PENGEMBANGAN MESIN PENANAM BENIH JAGUNG
DENGAN PENGOLAHAN TANAH MINIMUM
BERTENAGA TRAKTOR RODA DUA
PRAKOSO ARI WIBOWO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengembangan Mesin Penanam Benih Jagung dengan Pengolahan Tanah Minimum Bertenaga Traktor Roda Dua 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, April 2015
Prakoso Ari Wibowo
ABSTRAK
PRAKOSO ARI WIBOWO. Pengembangan Mesin Penanam Benih Jagung dengan Pengolahan Tanah Minimum Bertenaga Traktor Roda Dua. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN.
Mesin penanam, pemupuk, dan pengolah tanah terintegrasi telah didesain. Namun terdapat dua kekurangan dari desain tersebut, seperti: 1) luncuran roda penggerak tinggi, dan 2) roda penggerak tidak mampu menggerakkan sistem penjatah benih dan pupuk dalam dua alur tanam sekaligus. Tujuan penelitian ini adalah untuk memodifikasi mesin penanam jagung dengan menggunakan poros roda traktor sebagai sumber tenaga penggerak. Sistem transmisi yang digunakan adalah sproket dan rantai. Sproket dipasang pada poros roda traktor dan putaran roda ditransmisikan oleh rantai menuju unit penanam. Unit tersebut terdiri dari penjatah, penampung benih, dan pembuka alur. Berdasarkan hasil desain, prototipe diuji untuk menjatuhkan benih di lapangan. Hasil penjatahan yang diperoleh sudah cukup baik, yaitu satu hingga dua benih tiap lubang pada jarak tanam rata-rata 20-23 cm dan kedalaman rata-rata 4-5.5 cm. Pada kecepatan maju 0.357 m/s (Low-1) dan 0.774 m/s (Low-2), kapasitas lapang efektif adalah 0.15 dan 0.35 ha/jam untuk kecepatan Low-1 dan Low-2. Efisiensi lapangan mesin adalah 76.24% pada Low-1 dan 83.78% pada Low-2.
Kata kunci: penanam jagung, metering device, poros roda traktor, mesin terintegrasi
ABSTRACT
PRAKOSO ARI WIBOWO. Development of Corn Seed Planting Machine with Minimum Tillage Powered by a Two Wheel Tractor. Supervised by WAWAN HERMAWAN.
An integrated machine for corn planting, fertilizer application, and rotary tilling has been developed in the previous research. But at least there are two weakness, such as: 1) high wheel slip, and 2) driven wheel wasn’t able to drive the seed and fertilizer metering systems of two units of planter and fertilizer applicator. The objective of this research was to modify the corn seeder by utilizing power from tractor’s wheel axle. Transmission system which used were sprocket and chain. Sprocket was assembled on tractor wheel axle and the wheel axle rotation was transmitted by chain to the planter unit. The machine consisted of a power transmission system, two metering device, two hopper, and two furrower. Based on the design result, a prototype was constructed and tested at field. The test result show that the machine could meter the seed 1-2 seeds per hole at 20-23 cm planting spacing and 4-5.5 cm depth of planting. Effective field capacity at 0.357 m/s (Low-1) and 0.774 m/s (Low-2) were 0.15 and 0.35 ha/h, respectively. The field efficiency were 76.24% at speed of Low-1 and 83.78% at speed of Low-2.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PENGEMBANGAN MESIN PENANAM BENIH JAGUNG
DENGAN PENGOLAHAN TANAH MINIMUM
BERTENAGA TRAKTOR RODA DUA
PRAKOSO ARI WIBOWO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian
berjudul “Pengembangan Mesin Penanam Benih Jagung dengan Pengolahan Tanah Minimum Bertenaga Traktor Roda Dua” ini telah dilaksanakan sejak bulan Oktober 2014 dan selesai pada bulan Februari 2015.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Wawan Hermawan selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberi saran dan ilmu pengetahuan. Rasa terima kasih penulis sampaikan kepada para dosen penguji yang juga memberikan saran-saran manfaat untuk sempurnanya tulisan ini, yaitu Dr Radite Praeko Agus Setiawan dan Dr Gatot Pramuhadi. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Agustami Sitorus selaku senior yang telah membantu dalam pembuatan prototipe dan staf Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo yang telah membantu dalam manufaktur dan penyediaan peralatan rancang bangun. Penulis juga ucapkan terima kasih kepada Karya Salemba Empat yang telah memberikan beasiswa untuk menunjang kegiatan kuliah dan penelitian. Selain itu, penulis sampaikan terima kasih kepada Amiril M, Deki P, Gian V, dan semua rekan-rekan Teknik Mesin dan Biosistem (TMB 48).
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2015
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 3
TINJAUAN PUSTAKA 3
METODE PENELITIAN 6
Waktu dan Tempat Pelaksanaan 6
Alat dan Bahan Penelitian 6
Tahapan Penelitian 7
Metode Pengujian Kinerja Mesin 8
ANALISIS RANCANGAN 10
Kriteria Perancangan 10
Rancangan Fungsional 10
Analisis Rancangan Struktural 13
HASIL DAN PEMBAHASAN 19
Konstruksi Prototipe Mesin Penanam Jagung 19
Kinerja Prototipe Mesin Penanam Jagung 23
SIMPULAN DAN SARAN 28
Simpulan 28
Saran 29
DAFTAR PUSTAKA 29
LAMPIRAN 31
DAFTAR TABEL
1 Rancangan fungsional 11
2 Data hasil perhitungan jarak tanam benih jagung 15
3 Data kondisi tanah saat pengujian prototipe 25
4 Indeks keragaman hasil penanaman dengan menggunakan prototipe 26 5 Perbandingan hasil sebelum dan setelah modifikasi 27 6 Perbandingan hasil pengukuran kinerja mesin di lapangan 28
DAFTAR GAMBAR
1 Mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga
gerak traktor beroda-2 (Hermawan et al. 2009) 2
2 Penanam benih tipe tyne ACIAR-Rogro yang telah dikembangkan (Haque
et al. 2004) 4
3 Penanam dan pemupuk dengan pengolahan tanah strip (Haque et al. 2011) 4 4 Konsep penjatah benih piringan bercelah miring (Srivastava et al. 1996) 6
5 Flowchart tahapan penelitian 7
6 Pengujian kinerja mesin penanam jagung di laboratorium 8 7 Skema pengujian di lapangan untuk mengukur jarak tanam dan jumlah
benih 9
8 Skema pengujian di lapangan untuk mengukur kedalaman olah 9 9 Rancangan konsep mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi 13
10 Skema sistem transmisi yang dirancang 14
11 Model rancangan piringan penjatah benih jagung hibrida (kiri) dan manis
(kanan) 16
12 Rancangan pembuka alur (a) tampak samping, (b) tampak belakang, (c)
tampak melintang 16
13 Skema penyaluran tenaga dari poros roda traktor menuju metering device
benih 17
14 Poros penyangga metering device benih 18
15 Poros horizontal penggerak bevel gear benih 18
16 Konstruksi prototipe mesin penanam benih jagung (saat pembuka alur
dalam posisi diangkat) 19
17 Prototipe rangka utama 19
18 Rancangan rangka utama 20
19 Rancangan dudukan hopper dan metering device 20
20 Posisi hopper dan metering device yang terpasang pada prototipe 20
21 Metering device benih 21
22 Rancangan metering device benih 21
23 Pembuka alur dan saluran pengeluaran benih (a) rancangan (b) prototipe 22 24 Persentase benih jagung hibrida jatuh pada pengujian di laboratorium dari
metering device (a) kiri (b) kanan 24
25 Persentase benih jagung manis jatuh pada pengujian di laboratorium dari
metering device (a) kiri (b) kanan 24
26 Jagung (a) manis dan (b) hibrida 25
30 Faktor konsentrasi tegangan ß untuk pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi filet 59 31 Faktor konsentrasi tegangan untuk pembebanan puntir statis dari suatu
poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi filet 60
DAFTAR LAMPIRAN
1 Karakteristik fisik benih jagung manis 31
2 Karakteristik fisik benih jagung hibrida 33
3 Data pengujian ketepatan penjatahan benih jagung hibrida di laboratorium 35 4 Data pengujian ketepatan penjatahan benih jagung manis di laboratorium 36 5 Data pengujian ketepatan penjatahan benih jagung hibrida dan manis di
lapangan 37
6 Kondisi tanah sebelum dan setelah diolah 39
7 Kalibrasi penetrometer 40
8 Data pengukuran tahanan penetrasi tanah sebelum dan setelah pengujian
prototipe 41
9 Perhitungan kapasitas dan efisiensi kerja mesin 43 10 Perhitungan draft spesifik tanah berdasarkan tahanan penetrasi tanah 45 11 Gaya potong benih untuk satu buah benih jagung manis dan hibrida 46 12 Luas lahan yang dapat ditanam mesin penanam terintegrasi 47
13 Lebar pengolahan tanah dengan garu rotari 48
14 Hasil pengukuran slip roda traktor 49
15 Pertumbuhan tanaman jagung manis dan hibrida setelah pengujian prototipe 50 16 Perhitungan analisis teknik komponen pembuka alur 52
17 Perhitungan analisis teknik komponen transmisi 55
18 Kebutuhan daya 57
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Jagung merupakan salah satu komoditas yang banyak digunakan sebagai bahan pangan dan bahan baku industri pakan ternak di Indonesia. Kebutuhan akan komoditas ini semakin meningkat setiap tahunnya. Industri pakan ternak yang terus berkembang akhir-akhir ini merupakan pihak yang sangat bergantung akan ketersediaan tanaman jagung ini. Oleh karena itu, komoditas ini sangat penting dalam menunjang perekonomian nasional. Namun sangat disayangkan, produksi jagung di Indonesia tidak mencukupi untuk memenuhi permintaan pasar. Hal tersebut disebabkan oleh produktivitas jagung yang kurang mencukupi. Setiap bulan, Indonesia mengimpor ratusan ribu ton jagung dari berbagai negara, dengan nilai impor sekitar US$ 40-50 per bulan (BPS 2014). Badan Pusat Statistik (2014) mencatat produksi jagung tahun 2013 sebanyak 18.51 juta ton pipilan kering. Ini menurun sebanyak 0.88 juta ton atau sekitar 4.51% dibandingkan 2012. Luas areal tanam jagung di Lampung berdasarkan Lampung Dalam Angka 2006 adalah 399.827 ha, dan sebagian besar diusahakan pada lahan kering dengan produktivitas rata-rata 3.4 ton/ha. Produktivitas ini masih jauh di bawah potensi hasil dan hasil penelitian yang dicapai dengan kisaran 6-9.5 ton/ha, sehingga peluang untuk meningkatkan hasil jagung petani masih sangat tinggi.
Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk meningkatkan produktivitas adalah dengan memperbaiki teknik budidaya tanaman tersebut, melalui penerapan mekanisasi pada budidaya jagung. Mekanisasi secara teoritis dapat menurunkan biaya operasional dan meningkatkan efisiensi selama melakukan pekerjaan dibanding dengan hanya memanfaatkan dengan cara manual dan dapat menggantikan pekerja yang digunakan untuk melakukan pekerjaan. Mekanisasi juga akan memberikan nilai tambah dalam sistem usahatani untuk mereka yang menginginkan menjadi seorang profesional yang sukses dalam sektor pertanian (Syafri 2010).
Penanaman merupakan salah satu kegiatan yang sangat penting dalam budidaya tanaman jagung. Pada umumnya, penanaman benih jagung masih dilakukan secara tradisional dengan menggunakan tugal. Kegiatan tersebut membutuhkan waktu yang lama untuk sehingga produktivitas kegiatan tersebut sangat rendah. Hermawan et al. (2009) telah berhasil mendesain dan menguji coba mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk jagung terintegrasi dengan tenaga gerak traktor berroda-2 (Gambar 1). Mesin ini mampu melakukan proses pengolahan tanah, pembentukan guludan tanam, penanaman benih jagung dan pemupukan (Urea, TSP, dan KCl) secara simultan. Mesin penanam jagung tersebut menggunakan roda penggerak yang menggelinding untuk memutar piringan penjatah benih dan pupuk, melalui transmisi sproket-rantai dan pasangan bevel gears. Sistem roda penggerak untuk memutar bagian penjatah benih atau pupuk ini banyak digunakan dalam desain mesin penanam dan pemupuk (Sembiring et al., 2000; Pitoyo et al., 2006; Hermawan et al., 2004; Setiawan et al., 2008; Hermawan
2) dengan satu roda penggerak tidak mampu menggerakkan sistem penjatah benih dan penjatah pupuk pada dua unit penanam dan pemupuk sekaligus. Untuk keperluan menanam dua alur tanam dalam satu lintasan yang didahului dengan pengolahan tanah minimum, maka diperlukan: 1) penggunaan penggerak metering device dari poros roda traktor (slipnya rendah dan torsinya besar), 2) perancangan sistem transmisi penggerak metering device benih untuk dua unit penanam benih.
Perumusan Masalah
Prototipe yang telah dibuat dari hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa roda penggerak tambahan yang dipasang pada bagian belakang traktor kurang optimal untuk menggerakkan sistem penjatah benih dan pupuk agar dapat jatuh secara seragam. Putaran dari metering device benih dan pupuk bergantung pada putaran roda penggerak tambahan. Torsi yang dihasilkan oleh roda penggerak tambahan tidak dapat memutar metering device benih dan pupuk dengan baik karena tingginya luncuran pada roda penggerak sehingga benih dan pupuk tidak dapat keluar dengan optimal. Selain itu, kemacetan pada metering device benih dan pupuk juga terjadi karena roda penggerak tambahan tersebut mengalami luncuran. Volume hopper benih dan pupuk juga kurang mencukupi untuk memenuhi luas 1000m2.
Oleh karena itu, perlu adanya modifikasi dari desain penanam dan pemupuk jagung terintegrasi tersebut agar metering device benih dan pupuk tersebut dapat berfungsi sesuai dengan rancangan yang diharapkan. Desain yang memungkinkan untuk memperbaiki sistem penjatah adalah dengan mengubah sumber tenaga yang digunakan untuk menggerakkan metering device. Prototipe yang dibuat tidak mengandalkan roda penggerak tambahan sebagai penggerak metering device, namun modifikasi dilakukan dengan menggunakan poros roda utama traktor sebagai sumber tenaga putar untuk menggerakkan metering device benih dan pupuk dengan transmisi rantai-sproket. Desain tersebut dirancang agar putaran metering device berputar sesuai dengan putaran roda traktor saat bekerja di lapangan.
Roda Bantu
Pembuka Alur
Gambar 1 Mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 (Hermawan et al. 2009)
Mekanisme
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk memodifikasi prototipe mesin penanam jagung dengan sumber tenaga penggerak yang berasal dari poros roda traktor, sehingga mampu menanam dua alur tanam dan meningkatkan kinerja mesin penanam benih jagung di lahan budidaya jagung. Adapun kinerja yang ditingkatkan adalah: 1) keseragaman jumlah benih yang jatuh, 2) jarak tanam benih yang konsisten, dan 3) kedalaman penempatan benih agar benih dapat tumbuh optimal.
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Jagung
Jagung dapat ditanam pada kedalaman 2.5 cm sedangkan untuk tanah yang agak kering dapat ditanam lebih dalam lagi sampai 5 cm (Effendi 1979). Penempatan benih jagung di tanah adalah pada alur-alur yang dibuat teratur atau benih ditanam dengan jarak teratur dalam alur (hill drop) sehingga memungkinkan penyiangan mekanis dua arah. Cara penanaman yang lain adalah sistem drilling di mana penanaman dilakukan secara tidak teratur dalam alur-alur yang teratur. Pada sistem penyiangan mekanis hanya memungkinkan dilakukan antar alur (Syafri 2010).
Jarak tanam tergantung pada varietas jagung yang akan ditanam. Jarak tanam untuk jagung hibrida adalah 75 x 25 cm atau 75 x 40 cm. Kedalaman lubang tanam antara 2.5-5 cm. Untuk tanah yang cukup lembab, kedalaman lubang cukup 2.5 cm. Sedangkan untuk tanah yang agak kering, kedalaman tanam lubang adalah 5 cm (Sudadi dan Suryanto 2002). Jarak tanam rapat dapat lebih efisien dalam memanfaatkan sinar matahari dan penaungan permukaan tanah sehingga mengurangi evaporasi dan meningkatkan transpirasi. Tetapi dalam keadaan kering penaungan kurang efektif bahkan merugikan karena mengurangi transpirasi (Ananto dan Haryono 1988). Jumlah penanaman persatuan luas pada suatu tempat/tanah sangat bergantung kepada varietas, umur, kesuburan tanah, dan keadaan air. Jagung berumur lebih dari 90 hari dapat ditanam antara 40000-60000 tanaman per hektar, sedangkan untuk varietas-varietas genjah yang berumur kurang dari 90 hari dapat digunakan populasi tanaman antara 60000-75000 per hektar (Effendi 1979).
Mesin Penanam dengan Pengolahan Tanah Minimum Bertenaga Traktor Roda-2
Pada tahun 2006, BARI/CIMMYT bekerja mengembangkan penaman tanpa pengolahan tanah (zero tillage drill) untuk traktor roda-2. Sejak saat itu, beberapa tipe penanam benih telah dikembangkan (Hossain et al. 2009). Penanam tipe tine
dengan zero tillage merupakan model yang sudah dikembangkan dari penanam yang aslinya (Gambar 2) seperti dijelaskan oleh Haque et al. (2011). Alat penanam jagung dengan tipe precision punch telah dikembangkan pada tahun 1986 untuk benih jagung dan benih yang ukurannya sama di tanah tanpa pengolahan dan dengan pengolahan. Dari hasil tersebut diketahui bahwa alat tersebut lebih baik digunakan pada tanah yang tidak mengalami pengolahan. Hasil uji di lapangan juga diketahui bahwa Jarak tanam dan kedalaman penanaman benih masing-masing 4.3 cm dan 25.7 cm di mana bila dibandingkan dengan standar yang ada yakni 5 cm dan 25.4 cm. Persentase dari keseragaman jatuhan benih per lubang satu benih akan menurun ketika kecepatan dari alat tanam tersebut meningkat. Sehingga untuk mencapai keseragaman 91% hanya diperlukan kecepatan 0.8 m/s (Adekoya dan Buchele 1986).
Saluran Pengeluaran Benih Pembuka
Alur
Hopper
Pembuka Alur
Hopper
Penutup Alur
Gambar 2 Penanam benih tipe tyne ACIAR-Rogro yang telah dikembangkan (Haque et al. 2004)
Mesin Penanam
Mesin penanam adalah peralatan tanam yang menempatkan benih dalam tanah pada suatu pekerjaan yang sama akan menghasilkan barisan yang teratur (Bainer 1960). Menurut Smith dan Lambert (1990) peralatan tanam adalah setiap alat yang dioperasikan dengan daya yang digunakan untuk menempatkan biji, potongan biji, atau bagian tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk perkembangbiakan, produksi pangan, serat, dan pakan. Terdapat tiga metode penanaman yang berbeda berdasarkan pola horizontal penempatan benih, yaitu
broadcasting: mengacu pada benih yang dihamburkan secara acak di permukaan tanah, drilling: merupakan penempatan acak benih dalam alur-alur yang ditutup sehingga benih muncul dalam baris, dan precision planting: benih ditanam dalam baris dan jarak benih yang seragam (Srivastava et al. 2006).
Mesin penanam memiliki beberapa komponen yang penting, yaitu: pembuka alur, penjatah benih, penutup alur, dan hopper. Kinerja alat penanam jagung dipengaruhi oleh keseragaman benih, bentuk hopper bagian bawah, kecepatan piringan penjatah, bentuk dan ukuran lubang penyalur, serta volume hopper. Smith dan Wilkes (1977) mengklasifikasikan alat-alat tanam sebagai berikut: 1) Alat tanam larikan (barisan), 2) Alat tanam tabur, dan 3) Grain drill. Hermawan (1985) dan Wibowo (1991) merancang alat tanam kedelai, kacang tanah, dan kacang hijau dengan pembuka alur berbentuk cangkul dengan ukuran lebar pembuka alur didekati berdasarkan panjang benih yang ditanam ke dalam alur dengan mengatur posisi pembuka alur ke atas atau ke bawah.
Metering device Benih
Alat penjatah benih berfungsi untuk mengatur penjatuhan benih dalam jumlah tertentu dan untuk menghasilkan jarak tanam tertentu. Mekanisme penjatahan benih dapat dilakukan dengan menggunakan prinsip variable orifice dan fluted wheel,
untuk mengatur penjatahan benih berdasarkan volume.Selain itu, untuk penjatahan secara presisi dapat digunakan mekanisme penjatahan per benih dengan prinsip
finger pickup planter berdasarkan dimensi benih yang akan dijatah, sedangkan
pressure disk planter dan vacuum disk metering berdasarkan tekanan udara (Srivastava et al. 2006)
Tipe-tipe piringan penjatah benih jagung ada tiga jenis, yaitu edge drop, flat drop, dan full drop (Smith dan Wilkes 1977). Unit penanam harus mampu menanam benih dengan jumlah benih per lubang tanam yang sesuai kebutuhan (1-2 benih) serta pada jarak tanam (1-20 cm dalam barisan dan 75 cm antarbaris, dengan satu tanaman per rumpun, atau jarak 40 cm dalam barisan dengan dua tanaman per rumpun. Penempatan benih pada kedalaman 3-5 cm. Mekanisme penjatah benih dapat diset sesuai kebutuhan budidayanya (Hermawan 2011).
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dimulai dari proses perancangan, pabrikasi prototipe, sampai dengan pengujian kinerja prototipe yang telah dihasilkan. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Oktober 2014 sampai dengan bulan Februari 2015.
Tahap perancangan prototipe dilakukan pada bulan Oktober 2014 lalu dilanjutkan dengan pabrikasi prototipe yang dilakukan pada bulan Oktober 2014 hingga Januari 2015. Pengujian kinerja prototipe dilakukan pada Februari 2015. Perancangan mesin dilakukan di Engineering Design Studio, pabrikasi mesin dilakukan di Bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem (TMB), dan pengujian kinerja mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen TMB, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam perancangan antara lain: perangkat komputer dan alat gambar. Sebelum prototipe mesin dibuat, model dibuat terlebih dahulu agar desain disesuaikan dengan batasan ruang dan agar tidak terjadi kesalahan yang fatal ketika proses pabrikasi. Alat dan bahan yang digunakan adalah alat tulis kantor (ATK) dan kertas dupleks.
Alat yang digunakan pada proses pembuatan prototipe adalah peralatan perbengkelan. Bahan yang digunakan dalam pembuatan prototipe antara lain: baja plat (ketebalan 2 mm, 3 mm, dan 5 mm), baja hollow, baja silinder pejal, dan komponen elemen mesin lainnya.
Setelah prototipe selesai dibuat, pengujian dilakukan dengan menggunakan traktor tangan Yanmar tipe YZC-L (rotary power tiller), peralatan pengukuran, dan alat dokumentasi. Bahan yang digunakan adalah benih jagung hibrida dan jagung manis.
Tahapan Penelitian Tahapan penelitian yang dilakukan adalah:
1. Mengidentifikasi masalah berkenaan dengan kinerja unit pemupuk dan perumusan penyelesaiannya.
2. Memodifikasi mesin berdasarkan konsep modifikasi yang dipilih berdasarkan kriteria perancangannya.
3. Pengukuran karakteristik benih jagung hibrida dan jagung manis (bulk density, dimensi benih, dan sudut curahnya).
4. Analisis rancangan untuk mendapatkan bentuk dan ukuran komponen sistem transmisi, hopper benih, dan penjatahnya yang optimum.
5. Pembuatan gambar kerja untuk pembuatan mesin penanam benih jagung. 6. Pembuatan model metering device benih beserta hopper-nya, untuk diuji kinerja
penjatahannya menggunakan dua jenis benih yaitu jagung hibrida dan jagung manis dengan target jumlah benih yang jatuh sebanyak 1-2 benih per lubang tanam.
7. Pembuatan prototipe mesin penanam benih jagung. 8. Pengujian kinerja mesin.
Flowchart tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 5.
Mulai
Identifikasi Masalah
Perumusan, penyempurnaan ide rancangan, pembuatan, dan pengujian
model metering device benih Pemilihan konsep, analisis, dan
pembuatan gambar kerja
Metode Pengujian Kinerja Mesin
Pengujian kinerja dilakukan dalam dua tahap (kondisi), yaitu: 1) pengujian di laboratorium, dan 2) pengujian penanaman benih di lahan. Pengujian di laboratorium dilakukan untuk menguji kinerja penjatahan benih, dengan cara mengangkat traktor dan mesin penanam sehingga roda traktor dapat berputar bebas dan menggerakkan metering device benih. Benih jagung (yang diseragamkan ukurannya) dimasukkan pada hopper benih lalu roda traktor diputar dengan kecepatan Low-1, dan benih dapat dijatahkan (terjatuh) pada saluran benih. Benih yang keluar dari saluran benih diamati satu persatu, dan dihitung jumlah benih yang dijatahkannya. Dalam seratus kali penjatahan benih, diamati dan dihitung frekuensi kejadian benih keluarnya, yaitu: 1) tidak keluar (nol), 2) satu benih, 3) dua benih, dan 4) tiga benih. Kemudian masing-masing dihitung frekuensinya.
Pengujian kinerja yang dilakukan pada kegiatan penanaman benih di lahan adalah: 1) pengujian tingkat keseragaman penanaman benih, 2) hasil pengolahan tanah, dan 3) kapasitas lapangan. Lahan uji disiapkan dengan ukuran lebih kurang panjang 20 m dan 1ebar 5 m. Lahan diratakan dan dibersihkan, sehingga siap ditanami. Sebelum penanam, kondisi tanah diukur (tahanan penetrasi, kadar air, dan
bulk density. Kemudian traktor tangan digunakan untuk menarik dan menggerakkan
rotary tiller dan unit penanamnya. Traktor dioperasikan pada kecepatan putar motor 1800 rpm, tingkat kecepatan maju Low-1, dan tingkat kecepatan putar rotary Low. Tingkat Keseragaman Penanaman
Tingkat keseragaman penanaman yang diukur adalah: 1) jumlah benih per lubang tanam, 2) kedalaman penempatan benih, dan 3) jarak tanam. Pengamatan dilakukan setelah penanaman selesai dilakukan, dengan cara menggali kembali alur tanam dengan hati-hati sehingga ditemukan posisi benihnya. Setiap posisi benih (di alur tanam) dihitung jumlah benihnya, dan diukur kedalaman benihnya dari permukaan tanah menggunakan mistar ukur. Selanjutnya pada setiap dua posisi benih yang bersebelahan diukur jarak antar benihnya (jarak tanam) menggunakan mistar ukur. Pengukuran dilakukan dalam sepuluh ulangan di setiap baris tanam.
Poros Roda
Gambar 6 Pengujian kinerja mesin penanam jagung di laboratorium
Mutu Hasil Pengolahan Tanah
Mutu hasil pengolahan tanah yang diukur adalah tingkat penggemburan yang dihasilkan oleh garu rotary. Tanah hasil penggaruan diambil sample-nya dengan
ring sample, lalu diukur bulk density-nya. Demikian juga tanah yang tidak terolah juga diambil sample-nya, dan diukur bulk density-nya. Pengukuran dilakukan pada tiga posisi secara acak masing-masing. Kedua kondisi bulk density-nya dibandingkan, untuk mengetahui tingkat perubahan kegemburan tanah hasil pengolahan tanah dengan rotary, di mana bulk density-nya lebih rendah dari tanah yang sebelum diolah. Tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer tipe SR-2 yang memiliki luas cone 3 cm2. Hasil dari pengukuran dikonversi sesuai ukuran standar menggunakan persamaan 1 (Kisu 1972).
= + . − (1)
keterangan:
: cone index dengan luas cone standar (A = 2 cm2)
: cone index dengan luas cone yang digunakan (A0 = 3 cm2)
Kapasitas Lapangan
Selama pengujian mesin, dilakukan pengukuran kinerja mesin yang meliputi pengukuran kapasitas lapangan teoritis (Klt), kapasitas lapangan efektif (Kle), dan efisiensi lapangan (El). Kle, Klt dan El dapat dihitung sebagai berikut (Hermawan 2011):
Gambar 7 Skema pengujian di lapangan untuk mengukur jarak tanam dan jumlah benih
= × % (6) keterangan:
Kle: kapasitas lapangan efektif (m2/jam)
Klt: kapasitas lapangan teoritis (m2/jam)
A : luas lahan petakan (m2) T : waktu kerja (jam)
Lt: lebar kerja teoritis (m)
Va : kecepatan maju aktual (m/s)
Vt : kecepatan maju teoritis (m/s) S : slip roda traktor
t20: waktu tempuh pada jarak 20 m (s)
El: efisiensi lapangan (%).
ANALISIS RANCANGAN
Kriteria Perancangan
Mesin penanam jagung dengan pengolahan tanah alur ini merupakan modifikasi dari mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 yang telah dirancang sebelumnya (Hermawan 2009). Pengembangan mesin ini bertujuan untuk mempermudah manusia dalam penanaman benih jagung menjadi lebih efektif. Kriteria perancangannya adalah sebagai berikut.
1. Unit penanam harus ditarik traktor roda 2 dengan daya 10.5 hp.
2. Unit penanam berjumlah dua buah (pada bagian kiri dan kanan) ditopang oleh rangka utama.
3. Sumber tenaga putar untuk menggerakkan mekanisme penjatah berasal dari poros roda traktor.
4. Hopper benih dengan dinding transparan yang mampu menampung benih untuk penanaman dengan luas lahan 1000 m2.
5. Unit penanam harus mampu menanam benih dengan jumlah benih jagung per lubang tanam sesuai kebutuhan yaitu 1-2 benih, serta jarak tanam 20 cm dam jarak antar alur 50 cm.
6. Unit penanam harus mampu membuka dan menutup alur dengan kedalaman tanam 3-5 cm.
7. Benih yang digunakan adalah benih jagung manis dan jagung hibrida sesuai dengan ukurannya.
Kapasitas penanaman menggunakan mesin penanam harus lebih tinggi daripada penanaman manual.
Rancangan Fungsional
device yang terpasang pada mesin penanam dengan sumber tenaga penggerak yang berasal dari poros roda penggerak utama traktor ketika beroperasi. Rancangan fungsional disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Rancangan fungsional
Fungsi utama Sub fungsi Alternatif Alternatif yang dipilih
Transmisi daya - Rantai dan sproket
Fungsi Penyimpan Benih Jagung (Hopper)
untuk mengantisipasi benih tersebut jatuh dari tempatnya akibat getaran traktor. Bahan melamine dipilih sebagai bahan hopper dan memiliki karakteristik transparan agar dapat mempermudah pengontrolan volume benih. Terdapat lubang pada bagian bawah hopper sebagai tempat keluarnya benih jagung. Bagian dalam
hopper tersebut dipasang metering device untuk penjatah benih yang jatuh. Fungsi Penjatah Benih Jagung (Metering device)
Penjatah benih jagung digunakan untuk mengatur jumlah benih yang keluar dan waktu keluarnya benih dari hopper menuju saluran pengeluaran benih. Desain penjatah disesuaikan agar benih yang keluar sebanyak 1-2 benih dan jarak tanam 20 cm. Konsep rancangan metering device dipilih alternatif silinder berputar miring. Hal itu disebabkan penjatuhan benih dapat dioptimalkan sesuai dengan sudut curah (angle of repose) dari benih tersebut. Selain itu, mekanisme silinder berputar miring dapat mengurangi friksi pada penjatah (Rizqya 2014).
Fungsi Penyalur Benih
Selang karet digunakan sebagai bahan untuk menyalurkan benih agar benih jatuh dalam kondisi yang teratur. Selain itu, penyalur benih dapat berfungsi untuk mengarahkan benih ke lubang tanam setelah alur terbentuk. Bahan yang dipilih merupakan bahan yang lentur sehingga dapat diarahkan sesuai dengan posisi pembuka dan penutup alur tanam.
Fungsi Pembuka dan Penutup Alur Tanam
Pembuka alur berfungsi untuk membuat alur tanam dengan lebar bukaan 2 cm dan kedalaman alur 3-5 cm dari permukaan tanah. Alternatif yang digunakan adalah tipe shoe karena sesuai dengan kondisi lahan yang digunakan, yaitu dengan tahanan penetrasi yang kecil akibat dari pengolahan tanah dengan garu rotari. Penutup tidak dibuat pada mesin ini karena kondisi tanah sudah gembur sehingga tanah mudah tertimbun kembali dengan sendirinya, selain itu ukuran lebar bukaan alur cenderung kecil.
Fungsi Penyalur Daya
Poros roda traktor yang digunakan sebagai sumber tenaga dihubungkan dengan transmisi daya menggunakan rantai dan sproket. Transmisi tersebut digunakan untuk menggerakkan roda gigi kerucut lurus (bevel gear) yang terdapat pada metering device benih. Kecepatan putar roda traktor mempengaruhi kecepatan maju traktor dan kecepatan metering device benih untuk menjatuhkan benih di lahan.
Fungsi Kerangka Utama
Analisis Rancangan Struktural Penampung Benih (Hopper)
Penentuan ukuran hopper dirancang berdasarkan persamaan berikut (Syafri 2010).
ℎ = × (7)
keterangan:
ℎ : volume kotak benih (cm3)
: luas penanaman sekali mengisi kotak benih (m2) : jumlah benih kedelai setiap lubang tanam (benih)
: massa per butir jagung setiap lubang tanam (benih)
: jumlah unit mesin penanam dalam satu lintasan operasi (unit) � : kerapatan isi benih (gram/cm3)
: jarak antar alur tanam (cm) : jarak antar lubang tanam (cm)
Kriteria perancangan penelitian ini harus dapat memuat benih untuk luas penanaman (A) 1000 m2 tiap sekali pengisian kotak benih, jumlah benih jagung per lubang tanam (j) sebanyak 2 benih, massa per butir jagung hibrida dan manis rata-rata ( ) 0.25 dan 0.14 gram, jumlah unit mesin penanam dalam satu lintasan operasi (u) adalah 2 unit, kerapatan isi benih (� ) jagung hibrida dan jagung manis adalah 0.76 dan 0.5 gram/cm3, jarak antar alur tanam (p) 50 cm, dan jarak antar
lubang tanam (l) adalah 20 cm. Ukuran volume hopper yang dirancang adalah: ℎ = × . × ×× × . ×
Gambar 9 Rancangan konsep mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi
Pembuka alur Saluran pengeluaran
Pengisian ulang benih dirancang sebanyak dua kali pengisian tiap proses penanaman. Sehingga volume masing-masing hopper yang dibutuhkan adalah:
ℎ = . = .
Sehingga massa benih yang dapat ditampung tiap pengisian hopper adalah:
= � × ℎ = . × . = . ~
Penjatah Benih (Metering device)
Rancangan yang digunakan untuk mekanisme metering device menggunakan piringan bercelah yang berputar miring. Kemiringan metering device dirancang sesuai dengan sudut curah dari benih jagung. Hasil pengukuran sudut curah benih jagung manis dan hibrida rata-rata adalah 32.58o dan 28.22o. Agar penjatuhan benih dapat lebih optimal, maka sudut kemiringan penjatah yang dibuat sebesar 45o.
Jumlah lubang benih pada metering device ditentukan oleh jarak tanam yang diharapkan, yaitu 20 cm. Selain itu, sistem transmisi dari poros roda traktor berpengaruh dalam penentuan jarak tanam benih. Sistem transmisi yang digunakan adalah sproket, rantai, dan bevel gear. Masalah pada penelitian sebelumnya adalah benih tersangkut pada celah sehingga pada pembuatan prototipe ini celah bagian bawah metering device diperbesar agar benih jatuh dengan lancar.
Jumlah celah metering device dapat ditentukan berdasarkan rasio transmisi dari putaran poros roda penggerak menuju metering device. Sistem transmisi yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 10. Berdasarkan sistem transmisi tersebut, persamaan 9 dapat digunakan untuk rancangan penjatuhan benih sesuai jarak tanam yang diharapkan.
= × + � (8)
= �×
��
�� ×����� ×����� ×
dimana: : jumlah gigi sproket poros benih jagung : jumlah gigi bevel gear 1
: jumlah gigi bevel gear 2
: jumlah celah metering device (buah)
Jika diameter roda traktor 60 cm, maka keliling roda traktor adalah 188.5 cm. Berdasarkan Rizqya (2014), sliding roda traktor Yanmar tipe YZC-L rata-rata sebesar 1.32% untuk roda kiri dan 2.55% untuk roda kanan sehingga sliding yang aman digunakan untuk perancangan sebesar 5%. Dengan kombinasi beberapa ukuran sproket, hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Data hasil perhitungan jarak tanam benih jagung
Skenario Srt1p Spt Spa1 Spa2 Spp1 Spp2 Spbj b1 b2 Jc Jtb Untuk menghasilkan jarak tanam yang dirancang, maka skenario yang dipilih adalah nomor 5.
Dimensi dari metering device disesuaikan dengan dimensi benih. Tebal dari
metering device disesuaikan dengan lebar rata-rata benih, yaitu 8 mm. Diameter
Gambar 11 Model rancangan piringan penjatah benih jagung hibrida (kiri) dan manis (kanan)
Pembuka Alur
Benih jagung ditanam dengan kedalaman alur 3-5 cm dan lebar alur disesuaikan dengan ukuran maksimum dua benih jagung tersebut, yaitu 2 cm. Oleh karena itu pembuka alur dirancang untuk dapat membuka alur dengan kriteria tersebut. Gambar 12 adalah rancangan pembuka alur yang dipasang pada bagian belakang kerangka utama.
Hasil perhitungan pada Lampiran 15 menunjukkan panjang pembuka alur yang dibutuhkan sebesar 40 cm menggunakan baja kolom 16 mm dengan ketebalan 2 mm.
(a) (b) (c)
Saluran Benih
Saluran pengeluaran benih dirancang agar mudah diatur penempatannya. Oleh karena itu bahan yang digunakan adalah plastik yang lentur dan transparan. Saluran ini dirancang agar benih dapat jatuh bebas dan terhindar dari tersangkutnya benih pada selang penyalur sehingga ukuran diameter saluran ini harus lebih besar dari lubang pengeluaran yang terdapat di bawah metering device. Diameter yang dipilih adalah 0.5 inch. Salah satu ujung selang diletakkan di dekat lubang pengeluaran benih dan ujung lainnya diletakkan di belakang pembuka alur.
Transmisi Daya
Transmisi daya yang digunakan dalam perancangan mesin ini adalah dengan menggunakan sproket rantai. Sproket dan rantai yang digunakan adalah yang umum digunakan untuk sepeda, yaitu menggunakan rantai nomor 40. Rantai ini memiliki jarak bagi (p) 12.7 mm, batas kekuatan tarik rata-rata (�) 1950 kg, dan beban maksimum yang diizinkan ( ) 300 kg. Jarak sumbu sproket ( ) 632.41 mm dan jumlah gigi sproket yang digunakan adalah ( ) 14 dan ( ) 18. Putaran roda traktor adalah 12 rpm. Berdasarkan perhitungan pada Lampiran 16 menunjukkan sistem transmisi menggunakan rantai dengan panjang 116 mata rantai.
Kebutuhan Daya
Daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mesin ini adalah sebesar 0.0383 hp untuk jagung hibrida dan 0.0246 hp untuk jagung manis. Perhitungan lengkap terdapat pada Lampiran 17. Kebutuhan daya dihitung berdasarkan torsi yang dibutuhkan untuk melawan benih ketika tersangkut.
Perancangan Poros
Poros yang dibutuhkan dalam perancangan mesin ini adalah poros penyangga
metering device benih dan poros horizontal penggerak bevel gear benih. Poros penyangga metering device benih yang dipilih adalah 10 mm dan poros horizontal penggerak bevel gear benih adalah 14 mm. Perancangan tersebut dapat dilihat pada Lampiran 18.
Poros yang dirancang Gambar 15 Poros horizontal penggerak bevel gear benih
Poros yang dirancang
HASIL DAN PEMBAHASAN
Konstruksi Prototipe Mesin Penanam Jagung
Prototipe mesin penanam jagung terintegrasi dengan sumber tenaga poros roda traktor roda dua telah berhasil dibuat. Prototipe ini mampu menanam jagung dalam dua alur tiap satu kali melintas. Modifikasi mesin penanam ini diterapkan pada bagian implemen traktor. Konstruksi mesin tersebut terdiri dari bagian rangka utama, penampung benih jagung (hopper), metering device, pembuka dan penutup alur, penyalur benih, dan sistem transmisi.
Keterangan: 1. Sistem
transmisi 2. Hopper benih 3. Saluran
penyalur benih 4. Hopper pupuk 5. Rangka utama 6. Poros penyalur
putaran 7. Pembuka alur
Gambar 16 Konstruksi prototipe mesin penanam benih jagung (saat pembuka alur dalam posisi diangkat)
Gambar 17 Prototipe rangka utama 1
2
3
5 6
Rangka utama melekat pada bagian implemen traktor. Bagian ini yang menopang seluruh komponen mesin penanam jagung terintegrasi. Rangka utama dibuat dengan menggunakan plat baja dengan ketebalan 6 mm. Tebal dari plat ini dipilih karena ada beberapa bagian yang perlu dibuat ulir baut, seperti penghubung untuk unit pemupuk dan penghubung antara rangka utama dengan dek rotari. Bentuk rangka utama disesuaikan dengan desain tutup rotari traktor. Bagian rangka utama juga dipasang dudukan untuk pembuka alur.
Penampung benih dan dudukan metering device dipasang dalam satu rangka dengan tebal plat 3 mm dan diberi lubang untuk dikencangkan dengan baut pada rangka utama. Rangka tersebut dibuat dengan kemiringan 45o. Sudut tersebut
Gambar 18 Rancangan rangka utama
Gambar 19 Rancangan dudukan hopper dan metering device
dirancang lebih besar dari sudut curah benih jagung agar benih dapat jatuh dengan baik. Bagian bawah rangka metering device dipasang dudukan bevel gear agar putaran poros utama ditransmisikan ke metering device. Dudukan bevel gear dan rangka tersebut tidak dilas satu sama lain, melainkan dikencangkan dengan menggunakan baut dan mur agar proses melepas dan memasang komponen tersebut dapat dengan mudah dilakukan.
Penampung benih (hopper) terbuat dari silinder plastik melamine yang diletakkan di atas rangka sehingga kemiringan hopper sama dengan kemiringan rangka, yaitu 45o. Bahan hopper dipilih dari bahan yang terdapat banyak di pasaran
agar memudahkan dalam proses pembuatan. Hopper tersebut memiliki kapasitas satu kilogram jagung. Hopper dan dudukan metering device dikencangkan dengan baut agar saat benih dimasukkan ke dalam, benih tersebut tidak berserakan keluar.
Metering device merupakan komponen penting untuk menjatah benih yang dijatuhkan ke lahan. Bahan yang digunakan untuk membuat komponen ini adalah dengan menggunakan polyethylene (PE). Hal ini disebabkan dalam proses pembuatannya bahan tersebut mudah untuk dibentuk sesuai yang dibutuhkan dibandingkan dengan bahan logam. Bagian bawah dari metering device dipotong sedalam 2 mm dengan diameter 61 mm dan disisipkan plat besi yang telah dibentuk menjadi lingkaran. Hal ini bertujuan agar gesekan yang terjadi antara metering device dengan dudukannya tidak terlalu besar karena bahan metering device dan
Gambar 21 Metering device benih
dudukan yang berbeda jenis. Bagian atas juga diberi plat besi agar metering device
tidak mudah terangkat.
Bagian pembuka dan penutup alur terdiri dari batang kerangka dan plat pembuka alur. Bagian penutup alur tidak dibutuhkan karena model pembuka alur tersebut berbentuk shoe sehingga tanah langsung tertutup dengan sendirinya. Bagian batang kerangka dibuat dari bahan besi kolom dengan ukuran 16 x 16 mm dengan tebal 2 mm. Batang tersebut dimasukkan ke dalam dudukan yang menempel pada rangka utama dan dikencangkan dengan baut agar ketinggian batang kerangka tersebut dapat diatur sesuai kedalaman olah yang diinginkan. Bagian plat pembuka alur terbuat dari besi plat ukuran 2 mm. Bagian depan plat tersebut ditekuk dan dilas agar dapat memotong tanah dengan lebar bukaan alur sebesar 20 mm. Bagian belakang dibiarkan bebas sebagai tempat selang penyalur benih.
Saluran pengeluaran benih terdapat di bagian bawah kerangka yang menghubungkan hopper dengan dudukan metering device. Bagian bawah kerangka tersebut diberi lubang agar benih dapat keluar dan dihubungkan dengan selang transparan berukuran 0.5 inch. Ukuran saluran pengeluaran benih dirancang lebih besar dari ukuran dua benih agar tidak terjadi kemacetan saat penjatuhan benih terjadi. Ujung lain dari selang tersebut diarahkan menuju bagian belakang pembuka alur. Hal itu dimaksudkan agar pada saat tanah terbuka oleh pembuka alur maka benih dapat langsung diarahkan menuju lubang tanam tersebut.
Sumber tenaga dari mesin ini adalah berasal dari putaran poros roda traktor roda dua. Sistem penyaluran daya yang digunakan menggunakan rantai dan sproket. Agar putaran poros roda traktor dapat ditransmisikan, poros tersebut diberi sproket tambahan lalu dihubungkan dengan rantai hingga ke poros penggerak metering
(a) (b)
device benih. Putaran dari poros penggerak metering device benih ditransmisikan menggunakan bevel gear dengan perbandingan jumlah gigi 13:33 agar metering device dapat berputar. Jumlah gigi sproket yang terdapat pada poros roda traktor sebanyak 28 buah sedangkan pada poros penggerak metering device sebanyak 18 buah. Perhitungan jumlah gigi sproket yang digunakan berdasarkan perhitungan dari jarak tanam yang telah dirancang. Sproket jenis ini merupakan jenis freewheel
yang banyak dijual di toko sepeda. Pada poros penggerak metering device ditumpu
pillow block agar putaran poros dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Sproket yang dihubungkan dengan poros diberi bosch dengan cara pengelasan. Hal itu bertujuan agar poros bevel gear dapat berputar seiring dengan berputarnya poros penggerak.
Kinerja Prototipe Mesin Penanam Jagung
Mesin penanam jagung dirancang agar dapat menanam benih dengan jarak tanam, jumlah benih, dan kedalaman penanaman yang seragam, serta memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan penanaman benih jagung secara manual. Rancangan pengaturan jarak tanam dan jumlah benih diatur oleh sistem transmisi dan metering device. Kombinasi kedua komponen tersebut dapat mengatur jumlah benih yang dikeluarkan tiap kali penanaman. Rancangan metering device dibuat dengan bahan polyethylene (PE) dengan ketebalan 8 mm dan diameter 118 mm. Jumlah lubang metering device tersebut sebanyak 16 buah lubang dengan diameter masing-masing 6 mm.
Hasil pengujian kinerja mesin penanam benih jagung di lapangan terbagi menjadi tiga bagian, di antaranya: 1) hasil pengolahan tanah, 2) hasil penanaman, dan 3) kapasitas dan efisiensi lapangan.
Hasil Pengolahan Tanah
Kondisi tanah perlu disesuaikan dengan kondisi optimal pertumbuhan benih. Salat satu metodenya adalah dengan memecah bongkahan tanah menjadi bentuk yang lebih halus agar akar tanaman dapat menembus tanah dengan mudah. Data hasil pengolahan tanah setelah prototipe dioperasikan disajikan pada tabel 3 dan hasil pengukuran lengkap terdapat pada Lampiran 6 dan 8.
(a) (b)
(a) (b)
Gambar 24 Persentase benih jagung hibrida jatuh pada pengujian di laboratorium dari metering device (a) kiri (b) kanan
Tabel 3 Data kondisi tanah saat pengujian prototipe
Sebelum diolah Setelah diolah
Kadar air (%) 25 28
Pengolahan tanah dilakukan setelah tanah diolah dengan bajak dan piring dan garu rotari menggunakan traktor roda empat. Sebelum prototipe masuk ke lapangan, kondisi tanah telah dikondisikan sesuai dengan kondisi aktual saat akan menanam benih jagung. Hasil pengolahan tanah yang dilakukan oleh traktor roda dua dengan implemen bajak rotari memiliki kadar air 28%, densitas 1.3 g/cc, dan tahanan penetrasi tanah rata-rata pada kedalaman 0-10 cm sebesar 152 kPa. Kondisi tersebut merupakan kondisi tanah yang baik bagi pertumbuhan tanaman karena kerapatan dan tahanan untuk akar dapat menembus tanah cukup kecil serta tanah tersebut memiliki kelembaban yang cukup baik. Perubahan nilai kerapatan tanah tidak terlalu besar, yaitu dari 1.36 menjadi 1.30, karena kondisi tanah sudah gembur oleh pengolahan tanah sebelumnya.
Hasil Penanaman
Pengujian penjatahan benih di lapangan sudah cukup baik. Hasil penjatahan ketika jagung hibrida dimasukkan ke dalam hopper menunjukkan hasil keluaran benih antara 1-2 benih dan frekuensi penjatahan paling banyak adalah satu benih. Jumlah benih yang jatuh saat pengujian di lapangan berbeda dengan pengujian di laboratorium. Hal itu disebabkan oleh kondisi mesin pada saat pengujian di lapangan memiliki getaran yang cukup tinggi. Jarak tanam antar benih jagung hibrida sudah cukup baik. Hasil di lapangan menunjukkan jarak antar benih berkisar antara 19-25 cm. Prototipe menunjukkan kinerja yang lebih baik jika dibandingkan dengan prototipe sebelumnya yang menghasilkan jarak tanam 22-32 cm (Putra 2011). Hasil tersebut sudah mendekati rancangan metering device yang telah dilakukan (20 cm).
Gambar 26 Jagung (a) manis dan (b) hibrida
Gambar 26 merupakan benih yang digunakan pada pengujian saat prototipe ini digunakan. Indeks keragaman diperoleh berdasarkan persentase jumlah benih yang tumbuh di lapangan dengan jumlah benih yang tumbuh secara perhitungan dalam 5 meter. Indeks keragaman yang dihasilkan dari penanaman dengan menggunakan prototipe adalah sebesar 84.6% dan 88.5% untuk jagung hibrida dan manis. Hal tersebut menunjukkan hasil yang cukup baik karena penggunaan mesin tidak memengaruhi daya tumbuh benih tersebut.
Tabel 4 Indeks keragaman hasil penanaman dengan menggunakan prototipe Jenis benih Teoritis Aktual Indeks keragaman (%)
Jagung hibrida 52 44 84.6
Jagung manis 52 46 88.5
Pengukuran jarak tanam dan kedalaman tanam dilakukan menggunakan mistar. Untuk jarak tanam yang terlalu jauh dapat disebabkan oleh ukuran lubang
metering device yang kurang besar sehingga ada benih yang tersangkut ketika akan keluar menuju saluran pengeluaran. Oleh sebab itu perlu dilakukannya pengayakan benih agar benih yang terlalu besar tidak menghambat benih yang kecil untuk keluar. Kedalaman benih yang diperoleh dari hasil pengukuran menunjukkan benih tersebut terlalu dalam masuk ke dalam tanah. Hal itu dapat disebabkan oleh posisi pembuka alur yang terlalu ke bawah sehingga kedalaman alur yang terbentuk menjadi besar. Selain itu faktor operator dapat menjadi hal yang mempengaruhi tingkat kedalaman penanaman benih. Roda bantu pada traktor juga perlu dipasang untuk menghindari kedalaman tanam yang terlalu berlebihan.
(a) (b)
Hasil yang diperoleh ketika pengujian dengan benih jagung manis terdapat sedikit galat, yaitu ada benih yang keluar berlebihan hingga 3 buah. Hal itu dapat disebabkan oleh dimensi benih jagung manis yang relatif kecil dibandingkan dengan benih jagung hibrida sehingga ketika benih jagung manis masuk ke dalam celah metering device jumlahnya lebih dari dua benih. Oleh sebab itu pengayakan benih, seperti yang dilakukan pada jagung hibrida, perlu dilakukan sebelum memasukkan benih ke dalam hopper. Jarak tanam benih jagung manis tidak terlalu baik, yaitu berkisar antara 17-31 cm. Hal tersebut jauh dari hasil yang dirancang (20 cm). Masalah tersebut dapat disebabkan oleh putaran piringan metering device
tersangkut oleh benih sehingga ketika penjatuhan sedikit bermasalah. Apabila dibandingkan dengan prototipe-2, kedalaman tanam yang diperoleh sudah cukup baik, yaitu antara 3.5-5.5 cm, karena posisi pembuka alur telah diperbaiki ketika penanaman benih jagung manis dilakukan. Setelah 10 hari benih ditanam, tanaman jagung sudah mulai tumbuh yang terlihat pada Gambar 28.
Tabel 5 Perbandingan hasil sebelum dan setelah modifikasi Kinerja Sebelum Modifikasi
(Putra 2011) Hasil Modifikasi
1. Jarak Tanam 22-32 cm 20-23 cm
2. Jumlah Benih 1-2 1-2
3. Kedalaman Tanam Benih 1-3 cm 3.5-5.5 cm
Kapasitas dan Efisiensi Lapangan
Penggunaan mesin dalam budidaya pertanian bertujuan untuk meningkatkan kapasitas dan efisiensi kerja dibandingkan dengan budidaya tanaman secara manual. Jika kedua unsur tersebut tidak dapat terpenuhi, maka penggunaan mesin tidak
menjadi bermanfaat. Metode pengoperasian prototipe mesin penanam jagung terintegrasi ini sama seperti mengoperasikan traktor roda dua yang telah ditambah implemen garu rotari. Namun perbedaannya adalah wilayah kerja operator hanya berada di antara alur tanam saja, yaitu 50 cm. Saat mengoperasikan mesin tersebut, operator tidak boleh menginjak alur tanam. Hal itu dapat menyebabkan tanah pada alur tanam tersebut menjadi terpadatkan karena ada gaya injak dari kaki operator.
Tabel 6 Perbandingan hasil pengukuran kinerja mesin di lapangan Hasil
Kapasitas Lapangan Efektif (ha/jam) 0.13 0.1468 0.3501 Kapasitas Lapangan Teroritis (ha/jam) 0.16 0.1926 0.4179
Efisiensi Lapangan (%) 82.04 76.24 83.78
Prototipe mesin penanam jagung terintegrasi saat diuji di lapangan dioperasikan oleh teknisi yang sudah berpengalaman di bidang operator alat dan mesin pertanian (alsintan). Mesin ini dikondisikan pada kecepatan putar motor 1800 rpm, tingkat kecepatan maju traktor berada pada gear Low-1 dan Low-2, dan tingkat kecepatan putar rotari Low. Kecepatan maju rata-rata Low-1 dan Low-2 adalah 0.357 m/s dan 0.774 m/s. Hasil pengukuran di lapangan diperoleh kapasitas lapang mesin ini adalah sebesar 0.15 ha/jam untuk kecepatan Low-1 dan 0.35 ha/jam untuk kecepatan Low-2. Kecepatan Low-2 memiliki kapasitas lapang yang lebih besar dibandingkan dengan kecepatan Low-1 karena kecepatan maju traktor lebih besar pada posisi Low-2 sehingga luas area yang terolah juga lebih banyak dibandingkan dengan kecepatan Low-1. Namun hal tersebut juga berimbas pada konsumsi bahan bakar, yaitu Low-2 lebih besar 50 mm dibandingkan dengan Low-1.
Efisiensi lapang mesin diperoleh hasil yang lebih besar pada posisi kecepatan
Low-2. Hal tersebut dapat disebabkan pada saat Low-1 kondisi roda traktor terjadi
sliding sehingga menyebabkan jarak pengolahan menjadi lebih jauh. Kapasitas dan efisiensi lapangan dari prototipe masih dapat ditingkatkan dengan membersihkan lahan dari gulma maupun bebatuan yang menghambat kinerja dari prototipe. Selain itu komponen pada prototipe perlu diperbaiki agar terhindar dari kesalahan kecil, seperti baut yang lepas. Hasil dan contoh perhitungan kapasitas dan efisiensi lapangan terdapat pada Lampiran 9.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
dengan jumlah benih yang keluar sebanyak 1-2 benih, jarak tanam rata-rata 20-23 cm, kedalaman tanam benih rata 3.5-5.5 cm, dan jarak antar alur tanam rata-rata 52.14-53.64 cm. Jarak tanam benih yang diterapkan adalah sistem jajar legowo (2:1). Pada tingkat kecepatan Low-1, kapasitas lapangan efektif 0.15 ha/jam, kapasitas lapangan teoritis 0.19 ha/jam, dan efisiensi lapangan 76.24%. Sedangkan pada tingkat kecepatan Low-2, kapasitas lapangan efektif 0.35 ha/jam, kapasitas lapangan teoritis 0.42 ha/jam, dan efisiensi lapangan 83.78%.
Saran
1. Pembuatan prototipe sebaiknya dilakukan dengan sangat presisi agar benih tidak tersangkut pada metering device dan jarak tanam menjadi lebih konsisten.
2. Sebaiknya desain ditambah mekanisme kopling agar benih tidak berserakan ketika traktor dioperasikan berputar menuju alur berikutnya.
3. Operator perlu diberikan penjelasan sebelum mengoperasikan mesin di lapangan agar kedalaman benih tidak terlalu besar sehingga menyulitkan benih untuk tumbuh.
4. Roda bantu traktor perlu dipasang pada saat mesin ini digunakan agar kedalaman tanam benih dapat stabil.
5. Sebelum benih diletakkan pada hopper, benih harus diayak terlebih dahulu dengan kriteria ukuran yang besar dipisahkan agar tidak menghambat benih yang kecil untuk masuk ke lubang metering device.
6. Sebelum mesin digunakan, perlu dilakukan penyetelan pada bagian kiri agar penjatahan pada metering device dapat berfungsi dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
Adekoya LO dan Buchele WF. 1986. A Precision Punch Planter for Use in Tilled and Untilled Soils. Agricultural Engineering. Elsevier. 171-178. Bainer RA. 1960. Principles of Farm Machinery. New York (US): John Wiley
and sons, Inc.
Badan Pusat Statistika (BPS). 2014. Produksi Padi, Jagung, dan Kedelai Tahun 2014. http://lampung.litbang.deptan.go.id/ind/
Bagus MP. 2014. Budidaya Jagung Sistem Jajar Legowo [internet]. [diacu 2015 Maret 3]. Tersedia pada: http://yogya.litbang.pertanian.go.id/ind/
Effendi S. 1979. Bercocok Tanam Jagung. Gema Penyuluhan Pertanian. Edisi November 1979. Dirjen Tanaman Pangan. Jakarta.
Haque ME, Meisner CA, Hossain I, Justice C, Sayre K. 2004. Two wheel tractor Operated Seed Drill: A Viable Crop Establishment and Resource Conservation Option. Proc. Int. Conf.• Beijing China October 2004.
Hermawan W, Mandang T, dan Setiawan RPA. 2009. Pengembangan mesin pengolah tanah, penanam, dan pemupuk reintegrasi untuk budi daya jagung. Prosiding seminar hasil penelitian IPB 2009.
Hermawan W, Desrial. 2004. Soil tillage method for secondary crops and vegetables in lowland area. Final Report. Collaborative Research between KOICA and Faculty of Agricultural Technology-IPB.
Hermawan W, Mandang T dan Setiawan RPA. 2009. Aplikasi Mesin Pengolah Tanah, Penanam dan Pemupuk Terintegrasi untuk Peningkatan Efisiensi dan Produktivitas Jagung. Laporan Akhir Penelitian Strategis Aplikatif – IPB, Bogor.
Hermawan W. 2012. Perbaikan desain mesin penanam dan pemupuk jagung bertenaga traktor tangan. JTEP Jurnal keteknikan pertanian 24(1).
Kisu M. 1972. Soil Physical Properties and Machine Performances. Japan Agricultural Research Quarterly. 6(3):151-154.
Pitoyo J dan Sulistyosari N. 2006. Alat penanam jagung dan kedelai (seeder) untuk permukaan bergelombang. Prosiding Seminar Mekanisasi Pertanian. Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Bogor. pp. 75-81.
Putra PM. 2011. Peningkatan Kinerja Unit Penanam dan Pemupuk Pada Mesin Penanam dan Pemupuk Jagung Terintegrasi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rizqya EM. 2014. Desain Mesin Penanam Kedelai dengan Pengolahan Tanah Alur [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Santosa. 1994. Studi Nilai Draft Spesifik Tanah dengan Berbagai Metoda. Buletin Enjiniring Pertanian. Vol. 1, No. 3, Okt, 1994: 8-14.
Sembiring EN, Hermawan W, Setiawan RPA, Suastawa IN. 2000. Desain Alat Tanam dan Pemupuk Kedelai dengan Tenaga Tarik Traktor Tangan, Bagian I: Desain dan Analisis Penjatah Benih. Buletin Keteknikan Pertanian Vol 14. No.1, Hal. 10-34.
Setiawan RPA, Hermawan W dan Soembagijo A. 2008. Desain dan Pengujian Roda Besi Lahan Kering Untuk Traktor 2-roda (Design and Testing of Upland Iron Wheel for Hand Tractor). Prosiding Seminar Nasional PERTETA, Yogyakarta 18-19 November 2008.
Smith HP dan Wilkes LH. 1977. Farm Machinery and Equipment. New Delhi: Mc Graw Hill.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1996. Engineering Principles of Agricultural Machines. Michigan: ASAE.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP, Buckmaster DR. 2006. Engineering Principles of Agricultural Machines 2nd Edition. Michigan: ASABE.
Sudut Curah (Angle of repose) Benih
Bulk density Benih
Ulangan
Contoh perhitungan bulk density:
Lampiran 3 Data pengujian ketepatan penjatahan benih jagung hibrida di laboratorium
Metering device Kiri No Jumlah Benih Jatuh
1 2 3 4 5
Jatuh Frekuensi Persentase
0 0 0%
Metering device Kanan No Jumlah Benih Jatuh
1 2 3 4 5
Jatuh Frekuensi Persentase
Lampiran 4 Data pengujian ketepatan penjatahan benih jagung manis di laboratorium
Metering device Kiri No Jumlah benih
Jatuh Frekuensi Persentase
0 0 0%
Metering device Kanan No Jumlah benih
Jatuh Frekuensi Persentase
Lampiran 5 Data pengujian ketepatan penjatahan benih jagung hibrida dan manis di lapangan
Jagung hibrida
Sam pel
Metering device Kanan Metering device Kiri
Jagung manis
Sam pel
Metering device Kanan Metering device Kiri
Lampiran 6 Kondisi tanah sebelum dan setelah diolah
Sebelum
Kedalaman Sample Bobot ring (g)
Lampiran 7 Kalibrasi penetrometer
Penetrometer yang digunakan adalah penetrometer tipe SR-2 Berat Beban
Lampiran 8 Data pengukuran tahanan penetrasi tanah sebelum dan setelah pengujian prototipe
Sebelum pengujian prototipe
Data pengukuran pada skala penetrometer
Kedalaman
Konversi dari kalibrasi skala penetrometer
Kedalaman
Tahanan penetrasi tanah sebelum pengujian prototipe
Setelah pengujian prototipe
Data pengukuran pada skala penetrometer
Kedalaman (cm) Ulangan
Rata-rata
Konversi dari kalibrasi skala penetrometer
Kedalaman (cm) Ulangan Rata-rata
(kgf)
Tahanan penetrasi tanah setelah pengujian prototipe
Lampiran 9 Perhitungan kapasitas dan efisiensi kerja mesin
Kecepatan : Low-1
Waktu mulai : 15:03:00 Waktu selesai : 15:09:13
Waktu kerja (T) : 0:06:13 = 0.102 jam Panjang olah : 20 m
Konsumsi bahan bakar : 210 mL
Alur Lebar kerja (Lt), m
Waktu tempuh 20 m (t20), s
Waktu belok (tb), s
Kecepatan maju (Vt), m/s
1 1.5 56.83 24.13 0.352
2 1.5 55.01 24.06 0.364
3 1.5 64.30 22.28 0.311
4 1.5 57.91 23.14 0.345
5 1.5 48.63 - 0.411
Total 7.5 282.68 93.61 Rata-rata : 0.357
Luas lahan (A) :� × = × . = Lebar kerja (Lt) : 1.5 m
Kecepatan maju traktor (Vt) : =
. = . / Kapasitas lapangan efektif (Kle) : =
. = . = . ℎ /
Kapasitas lapangan teoritis (Klt) : × × = × . × . =
. = . ℎ /
Efisiensi lapangan (El) : = . ℎ /
Kecepatan : Low-2
Waktu mulai : 14:11:00 Waktu selesai : 14:13:57
Waktu kerja (T) : 0:02:57 = 0.043 jam Panjang olah : 20 m
Konsumsi bahan bakar : 260 mL
Alur Lebar kerja (Lt), m
Waktu tempuh 20 m (t20), s
Waktu belok (tb), s
Kecepatan maju (Vt), m/s
1 1.5 23.00 8.65 0.870
2 1.5 24.35 12.30 0.821
3 1.5 26.78 12.96 0.747
4 1.5 32.43 12.80 0.617
5 1.5 24.52 - 0.816
Total 7.5 131.08 46.71 Rata-rata : 0.774
Luas lahan (A) : 150 m2
Lebar kerja (Lt) : 1.5 m
Kecepatan maju traktor (Vt) : 0.774 m/s
Kapasitas lapangan efektif (Kle) : 3501.95 m2/jam = 0.3501 ha/jam
Kapasitas lapangan teoritis (Klt) : 4179.73 m2/jam = 0.4179 ha/jam
Lampiran 10 Perhitungan draft spesifik tanah berdasarkan tahanan penetrasi tanah Dihitung terlebih dahulu nilai Cone index (Ci) untuk menghitung nilai draft
spesifik tanah (Ds). Cone index diukur dengan menggunakan penetrometer.
Pengukuran dilakukan pada kedalaman 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm dan 30 cm. Rumus yang digunakan :
= (10)
keterangan:
Ci : cone index (kg/cm2),
F : gaya tekan pada tanah (kgf), dan
A : luas pemukaan kerucut penetrometer (cm2).
Digunakan persamaan tersebut dengan nilai F yang diketahui sebesar 36.02 kgf dan A adalah 3.23 cm2, maka:
= .. = . /
Digunakan Fomula Kisu (1972) dalam Santosa (1994a), Santosa (1994b) dan Santosa (2005a), maka nilai draft spesifik dapat dihitung sebagai berikut:
� = . × − . (11)
keterangan:
IP : indeks plastisitas tanah (%), c : kandungan liat (clay dalam %).
Diketahui kandungan liat dalam tanah bertekstur Latosol pada kedalaman 0-40 cm berkisar antara 66.12-62.13% (Herlina 2003), maka IP dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 11:
� = . × − . = . %
= + (12)
Diketahui Dst adalah draft spesifik tanah yang dimodifikasi dengan indeks
plastisitas tanah (kg/cm2), dan C
i adalah cone index (kg/cm2), dengan
menggunakan persamaan 12, maka:
= . + . = . /
= . −× (13)
Diketahui Ds adalah draft spesifik tanah (kgf/cm2), Dst yang diperoleh sebesar
0.297 kgf/cm2, dan IP sebesar 47.5 %, dengan menggunakan persamaan 13, maka:
= . − .× . = . /
Lampiran 12 Luas lahan yang dapat ditanam mesin penanam terintegrasi Jagung Hibrida
Massa benih dalam hopper kanan dan kiri: 2000 g. Massa 100 benih jagung hibrida: 24 g.
Jumlah benih dalam 1 hektar adalah:
= ℎ = . × . = ℎ/ℎ Jumlah benih dalam hopper kanan dan kiri:
ℎ = ℎ ℎ ℎ = . / ℎ= ℎ
Sehingga mesin penanam dapat menanam benih jagung dengan luas:
= ℎ = ℎ
ℎ/ℎ = . ℎ = Jagung Manis
Massa benih dalam hopper kanan dan kiri: 2000 g. Massa 100 benih jagung manis: 12 g.
Jumlah benih dalam 1 hektar adalah:
= ℎ = . × . = ℎ/ℎ Jumlah benih dalam hopper kanan dan kiri:
ℎ = ℎ ℎ ℎ = . / ℎ= ℎ
Sehingga mesin penanam dapat menanam benih jagung dengan luas:
= ℎ = ℎ
� ℎ ℎ
Lampiran 13 Lebar pengolahan tanah dengan garu rotari Lintasan 1
Sample Lebar pengolahan (cm)
Kedalaman Pengolahan (cm)
1 40 10.9
2 38 12
3 40 11
4 40 11
5 39 11
Lintasan 2 Sample Lebar pengolahan
(cm)
Kedalaman Pengolahan (cm)
1 39 11.5
2 42 11.5
3 40 11.5
4 43 10.8
Lampiran 14 Hasil pengukuran slip roda traktor Ulangan Jarak 5 putaran roda
teoritis (cm)
Jarak 5 putaran roda aktual (cm)
Slip/sliding (%)
1 917 951 -3.58%
2 917 958 -4.28%
3 917 948 -3.27%
4 917 980 -6.43%
5 917 955 -3.98%
6 917 959 -4.38%
7 917 960 -4.48%
8 917 970 -5.46%
9 917 975 -5.95%
10 917 968 -5.27%
