Desain Dan Kinerja Sistem Pneumatik Untuk Penabur Pupuk Tanaman Sawit Muda

DESAIN DAN KINERJA SISTEM PNEUMATIK UNTUK
PENABUR PUPUK TANAMAN SAWIT MUDA

MUQOROB TAJALLI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Desain dan Kinerja
Sistem Pneumatik Untuk Penabur Tanaman Sawit Muda benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2016

Muqorob Tajalli
NIM F151120101

RINGKASAN
MUQOROB TAJALLI. Desain dan Kinerja Sistem Pneumatik Untuk Penabur
Pupuk Tanaman Sawit Muda. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN dan
RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Pemupukan tanaman kelapa sawit, pada umumnya dilakukan dengan
menaburkan pupuk pada pinggiran pokok tanaman sawit secara manual atau
menggunakan power spreader. Pemupukan manual tidak dapat menghasilkan
aplikasi pupuk yang seragam sesuai dosis yang dikehendaki, serta membutuhkan
tenaga kerja yang banyak. Penggunaan power spreader ternyata belum mampu
menaburkan pupuk secara efektif pada permukaan tanah sekitar pokok tanaman
sawit muda (tanaman belum menghasilkan) (TBM) tanpa mengganggu daun
tanaman. Mesin pemupuk kelapa sawit yang biasa disebut dengan mesin penebar
pupuk (power spreader) merupakan salah satu mesin pemupuk yang banyak
digunakan di beberapa perkebunan kelapa sawit. Taburan pupuk, dari power
spreader yang digunakan sekarang ini, akan terhalangi oleh pelepah dan daun
tanaman sawit yang menutupi permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit,
bahkan bisa tertumpuk di sela-sela ketiak pelepah sawit.

Oleh karena itu, perlu dikembangkan sebuah mesin aplikator pupuk yang
mampu menaburkan pupuk pada permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit
muda. Salah satu konsep yang bisa diajukan adalah dengan menggunakan
mekanisme pengangkat pelepah sawit dan mekanisme penabur pupuk dengan
hembusan (pneumatik) yang terarah. Tujuan penelitian ini adalah mendesain
sistem pneumatik untuk penabur pupuk NPK untuk kelapa sawit muda (TBM) dan
menguji kinerjanya.
Analisis dan desain sistem pneumatik untuk penabur pupuk dilakukan
melalui pendekatan desain fungsional dan desain struktural. Aliran pupuk dari
kotak penjatah sampai ke diffuser dianalilis dan disimulasikan menggunakan
metode Computational Fluid Dynamic (CFD). Mesin penabur pupuk ini didesain
dengan kriteria: 1) dapat mengaplikasikan pupuk NPK dengan dosis 0.25, 0.75,
1.0, 1.25, dan 1.5 kg/tanaman, 2) kecepatan maju mesin 0.55 dan 1.7 m/s, 3)
pupuk ditaburkan di sekitar tanaman sawit dalam radius 1.5 m, 4) tenaga putar
dari sistem pneumatik menggunakan putaran power take off (PTO) traktor.
Perancangan sistem pneumatik pada mesin pemupuk TBM harus mampu
menghembuskan pupuk yang dijatahkan sehingga sampai pada target di sekitar
tanaman yang dipupuk. Dari hasil analisis desain, dibuat gambar kerjanya,
kemudian dibuat satu prototipe mesin dan diuji coba. Konstruksi utama mesin
terdiri dari: 1) hopper pupuk, 2) auger penjatah pupuk), 3) motor DC penggerak

auger penjatah pupuk, 4) blower penghembus, dan 5) diffuser. Dengan
mengunakan sistem ini, pupuk dari hopper dijatah oleh auger, dan kemudian
dihembuskan oleh alira udara dari blower ke diffuser.
Berdasarkan analisis kehilangan tekanan, sistem pneumatik ini
membutuhkan daya 0.71 kW pada putaran blower 3000 rpm yang menghasilkan
aliran udara sebesar ±0.3375 m3/s. Prototipe sistem pneumatik pada mesin
pemupuk dapat menebarkan pupuk di sekitar pokok tanaman sawit. Dosis pupuk
yang dihembuskan oleh mesin sudah sesuai dengan yang dosis yang di-set. Jarak

optimum jatuhnya pupuk dari diffuser adalah 1 m. Mesin pemupuk dapat
dioperasikan pada kecepatan maju 0.55 m/s dan 1.7 m/s.
Kata kunci: Penabur pupuk, sistem pneumatik, blower, kelapa sawit muda

SUMMARY
MUQOROB TAJALLI. Design and Performance of Pneumatic System for Young
Oil Palm Fertilizer Spreader. Supervised by WAWAN HERMAWAN and
RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Fertilizer application on oil palm plants, are generally done manually by
spreading the fertilizer on the outskirts of the plants or using a power spreader.
Manually spreading can’t produce a uniform application of fertilizers according to

the desired dosage, and it requires a lot of labor. The use of power spreader is not
able to effectively spread the fertilizer on the soil surface around the trees of
young oil palm without disturbing leaves. The fertilizer spreading of the power
spreader, hindered by palm fronds and leaves of young oil palm plants that cover
the surface of the soil around the trees, even the fertilizer can be stacked on the
sidelines armpit palm midrib.
Therefore, it is necessary to develop a fertilizer applicator machine that is
capable to spread fertilizer on the soil surface around the trees of young oil palm.
One concept that could be raised is by using a lifting mechanism of palm fronds
and the mechanism of fertilizer spreading using a pneumatic system which
directed the fertilizer to the targeted area. The objective of this study was to
design a pneumatic system for NPK fertilizer spreader for the young oil palm and
test its performance.
Analysis and design of pneumatic system was done through a functional
design and structural design. The flow of fertilizer from the metering box to the
diffuser was analyzed and simulated using a computation fluid dynamic (CFD)
method. The fertilizer spreader was designed with the following criteria: 1) be
able to apply NPK fertilizer with a dose of 0.25, 0.75, 1.0, 1.25, and 1.5 kg/plant,
2) the forward speed of the machine is 0.55 and 1.7 m / s, 3) fertilizer should be
spread around the palm trees within a radius of 1.5 m, 4) the blower of the

pneumatic systems is rotated by the power take off (PTO) of the tractor. The
pneumatic system of the spreader should be able to blow the metered fertilizer, so
as to target around palm plants. As the result of the design analysis, an
engineering drawing of the machine was drafted, and then a prototype of the
spreader was manufactured and tested. The machine consists of two units of
spreader that can spread the fertilizer toward the left or right side of the machine.
The main construction of the unit consists of: 1) a fertilizer hoper, 2) a metering
auger, 3) a DC motor to drive the auger, 4) a blower, and 5) a diffuser. Using the
system, the fertilizer from the hopper was metered by the auger, and then exhaled
by the blast of air from the blower to the diffuser.
Based on the analysis of the pressure loss, the pneumatic system requires
power of 0.71 kW at 3000 rpm of blower rotation, and generates air flow of ±
0.3375 m3/s. The prototype of the pneumatic system on the machine could spread
the fertilizer around the palm trees. Fertilizer could be applied by the machine in
conformity with the dosage set. The optimum distance of the fall fertilizer was 1
m. The spreader could be operated at a forward speed of 0.55 and 1.7 m/s.
Keywords: fertilizer spreader, pneumatic systems, blower, young oil palm

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

DESAIN DAN KINERJA SISTEM PNEUMATIK UNTUK
PENABUR PUPUK TANAMAN SAWIT MUDA

MUQOROB TAJALLI

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

Penguji pada Ujian Tesis: Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian ini ialah desain, dengan judul “Desain dan Kinerja Sistem
Pneumatik untuk Penabur Pupuk Tanaman Sawit Muda”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Wawan Hermawan, MS
dan Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, M Agr selaku komisi pembimbing yang
telah banyak memberi arahan dan bimbingan. Di samping itu, terima kasih penulis
sampaikan kepada PT Astra Agro Lestari, Tbk yang telah memberikan bantuan
dana penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu,
Haning serta teman-teman TMP 2012 atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga penelitian yang akan dilaksanakan dapat berjalan dengan lancar dan
hasil yang didapatkan dari penelitian ini dapat bermanfaat bagi kita semua

Bogor, Januari 2016
Muqorob Tajalli

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vii

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian

8
8
2

TINJAUAN PUSTAKA
Jenis-Jenis Pupuk Kelapa Sawit
Konveyor Pneumatik
Power Take Off (PTO) Traktor

2
2
4
4

METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Alat dan Bahan
Tahapan Penelitian

5
5
5
5

PENDEKATAN DESAIN
Desain Fungsional
Desain Struktural
Metode Pengujian Kinerja

13
13
14
15

HASIL DAN PEMBAHASAN
Simulasi Mekanik Rangka Bawah dan Sistem Transmisi
Simulasi Aliran Udara Bertekanan dan Aliran Pupuk Dalam Sistem
Pneumatik
Sistem Pneumatik pada Prototipe Mesin Pemupuk dan Kinerjanya

15
15

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

27
27
27

DAFTAR PUSTAKA

28

LAMPIRAN

29

RIWAYAT HIDUP

45

18
21

DAFTAR TABEL
1 Standar dosis pemupukan*
3
2 Jenis pupuk yang digunakan di kebun PT Sari Aditya Loka I tahun 2009 3
3 Karakteristik pupuk
9
4 Karakteristik mesin pemupuk yang dikembangkan
11
5 Hasil analisis desain fungsional
13

DAFTAR GAMBAR
1 Power spreader
2
2 Pelepah daun pada TBM
2
3 Power Take Off (PTO) traktor (Srivastava et al. 1993)
5
4 Bagan alir tahapan penelitian
6
5 Kondisi lahan pada TBM 1
7
6 Kondisi lahan pada TBM 2
7
7 Kondisi lahan pada TBM 3
8
8 Kontur teras pada lahan TBM
8
9 (a) Pemupukan menggunakan spreader yang dipasang pada crawler Canycom,
(b) spreader yang dipasangkan (ditarik) traktor roda-4
9
10 (a) Kegiatan pemupukan manual, (b) taburan pupuk di permukaan lahan
10
11 Konsep penebar pupuk (Srivastava et al. 1993)
10
12 Bagian-bagian mesin pemupuk
14
13 Skema pengukuran sebaran pemupukan
15
14 Simulasi beban pada rangka bawah
16
15 Simulasi defleksi pada rangka bawah
17
16 Simulasi beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk pertama
17
17 Simulasi beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk kedua
18
18 Titik pengukuran kecepatan udara
19
19 Simulasi kecepatan aliran udara di kotak pencampur sampai diffuser
20
20 Simulasi kecepatan aliran pupuk di kotak pencampur sampai diffuser
20
21 Sistem pneumatik mesin pemupuk
21
22 Grafik hasil pengujian dosis pupuk (a) statis (b) dinamis
22
23 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 22
24 Sebaran pupuk dosis 0.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s
22
25 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 23
26 Sebaran pupuk dosis 1 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s
23
27 Sebaran pupuk dosis 1.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s 23
28 Sebaran pupuk dosis 1.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55 m/s
24
29 Pengujian sebaran pupuk di lapang
25
30 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
25
31 Sebaran pupuk dosis 0.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
26
32 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
26
33 Sebaran pupuk dosis 1 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
26
34 Sebaran pupuk dosis 1.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s
27

35 Sebaran pupuk dosis 1.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7 m/s

27

DAFTAR LAMPIRAN
1 Sebaran pupuk (gram) pada kecepatan maju mesin 0.55 m/s
2 Sebaran pupuk (gram) pada kecepatan maju mesin 1.7 m/s
3 Perhitungan kebutuhan daya blower
4 Gambar isometri mesin pemupuk
5 Gambar piktorial mesin pemupuk
6 Gambar bagian-bagian mesin pemupuk
7 Gambar bagian-bagian rangka bawah
8 Gambar piktorial rangka bawah
9 Gambar piktorial tiga titik gandeng
10 Gambar bagian-bagian sistem pneumatik
11 Gambar piktorial sistem pneumatik
12 Gambar bagian-bagian sistem transmisi
13 Gambar piktorial sistem transmisi

29
31
33
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri kelapa sawit merupakan komoditas penting dalam pembangunan
ekonomi nasional. Selain sebagai penampung tenaga kerja yang besar, industri
kelapa sawit menyumbang sebagian besar devisa negara. Indonesia merupakan
salah satu produsen utama minyak sawit dunia. Hal ini terlihat dari total luas lahan
perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2014 sebesar 10465020 ha (BPS
2016) yang mencapai 34.18% dari total luas lahan perkebunan kelapa sawit dunia.
Pencapaian produksi rata-rata kelapa sawit Indonesia tahun 2004-2008 tercatat
sebesar 75.54 juta ton tandan buah segar (TBS) atau 40.26% dari total produksi
kelapa sawit dunia (Fauzi et al. 2012).
Produktivitas yang telah dicapai oleh perkebunan sawit di Indonesia saat ini
harus ditingkatkan dan dipertahankan dengan suatu pengelolaan yang baik seperti
kegiatan pemeliharaan tanaman kelapa sawit. Salah satu kegiatan dalam
pemeliharaan yang memerlukan pengelolaan lebih lanjut adalah kegiatan
pemupukan. Pemupukan merupakan suatu upaya untuk menyediakan unsur hara
yang cukup guna mendorong pertumbuhan vegetatif tanaman. Permasalahan yang
sering terjadi di perkebunan kelapa sawit dalam kegiatan pemupukan adalah
ketidaksesuaian dosis aplikasi dengan rekomendasi, waktu dan cara aplikasi, dan
faktor pendukung yang lain tidak terkondisikan (Ridawati 2002). Pemupukan
dapat dilakukan dengan dua cara antara lain pemupukan manual dan pemupukan
secara mekanis dengan power spreader.
Pemupukan manual menghasilkan aplikasi pupuk yang beragam dan
membutuhkan tenaga kerja yang banyak. Hal ini merupakan masalah yang terjadi
setiap tahun. Pemupukan manual yang pernah dilakukan tidak mampu mencapai
suatu hasil yang maksimal sehingga masih terdapat kekurangan yang harus
diperbaiki seperti aplikasi pemupukan harus benar dan tepat sasaran, pengawasan
pekerjaan pemupukan harus intensif dan efektif, serta kualitas pemupukan harus
mencapai mutu hasil yang lebih baik.
Mesin pemupuk kelapa sawit yang biasa disebut dengan mesin penebar
pupuk (power spreader) (Cunningham dan Chao 1967) (Gambar 1) merupakan
salah satu mesin pemupuk yang banyak digunakan di beberapa perkebunan kelapa
sawit. Namun demikian belum ada mesin pemupuk yang khusus dirancang untuk
kelapa sawit muda atau tanaman belum menghasilkan (TBM) (Gambar 2) karena
power spreader yang ada sekarang belum bisa menaburkan pupuk di permukaan
tanah di sekitar tanaman (piringan pokok). Kalaupun dipaksakan maka pupuk
berhamburan dan jatuh bertabrakan dengan pelepah daun. Pelepah daun pada
TBM masih rendah dan menutupi daerah piringan. Bahkan pupuk juga akan
masuk ke dalam sela-sela ketiak pelepah.
Sistem pneumatik telah digunakan untuk pemupukan padi yang dirancang
Kim et al. (2008) dan Gunawan et al. (2013). Selain itu juga sistem ini digunakan
untuk menabur pakan ikan yang dirancang oleh Aas et al. (2011). Sistem ini
memiliki keunggulan dapat mengarahkan taburan pupuk yang berbentuk granul ke
target yang dikehendaki.

2
Oleh karena itu, perlu dikembangkan sebuah mesin aplikator pupuk yang
mampu menaburkan pupuk pada permukaan tanah sekitar pokok tanaman sawit
muda. Salah satu konsep yang bisa diajukan adalah dengan menggunakan
mekanisme pengangkat pelepah sawit dan mekanisme penabur pupuk dengan
hembusan (pneumatik) yang terarah.

Gambar 1 Power spreader

Gambar 2 Pelepah daun pada TBM
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendesain sistem pneumatik untuk penabur
pupuk NPK untuk kelapa sawit muda (TBM) dan menguji kinerjanya.

TINJAUAN PUSTAKA
Jenis-Jenis Pupuk Kelapa Sawit
Standar dosis pemupukan tanaman belum menghasilkan (TBM) pada lahan
mineral yang diterapkan oleh PT Eka Dura Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.

3
Jenis pupuk yang digunakan di kebun PT Sari Aditya Loka I (anak
perusahaan Astra Agro Lestari) pada tahun 2009 dapat dilihat pada Tabel 1. Dosis
pupuk yang diaplikasikan untuk Tanaman Menghasilkan (TM) tergantung dari
rekomendasi yang telah dibuat oleh Bagian Research and Development untuk tiap
block. Dosis pupuk yang diaplikasikan di kebun PT Sari Aditya Loka I untuk
Semester I tahun 2009 meliputi pupuk Urea dengan dosis 1 kg/pohon, 1.25
kg/pohon, 1.5 kg/pohon, dan 2 kg/pohon, pupuk RP (Rock Phospate) dengan
dosis 0.75 kg/pohon, 1 kg/pohon, 1.25 kg/pohon dan 1.5 kg/pohon, pupuk MOP
(Moriate Of Potash) dengan dosis 1 kg/pohon, 1.25 kg/pohon dan 1.5 kg/pohon,
pupuk Dolomite dan Kaptan dengan dosis 0.5 kg/pohon, 0.75 kg/pohon, dan 1
kg/pohon, serta pupuk Kieserite dengan dosis 2 kg/pohon. Aplikasi pemupukan
dilakukan dengan cara disebar merata di sekeliling piringan dengan jarak 1 – 1.5
m dari pohon kelapa sawit (Febriana 2009).
Tabel 1 Standar dosis pemupukan*
Bulan
Pupuk lubang
1
TBM1
4
7
10
ST
14
TBM2
18
22
ST
26
TBM3
30
34
ST

Urea

MOP

RP

Kieserite

Dolomite

Borat

NPK
12.12.17.2

500
250
350
500
1100

300
500

300

400
500
900

450
550
1000

500
500

400
400

1000

500

500

400

1000

500

500

400

20
30
40
70
160
50
150
200
100
100
200

550
700
750
2000
1000
1000
1000
3000
1500
1500
2000
5000

*Satuan dalam (gram/tanaman)
Sumber : PT Eka Dura Indonesia 2013

Tabel 2 Jenis pupuk yang digunakan di kebun PT Sari Aditya Loka I tahun
2009
Unsur Hara

Jenis Pupuk

Nitrogen (N)

NPK 41-4-1
NPK 15-9-21
Rock Phospate (RP)
Moriate Of Potash (MOP)
Dolomite
Kieserite
Kapur Pertanian

Fosfor (P)
Kalium (K)
Magnesium (Mg)
Kalsium (Ca)

Kandungan
Unsur
%
N-P2O5-K2O
41-4-1
N-P2O5-K2O
15-9-21
P 2 O5
28
K2O
60
MgO, CaO
20-24, 30
MgO
27
CaCO3, CaO
95, 45

4
Konveyor Pneumatik
Konveyor pneumatik memindahkan bahan dengan memberikan energi
kinetik dari udara yang bergerak ke partikel di saluran. Konveyor pneumatik
sangat fleksibel dalam memindahkan materi ke tempat-tempat yang sulit
dijangkau oleh konveyor mekanis lainnya. Namun, konveyor pneumatik
membutuhkan daya spesifik relatif lebih tinggi dibandingkan dengan screw
conveyors.
Desain sistem pneumatik melibatkan perpindahan kecepatan udara,
perpindahan volume udara, total penurunan tekanan dan kebutuhan daya untuk
blower. Kecepatan udara tergantung pada ukuran, bentuk, dan kepadatan partikel
yang ingin dipindahkan. Volume udara tergantung pada laju aliran massa yang
diinginkan. Penurunan tekanan dalam sistem konveyor adalah jumlah banyak hal
seperti yang diberikan oleh persamaan berikut:
(1)
Di mana:
ΔP = total pressure drop sistem (kPa)
ΔPL = kehilanagan tekanan di saluran akibat udara (kPa)
ΔPa = pressure drop akibat percepatan partikel (kPa)
ΔPs = pressure drop akibat gesekan padatan (kPa)
ΔPg = pressure drop akibat pengangkatan vertikal (kPa)
ΔPb = pressure drop di belokkan (Pa)
Daya blower yang dibutuhkan tergantung pada kecepatan aliran udara
volumetrik dan total pressure drop sistem. Daya yang dibutuhkan boleh dihitung
dari persamaan berikut dari udara standar.
(2)
Di mana:
P = daya blower (W)
Q = kecepatan aliran volumetrik udara (m3/s)
ηb = efisiensi blower (0.5-0.7)
Power Take Off (PTO) Traktor
Power take off (PTO) adalah sumber tenaga yang disediakan oleh traktor
yang bersifat tenaga putar untuk mentransmisikan daya dari traktor kepada mesin
yang akan digandengkan dengan traktor. Biasanya PTO letaknya di belakang
traktor seperti yang pada Gambar 3 (Srivastava 1996).
PTO berbentuk poros yang berputar dengan dimensi yang sudah
distandarkan oleh American Society Agricultural Engineering (ASAE) pada tahun
1926. Untuk ukuran poros yang berdiameter 35 mm mempunyai putaran 540 rpm
dan 1000 rpm. Untuk putaran 540 rpm biasanya traktor yang digunakan
mempunyai daya 65 kW atau lebih. Sedangkan untuk putaran 1000 rpm daya yang
tersedia pada traktor 45 kW sampai 120 kW.

5

Gambar 3 Power Take Off (PTO) traktor (Srivastava et al. 1993)

METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari 2014 sampai Februari 2015.
Pembuatan prototipe dilaksanakan di bengkel Fadhel Teknik dan bengkel
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Pengujian
mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan konstruksi
mesin untuk pembuatan mesin dan bahan untuk pengujian berupa pupuk NPK
15.15.15. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat yang
dipergunakan untuk desain, pembuatan prototipe dan pengujian kinerja. Untuk
mendukung analisis desain digunakan perangkat lunak SolidWorks 2011
khususnya untuk simulasi mekanik rangka dan sistem transmisi, simulasi aliran
udara dan aliran pupuk dalam sistem pneumatiknya. Untuk pengukuran distribusi
dan laju aplikasi pupuk digunakan peralatan: karpet berpola, meteran, timbangan
digital, tachometer digital DT-1236, anemometer Kanomax A541 dan kamera
digital.
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian yang dilakukan secara umum terdiri dari: 1) identifikasi
masalah, 2) perumusan ide desain, 3) evaluasi konsep desain, 4) analisis desain, 5)
pembuatan prototipe, dan 6) uji kinerja mesin (Gambar 4).

6

Gambar 4 Bagan alir tahapan penelitian
Identifikasi masalah
Pada tahap ini berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan akan
dikumpulkan dan diinventarisasi. Data lapangan yang dikumpulkan berupa kajian
karakteristik pupuk dan sistem pemupukan yang digunakan oleh pengguna (di
lokasi), kajian kondisi lahan dan tanah untuk aplikasi pupuk dan kajian sumber
tenaga tarik (traktor) yang tersedia di lokasi dan dapat digunakan untuk menarik
unit pemupuk.
Kondisi lahan pada sawit tanaman belum menghasilkan tahun pertama
(TBM 1) sebagaian besar permukaan tanahnya tertutupi dengan tanaman kacangkacangan (cover crop). Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5. Pada lahan sawit
tanaman belum menghasilkan tahun kedua (TBM 2) ada sebagian alur yang sudah
bersih dari cover crop (Gambar 6). Pada TBM 3 juga sebagian alur sudah bersih
dari cover crop (Gambar 7).

7

Gambar 5 Kondisi lahan pada TBM 1

Gambar 6 Kondisi lahan pada TBM 2

8

Gambar 7 Kondisi lahan pada TBM 3
Sebagian dari kebun kelapa sawit milik PT Astra Agro Lestari, seperti di PT
Ekadura Indonesia, berlereng dan ditanami kelapa sawit (Gambar 8). Pokok
tanaman sawit berada dekat dengan dinding teras sehingga terdapat celah sekitar
250-340 cm untuk nanti dilewati oleh mesin pemupuk.

Gambar 8 Kontur teras pada lahan TBM

9
Sebagian besar lahan TBM dipupuk dengan pupuk NPK dan MOP yang
ditaburkan secara manual. Berdasarkan hasil survei di kebun sawit dan diskusi
dengan pihak kebun, kondisi pemupukan dan sistem pemupukan yang
diimplementasikan sementara ini adalah sebagai berikut.
1. Pupuk NPK (utama), MOP, dan lain-lain ditaburkan di permukaan tanah.
2. Dosis pemupukan sesuai kebutuhan tanaman, pada range 0.25-1.5 kg/tanaman.
3. Pemupukan dilakukan secara manual.
4. Mesin pemupuk: Canycom S25A+ spreader, dan Traktor MF 440 + spreader
(Gambar 9).
Karakteristik fisik dari pupuk NPK dan MOP dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik pupuk
Pupuk
NPK
MOP

Bulk density
(g/cm3)
1.26
1.06

Sudut curah
(derajat)
28.74
29.99

PT Eka Dura Indonesia telah memiliki peralatan dan mesin yang cukup
lengkap untuk melaksanakan mekanisasi budidaya sawit terutama dalam
pemupukan dan pengangkutan hasil penennya. Dalam budidaya sawit telah
tersedia beberapa unit traktor roda empat, dan beberapa unit power spreader
untuk aplikasi pupuk di daerah yang relatif datar.
Spreader pupuk yang dimiliki dipasangkan atau ditarik oleh traktor roda 4
(traktor MF) dan ada juga yang dipasangkan pada crawler tractor type seperti
ditunjukkan pada Gambar 9.

(a)
(b)
Gambar 9 (a) Pemupukan menggunakan spreader yang dipasang pada
crawler Canycom, (b) spreader yang dipasangkan (ditarik) traktor roda-4
Kapasitas lapangan pemupukan menggunakan Canycom+spreader sekitar
4.3 ha/jam. Kapasitas lapangan pemupukan dengan MF-440 lebih tinggi, yaitu 40
– 60 ha/7jam (5.7 – 8.6 ha/jam). Mobilisasi Canycom di lapangan menggunakan
truk. Di PT KTU, setiap rayon masing-masing memiliki mesin spreader 1 unit.
Adapun masalah yang dihadapi dengan kondisi tersebut antara lain:
1. Pemupukan di daerah lereng tidak dapat dilakukan secara mekanis dengan
spreader yang dimiliki.

10
2. Aplikasi secara manual (Gambar 10) tidak terjamin efektivitasnya.

(a)
(b)
Gambar 10 (a) Kegiatan pemupukan manual, (b) taburan pupuk di
permukaan lahan
Perumusan dan Penyempurnaan Ide
Pada tahap ini dilakukan analisis permasalahan yang kemudian
mengumpulkan ide-ide pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai
aspek seperti kondisi lapangan dan karakteristik dari bahan pupuk yang digunakan
dan ketersediaan tenaga penggerak (traktor roda empat). Selanjutnya setelah
dilakukan perumusan, pada tahap ini dihasilkan beberapa konsep rancangan
fungsional maupun struktural dari mesin penebar pupuk yang potensial untuk
dikembangkan yang dilengkapi dengan gambar sketsa, prasyarat dan sistem yang
mendukung efektifitas operasional mesin dilapangan.
Konsep-konsep tersebut menyangkut model dan konstruksi dari bagianbagian utama mesin, yaitu:
1) unit penebar dan sistem penebar pupuknya
2) mekanisme penggerak penebar untuk pemupuk
Sistem pneumatik yang digunakan pada mesin pemupuk ini adalah sistem
pneumatik positif (Srivastava et al. 1993). Konsep penebar pada unit penebar
pupuk disajikan pada Gambar 11.

Gambar 11 Konsep penebar pupuk (Srivastava et al. 1993)

11
Spesifikasi Mesin
Pada kesempatan kerjasama penelitian ini, mesin pemupuk kelapa sawit
yang akan dikembangkan adalah untuk pemupukan tanaman kelapa sawit yang
ditebar di bawah tajuk sekitar pokok, dengan lintasan yang sempit. Dengan
mempertimbangkan kondisi lahan dan tanaman sawit yang akan diaplikasi, serta
dengan memasukkan hasil diskusi dengan pengguna, maka mesin yang akan
dikembangkan memiliki karakteristik sebagai berikut (Tabel 4).
Tabel 4 Karakteristik mesin pemupuk yang dikembangkan
No

Komponen/
Kondisi

Karakteristik

1

Penempatan
 Pemupukan di atas tanah dan di bawah tajuk, dengan jarak 1.5 m
pupuk di bawah
sebelum dan sesudah pokok. Penempatan pupuk pada alur yang
tajuk
terputus-putus.

2

Membawa
pupuk

 Mampu membawa pupuk yang dibutuhkan (ditempatkan pada
hopper pupuk) sejumlah yang diperlukan (minimum untuk dua row
tanaman, agar pengisian ulang dilakukan di satu sisi saja).
 Jenis pupuk butiran yang biasa digunakan di lokasi.

3

Pengoperasian

 Dioperasikan melintasi jalur garis kontur penananaman sawit di
lereng, dengan syarat dapat dilewati dengan aman oleh crawler.
 Implemen mesin pemupuk bukan unit terpisah yang ditarik
(trailing).

4

Konstruksi
utama

 Hopper pupuk; unit penjatah dan penebar pupuk; sistem transmisi
daya, rangka dan bagian pendukungnya.

5

Tenaga tarik
(disediakan atau
diadakan oleh
PT AAL)

 Bertenaga tarik crawler atau traktor roda empat.
 Traktor penarik perlu memiliki PTO (power take off untuk
menggerakkan metering device.
 Traktor penarik memiliki kelengkapan three point linkage atau
sistem hidrolik untuk mengangkat dan menurunkan unit mesin
pemupuknya,

Batasan Desain
Batasan desain yang lainnya yang dibutuhkan oleh pengguna adalah sebagai
berikut.
1. Mesin mampu dioperasikan di lintasan sempit pada lebar 250-340 cm di tepi
barisan tanaman sawit pada garis kontur penanaman di lereng (Gambar 8).
2. Mesin berbasis minicrawler sekelas canycom S160 dengan kemudi di depan.
3. Digunakan untuk pemupukan tanaman sawit TBM di lahan teras dan datar.
4. Pupuk disebarkan di bawah tajuk pohon dengan bantuan pneumatik
5. Sumber tenaga putar menggunakan PTO untuk traktor roda empat dan crawler.
6. Jenis pupuk dan dosis pemupukan diatur dari putaran auger
7. Mesin mampu mengaplikasi pupuk NPK granular dan MOP.

12
8. Aplikasi pemupukan dengan mesin bisa dilakukan di barisan kiri kanan (bisa
bolak–balik), bisa menggunakan mekanisme yang sama (kembar) di kiri dan
kanan.
9. Pemupukan hanya dalam satu barisan tanam pada alur kontur penanaman
sawit tersebut.
10. Operasi mesin relatif singkat dan tidak banyak pengaturan, serta mudah
dikendalikan oleh operator.
11. Mesin cukup kuat dan bagian yang bersentuhan dengan pupuk harus tahan
korosi.
Analisis Teknik dan Simulasi
Untuk mendapatkan desain yang optimum, telah dilakukan analisis desain
dan simulasi yang meliputi:
1. Analisis kebutuhan daya untuk blower penebar pupuk.
2. Simulasi mekanik rangka mesin dan sistem transmisi
3. Simulasi aliran udara dan aliran pupuk pada sistem pneumatik.
Simulasi mekanik dilakukan pada bagian-bagian mesin pemupuk yang
diberi beban mekanik. Bagian tersebut disimulasikan dengan asumsi pemberian
beban seperti pada keadaan sebenarnya. Bagian mesin pemupuk yang
disimulasikan antara lain rangka bawah dan dua rangkaian puli-sabuk. Simulasi
perlu dilakukan sebelum proses pembuatan karena bagian tersebut merupakan
bagian yang penting dan mendapat beban mekanik cukup besar. Evaluasi meliputi
pemilihan bahan dan sebaran beban mekanik pada komponen agar dapat bekerja
sesuai fungsi yang diharapkan.
Untuk mengetahui kondisi aliran pupuk pada sistem pneumatik, dilakukan
simulasi menggunakan aplikasi CFD (Computational Fluids Dynamics) pada
perangkat lunak SolidWorks 2011. Bagian yang disimulasikan adalah bagian
kotak pencampur pupuk dan udara yang terletak di bagian bawah hopper. Bagian
ini berfungsi untuk mencampur pupuk dengan aliran udara. Dengan ini butiranbutiran pupuk dihembuskan oleh aliran udara menuju ke diffuser yang selanjutnya
dihembuskan ke permukaan lahan. Simulasi dilakukan karena pola pergerakan
pupuk di dalam saluran sulit untuk diamati.
SolidWorks Flow Simulation menggunakan persamaan Navier-Stokes yaitu
hukum yang mengacu pada kekekalan massa, momentum dan konservasi energi
sebagai dasar analisis fluidanya. Persamaan ini dilengkapi dengan persamaan fluid
state yang mendefinisikan sifat alamiah dari suatu fluida, yang tergantung secara
empiris pada densitas, viskositas dan konduktivitas termal pada temperature
tertentu (Sakti 2013).
(3)
Gambar Teknik
Rancangan struktural yang telah dipilih kemudian disempurnakan dengan
analisis teknik dan divisualisasikan dalam bentuk gambar agar mempermudah
dalam proses komunikasi dalam kegiatan manufakturing rancangan tersebut.
Gambar teknik disajikan dalam bentuk 2D atau 3D menggunakan perangkat lunak
SolidWorks 2011 (Lampiran 4-13).

13
Pengujian Fungsional
Pengujian fungsional dilakukan pada prototipe mesin untuk mengetahui dan
memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik.
Pengujian Mesin di Lapangan
Selama aplikasi mesin, dilakukan pengukuran kinerja mesin dilapangan
meliputi:
1) pengujian sebaran pupuk di piringan tanaman, dan
2) pengukuran akurasi pengeluaran pupuk.

PENDEKATAN DESAIN
Desain Fungsional
Mesin penabur pupuk ini didesain dengan kriteria: 1) dapat mengaplikasikan
pupuk NPK dengan dosis 0.25, 0.75, 1.0, 1.25, dan 1.5 kg/tanaman, 2) kecepatan
maju mesin 0.55 dan 1.7 m/s, 3) pupuk ditaburkan di sekitar tanaman sawit dalam
radius 1.5 m, 4) tenaga putar dari sistem pneumatik menggunakan putaran power
take off (PTO) traktor. Perancangan sistem pneumatik pada mesin pemupuk TBM
harus mampu menghembuskan pupuk yang dijatahkan sehingga sampai pada
target di sekitar tanaman yang dipupuk. Perbedaan dosis pemupukan tanaman
sawit TBM disesuaikan dengan keperluan pupuk sesuai umur tanam dari kelapa
sawit tersebut.
Berdasarkan kriteria desain di atas, maka fungsi utama dari sistem
pneumatik yang dikembangkan adalah menghembuskan pupuk granular NPK
untuk tanaman sawit TBM yang ditanam pada sengkedan secara efektif dengan
dosis bervariasi. Selanjutnya dirancanglah sub-fungsi dari mesin, dan dipilih
komponennya, yang hasilnya seperti disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5 Hasil analisis desain fungsional
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Sub-fungsi
Menampung pupuk
Mengatur dosis keluaran pupuk
Memutar metering device sesuai dosis
Mereduksi putaran motor listrik
Mengontrol kecepatan putar dan lama
penyalaan motor listrik
Menghembuskan pupuk keluar
Menyalurkan udara dan mengarahkan aliran
pupuk
Menyebarkan pupuk ke lahan
Mentransmisikan daya ke blower
Menopang mesin
Simulasi aliran udara dari kotak pencampur
sampai diffuser
Simulasi aliran pupuk dari kotak
pencampur sampai diffuser

Komponen
Hopper
Metering device
Motor listrik DC
Gearhead
Sistem kendali
Blower
Pipa PVC dan kotak
pencampur
Diffuser
Sabuk, puli dan poros
Rangka
CFD SolidWorks 2011
CFD SolidWorks 2011

14
Desain Struktural
Desain keseluruhan mesin terdiri dari bagian rangka (Lampiran 7,8 dan 9),
hopper pupuk, metering device pupuk, sistem penumatik (Lampiran 10 dan 11),
sistem transmisi daya (Lampiran 12 dan 13) dan sistem kendali. Bagian mesin
berupa hopper dan metering device telah dirancang oleh Irfansyah (2015). Bagianbagian mesin pemupuk ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12 Bagian-bagian mesin pemupuk
Dengan kecepatan maju mesin 0.55 m/s dan 1.7 m/s, dan jarak penaburan
pupuk per tanaman 3 m (1.5 m sebelum dan sesudah melewati tanaman), maka
waktu pengeluran pupuk per tanaman adalah 6 detik dan 2.8 detik masing-masing
untuk kecepatan 0.55 m/s dan 1.7 m/s. Dengan menggunakan dosis tertinggi yaitu
1.5 kg/tanaman, maka debit pupuk yang harus dihembuskan adalah 0.23 kg/s dan
0.54 kg/s masing-masing untuk kecepatan 0.55 m/s dan 1.7 m/s. Untuk desain
mesin dengan kecepatan maju 0.55 m/s, di mana debit pupuknya sebesar 0.23
kg/s maka dapat dihitung penurunan tekanan sebagai berikut. Data yang
digunakan dalam perhitungan adalah: panjang total pipa lurus yang dibutuhkan
1.6 m, diameter pipa yang digunakan 0.0508 m, jumlah belokan 90 o satu buah,
cabang-T satu buah dan bulk density pupuk NPK adalah 1260 kg/m3. Dengan
kecepatan pneumatik yang direkomendasikan sebesar 38 m/s (Srivastava et al.
1993) (Lampiran 3), maka penurunan tekanan dalam sistem pneumatik
berdasarkan persamaan (1) adalah:
(4)
Selanjutnya daya blower yang dibutuhkan tergantung pada kecepatan aliran
udara volumetrik dan total pressure drop sistem. Daya yang dibutuhkan dihitung
dengan persamaan (5) dari udara standar.
(5)
Jadi, PTO dari traktor (crawler type tractor) harus memiliki daya yang lebih
besar dari 0.71 kW untuk memutar blower.

15
Metode Pengujian Kinerja
Sebelum dilakukan pengujian kinerja mesin, dilakukan pengamatan untuk
mengetahui dan memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Sistem
pneumatik dipasangkan dengan kelengkapan mesin pemupuk yang lainnya, lalu
dipasang di atas traktor. Pengujian kinerja mesin dilakukan di lahan datar dengan
perlakuan kecepatan maju 0.55 dan 1.7 m/s. Variasi dosis pemupukan yang akan
diuji adalah 0.25, 0.75, 1.0, 1.25 dan 1.5 kg/tanaman. Untuk mengukur sebaran
pupuk di permukaan yang ditargetkan, maka dipasang lapisan karpet di atas
permukaan tanah. Pada karpet dibuat pola kotak-kotak pengamatan pupuk yang
masing-masing berukuran 20 cm × 20 cm (Gambar 3). Jarak spasi antar kotak
adalah 30 cm. Mesin dijalankan pada jalur sejajar pokok tanaman sedemikian rupa
sehingga jarak ujung diffuser ke pokok 160 cm. Dalam pengujian, pupuk yang
dikerluarkan dari diffuser akan tersebar di permukaan kotak-kotak pengamatan.
Pupuk di setiap kotak pengamatan ditimbang, untuk diperoleh sebarannya.
Selain itu, dilakukan juga pengujian akurasi pengeluaran pupuk (dosis) tiap
pokok tanaman dengan cara menampung pupuk yang keluar dari ujung diffuser
menggunakan kantong plastik, dan ditimbang. Pengujian dilakukan tiga kali
ulangan baik diffuser kanan maupun kiri, untuk setiap perlakuan. Pengukuran
dosis pemupukan dilakukan dalam dua kondisi yaitu: 1) secara statis (mesin tidak
bergerak maju) dan 2) dinamis (mesin bergerak maju).

Gambar 13 Skema pengukuran sebaran pemupukan

HASIL DAN PEMBAHASAN
Simulasi Mekanik Rangka Bawah dan Sistem Transmisi
Rangka bawah merupakan bagian yang berhubungan dengan traktor atau
crawler dan menanggung beban mekanik yang besar. Keseluruhan beban mesin
pemupuk ditanggung oleh rangka bawah pada bagian tiga titik gandeng. Simulasi
pembebanan pada rangka beban pada bagian tiga titik gandeng. Simulasi
pembebanan pada rangka bawah dilakukan dengan asumsi beban total mesin

16
sebesar 442 kg. Besarnya beban total ini didapat dari massa total mesin pemupuk
yang telah diberi bahan pada tiap-tiap bagian mesin pemupuk pada model mesin
pemupuk di SolidWorks 2011 dan massa total pupuk yang dapat ditampung oleh
hopper mesin pemupuk. Gaya yang diberikan ke rangka bawah sebesar 4331.6 N.
Simulasi sebaran beban pada rangka bawah diperlihatkan pada Gambar 14.
Beban pada rangka bawah berada di daerah tiga titik gandeng. Besar stress
yang bekerja pada rangka bawah diperlihatkan oleh warna biru tua menuju merah.
Semakin menuju warna merah, maka tingkat stress pada bagian tersebut semakin
besar. Bahan rangka bawah yang dipilih adalah baja karbon S45C. Nilai stress von
mises menunjukkan belum adanya deformasi pada struktur rangka, hal ini ditandai
dengan lebih kecilnya nilai puncak stress von mises yaitu 111750888 N/m2
dibandingkan dengan nilai yield strength 248168000 N/m2 bahan yang digunakan.
Gambar 15 memperlihatkan bahwa defleksi terbesar terjadi pada rangka bawah
bagian ujung belakang yaitu sebesar 3-3.27 mm.

Gambar 14 Simulasi beban pada rangka bawah
Bagian selanjutnya yang disimulasikan adalah rangkaian puli-sabuk
pertama. Simulasi diperlukan untuk menunjukan bahwa bagian yang dibuat dapat
menanggung beban selama mesin beroperasi. Bagian ini berfungsi meneruskan
torsi putar PTO menuju rangkaian puli-sabuk kedua. Bagian ini terdiri dari puli,
sabuk dan dua poros antara. Poros antara yang pertama berdiameter 35 mm
sedangkan poros kedua berdiameter bertingkat 30 mm dengan ujung depan
berdiameter 20 mm. Puli besar berdiameter 10 in sedangkan puli kecil
berdiameter 3 in. Kesemua bagian ini terbuat dari bahan baja karbon S45C. Torsi
yang bersumber dari PTO sebesar 120 Nm yang digunakkan untuk memutar
blower. Simulasi dilakukan dengan memberi torsi putar 120 Nm pada poros antara
pertama, puli besar dan puli kecil (Gambar 16).

17

Gambar 15 Simulasi defleksi pada rangka bawah

Gambar 16 Simulasi beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk pertama
Beban torsi pada poros antara pertama terjadi pada ujung poros yang
berhubungan dengan universal joint PTO. Pada puli besar maupun puli kecil
terjadi beban torsi yang besar pada pasak kedua. Bagian poros antara kedua juga
mengalami beban torsi yang besar dengan puli kecil dan pasaknya. Pada bagian
rangkaian puli sabuk tidak mengalami deformasi saat dikenakan beban torsi, hal
ini dapat dilihat dari nilai yield strength 248168000 N/m2 bahan yang digunakan

18
lebih besar dibandingkan nilai tertinggi stress von mises 72881936 N/m2 sehingga
pemilihan bahan dan geometri rangkaian puli-sabuk dinilai tepat.
Bagian selanjutnya yang disimulasikan adalah rangkaian puli-sabuk kedua.
Simulasi diperlukan untuk menunjukan bahwa bagian yang dibuat dapat
menanggung beban selama mesin beroperasi. Bagian ini berfungsi meneruskan
torsi putar puli-sabuk pertama menuju blower. Bagian ini terdiri dari puli, sabuk
dan dua poros antara. Poros antara yang kedua berdiameter 30 mm sedangkan
poros ketiga berdiameter bertingkat 20 mm. Puli besar berdiameter 6 in sedangkan
puli kecil berdiameter 3 in. Kesemua bagian ini terbuat dari bahan baja karbon
S45C. Torsi yang bersumber dari PTO sebesar 120 Nm yang digunakkan untuk
memutar blower. Simulasi dilakukan dengan memberi torsi putar 120 Nm pada
poros antara kedua, puli besar dan puli kecil (Gambar 17).
Pada puli besar maupun puli kecil terjadi beban torsi yang besar pada pasak
kedua. Bagian poros antara kedua juga mengalami beban torsi yang besar dengan
puli kecil dan pasaknya. Pada bagian rangkaian puli sabuk tidak mengalami
deformasi saat dikenakan beban torsi, hal ini dapat dilihat dari nilai yield strength
248168000 N/m2 bahan yang digunakan lebih besar dibandingkan nilai tertinggi
stress von mises 72881936 N/m2 sehingga pemilihan bahan dan geometri
rangkaian puli-sabuk dinilai tepat.

Gambar 17 Simulasi beban torsi putar pada rangkaian puli-sabuk kedua
Simulasi Aliran Udara Bertekanan dan Aliran Pupuk Dalam Sistem
Pneumatik
Dalam simulasi ini, debit udara dari blower di-set 0.077 m3/s sesuai
dengan hasil perhitungan pada persamaan 5, static pressure sebesar 1 atm dan
turbulensi yang terjadi di dalam sistem sebesar 5% . Data pupuk yang dimasukkan

19
dalam simulasi aliran pupuk antara lain: particle density pupuk 1800 kg/m3,
ukuran diameter pupuk 4 mm (Olieslagers et al. 1996) dan debit pupuk yang
diumpankan 0.23 kg/s sesuai dengan yang didesain. Dalam simulasi ini
diasumsikan bahwa udara hanya keluar melalui kedua ujung diffuser. Setelah
melakukan simulasi selanjutnya dilakukan pengukuran kecepatan udara secara
aktual pada sistem pneumatik dengan menggunakan anemometer pada kedua
outlet diffuser kanan dan kiri (Gambar 18). Hasil simulasi menunjukkan bahwa
kecepatan aliran udara pada inlet kotak pencampur, bagian kiri berwarna biru
muda seperti pada Gambar 19, yaitu sebesar 9.566 m/s. Hasil simulasi
memberikan nilai kecepatan udara pada outlet kotak pencampur sebesar 19.132
sampai 38.263 m/s. Terjadi peningkatan kecepatan pada bagian tengah bawah
kotak pencampur. Hal ini disebabkan adanya sirip pencampur yang menyebabkan
perubahan ukuran saluran yang menjadi lebih kecil dari inlet kotak pencampur.
Besarnya kecepatan pada bagian tengah bawah kotak pencampur adalah 33.48
sampai 43.046 m/s. Hasil simulasi aliran udara memperlihatkan bahwa kecepatan
udara pada inlet dan outlet diffuser adalah 9.566 m/s dan 4.783 m/s. kecepatan
udara pada outlet diffuser kanan dan kiri hasil pengukuran adalah 12.8 m/s dan
12.2 m/s. kecepatan udara pada outlet diffuser hasil simulasi dengan hasil
pengukuran jauh berbeda. Hal ini disebabkan oleh pada mesin terpasang blower
yang memiliki debit 0.3375 m3/detik sedangkan pada simulasi di-set debit
hembusan blower sebesar 0.77 m3/detik sesuai dengan perhitungan.

Titik pengukuran
diffuser kiri

Titik pengukuran
diffuser kanan

Gambar 18 Titik pengukuran kecepatan udara
Sebaran pupuk dari kotak pencampur mencapai diffuser memanfaatkan
aliran udara bertekanan yang dihasilkan blower. Dari pengukuran karakteristik
pupuk NPK 15.15.15, diketahui ukuran diameter butiran pupuk 2.36-4.76 mm dari
82.56 % dari total massa pupuk yang diukur. Pupuk yang berdiameter 4 mm dan
memiliki bulk density 1260 kg/m3 relatif memiliki pengaruh aerodinamika karena
luas permukaan yang besar. Semakin besar ataupun kasar permukaan butiran

20
maka akan semakin besar efek aerodinamika yang bekerja pada butiran tersebut
jika berada dalam aliran udara (Grift et al. 1997). Aliran pupuk dari kotak
pencampur sampai diffuser telah disimulasikan dan hasilnya disajikan pada
Gambar 20. Pada simulasi ini butiran pupuk memiliki kecepatan terbesar pada
kotak pencampur bagian tengah bawah sebesar 38.263 m/s. Hal ini disebabkan
oleh saluran aliran udara mengecil dengan adanya sirip pencampur. Pada bagian
tengah atas kotak pencampur butiran pupuk memiliki kecepatan yang rendah
karena aliran udara yang berasal dari blower terhalang oleh sirip pencampur.
Namun, butiran pupuk tersebut mendapat gaya dorong yang berasal dari metering
device sehingga tidak terjadi penumpukan pupuk di kotak pencampur.

Gambar 19 Simulasi kecepatan aliran udara di kotak pencampur sampai
diffuser

Gambar 20 Simulasi kecepatan aliran pupuk di kotak pencampur sampai
diffuser

21
Sistem Pneumatik pada Prototipe Mesin Pemupuk dan Kinerjanya
Sistem pneumatik (Gambar 21) pada prototipe mesin pemupuk berupa
blower, saluran berupa pipa PVC dan aksesoris, kotak pencampur, pipa fleksibel
dan diffuser. Sistem pneumatik ini menggunakan blower dengan spesifikasi
intermediate pressure blower tipe CZR-750W. Blower ini telah mengakomodasi
kebutuhan daya sistem pneumatik yaitu 0.71 kW karena blower dapat
dioperasikan pada daya 0.75 kW dan menghasilkan debit sebesar ± 0.3375
m3/detik pada kecepatan putar 3000 rpm. Karena kecepatan putar PTO yang
tersedia 648 rpm (Aswin 2015), maka untuk meningkatkan kecepatan putarnya
digunakan sistem transmisi dua pasang sabuk-puli dan poros antara. Sistem
sabuk-puli yang pertama memiliki ratio 1:3 dan yang kedua memiliki rasio 1:2.
Tipe sabuk yang dipilih adalah tipe B ganda, sesuai dengan perhitungan
penyaluran daya dan putaran, menggunakan diagram pemilihan sabuk-V (Sularso
dan Suga 2004). Blower diletakkan pada bagian belakang sebelah kanan dan
mempunyai arah putar blower searah jarum jam jika dilihat dari belakang. Hal ini
sama juga pada mesin pemupuk padi yang dirancang Kim et al. (2008) dan
Gunawan et al. (2013).

Diffuser
Kotak
pencampur

Pipa

Blower

Gambar 21 Sistem pneumatik mesin pemupuk
Hasil pengujian akurasi penjatahan pupuk menunjukkan bahwa mesin dapat
menaburkan pupuk dengan akurat sesuai dosis yang di-set, baik pada pengujian
statis maupun dinamis, seperti ditunjukkan pada Gambar 22. Ada sedikit
perbedaan antara keluaran yang diharapkan dengan keluaran pupuk aktual, yang
disebabkan oleh kurang presisinya ukuran auger dari metering device akibat
proses pabrikasi yang masih konvensional dan sederhana.

22

(a)
(b)
Gambar 22 Grafik hasil pengujian dosis pupuk (a) statis (b) dinamis

Gambar 23 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
0.55 m/s

Gambar 24 Sebaran pupuk dosis 0.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
0.55 m/s

23

Gambar 25 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
0.55 m/s

Gambar 26 Sebaran pupuk dosis 1 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 0.55
m/s

Gambar 27 Sebaran pupuk dosis 1.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
0.55 m/s

24

Gambar 28 Sebaran pupuk dosis 1.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
0.55 m/s
Pengujian sebaran pada kecepatan maju mesin 0.55 m/s dapat dilihat pada
Gambar 23-28 (Lampiran 1). Sedangkan pengujian sebaran pada kecepatan maju
mesin 1.7 m/s dapat dilihat pada Gambar 30-35 (Lampiran 2). Terdapat kotak
yang kosong yaitu pada baris 3 kolom D. Hal ini dikarenakan terdapat model
tanaman kelapa sawit sehingga pupuk tidak tersebar di kotak tersebut (Gambar
29). Hasil analisis sebaran pupuk di permukaan target menunjukkan bahwa
sebaran pupuk kurang merata. Pupuk lebih banyak tersebar di baris dua dan tiga,
yaitu pada jarak 1-1.6 m dari ujung diffuser. Hal ini terjadi karena lintasan pupuk
dari diffuser sampai jadi ke lahan berbentuk setengah parabola. Dengan demikian
jarak optimum jatuhnya pupuk dari diffuser adalah 1 m. Sebaiknya dibuat
pengatur kemiringan di rangka penahan pipa fleksibel agar pupuk bisa tepat
ditabur di piringan pokok tanaman. Selain itu juga, dari hasil pengujian terlihat
bahwa pupuk lebih banyak tersebar pada kolom C, D dan E. hal ini disebabkan
oleh penjatahan pupuk pada mesin ini tidak kontinu hanya memupuk per tanaman
sehingga pada awal saat memupuk hanya sedikit pupuk yang keluar dari metering
device. Pada saat pertengahan pemupukan, pupuk yang keluar lebih banyak.

25

Model tanaman
kelapa sawit
muda

Gambar 29 Pengujian sebaran pupuk di lapang

Gambar 30 Sebaran pupuk dosis 0.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
1.7 m/s

26

Gambar 31 Sebaran pupuk dosis 0.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7
m/s

Gambar 32 Sebaran pupuk dosis 0.75 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
1.7 m/s

Gambar 33 Sebaran pupuk dosis 1 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7
m/s

27

Gambar 34 Sebaran pupuk dosis 1.25 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin
1.7 m/s

Gambar 35 Sebaran pupuk dosis 1.5 kg/tanaman dan kecepatan maju mesin 1.7
m/s

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Desain sistem pneumatik pada mesin pemupuk dapat menebarkan pupuk di
sekitar pokok tanaman sawit. Daya yang dibutuhkan untuk menghembuskan
pupuk adalah 0.71 kW. Dosis pupuk yang dihembuskan oleh mesin sudah sesuai
dengan yang dosis yang di-set. Jarak optimum jatuhnya pupuk dari diffuser adalah
1 m. Mesin pemupuk dapat dioperasikan pada kecepatan maju 0.55 m/s dan 1.7
m/s.
Saran
Sebaiknya dibuat pengatur kemiringan di rangka penahan pipa fleksibel agar
pupuk bisa tepat ditabur di piringan pokok tanaman dengan seragam. Pemupukan
awal menggunakan pupuk NPK direkomendasikan untuk dilakukan pada kondisi

28
pupuk yang tidak lembab untuk menghindari terjadinya kelengketan antara rotor
dengan pupuk yang dapat mengurangi dosis penjatahan.

DAFTAR PUSTAKA
Aas TS, Oehme M, Sorensen M, He G. 2011. Analysis of pellet degradation of
extruded high energy fish feeds with different physical qualities in a
pneumatic feeding system. Aquacultural Engineering. 44(2011)25-34.
Aswin DB. 2015. Rancangan konseptual mesin penggerak aplikator pupuk butiran
dengan mekanisme pengangkat pelepah daun [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2016. Luas lahan perkebunan kelapa sawit tahun
2014. Jakarta: Badan Pusat Statistik.
Cunningham FM, Chao EYS. 1967. Design relationships for centrifugal fertilizer
distributors. Transactions of the ASAE. 10(1):91-95.
Fauzi Y, Widyastuti YE, Satyawibawa I, Paeru RH. 2012. Kelapa Sawit. Depok
(ID): Penebar Swadaya.
Febriana R. 2009. Pengelolaan pemupukan tanaman kelapa sawit (Elaeis
guineensis jacq.) di perkebunan PT sari aditya loka I (PT astra agro lestari,
tbk), kabupaten merangin, propinsi jambi [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
Grift TE, Walker JT, Hofstee JE. 1997. Aerodynamic properties of individual
fertilizer particles. American Society of Agriculture Engineers. 40(1):13-20.
Gunawan P, Setiawan RPA, Astika IW. 2013. Pengembangan dan uji kinerja
mesin pemupuk dosis variable pada budidaya padi sawah dengan konsep
pertanian presisi. Keteknikan Pertanian. 25(1):1-9.
Irfansyah DA. 2015. Desain dan u