 Mesin tanam presisi dan hasil penempatan (Srivastava et al. 1996) 6
6 Tipe pembuka alur (Bainer et al. 1960) 7
7 Alat pengebor tanah mekanis pembuat lubang tanam (Saleh 2007) 7
8 Diagram alir penelitian 9
9 Pembuka alur tipe lengkung (Srivastava et al. 1996) 11 10 Pembuka alur tipe datar (Srivastava et al. 1996) 11
11 Pembuka alur tipe parabolik (Mushoffa 2006) 12
12 Pembuka alur tipe piringan (Srivastava et al. 1996) 12
13 Benih jagung dan celah di dalam alur tanah 13
14 Sketsa implemen pembuka alur 16
15 Disain lubang alat penjatah benih jagung (Priyonggo 2014) 17
16 Benih jagung (Tarighi et al. 2011) 22
17 Disain implemen dua bilah 22
18 Disain implemen empat bilah 23
19 Disain implemen pembuka alur dan bagian-bagiannya 23
20 Simulasi implemen dua bilah 24
21 Simulasi implemen empat bilah 24
22 Implemen dua bilah 25
23 Implemen empat bilah 25
24 Alat pembuka alur tanah 25
25 Alat penarik mobil RC 26
26 Tahanan penetrasi tanah hasil pengujian implemen dua bilah 27 27 Tahanan penetrasi tanah pada pengujian implemen empat bilah 28
29 Grafik tahanan penetrasi dan tahanan geser 33
30 Motor DC 35
31 Disain implemen pembuka alur tanah dua bilah 38
32 Disain implemen pembuka alur tanah empat bilah 39
33 Disain motor DC 40
34 Disain rangka dan mobil RC 41
35 Disain alat pembuka alur 42
36 Grafik Kalibrasi pocket penetrometer 43
37 Alat pocket penetrometer 43
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rata-rata kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan
geser 32
2 Perhitungan kecepatan putar implemen 34
3 Spesifikasi motor DC 35
4 Tabel ketentuan penentuan ukuran diameter poros dan bantalan 36
5 Analisis perhitungan tebal badan bilah 37
6 Gambar disain pembuka alur 38
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan TRVs (Terrestrial Robotic Vehicles) di negara-negara maju sudah sangat berkembang yaitu untuk Urban Search And Rescue (USAR) dan
modern military. TRVs ini sangat menarik karena alat ini dapat dikirim ke suatu tempat yang tidak dapat dijangkau manusia dan mengirimkan data melalui sensor yang ada pada TRVs ini (Carlson 2005). Seperti yang telah dikembangkan oleh
National Aeronautics and Space Administration (NASA) dengan adanya robot yang memiliki kemampuan bergerak dan visualisasi terhadap benda yang ada di depannya dengan jarak tertentu, bahkan beberapa robot telah dilengkapi sensor khusus yang memungkin robot untuk mendapatkan sistem navigasi sehingga robot mampu bergerak maju ataupun mundur dengan menghindari rintangan (Garzon et al. 2013). Beberapa robot juga telah menggantikan sebagian besar tugas manusia khususnya dalam dalam bidang militer seperti: robot yang dikembangkan agar dapat menelusuri tempat-tempat gelap yang dirasa beresiko tinggi bila dilakukan manusia, mendeteksi adanya ranjau, menyimpan data teroris, dan robot untuk
survey kerusakan dari senjata biokimia (Lin et al. 2008).
Penggunaan TRVs atau lebih dikenal dengan istilah mobil Remote Control
(RC) di Indonesia juga semakin berkembang. Seperti yang dilakukan oleh beberapa mahasiswa yang mengembangkan mobil RC pemadam api dengan kaki berbentuk roda untuk berjalan. Namun demikian, beberapa jenis mobil RC hanya digunakan sebagai hiburan yaitu untuk mainan anak-anak. Pengembangan mobil RC (Gambar 1) di beberapa bidang khususnya pertanian belum menunjukkan kemajuan yang signifikan terlebih lagi saat ini minat generasi muda di bidang pertanian menurun.
Gambar 1 Mobil RC
2
berkaitan dengan memberi pemahaman kepada generasi muda untuk tertarik memasuki jenjang perguruan tinggi (PT) berbasis pertanian (pangan) dan mempunyai keinginan untuk menekuni profesi di sektor pertanian dan pangan. “Pertanian sebagai ilmu”, seharusnya dikembangkan atas dasar paradigma bahwa pertanian dan pangan merupakan sistem sosio kultural teknis. Sebagai suatu paradigma bahwa pertanian dan pangan merupakan sistem sosio kultural teknis, maka ilmu pertanian dan pangan atau pendidikan pertanian dilandasi konsep efisiensi, ekonomis, dan efektif sehingga merupakan teknik yang tertib prosedur, tata laksana, dan tata cara dalam berusahatani. Oleh sebab itu, perlu dilakukan perubahan paradigma dalam sistem pendidikan ilmu pertanian dan pangan di Indonesia dari konvensional seperti saat ini menjadi sistem pendidikan yang berkompetensi pada pengembangan ilmu pengetahuan, teknologi dan seni (IPTEKS) bagi pengelolaan dan pembudidayaan alam tropika yang lestari dan kesejahteraan manusia, serta diselenggarakan dalam suatu sistem pendidikan yang berorientasi pada mutu. Terkait dengan hal tersebut, PT berbasis pertanian dan pangan mengemban tugas untuk mengembangkan sumber daya manusia khususnya di Indonesia agar dapat memiliki dan mengembangkan IPTEKS, serta mampu mengamalkannya bagi kesejahteraan manusia, sehingga dapat meningkatkan harkat bangsa Indonesia di masyarakat dunia sejajar dengan bangsa-bangsa lain yang berperadaban (Rahman 2014).
Berangkat dari beberapa hal di ataslah yang mendorong penulis untuk membuat suatu rancangan disain alat pembuka alur untuk unit penanam benih jagung yang berbasis TRV, sehingga TRV tidak hanya digunakan sebagai hiburan untuk anak-anak, namun dapat digunakan sebagai media pendidikan sehingga meningkatkan minat para generasi muda khususnya dalam bidang pertanian.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah merancang bangun sebuah pembuka alur untuk unit penanam benih jagung berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV).
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Jagung
Jagung (Zea maysL.) termasuk bahan pangan utama kedua setelah beras. Jagung merupakan sumber karbohidrat yang bahan terbatas. Nilai kalori jagung hampir sama dengan beras, bahkan jagung mempunyai keunggulan bila di bandingkan dengan beras. Jagung mengandung asam lemak esensial yang sangat bermanfaat bagi pencegahan penyakit penyempitan pembuluh darah (Lesilolo et al. 2012).
3 sulaman biasanya tidak normal karena adanya persaingan untuk tumbuh dan biji yang terbentuk dalam tongkol tidak penuh akibat penyerbukan tidak sempurna, sehingga tidak akan mampu meningkatkan hasil (Murni dan Arief 2008). Berikut adalah beberapa varietas unggul jagung komposit dan hibrida seperti yang ditunjukkan Tabel 1.
Tabel 1 Varietas unggul jagung komposit dan hibrida
Varietas Tahun
Jagung termasuk tanaman yang tidak memerlukan persyaratan tanah yang khusus dalam penanamannya. Jagung dikenal sebagai tanaman yang dapat tumbuh di lahan kering, sawah dan pasang surut. Secara umum ada beberapa persyaratan kondisi yang dikehendaki tanaman jagung antara lain (Purwono dan Hartono 2007):
1. Jenis tanah yang dapat ditanami jagung antara lain andosol, latosol dan bisa juga grumosol. Namun pada dasarnya, tanah yang akan menjadi media tanam jagung, perlu adanya pengolahan tanah secara baik serta aerasi dan drainase yang baik pula.
4
3. Tanaman jagung membutuhkan tanah dengan aerasi dan ketersediaan air dalam kondisi baik.
Jarak tanam tergantung pada varietas jagung yang akan ditanam. Jarak tanam untuk jagung sangat bervariasi, untuk jagung berumur panen lebih 100 hari sejak penanaman, jarak tanamnya 40×100 cm (2 tanaman/lubang). Jagung berumur panen 80-100 hari, jarak tanamnya 25×75 cm (1 tanaman/lubang). Panen<80 hari, jarak tanamnya 20×50 cm (1 tanaman/lubang). Kedalaman lubang tanam antara 2.5-5 cm. Tanah yang cukup lembab, kedalaman lubang tanam cukup 2.5 cm. Sedangkan untuk tanah yang agak kering, kedalaman lubang tanam adalah 5 cm (Martodireso dan Suryanto 2002).
Pembuatan lubang tanam benih jagung yang saat ini digunakan adalah dengan cara manual dan mekanisasi. Cara manual dalam pembuatan lubang tanam adalah dengan menggunakan tugal, sedangkan secara mekanisasi adalah dengan menggunakan mesin penanam benih. Perancangan mesin penanam benih biasanya diperlukan data terkait karakteristik benih jagung seperti yang ditunjukan Tabel 2.
Tabel 2 Karakteristik benih jagung
No Parameter Nilai Satuan Keterangan
5
Gambar 2 Mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi bertenaga traktor roda dua (Hermawan et al. 2009)
Penebaran benih dan pola pertanaman dengan alat penanam ini dapat digolongkan menjadi 5 macam diantaranya: broadcasting (benih disebar pada permukaan tanah), drill seedling (benih dijatuhkan secara random dan diletakkan pada kedalaman tertentu dalam alur sehingga diperoleh jalur tanaman tertentu),
presicion drilling (benih ditanam secara tunggal dengan interval yang sama dengan alur), hill dropping (kelompok benih dijatuhkan secara random dengan interval yang hampir sama dengan alur), dan chezktow planting (benih diletakkan pada tempat tertentu sehingga diperoleh lajur tanaman dengan dua arah yang sama). Secara umum mesin penananam benih dapat digolongkan menjadi tiga (Putra 2012).
Mesin Tanam Sebar(Broadcast Seeder)
Pada alat ini penjatahan benih dari hoper melalui satu lubang variabel (variable orifice). Suatu agitator ditempatkan diatas lubang variabel tersebut untuk mencegah kemacetan karena benih-benih saling mengunci (seed bridging), juga agar aliran benih dapat kontinyu. Centrifugal spreader merupakan alat yang cukup fleksibel karena dapat dipergunakan untuk menyebar benih, pupuk, pestisida dan material lain yang berupa butiran. Setelah operasi tanam sebar kemudian dilakukan operasi pengolahan tanah kedua untuk menutup benih dengan tanah. Alat tanam sebar dan hasil penempatannya dapat dilihat pada Gambar 3.
6
Mesin Tanam Acak Dalam Lajur (Drill Seeder)
Biasanya pada setiap alur tanam, benih dijatah dari hoper oleh suatu silinder bercoak yang digerakkan dengan roda tanah (ground wheel). Jumlah benih per satuan waktu atau laju benih dikontrol melalui lebar bukaan yang dapat diatur. Benih tersebut melewati tabung penyalur benih jatuh secara gravitasi ke lubang tanam yang dibuat oleh pembuka alur, bisa berupa disk atau bentuk lain. Mesin tanam acak dan hasil penempatannya dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
Mesin Tanam Presisi (Precision Seeder)
Mesin tanam presisi memberikan penempatan yang tepat dari setiap benih pada interval yang sama dalam setiap alur tanam. Jarak antar alur tanam atau sering juga disebut jarak antar barisan, umumnya dibuat cukup lebar untuk keperluan penyiangan. Sumber tenaga tarik yang digunakan dapat menggunakan manusia, hewan, traktor roda-2 maupun traktor 4-roda. Secara umum ada 4 bagian utama yang selalu ada dalam alat tanam presisi, yaitu: pembuka alur (furrow opener) untuk mengontrol kedalaman tanam, penjatah benih (metering seed) untuk menjaga interval jarak benih dalam alur dapat seragam, penutup alur untuk menutup alur tanam, dan roda tekan (pressing wheel) untuk memadatkan tanah disekitar benih agar kontak antara benih dan tanah cukup baik (Srivastava et al. 1996). Mesin tanam presisi dan hasil penempatannya ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Mesin tanam presisi dan hasil penempatan (Srivastava et al. 1996)
Pembuka Alur
7 dan piringan ganda (double disk). Dari keempat tipe pembuka alur (Gambar 6), tipe pembuka alur lengkung merupakan tipe yang paling umum, sedangkan tipe pembuka alur lurus cocok digunakan untuk tanah yang kasar (Putra 2011).
Gambar 6 Tipe pembuka alur (Bainer et al. 1960)
Kebutuhan Torsi
Torsi adalah gaya yang menyebabkan putaran dikalikan jarak ke titik pusat. Beberapa implemen pembuat lubang tanam memanfaatkan putaran untuk dapat beroprasi misalnya alat pengebor tanah mekanis untuk membuat lubang tanam (Saleh 2007) seperti yang ditunjukkan Gambar 7.
8
T = Torsi yang dibutuhkan (kgf.cm) = Tahanan geser dari tanah (kgf/cm2)
d = Diameter mata bor (cm)
h = Tinggi batang pemutar (cm)
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini mencakup beberapa tahapan kegiatan, pada tahap identifikasi dan pengujian akhir alat pembuka alur untuk unit penanam benih jagung berbasis TRV dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, sedangkan untuk proses disain dan pembuatan prototype dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi (TMO) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor (IPB) yang dilaksanakan mulai Februari hingga September 2014
.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini meliputi dua macam yaitu: yang berupa suatu software (perangkat lunak ) dan hardware (perangkat keras). Perangkat lunak yang digunakan pada penelitian ini adalah Solidworks
2010 untuk proses pembuatan gambar disain dan simulasi disain, sedangkan perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari beberapa alat dan bahan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Alat dan bahan yang digunakan
9
Tahapan Penelitian
Berikut ini adalah tahapan kegiatan penelitian yang telah dilakukan, seperti yang ditampilkan pada Gambar 8.
Gambar 8 Diagram alir penelitian Pembuatan gambar Konseptual disain
Analisis teknik
Pembuatan alat
Pengujian Mulai
Identifikasi Masalah
Tidak
Ya
Data dan informasi penunjang
Selesai Disain sesuai?
Hasil sesuai?
Ya Tidak
10
Identifikasi Masalah
Pada tahapan ini dilakukan pengambilan data awal karakteristik tanah yaitu tahanan geser tanah yang dikaitkan dengan kadar air, densitas, dan tahanan penetrasi. Hasil yang didapatkan pada tahapan ini digunakan sebagai dasar perancangan alat pembuat alur untuk penempatan benih jagung dengan lebar alur sekitar 0.9-1.3 cm dan kedalaman alur sekitar 2.5-5 cm mengacu pada kedalaman lubang tanam untuk benih jagung pada umumnya (Martodireso dan Suryanto 2002).
Konseptual Disain
Konseptual disain yang dimaksudkan adalah konsep dari alat pembuka alur yang dirancang mengacu pada beberapa tipe pembuka alur yang telah ada dan dipilih salah satu dari tipe pembuka alur yang sesuai dengan beberapa kriteria yang telah ditentukan. Beberapa kriteria yang ditentukan tersebut adalah sebagai berikut:
1. Mampu membuat alur dengan lebar sekitar 1 cm dan kedalaman alur 3-4 cm sehingga benih jagung dapat masuk ke dalam alur.
2. Dapat ditarik dengan menggunakan Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). 3. Dapat disambungkan dengan poros motor DC.
4. Memiliki bentuk yang sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk berputar mengikuti putaran poros motor DC.
Tipe pembuka alur yang biasa digunakan hingga saat ini adalah tipe lengkung, tipe datar, parabolik, piringan, dan berbentuk bilah. Berikut adalah gambaran umum dari beberapa tipe pembuka pembuka alur yang kemudian dipilih salah satu sebagai disain alat pembuka alur, yaitu sebagai berikut:
1. Pembuka alur tipe lengkung
11
Gambar 9 Pembuka alur tipe lengkung (Srivastava et al. 1996) 2. Pembuka alur tipe datar
Pembuka alur tipe datar biasanya digunakan untuk pembuatan alur pada jenis tanah yang tergolong keras. Seperti halnya pembuka alur tipe lengkung, pembuka alur tipe datar ini memang mampu digunakan untuk membuat alur untuk penanaman bahkan untuk jenis tanah yang cenderung keras. Namun, pembuka alur dengan bentuk seperti ini dirasa akan membutuhkan tenaga tarik yang lebih besar, sehingga kurang cocok bila nantinya dipasangkan pada poros motor DC dan ditarik dengan menggunakan TRV mengingat terbatasnya tenaga tarik yang dimiliki oleh TRV. Sehingga pembuka alur dengan bentuk serperti ini kurang sesuai dengan beberapa kriteria yang ditentukan, berikut adalah gambar dari pembuka alur tipe datar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10 Pembuka alur tipe datar (Srivastava et al. 1996) 3. Pembuka alur tipe parabolik
12
memenuhi kreteria yang ditentukan, berikut adalah pembuka alur tipe parabolik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11 Pembuka alur tipe parabolik (Mushoffa 2006) 4. Pembuka alur tipe piringan
Pembuka alur tipe piringan biasanya digunakan untuk tanah yang tergolong tidak keras yaitu tanah yang memiliki tahanan penetrasi dan tahanan geser rendah. Pembuka alur tipe ini mampu membuat alur seperti halnya pembuka alur tipe lengkung, datar, dan parabolik. Pembuka alur tipe ini memang memungkinkan untuk dipasang pada poros motor DC dan ditarik dengan menggukanan TRV dengan menyesuaikan ukuran pembuka alur tersebut. Namun pembuka alur ini dirancang hanya untuk ditarik dengan kecepatan maju tertentu, sehingga apabila pembuka alur tipe ini disambungkan pada poros motor DC dan berputar mengikuti putaran motor akan menghasilkan alur tanah yang tidak sesuai dengan yang diharapkan. Pembuka alur tipe piringan ini masih belum memenuhi kreteria yang telah ditentukan. Berikut adalah pembuka alur tipe piringan seperti yang ditunjukkan Gambar 12.
13 5. Pembuka alur berbentuk bilah
Pembuka alur tipe ini merupakan pembuka alur yang memiliki bentuk sedemikian rupa yang terdiri dari beberapa bilah sehingga memungkinkan untuk dilakukan putaran pada implemen ini. Pembuka alur dengan bentuk bilah ini dirasa telah memenuhi beberapa kriteria yang telah ditentukan, dimana pembuka alur tipe ini dapat disambungkan pada poros motor DC layaknya mata bor dan membuat alur berdasarkan putaran mengikuti putaran motornya, dan juga TRV mampu menarik pembuka alur tipe ini.
Analisis Teknik
Pada tahapan analis teknik ini, dilakukan analisis terkait penentuan ukuran dari implemen pembuka alur, pangkal implemen pembuka alur (bagian implemen yang disambungkan pada poros motor DC), dan kebutuhan motor DC yang digunakan. Berikut adalah beberapa tahapan analisis yang dilakukan yaitu:
1. Penentuan ukuran implemen
Lebar dari implemen pembuka alur yang dirancang didasarkan pada kebutuhan lebar agar benih jagung dapat masuk. Lebar implemen tidak dirancang tepat sesuai dengan ukuran benih jagung, mengingat diperlukan adanya celah antara benih jagung dan tanah (Gambar 13) serta kemungkinan alat yang mungkin tidak bekerja 100% sesuai yang diharapkan. Panjang implemen pembuka alur ditentukan berdasarkan kedalaman lubang tanam benih jagung yaitu sekitar 5 cm (Martodireso dan Suryanto 2000).
Gambar 13 Benih jagung dan celah di dalam alur tanah 2. Penentuan ukuran pangkal implemen pembuka alur
Pangkal implemen adalah bagian dari implemen yang disambungkan pada poros motor DC. Ukuran pangkal implemen ini ditentukan berdasarkan pertimbangan ukuran poros mengacu pada tabel ukuran diameter poros dan bantalan (Sularso dan Suga 2004).
3. Penentuan motor DC
14
T = Torsi yang dibutuhkan motor DC (kgf.cm) = Tahanan geser dari tanah (kgf/cm2
)
d = Diameter implemen pembuka alur (cm)
h = Tinggi badan bilah implemen pembuka alur (cm)
Setelah didapatkan nilai torsi minimum dengan menggunakan persamaan 2 tersebut menjadi dasar survey di pasaran terkait kriteria motor DC yang dibutuhkan. Sehingga diperlukan motor DC dengan daya yang dapat menghasilkan torsi dengan nilai sesuai yang telah didapatkan pada perhitungan kebutuhan torsi tersebut. Perhitungan daya motor DC dilakukan berdasarkan persamaan 3 berikut (Sularso dan Suga 2004).
5 implemen pembuka alur agar dapat membuat alur saat dilakukan pengujian. Penentuan kecepatan putar dilakukan dengan menggunakan persamaan 4 berikut (Khurmi 2005).
n = Putaran implemen yang dibutuhkan (rpm)
v = Kecepatan maju (mm/s)
l = Panjang sudu (mm)
Setelah didapatkan nilai kebutuhan putar dilakukan perkiraan nilai pitch
pemotongan dimana nilai pitch ini harus lebih kecil daripada lebar sudu agar badan implemen tidak menabrak tanah saat implemen pembuka alur berputar. Perhitungan penentuan kecepatan dan perkiraan pitch pemotongan ditunjukkan pada Lampiran 2.
Rancangan Fungsional
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari konseptual disain didapatkan rancangan implemen pembuka alur dengan bentuk bilah yang memungkinkan untuk disambungkan pada poros motor DC dan berputar mengikuti putaran poros tersebut. Disain implemen ini juga mengacu pada prinsip kerja salah satu tipe
(2)
(3)
15 pembuka alur yaitu tipe piringan. Pembuka alur tipe ini memiliki kemiringan tertentu dengan tujuan agar implemen dapat mengeruk tanah yang ada di depannya dan melemparkannya ke arah samping seiring dengan majunya traktor (alat penarik) hingga terbentuklah alur. Berbeda dengan traktor, TRV yang dirasa tidak memiliki cukup daya untuk dapat menarik implemen untuk pembuatan alur sehingga diperlukan suatu tambahan mekanisme memotong tanah dengan memanfaatkan tenaga putar dari motor DC untuk mengurangi beban yang diterima TRV saat bergerak maju dalam pembuatan alur. Implemen pembuka alur memiliki ketajaman pada sisi-sisinya, dengan tujuan agar didapatkan fungsi untuk memotong tanah.
Berdasarkan bentuk salah satu implemen pembuka alur tipe piringan yang memanfaatkan sudut untuk dapat melemparkan tanah, sehingga diperlukan suatu disain implemen dengan bentuk bilah yang memiliki mata bilah dan sudut antar bilah sehingga dapat memotong tanah dan melemparkannya dengan memanfaatkan putaran poros motor DC. Sebagai masukan untuk motor DC adalah daya listrik yang berasal dari baterai yakni tegangan dan arus listrik kemudian keluaran dari motor adalah daya mekanik yaitu torsi dan kecepatan rotor (Salamena 2012). Berdasarkan hubungan rangkaian penguat medannya, jenis motor DC yang digunakan adalah motor DC yang memiliki kecepatan putaran yang konstan dan tidak tergantung pada beban (Putra dan Dinzi 2014).
Berdasarkan fungsi utama yaitu memotong dan melempar tanah dibutuhkan bagian-bagian pada implemen bilah dengan bentuk dan ukuran tertentu agar alat yang didisain dapat membuat alur. Berikut adalah bagian-bagian yang dibutuhkan implemen pembuka alur agar dapat bekerja, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4 Rancangan fungsional
No Fungsi Bagian
1. Menyambungkan implemen bilah dengan poros motor DC
Pangkal bilah 2. Sebagai penopang mata bilah Badan bilah 3. Memotong dan melemparkan tanah Mata bilah 4. Pemotong tanah di awal implemen masuk ke
dalam tanah
Ujung bilah
16
Rancangan Struktural
Perancangan struktural alat pembuka alur untuk unit penanam benih jagung dibuat berdasarkan kriteria disain dan data-data karakteristik tanah yang telah diambil. Parameter yang digunakan sebagai dasar perancangan alat ini adalah tahanan geser tanah. Alat yang didisain ini dirancang untuk kondisi lahan yang telah diolah.Bagian-bagian dari rancangan struktural adalah sebagai berikut: 1. Motor DC
Keriteria pemilihan motor DC yang digunakan dalam perancangan adalah berdasarkan torsi yang dimiliki motor DC tersebut. Penentuan torsi minimal motor DC ditentukan berdasarkan perhitungan kebutuhan torsi yang telah dilakukan dengan memasukan nilai tahanan geser tanah dari data yang telah diambil yaitu 0.20 kgf/cm2 mengacu pada persamaan (2). Berikut adalah perhitungan kebutuhan torsi motor DC yang digunakan berdasarkan ukuran dari implemen pembuka alur dalam bentuk sketsa (Gambar 14).
Gambar 14 Sketsa implemen pembuka alur
))
T = Torsi yang dibutuhkan motor DC (kgf.cm) = Tahanan dari tanah (kgf/cm2)
d = Diameter, yang merupakan lebar badan bilah (cm)
h = Tinggi, yang merupakan tinggi badan bilah (cm)
Berdasarkan hasil perhitungan, torsi minimal motor DC yang dibutuhkan adalah 27 kgf.mm. Setelah dilakukan survey di pasaran, tidak ditemukan Motor DC dengan torsi 27 kgf.mm namun didapatkan motor DC dengan torsi yang lebih besar yaitu sekitar 30 kgf.mm sehingga motor DC (Lampiran 3) dari hasil survey
17 memiliki poros sebesar 3 mm, sehingga dilakukan perhitungan ukuran diameter pangkal bilah (bagian yang menghubungkan implemen dengan poros motor DC). Mengacu pada ketentuan penentuan ukuran diameter poros dan bantalan (Sularso dan Suga 2004) yang ditunjukkan pada Lampiran 4, didapatkan ukuran diameter
bantalan yaitu 6.5 mm, sehingga:
1. Poros = 3 mm Diameter bantalan = 6.5 mm
Jari-jari fillet = (6.5-3)/2 = 1.75 Alur pasak = 22
Fillet = 0.25
penyambungan pangkal implemen ke poros motor DC dengan menggunakan baut M-2.
2. Konsentrasi pada poros bertangga α = 2
β = 1.2 α>β
3. 5.133.12/6.53 = 0.62 kg/mm2 Za= 4.412/2.3 = 3.83 kg/mm2 Zb= 0.6221.5 = 1.86 kg/mm2 Zb<Za , OK.
Perkiran diameter implemen pembuka alur harus lebih besar dari diameter benih jagung agar jagung dapat masuk ke dalam alur yang dibuat. Dalam perancangan alat pembuka alur ini, diameter dari implemen dirancang berdasarkan besar dari disain lubang alat penjatah benih (Gambar 15) yaitu 12-14 mm (Priyonggo 2014).
18
Perkiraan D dari implemen adalah sekitar 14 mm, sehingga: = 5.133.12/(14)3
tanah<Zc<Za , OK. Sehingga diperkirakan motor DC akan dapat memutar implemen dan membuat alur.
2. Pangkal bilah
Berdasarkan perhitungan pada tahap kebutuhan poros motor DC, didapatkan diameter bantalan 6.5 mm yang digunakan sebagai pangkal bilah yang dihubungkan ke poros motor DC. Namun dalam pembuatan implemen pembuka alur tanah, ukuran 6.5 mm pada bagian pangkal bilah yang tersambung ke badan bilah dirasa terlalu kecil, sehingga dalam perancangan pangkal bilah dibuat dua silinder yang disambungkan dengan ukuran 6.5 mm (yang dihubungkan ke poros motor DC) dan 8 mm (yang disambungkan dengan badan bilah).
3. Badan bilah
Badan bilah terdiri atas dua rancangan yaitu dua bilah dan empat bilah. Badan bilah memiliki bentuk balok dengan panjang 40 mm, lebar 10 mm, dan tebal 2 mm. Penentuan panjang badan bilah dilakukan berdasarkan pengurangan panjang total implemen (tanpa pangkal bilah) dengan ujung bilah, penentuan lebar badan bilah dilakukan berdasarkan pengurangan dari lebar total implemen pembuka alur tanah dengan dua kali tinggi mata bilah, dan penentuan tebal badan bilah dilakukan berdasarkan perhitungan yang dilakukan (Lampiran 5).
4. Mata bilah
Pada implemen yang dirancang, tinggi total implemen (tanpa pangkal bilah) adalah 50 mm, dengan panjang badan bilah 40 mm. Panjang badan bilah didapatkan dari pengurangan panjang implemen total (tanpa pangkal bilah) dengan ujung bilah yaitu sebesar 10 mm, sehingga didapatkan tinggi badan bilah 40 mm. Untuk tinggi ujung mata bilah yang berbentuk segitiga, didapatkan berdasarkan perhitungan berikut (Sularso dan Suga 2004):
19 5. Ujung bilah
Pada disain implemen pembuka alur tanah, ujung bilah didisain dengan tinggi 10 mm mengikuti lebar badan bilah. Hal tersebut bertujuan agar ujung bilah memiliki bentuk lancip berbentuk limas segitiga (segitiga sama kaki dengan tinggi dan lebar alas 10 mm), sehingga implemen dapat memotong tanah saat awal secara tepat memiliki panjang total 5 cm, sebab dibutuhkan sekitar 1 cm sebagai penghubung antara implemen pembuka alur tanah dan motor DC, sehingga panjang total implemen adalah 6 cm.
Pembuatan Gambar dan Simulasi Kuat Bahan
Pembuatan gambar dilakukan dengan menggunakan aplikasi solidworks
2010 berdasarkan ukuran yang telah didapatkan pada tahapan rancangan struktural. Setelah dilakukan proses pembuatan gambar, dilakukan simulasi kuat bahan yang berupa pengujian gambar 3 dimensi yang telah dibuat. Pengujian yang dimaksudkan berupa pensimulasian gambar tersebut dengan bahan dan ukuran sesuai dengan yang telah direncanakan, serta penginputan beban rencana yang akan diterima oleh bagian alat yang dirancang. Beban yang dimasukkan pada proses simulasi ini didapatkan dari hasil pengambilan data awal pada tahap indentifikasi masalah dengan data dan informasi pendukung. Tahap simulasi kuat bahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan informasi apakah bahan yang digunakan dengan ukuran tersebut akan mampu menahan beban. Jika bahan tidak mampu menahan beban dalam hal ini melebihi batas aman bahan untuk digunakan tanpa mengalami kerusakan maka akan dilakukan analisis kembali, namun jika bahan mampu menahan beban atau masih dalam batas aman bahan untuk digunakan tanpa ada kerusakan maka dilanjutkan tahapan selanjutnya.
Pembuatan Alat
Pada tahapan ini dilakukan pembuatan alat berdasarkan gambar teknik pada tahap konseptual disain. Pada tahapan ini dilakukan pemotongan plat besi untuk dibentuk bilah dan dibentuk sesuai ukuran yang telah ditentukan, kemudian dilakukan pengelasan dengan baja silinder yang sebelumnya telah dibubut untuk dijadikan kepala alat dan disambungkan dengan poros motor DC. Selanjutnya alat tersebut dipasang pada rangka motor DC untuk dilakukan pengujian. Implemen pembuka alur tidak disambungkan dengan poros motor DC secara permanen, karena akan dilakukan pengujian dengan menggunakan dua rancangan implemen pembuka alur tersebut (dua bilah dan empat bilah).
Pengujian
20
(6) (5) telah terbentuk oleh alat tersebut. Pengujian alat ini dilakukan pengambilan data karakteristik tanah yaitu sebagai berikut:
1. Kadar air tanah
Pengukuran kadar air tanah dilakukan di laboratorium yang selalu dilakukan untuk menentukan jumlah air dalam tanah. Kadar air tanah merupakan nisbah antara berat air dengan berat tanah kering atau nisbah berat air dengan berat tanah basah atau nisbah antara volume air dengan volume tanah utuh, yang umum digunakan adalah basis kering dan basis volume seperti yang ditunjukkan persamaan 5 berikut (Sapei et al. 1990).
%
m = Berat tanah sebelum dioven dan wadah (gram) b
m = Berat tanah setelah dioven dan wadah (gram) c
m = Berat wadah (gram)
Alat yang digunakan dalam pengukuran kadar air tanah yaitu: ring sample, neraca, descicator, dan oven. Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan kadar air tanah yaitu: pengambilan sampel tanah di lahan dengan menggunakan ring sample, penimbangan sampel tanah dan wadah sebelum dioven, pengeringan tanah dengan oven pada suhu 110 oC selama 24 jam, penimbangan tanah dan wadah setelah dikeringkan, penimbangan wadah, dan penghitungan kadar air menggunakan rumus.
2. Bobot isi tanah kering (dry bulk density)
21 3. Tahanan penetrasi tanah
Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan dengan menggunakan cone penetrometer. Alat ini digunakan untuk mengukur daya dukung tanah secara langsung berdasarkan pengolahan hasil test cone penetrometer yang dilakukan dengan cara mengukur berapa dalam ujung konus ke dalam tanah dasar tersebut setelah mendapat tumbukan dan penetrasi ujung conus dari alat cone penetrometer
ke dalam tanah akan memberikan gambaran kekuatan tanah dasar pada titik-titik tertentu. Untuk mengukur besar tahanan penetrasi tanah digunakan persamaan 7 (Sapei et al. 1990):
= Nilai pembacaan dari dialgauge = Berat alat (kgf)
= Luas kerucut (cm2)
Prosedur yang dilakukan dalam pengukuran tahanan penetrasi tanah yaitu: memasangkan alat secara vertical pada titik tanah yang akan diukur, dorong perlahan-lahan dan bertahap ke dalam tanah dengan kecepatan dorong 1 cm/s, catat kekuatan tanah pada masing-masing kedalaman dengan dasar kerucut sebagai titik referensi untuk mengukur kekuatan tekan tanah, dan hitung nilah tahan penetrasi tanah dengan menggunakan rumus.
4. Tahanan geser tanah
Tahanan geser pada tanah merupakan syarat propertis tanah yang sangat dibutuhkan untuk mendisain struktur. Alat vane shear merupakan salah satu alat yang langsung dapat digunakan untuk menentukan nilai kuat geser tanah. Pada dasarnya pengujian dilakukan dengan menempatkan sebuah baling berdaun empat dalam lapisan tanah tak terganggu. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan 8 (Das et al. 1993):
d2
Keterangan:
= Tahanan geser tanah (kgf/cm2) = Momen torsi (kgf.cm)
d = Diameter baling-baling (cm)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Benih Jagung
Benih jagung yang diamati digunakan sebagai dasar penentuan lebar implemen pembuka alur yang dirancang. Hal ini dimaksudkan agar benih jagung (7)
22
dapat masuk ke dalam alur yang dihasilkan implemen. Berikut adalah gambar benih jagung (Gambar 16) dan tabel rata-rata diameter benih jagung (Tabel 5).
Gambar 16 Benih jagung (Tarighi et al. 2011) Tabel 5 Rata-rata diameter benih jagung Varietas Diameter rata-rata (mm)
Bisma 6.9
Gumarang 6.9
Sukmaraga 4.7
Hibrida Sw 7.3
Bima 3 7.1
Sumber: Tarighi et al. 2011
Pembuatan Gambar
Setelah dilakukan perhitungan dalam perancangan struktural, dilakukan penggambaran disain pembuka alur tanah yang dibuat dengan menggunakan
solidworks 2010. Gambar yang dibuat terdiri dari dua gambar disain, yaitu: gambar disain implemen dua bilah (Gambar 17) dan gambar implemen empat bilah (Gambar 18). Selain itu, berikut adalah gambar disain dari alat pembuka alur dan bagian-bagiannya seperti yang ditunjukan pada Gambar 19 berikut. Gambar rancangan lainnya dilampirkan pada Lampiran 6.
23
Gambar 18 Disain implemen empat bilah
Gambar 19 Disain implemen pembuka alur dan bagian-bagiannya
Simulasi Kuat Bahan
24
Gambar 20 Simulasi implemen dua bilah
Gambar 21 Simulasi implemen empat bilah
Pengujian Alat Pembuka Alur Tanah
25
Gambar 22 Implemen dua bilah
Gambar 23 Implemen empat bilah
Alat yang telah dirancang dipasangkan pada bagian belakang rangka mobil RC untuk selanjutnya dilakukan pengujian di lahan. Pemasangan motor DC ke rangka mobil RC dilakukan secara permanen, sedangkan implemen dua bilah dan empat bilah dipasang tidak permanen agar dapat diganti-ganti. Implemen dikencangkan dengan menggunakan baut M-2 sehingga tiap implemen bilah dapat dipasang dan dilepas dari poros motor DC. Gambar 24 menyajikan alat pembuka alur tanah.
Gambar 24 Alat pembuka alur tanah
26
Penentuan kecepatan penarik yang digunakan dilakukan berdasarkan perhitungan berikut:
diasumsikan panjang tanah yang terpotong oleng implemen pembuka alur mengikuti panjang pisau yang dalam hal ini adalah tinggi mata bilah yaitu 2 mm dan dalam 1 kali putaran, implemen pembuka alur dapat menghancurkan tanah dan membentuk alur mengikuti ukuran implemen, sehingga:
v = n l
Berdasarkan perhitungan yang dilakukan, didapatkan kecepatan maju yang dapat digunakan adalah 2.5-3.5 cm/s. Sehingga untuk mengetahui bagaimana apakah kecepatan berpengaruh terhadap hasil kedalaman alur yang terbentuk dilakukan pengujian dengan menggunakan tiga kecepatan berbeda sebagai perlakuan, yaitu: 0.57 cm/s (0.5710-2 m/s), 2.5 cm/s (2.510-2 m/s), dan 5 cm/s (510-2 m/s).
Gambar 25 Alat penarik mobil RC
Pengujian dilakukan pada setiap implemen dengan tiga kecepatan tersebut secara bergantian dengan tiga kali ulangan untuk masing-masing implemen dengan jarak tempuh 1 m hingga 2 m. Setelah dilakukan pengujian pada alat yang didisain, dilakukan pengukuran lebar, kedalaman hasil olahan, dan pengukuran tahanan penetrasi tanah dengan menggunakan pocket penetrometer yang telah dikalibrasi (Lampiran 7).
27 dari: pengujian implemen dua bilah (dengan kecepatan satu, dua, dan tiga) dan pengujian implemen empat bilah (dengan kecepatan satu, dua, dan tiga).
Kedalaman tanah yang diukur tahanan penetrasinya pada setiap titik adalah pada kedalaman 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, dan 5 cm. Pengukuran tahanan penetrasi dilakukan untuk mengetahui tingkat kehancuran tanah yang dihancurkan menggunakan implemen, sehingga dapat diketahui apakah kecepatan dan jenis bilah berpengaruh terhadap nilai tahanan penetrasi tanah yang dihancurkan ataukah sebaliknya.
Pengujian dilakukan di lahan yang ada di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo dengan keadaan tanah seperti yang ditunjukan Tabel 6.
Tabel 6 Kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan geser tanah Kedalaman
Pengujian pada implemen dua bilah dan empat bilah dilakukan sebanyak tiga kali ulangan untuk setiap kecepatan, berikut adalah hasil pengukuran tahanan penetrasi tanah yang ditunjukan Gambar 26 dan Gambar 27.
Gambar 26 Tahanan penetrasi tanah hasil pengujian implemen dua bilah
0
Tahanan penetrasi (kgf/cm2)
sebelum dialur
0.57 cm/s
2.5 cm/s
28
Gambar 27 Tahanan penetrasi tanah hasil pengujian implemen empat bilah
Berdasarkan hasil pengujian yang didapatkan, motor DC yang digunakan mampu memutar implemen pembuka alur. Selain itu, berdasarkan data yang didapatkan dan ditunjukkan oleh kedua gambar di atas, didapatkan bahwa tahanan penetrasi tanah yang telah dihancurkan dipengaruhi oleh kecepatan maju dan jenis alat pembuka alur tanah. Pada kedalaman 1-5 cm tahanan penetrasi tanah yang dihancurkan dengan tiga kecepatan (0.57x10-2 m/s, 2.5x10-2 m/s, dan 5x10-2 m/s) tersebut tidak berbeda nyata. Namun berdasarkan data yang telah didapatkan, perbedaan nilai tahanan penetrasi tanah terlihat pada kedalaman 5 cm. Perbedaan tahanan penetrasi tanah pada kedalaman 5 cm tersebut disebabkan oleh kemampuan alat penghancur tanah yang tidak mampu menghancurkan tanah hingga kedalaman 5 cm. Secara keseluruhan baik pada pengujian implemen dua bilah maupun empat bilah, tahanan penetrasi terkecil didapatkan pada saat menggunakan kecepatan maju terkecil yaitu 0.57x10-2 m/s. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin rendah kecepatan maju alat pembuka alur, maka akan semakin kecil tahanan penetrasi tanah (pada kedalaman 5 cm). Semakin kecil tahanan penetrasi tanah, semakin baik pula penghancuran tanah yang dilakukan oleh alat pembuka alur. Pada kedalaman 5 cm, tahanan penetrasi tanah terendah diperoleh saat menggunakan penghancur tanah empat bilah dengan kecepatan maju 0.57x10-2 m/s yaitu 0.32 kgf/cm2. Hal ini disebabkan oleh gaya yang bekerja pada implemen empat bilah menjadi lebih rendah dibandingkan dengan gaya yang bekerja pada implemen dua bilah, karena perbedaan jumlah bilah. Semakin banyak jumlah bilah maka semakin semakin baik tingkat kehancuran tanah yang dihasilkan.
Pada pengujian alat pembuka alur tanah, selain pengukuran tahanan penetrasi dilakukan pengukuran kedalaman dan lebar olah alat pembuka alur untuk melihat lebar dan kedalaman olah yang dihasilkan seperti yang disajikan pada Tabel 7 dan Tabel 8.
Tahanan penetrasi (kgf/cm2)
sebelum dialur
0.57 cm/s
2.5 cm/s
29 Tabel 7 Rata-rata hasil pengujian implemen dua bilah
Kecepatan (cm/s) Kedalaman (cm) Lebar (cm)
0.57 4.4 1.2
2.5 4.3 1.1
5 4.2 1.0
Tabel 8 Rata-rata hasil pengujian implemen empat bilah Kecepatan (cm/s) Kedalaman (cm) Lebar (cm)
0.57 4.8 1.2
2.5 4.5 1.0
5 4.4 0.9
Berdasarkan hasil yang didapatkan, kedalaman olah tertinggi diperoleh pada saat menggunakan implemen empat bilah dengan kecepatan 1 (0.57x10-2 m/s) yaitu 4.8 cm. Hal itu disebabkan pada kecepatan 1, implemen memiliki waktu yang lebih panjang untuk menghancurkan tanah pada satu titik tertentu dibandingkan saat menggunakan kecepatan maju 2 dan 3. Kedalaman olah implemen empat bilah lebih tinggi daripada kedalaman olah implemen dua bilah. Hal itu disebabkan oleh kurangnya waktu yang dibutuhkan bagi implemen dua bilah untuk menghancurkan tanah pada titik tertentu, sehingga pada saat implemen dua bilah belum selesai menghancurkan tanah pada titik tertentu, alat penghancur sudah bergerak maju sehingga alat penghancur terdorong ke atas hingga mengurangi kedalaman olah, sedangkan pada implemen empat bilah, saat alat penghancur tanah bergerak maju, implemen empat bilah telah selesai menghancurkan tanah pada titik tertentu dan implemen tidak terdorong ke atas. Pada Tabel 4 dan Tabel 5 ditunjukan bahwa lebar olah yang dihasilkan implemen dua bilah lebih besar daripada lebar olah implemen empat bilah. Hal itu disebabkan oleh perbedaan besar sudut antar bilah dari kedua implemen, di mana implemen dua bilah memiliki sudut antar bilah yang lebih besar daripada implemen empat bilah.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
30
dengan implemen dua bilah. Kedalaman tanah yang dihasilkan dengan menggunakan implemen empat bilah mencapai 4.8 cm yang mana sudah dapat diterapkan untuk proses pembuatan alur tanam jagung dengan kedalaman yang berkisar antara 3-5cm.
Saran
Pengujian alat pembuka alur tanah sebaiknya dilakukan dengan menggunakan kecepatan maju yang lebih rendah sehingga implemen pembuka alur tanah (dua bilah dan empat bilah) dapat menghancurkan tanah dengan baik dan implemen dua bilah tidak terdorong ke atas sehingga dapat menghasilkan alur tanah yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Bainer RR, Kepner RA, Barger EL. 1960. Principles of Farm Machinery. New York (US): Jhon Wiley & Sons Inc.
Carlson J. 2005. How UGVs physically fail in the field [ulasan]. IEEE, 21(3):1-2. Das BM, Endah N, Mochtar IB. 1993. Mekanika Tanah (Prinsip-Prinsip
Rekayasa Geoteknis) jilid 1 Terjemahan Principles of Geotechnical Engineering. Jakarta (ID): Erlangga.
Garzon M, Valente J, Zapata D, Barrientos A. 2013. An aerial-ground robotic system for navigation and obstacle mapping in large outdoor areas. J Sens, 13:1247-1267.doi:10.3390/s130101247.
Gill WR, Berg GEV. 1968. Soil Dynamic in Tillage and Traction.U.S.A (US):
Departement of Agriculture.
Hermawan W, Mandang T, Radite PAS. 2009. Pengembangan mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegrasi untuk budidaya jagung.
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB. Bogor (ID): Insitut Pertanian Bogor.
Hillel D. 1980. Fundamentals Of Soil Physics. New york (US): Academic Pr. Khurmi RS, Gupta JK. 2005. Text Book of Machine Design Eurasia. New Delhi
(IN): Publising House.
Lesilolo MK, Patty J, Tetty N. 2012. Penggunaan desikan abu dan lama simpan terhadap kualitas benih jagung (zea mays l.) pada penyimpanan ruang terbuka. J Agrol, 1(1):51-59.
Lin p, Bekey G, Abney K. 2008. Autonomous Military Robotics: Risk, Ethics, and Design. California (US): Depart of The Navy.
Martodireso S dan Suryanto WA. 2002. Terobosan Teknologi Pemupukan dalam Era Pertanian Organik. Yogyakarta (ID): Kanisius.
Murni AM, Arief RW. 2008. Teknologi Budidaya Jagung. Bandar Lampung (ID): BPPP.
31 Priyonggo B. 2014. Disain konseptual mekanisme penjatah benih pada penanam jagung berbasis rc mobile untuk edukasi pertanian [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Purwono dan Hartono R. 2007. Bertanam Jagung Unggul. Jakarta (ID): Penebar Swadaya.
Putra AEDH. 2012. Peningkatan kinerja unit pemupuk pada mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Putra DHY dan Dinzi R. 2014. Studi pengaturan kecepatan motor DC shunt dengan metode ward leonard. Singuda Ensikom, 6(1):13-14.
Putra PM. 2011. Peningkatan kinerja unit penanam dan pemupuk pada mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rahman S. 2014. Pentingnya ilmu pertanian dan pangan digeluti generasi muda.
JATP, 3(2):1-2.
Salamena V. 2012. Simulasi karakteristik arus dan kecepatan motor DC terhadap masukan penyearah gelombang penuh di simulink-matlab. J Tekno,
9(1):1012-1017.
Saleh A. 2007. Uji performansi dan kenyamanan modifikasi alat pengebor tanah mekanis untuk membuat lubang tanam [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Sapei A, Dhalhar MA, Fujii K, Miyauchi S, Sudou S. 1990. Buku Penuntun Pengukuran Sifat-Sifat Fisik dan Mekanik Tanah. Bogor (ID): JICA IPB. Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1996. Engineering Principles of
Agricultural Machines. Michigan (US): ASAE.
Sularso dan Suga K. 2004. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta (ID): Pradnya Paramita.
Supriyanti. 2010. Dinamika ekonomi ketenagakerjaan pertanian: permasalahan dan kebijakan strategis pengembangan. JAKP, 8(1):49-65.
Tarighi J,Mahmoudi A, Alavi N. 2011. Some mechanical and physical properties of corn seed. J Agric, 6(16):3691-3699.doi:10.5897/AJAR10.521.
32
Lampiran 1 Rata-rata kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan geser
Tabel 9 Hasil pengambilan data awal Kedalaman
Gambar 28 Grafik kadar air dan dry bulk density
33
Gambar 29 Grafik tahanan penetrasi dan tahanan geser 0
2 4 6 8 10 12 14 16
0 5 10 15 20
K
ed
alam
an
(c
m
)
Tahanan penetrasi (kgf/cm2) Tahanan geser (kgf/cm2)
34
Lampiran 2 Perhitungan kecepatan putar implemen
Perhitungan kecepatan putar implemen pembuka alur dilakukan dengan menggunakan persamaan (4) yaitu sebagai berikut:
60
Rpm motor DC yang dibutuhkan untuk memutar implemen pembuka alur adalah sekitar 960 rpm. Saat dilakukan survey di pasaran, didapatkan motor DC dengan dengan rpm 1075. Sehingga motor DC tersebutlah yang digunakan dalam perancangan. Dalam perancangan ini tidak dilakukan pengurangan jumlah rpm karena rpm dari motor DC yang didapatkan tidak jauh berbeda dengan rpm hasil perhitungan, selain itu juga untuk menekan kebutuhan biaya dalam pembuatan. Selanjutnya penentuan pitch pemotongan adalah sebagai berikut (Khurmi 2005).
Jumlah putaran bilah =
35 Lampiran 3 Spesifikasi motor DC
Spesifikasi motor DC yang digunakan:
Team Powers High Power Stock 540 Brushed Motor Black Can, TP-540B-94F Dimensi motor (Diameter Panjang) : 35.8 mm 51 mm
Diameter poros : 3.17 mm
Daya : 33.12 watt (terukur saat bekerja di lahan)
Kecepatan : 1075 rpm pada 7.2V
Berat : 170 gram
Torsi : 30 kgf.mm
36
Lampiran 4 Tabel ketentuan penentuan ukuran diameter poros dan bantalan Tabel 10 Penentuan diameter poros dan bantalan (Sularso dan Suga 2004)
(Satuan mm)
4 10 *22.4 40 100 *224 400
24 (105) 240
11 25 42 110 250 420
260 440 4.5 *11.2 28 45 *112 280 450
12 30 120 300 460
*31.5 48 *315 480
5 *12.5 32 50 125 320 500
130 340 530
35 55
*5.6 14 *35.5 56 140 *355 560
(15) 150 360
6 16 38 60 160 380 600
(17) 170
*6.3 18 63 180 630
19 190
20 200
6.5 22 65 220
7 70
*7.1 71
75
8 80
Sumber: Sularso dan Suga 2004
Keterangan:
1. Tanda * menyatakan bahwa bilangan yang bersangkutan dipilih dari bilangan standar.
37 Lampiran 5 Analisis perhitungan tebal badan bilah
Tebal badan bilah didapatkan berdasarkan hitungan berikut (Sularso, 2004): diameter badan bilah yang merupakan lebar badan bilah (D) = 1.4 cm
v = 3.14141075/(60x1000) Keterangan:
= 0.787 m/s Ft : Gaya tangensial (kgf) t
F = 10233.1210-3/0.787 : diambil dari nilai tahanan = 4.29 kgf geser tanah (kg/cm2)
= Ft X / {(1/12)bh3} X : ½ D
0.20 = 4.29 (0.07)/{(1/12)(b)(43)} h : tinggi badan bilah (cm) 0.20 = 0.30/5.33(b)
b = 0.28 cm = 2-3 mm
38
Lampiran 6 Gambar disain pembuka alur
39
Gambar 32 Disain implemen pembuka alur tanah empat bilah
40
41
42
43 Lampiran 7 Data kalibrasi pocket penetrometer
Tabel 11 Data kalibrasi pocket penetrometer
Skala pada pocket penetrometer
Terbaca timbangan (g) Setara dengan nilai (kgf/cm2)
Gambar 36 Grafik Kalibrasi pocket penetrometer
44
