Design and Performance of Trash Gathering conveying Unit of Sugarcane Trash Chopping Machine

DISAIN DAN KINERJA UNIT PENGANGKAT SERASAH

TEBU PADA MESIN PENCACAH SERASAH TEBU

JOKO WIYONO

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa thesis Disain dan Kinerja Unit Pengangkat Serasah Tebu pada Mesin Pencacah Serasah Tebu adalah 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 dibagian akhir thesis ini.

Bogor, September 2011 Joko Wiyono F151080071

ABSTRACT

JOKO WIYONO. Design and Performance of Trash Gathering-conveying Unit of Sugarcane Trash Chopping Machine. Advised by WAWAN HERMAWAN, and RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN

A machine for gathering and chopping the piles of sugarcane trash on the field after harvesting is being designed. As a part of the machine, a gathering-conveying unit was designed. Important data including condition and characteristics of leaves piles were collected and used for designing the unit. The average bulk density of trash on the field was 7.71 kg/m3, the average pressure to compress the piles from 40 cm to 30 cm thickness was 50.65 N/m2, and the pressure to compress the trash from 27 cm to 8 cm thickness was 1166.60 N/m2. The unit was consisted of a gathering reel, a pair of conveyors, cover-frame and power transmission components. The prototype was tested to measure its working performance and its power requirement of each component. Raking level was varied into 6 levels (raking index: 1, 2, 3, 4, 5 and 6), and conveying level was varied into 3 levels (conveying index: 1, 1.14 and 1.20) for the experiment. Sugarcane trash having 8 kg/m3

Keywords: sugarcane trash, gathering reel, conveyors, power, performance. in bulk density and 40 cm in height was used and feed to the unit at feeding velocity of 0.3 m/s, for the experiments. The experimental result showed that the gathering reel and the conveyors could work properly. The working capacity of the unit was 1964.76-2101.25 kg/hour. Average rotating power of the reel was 18 Watt, and average rotating power of the conveyor was 98 Watt. After processing 8 kg trash, there was around 1.5-3.7% of trash trapped on the reel, and around 3.13-9.20% of trash trapped on the conveyor.

RINGKASAN

JOKO WIYONO. Disain dan Kinerja Unit Pengangkat Serasah Tebu pada Mesin Pencacah Serasah Tebu. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN, dan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.

Potensi biomassa dari serasah tebu di Indonesia dapat mencapai 8 juta ton/ha dengan luas kebun 400 ribu hektar. Penanganan serasah tebu umumnya dilakukan dengan pembakaran baik sebelum panen maupun sesudah panen. Praktek pembakaran ini dalam jangka panjang akan sangat merugikan paling tidak dari dua aspek, yaitu degradasi lahan dan pemborosan energi. Jika dilakukan pembenaman serasah ke dalam tanah dan tidak dilakukan pembakaran maka kualitas tanah di perkebunan tebu tentu akan makin meningkat, sehingga diharapkan produktivitas lahan kebun tebu akan meningkat pula. Pencacahan serasah tebu secara langsung di tanah sulit untuk dilakukan, maka diperlukan sebuah unit pengangkat yang berfungsi untuk mengangkat serasah dan menyalurkannya ke mesin pencacah serasah tebu. Tujuan penelitian ini meliputi: mengidentifikasi kondisi lahan tebu dan karakteristik sifat fisik serasah tebu, merancang unit pengangkat serasah tebu pada mesin pencacah serasah tebu dan melakukan pengujian kinerja unit pengangkat serasah tebu.

Penelitian dilakukan dalam beberapa tahapan meliputi: identifikasi masalah, pengukuran karakteristik serasah tebu, analisis rancangan dan gambar teknik, pembuatan prototipe, pengujian fungsional, modifikasi disain, pengujian unjuk kerja dan analisa.

Karakteristik fisik serasah tebu dan kondisi lahan telah diidentifikasi dan dijadikan parameter disain unit pengangkat serasah tebu. Profil guludan di PG Subang memiliki lebar guludan 120 cm, jarak antar tanaman 120 cm dan tinggi guludan 20 cm. Rata-rata tinggi tumpukan serasah tebu adalah 0.36 m dan kerapatan isi tumpukan 7.71 kg/m3. Rata-rata panjang pucuk tebu adalah 162.54 cm. Rata-rata panjang daun tebu adalah 161.11 cm. Rata-rata kadar air batang adalah 84.15%. Rata-rata kadar air daun adalah 16.94%. Rata-rata kadar air pucuk daun adalah 15.90%. Rata-rata tekanan pemadatan tumpukan serasah dari ketebalan 40 cm ke 30 cm adalah 50.65 N/m2 dan rata-rata tekanan pemadatan tumpukan serasah dari ketebalan 27 cm ke 8 cm adalah 1166.60 N/m2

Pengujian kinerja alat dan kebutuhan daya tiap komponen dilaksanakan pada kondisi stasioner. Pengujian dilakukan dalam 6 variasi tingkat penarikan (raking index: 1, 2, 3, 4, 5 dan 6) dan 3 variasi tingkat penyaluran (conveying

.

Unit pengangkat serasah tebu terdiri dari komponen silinder penarik, komponen penyalur, komponen cover dan rangka dan komponen transmisi. Mekanisme kerja alat ini adalah diawali penarikan tumpukkan serasah oleh sudu penarik. Berikutnya serasah akan dilemparkan ke rumah penyalur mengikuti arah plat pengarah, untuk selanjutnya dialirkan menuju bagian pengumpan jepit. Selama proses penyaluran ini, serasah akan ditekan sehingga semakin padat dan memiliki ketebalan yang sesuai untuk masuk ke dalam silinder penjepit pengumpan.

index: 1, 1.14 dan 1.20). Kerapatan isi serasah tebu dikondisikan 8 kg/m3

Kata kunci : serasah tebu, silinder penarik, konveyor, daya, kinerja

dan kecepatan pengumpanan serasah tebu adalah 0.3 m/s.

Hasil pengujian menunjukan bahwa silinder penarik dan konveyor dapat bekerja dengan baik. Kapasitas kerja unit pengangkat serasah tebu adalah 1964.76-2101.25 kg/jam. Persentase serasah tertinggal di silinder penarik berkisar 1.5-3.7% dan 3.13-9.20% pada konveyor.

Pola tegangan dan arus listrik hasil pengukuran menunjukkan bahwa bagian reel penarik akan mengalami peningkatan torsi terlebih dahulu dibandingkan bagian konveyor. Hasil analisa menunjukkan bahwa kebutuhan daya penyaluran di konveyor meningkat, jika kecepatan putar reel penarik ditingkatkan. Rata-rata kebutuhan daya penyaluran (konveyor) adalah 98 Watt. Peningkatan kecepatan konveyor dari 58 rpm ke 70 rpm menyebakan terjadinya penurunan nilai kebutuhan daya penarikan pada reel penarik. Jika kecepatan putar konveyor naik, maka beban penarikan akan disubstitusi sebagian oleh sudu-sudu konveyor. Rata-rata kebutuhan daya penarikan serasah tebu pada reel penarik adalah 18 watt.

Daya pengangkatan adalah jumlah kebutuhan daya penarikan (reel penarik) dan kebutuhan daya penyaluran (konveyor). Dalam percobaan ini diharapkan dapat mengetahui variasi kecepatan putar konveyor dan kecepatan putar reel penarik yang menghasilkan daya pengangkatan yang minimum dan kapasitas kerja alat yang maksimum. Jika kecepatan putar reel penarik ditingkatkan, maka kebutuhan daya pengangkatan terjadi kecenderungan naik. Jika kecepatan putar konveyor dinaikkan, maka daya pengangkatan serasah mengalami penurunan. Daya pengangkatan yang minimum dan kapasitas kerja maksimum terjadi pada kecepatan putar poros konveyor 70 rpm dan kecepatan putar reel penarik 15 rpm.

© Hak cipta milik IPB, tahun 2011

Hak cipta dilindungi undang-undang

1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya.

a) Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah.

b) Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya

DISAIN DAN KINERJA UNIT PENGANGKAT SERASAH

TEBU PADA MESIN PENCACAH SERASAH TEBU

JOKO WIYONO

Tesis

Sebagai salah satu syarat mendapatkan gelar pada Magister Sains dalam bidang Ilmu Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul Thesis : Disain dan Kinerja Unit Pengangkat Serasah Tebu pada Mesin Pencacah Serasah Tebu

Nama : JOKO WIYONO NRP : F151080071

Mayor : Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr Ketua Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi/Mayor Dekan Sekolah Pascasarjana Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr.

Tanggal Ujian: 12 September 2011 Tanggal Lulus: Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga dapat terselesaikannya penulisan tesis dengan judul ” Disain dan Kinerja Unit Pengangkat Serasah Tebu pada Mesin Pencacah Serasah Tebu” ini sesuai dengan rencana yang diharapkan.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada :

1. Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS., sebagai ketua komisi pembimbing yang selalu memberi masukan dan bimbingan dalam menyusun tesis ini.

2. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr., sebagai anggota komisi pembimbing atas bimbingan, saran dan masukan dalam menyusun tesis ini. 3. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr., sebagai dosen penguji, atas masukan

dan saranya dalam ujian tesis ini.

4. Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr., sebagai Koordinator Mayor Tenik Mesin Pertanian dan Pangan, SPS-IPB.

5. Almarhum Dr. Ir. I Nengah Suastawa, MSAE., yang telah memberikan motivasi, bimbingan dan inspirasi dalam menyusun tesis ini.

6. Badan Litbang Deptan, yang telah mensponsori program ini.

7. Teman-teman TMP angkatan tahun 2008 yang selalu memberikan semangat. 8. Akhirnya istri penulis tercinta Sri Utami yang selalu memberikan inspirasi,

dorongan dan semangat dalam menyelesaikan studi ini.

Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan tesis ini. Oleh karena itu dengan segala keterbukaan, saran dan kritik yang bersifat membangun untuk penyempurnaan tesis penelitian ini sangat diharapkan.

Semoga penelitian ini dapat bermanfaat khususnya bagi penyusun dan pada pengembangan ilmu pengetahuan pada umumnya.

Bogor, September 2011

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Wonogiri pada tanggal 1 November 1975 dari Bapak Marto Harjono (Alm) dan Ibu Sularmi (Alm). Penulis merupakan putra keenam dari enam bersaudara.

Pada tahun 1994 penulis lulus SMA Negeri 1 Wonogiri, Jawa Tengah dan pada tahun yang sama penulis diterima di Jurusan Teknik Pertanian, FATETA-UGM melalui jalur UMPTN hingga berhasil menyelesaikan studi pada bulan November 2000. Sejak Juli 1999 penulis bekerja di unit kajian irigasi FATETA UGM sebagai Peneliti hingga tahun 2005. Dari tahun 2005 penulis bekerja sebagai Perekayasa di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Badan Litbang, Kementerian Pertanian di Serpong hingga sekarang.

Penulis menikah pada tanggal 24 Juni 2007 dengan Sri Utami, hingga saat ini penulis belum dianugrahi rizki keturunan oleh Allah, SWT. Cita-cita mendalam dan harapan besar, setelah terselesaikannya studi ini dapat limpahan rizki keturunan dari Allah, SWT.

Kesempatan untuk melanjutkan studi ke Program Magister Sekolah Pascasarjana IPB baru terlaksana pada tahun 2008 dengan beasiswa APBN Badan Litbang, Kementerian Pertanian.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

PENDAHULUAN ... 1

Latar Belakang ... 1

Tujuan Penelitian ... 4

Manfaat Penelitian... 4

TINJAUAN PUSTAKA... 5

Budidaya Tanaman Tebu ... 5

Sifat Fisik Serasah Tebu ... 7

Batang tebu ... 7

Daun Tebu ... 9

Pucuk Tebu ... 10

Sistem Pemanenan Tebu ... 10

Mekanisme Pengumpul Pakan Ternak ... 14

Mekanisme Pengaturan Kecepatan Linier Reel Pengambil ... 16

METODE PENELITIAN ... 18

Waktu dan Tempat ... 18

Bahan dan Alat ... 18

Bahan ... 18

Alat... 18

Prosedur Penelitian ... 19

Identifikasi Masalah ... 20

Pengukuran karakteristik serasah tebu dan lahan ... 20

Analisis Disain dan Pembuatan Gambar Teknik ... 22

Analisis Teknik ... 22

Gambar Teknik ... 26

Pembuatan Prototipe, Uji Fungsional dan Modifikasi ... 26

Uji Kinerja ... 26

Kondisi pengujian ... 26

Pengukuran ... 28

Pengolahan data ... 30

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 33

Identifikasi Kondisi Serasah dan Lahan Setelah Panen Tebu... 33

Sifat Fisik Serasah Tebu ... 34

Proses Perancangan Unit Pengangkat Serasah Tebu... 40

Konsep rancangan ... 40

Rancangan Fungsional ... 42

Rancangan Struktural ... 45

Proses Pembuatan Prototipe... 53

Pengujian Fungsional ... 56

Modifikasi Disain ... 58

Hasil Pengujian Kinerja ... 61

Persiapan Pengujian ... 61

Hasil Kalibrasi Torque Transducer dan Strain Amplifier ... 64

Hasil Pengujian Torsi Penarikan dan Penyaluran Serasah Tebu ... 65

Hasil Analisa Daya Penyaluran Terhadap Kecepatan Putar Reel Penarik.... 70

Hasil Analisis Daya Penarikan Terhadap Kecepatan Putar Poros Konveyor 72 Hasil Analisis Serasah Tertinggal... 73

Analisa Kebutuhan Daya dan Kapasitas Pengangkatan Serasah ... 77

SIMPULAN DAN SARAN ... 80

Simpulan ... 80

Saran ... 81

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1 Variasi percobaan uji kinerja ... 27

Tabel 2 Kerapatan isi tumpukan serasah tebu diukur pada luasan 2 m x 2 m ... 35

Tabel 3 Data pucuk tebu pada serasah tebu PG subang ... 37

Tabel 4 Data daun tebu pada serasah tebu PG Subang ... 37

Tabel 5 Data kadar air serasah tebu basis kering... 37

Tabel 6 Elastisitas serasah tebu dari ketebalan tumpukan 0.4 m menjadi 0.3 m 38 Tabel 7 Elastisitas serasah tebu dari ketebalan tumpukan 0.27 m menjadi 0.08 m ... 38

Tabel 8 Uraian fungsi dari unit pengangkat ... 44

Tabel 9 Kecepatan putar poros ... 51

Tabel 10 Hasil pengukuran kecepatan putar tiap poros dengan beban ... 57

Tabel 11 Pemenuhan kebutuhan jumlah putaran penarik papan luncur ... 62

Tabel 12 Pemenuhan kebutuhan jumlah putaran poros konveyor ... 63

Tabel 13 Pemenuhan kebutuhan jumlah putaran poros reel penarik ... 64

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Tanaman tebu. ... 5

Gambar 2 Skema budidaya tanaman tebu ... 6

Gambar 3 Struktur batang tebu (James 2004). ... 8

Gambar 4 Tunas batang tebu. ... 8

Gambar 5 Struktur daun tebu. ... 9

Gambar 6 Daun tebu pada masa tebu siap dipanen. ... 9

Gambar 7 Struktur pucuk tebu... 10

Gambar 8 Penebangan dan pengangkutan tebu (Tajalli 2009). ... 11

Gambar 9 Sistem tebang tebu di PG Subang (Tajalli 2009). ... 11

Gambar 10 Tanaman tebu yang telah ditebang (Tajalli 2009). ... 12

Gambar 11 Serasah yang dihasilkan setelah tebu dipanen dengan dengan combine, tanpa didahului dengan pembakaran tebu (Ripoli et al. 2000). ... 13

Gambar 12. Pembakaran tebu sebelum panen (Ripoli et al. 2000) ... 14

Gambar 13 Mekanisme pengambil/pengumpul rumput makanan ternak. ... 15

Gambar 14 Power Take Off (PTO). ... 16

Gambar 15 Persentase kehilangan dengan berbagai pengaturan reel index... 17

Gambar 16 Hubungan antara reel index dengan kehilangan ... 17

Gambar 17 Blok diagram penelitian. ... 19

Gambar 18 Aliran massa serasah pada mesin. ... 22

Gambar 19 Skema gaya pada komponen silinder penarik. ... 23

Gambar 20 Skema momen pada komponen silinder penarik. ... 24

Gambar 21 Skema gaya pada komponen penyalur . ... 25

Gambar 22 Kondisi pengujian kinerja unit pengangkat serasah tebu. ... 29

Gambar 23 Kondisi serasah di lahan tebu di PG Subang. ... 34

Gambar 24 Pengukuran serasah tebu di lahan PG Subang. ... 35

Gambar 25 Pengukuran dimensi serasah tebu di laboratorium TMBP IPB. ... 36

Gambar 26 Pengukuran profil guludan di PG Subang... 39

Gambar 27 Profil Guludan di PG Subang. ... 39

Gambar 28 Layout rancangan unit pengangkat serasah pada mesin pencacah serasah tebu. ... 41

Gambar 29 Skema rancangan fungsional unit pengangkat serasah tebu. ... 43

Gambar 30 Skema rancangan unit pengangkat serasah tebu. ... 45

Gambar 31 Komponen cover dan rangka. ... 46

Gambar 32 Komponen silinder penarik. ... 47

Gambar 33 Mekanisme empat batang hubung. ... 48

Gambar 35 Konveyor rantai pada komponen penyalur. ... 50

Gambar 36 Komponen ban depan ... 50

Gambar 37 Skema komponen transmisi. ... 52

Gambar 38 Skema pemenuhan kebutuhan arah putar pada komponen transmisi. 52 Gambar 39 Proses pembuatan komponen cover dan rangka. ... 54

Gambar 40 Pengerjaan komponen konveyor. ... 54

Gambar 41 Pabrikasi komponen-komponen silinder penarik. ... 55

Gambar 42 Komponen Silinder Penarik. ... 56

Gambar 43 Prototipe Unit Pengangkat Serasah Tebu. ... 56

Gambar 44 Komponen transmisi. ... 57

Gambar 45 Penumpukan serasah pada uji fungsional. ... 58

Gambar 46 Modifikasi jarak konveyor bawah. ... 59

Gambar 47 Modifikasi pengencang rantai konveyor. ... 59

Gambar 48 Komponen transmisi pembalik. ... 60

Gambar 49 Aparatus uji kinerja unit pengangkat serasah. ... 61

Gambar 50 Persiapan bahan uji serasah tebu. ... 62

Gambar 51 Sumber penggerak konveyor dan reel penarik. ... 63

Gambar 52 Kalibrasi torque transducer. ... 64

Gambar 53 Grafik kalibrasi torque transducer. ... 65

Gambar 54 Pola tegangan dan arus listrik hasil pengukuran ... 66

Gambar 55 Pola torsi penyaluran pada percobaan 6645_ulangan1. ... 69

Gambar 56 Pola torsi penarikan pada percobaan 6645_ulangan1. ... 69

Gambar 57 Pola torsi aktual penarikan serasah oleh reel penarik ... 70

Gambar 58 Grafik hubungan daya konveyor terhadap kecepatan putar reel penarik pada percobaan kecepatan konveyor (a) 58 rpm, (b) 66 rpm dan, (c) 70 rpm. ... 71

Gambar 59 Grafik hubungan daya penarikan serasah terhadap kecepatan putar konveyor pada percobaan kecepatan reel penarik (a) 8 rpm, (b) 15 rpm, (c) 23 rpm, (d) 30 rpm, (e) 40 rpm dan (f) 45 rpm. ... 73

Gambar 60 Serash tertinggal di bagian reel penarik dan konveyor. ... 74

Gambar 61 Pola persentase serasah tertinggal terhadap reel index. ... 76

Gambar 62 Pola persentase serasah tertinggal terhadap reel index. ... 76

Gambar 63 Serasah terjepit di konveyor pada percobaan 6630. ... 76

Gambar 64 Grafik hubungan daya dan kapasitas pengangkatan ... 77

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Analisis aliran massa serasah... 85

Lampiran 2 Analisis mekanisme (perhitungan kecepatan putar) ... 87

Lampiran 3 Analisis kebutuhan daya komponen silinder penarik ... 88

Lampiran 4 Analisis kebutuhan daya komponen penyalur ... 90

Lampiran 5 Perhitungan pemilihan poros ... 92

Lampiran 6 Gambar Teknik Unit Pengangkat Serasah ... 94

Lampiran 7 Rata-rata nilai daya dan torsi hasil pengukuran ... 104

Lampiran 8 Data serasah tertinggal ... 108

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perkebunan tebu di seluruh dunia mencakup luas 20.42 juta ha dengan produksi total 1333 juta metrik ton (FAO 2003). Brasil memiliki luas kebun paling besar yaitu 5.343 juta ha, sedangkan Australia memiliki produktivitas terbesar (85.1 ton/ha). Indonesia memiliki luas kebun 0.350 juta ha dan produktivitas 73.1 ton/ha.

Tebu merupakan tanaman utama penghasil gula yang merupakan komoditi pangan penting baik untuk dikonsumsi langsung maupun untuk keperluan industri di Indonesia. Pada tahun 1930-an Jawa pernah sebagai exportir gula terbesar di dunia, namun saat ini kita selalu kekurangan gula. Gula adalah komoditi strategis setelah BBM dan beras, masih memiliki ketergantungan terhadap impor walaupun sejak tahun 2004 luas lahan perkebunan tebu telah meningkat dari 335 ribu hektar menjadi lebih dari 400 ribu hektar pada tahun 2007 (Ditjenbun 2007).

Hasil panen tanaman tebu berupa batang tebu yang diolah lebih lanjut menjadi gula dan serasah tebu yang merupakan produk sampingan. Serasah tebu hasil tebangan berupa pucuk, batang, sisa daun, dongkelan, sogolan dan akar. Serasah hasil tebangan di lahan tebu dapat mencapai 20-25 ton /ha (Toharisman 1991). Potensi serasah tebu di Indonesia dapat mencapai 8 juta ton setiap musim panen dengan luas kebun 400 ribu hektar (Suastawa et al. 2009).

Penanganan serasah tebu terkait dengan praktek pemeliharaan dalam budidaya tebu. Pada jaman Hindia Belanda praktek pengelolaan perkebunan tebu sangat rapi, selain bibit, penyiapan lahan, irigasi dan drainase yang baik juga dilakukan pekerjaan klentek yaitu melepas daun tebu tua pada masa pertumbuhannya sehingga kondisi tebu relatif bersih saat dipanen.

Saat ini pekerjaan klentek umumnya tidak dilakukan karena mahalnya tenaga kerja. Untuk memudahkan pemanenan, maka pada kebun tebu yang jauh dari permukiman, misalnya PT Sugar Group, PT Gunung Madu Plantation di Lampung melakukan pembakaran daun tebu di kebun, satu hari sebelum panen. Untuk kebun-kebun tebu di Jawa, misalnya PG Subang pembakaran sebelum panen tidak diijinkan karena umumnya berdekatan dengan pemukiman penduduk.

Kondisi ini mengakibatkan pada saat habis panen, banyak serasah daun dan sebagian kecil batang tebu yang masih tersisa di lahan. Serasah tebu hasil tebangan sangat bulky berupa pucuk, batang, sisa daun, dongkelan, sogolan dan akar. Sebagai akibatnya untuk memudahkan penyiapan lahan plant cane atau pekerjaan pemeliharaan tanaman ratun maka dilakukan pembakaran serasah hasil sisa tebangan di lahan.

Meskipun membakar daun tebu setelah panen memiliki keunggulan bisa memusnahkan penyakit dan serangga di lahan tebu serta bisa menyediakan potasium dan pospat, tetapi bila serasah dipertahankan sebagai mulsa daun, akan dapat menjaga kelembaban tanah, perlindungan tanah dari erosi dan kebocoran nutrisi, dapat membunuh gulma, dan untuk meningkatkan bahan organik dalam tanah. Hanya dengan membiarkan daun tebu di lahan setelah panen, ternyata dapat meningkatkan produktifitas tebu, dan kesuburan tanah dan meningkatkan karbon dalam tanah (Tan 1995).

Bobot tanaman tebu terdiri dari 75%-80% batang dan 20-25% terdiri dari daun dan pucuk daun yang kelak akan menjadi serasah (sering dikatakan sebagai sampah kebun tebu) (Anonymous 2000). Dengan membakar tebu sebelum panen akan dapat meniadakan 50% dari sampahnya. Cara ini tidak berkontribusi apapun terhadap produksi gula.

Praktek pembakaran ini dalam jangka panjang akan sangat merugikan paling tidak dari dua aspek, yaitu degradasi lahan dan pemborosan energi. Pembakaran akan mematikan biota tanah di lapisan olah sehingga dalam jangka panjang dapat menyebabkan degradasi lahan dalam bentuk perubahan sifat fisik dan kesuburan tanah. Jika dibakar maka serasah yang jumlahnya sangat besar tersebut hanya terbuang sia-sia, padahal jika serasah tersebut dapat dicacah dan dibenamkan ke dalam tanah maka dapat diharapkan menjadi pupuk organik bagi tanah. Dalam praktek jangka panjang, jika dilakukan pembenaman serasah ke dalam tanah dan tidak dilakukan pembakaran maka kualitas tanah di perkebunan tebu tentu akan makin meningkat, sehingga diharapkan produktivitas lahan kebun tebu akan meningkat pula (Suastawa et al. 2009).

Mengingat luasnya areal kebun tebu, kegiatan pencacahan dan pembenaman serasah ke dalam tanah hanya mungkin dilakukan dengan

mekanisasi. Kegiatan mekanisasi ini hanya bisa dilakukan apabila ada mesin pengangkat, pencacah dan pembenam serasah (Suastawa et al. 2009). Spesifikasi mesin juga harus memenuhi kebutuhan dan kondisi budidaya tebu di Indonesia. Menurut Ullman (1992) alasan penerapan perancangan adalah karena adanya kebutuhan akan produk baru, efektifitas biaya, dan kebutuhan akan produk yang berkualitas tinggi. Mengingat belum tersedianya alat maupun mesin pengangkat, pencacah dan pembenam serasah, maka perlu pendekatan rancangan terhadap disain mekanisme yang ada di lapangan. Srivastava (1993) menyatakan dalam penanganan mesin pemanen pakan ternak ada 2 tipe mekanisme dalam mengambil/pengumpul pakan ternak yaitu tipe roda silinder yang dilengkapi dengan pegas dan yang satunya dengan tipe konveyor. Srivastava (1993) menyatakan konveyor aliran massa adalah sudu dari berbagai bentuk berdempetan pada jarak yang sama dan ditempatkan di sepanjang dasar kerangka mesin.

Pada mesin pemanen biji-bijian, pengaturan kecepatan linier reel sangat menentukan dalam meminimalkan kehilangan bahan pertanian pada saat pengambilan dan perontokan. Wilkinson dan Braumbeck (1977) merekomendasikan bahwa kecepatan linier reel sebaiknya diatur 25%-50% lebih cepat daripada kecepatan maju dari combine, atau dengan kata lain, bahwa reel index diatur antara 1.25 – 1.5. Reel index adalah perbandingan kecepatan linier reel penarik dengan kecepatan maju combine. Sangwijit dan Chinsuwan (2010) menggunakan variasi reel index 1.38 – 4.46 untuk memprediksi kehilangan pada axial flow rice combine. Hasil prediksi kehilangan adalah 1.26% -12.96%.

Berdasarkan hal-hal di atas, maka penelitian disain dan kinerja unit pengangkat serasah tebu pada mesin pencacah serasah tebu perlu dilakukan untuk menghasilkan sebuah prototipe yang dapat mendukung penanganan sampah kebun tebu menjadi pupuk organik dan mengurangi pengaruh negatif terhadap pembakaran serasah tebu di lahan.

Tujuan Penelitian

Secara umum tujuan penelitian ini adalah merancangbangun unit pengangkat serasah tebu pada mesin pencacah tebu.

Sedangkan tujuan spesifik dari penelitian ini meliputi:

1. Mengidentifikasi kondisi lahan tebu dan karakteristik sifat fisik serasah tebu.

2. Merancang unit pengangkat serasah tebu pada mesin pencacah serasah tebu.

3. Melakukan pengujian kinerja unit pengangkat serasah tebu. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan sebuah prototipe unit pengangkat serasah tebu untuk mendukung penanganan sampah kebun tebu menjadi pupuk organik dan mengurangi pengaruh negatif terhadap pembakaran serasah tebu di lahan.

TINJAUAN PUSTAKA

Budidaya Tanaman Tebu

Tanaman tebu (Saccharum officinarum L.) seperti terlihat pada Gambar 1. merupakan family graminae yang dapat tumbuh di berbagai kondisi tanah dan iklim. Menurut Notojoewono (1967), tebu semula dikatakan berasal dari India di sekitar Sungai Gangga dan ada lagi yang mengatakan dari kepulauan Pasifik Selatan atau Irian. Tanaman tebu tumbuh di daerah tropika dan sub tropika di sekitar khatulistiwa sampai batas garis isotherm 200 yakni kurang lebih antara 300C lintang utara dan 350 lintang selatan (Notojoewono 1967).

Gambar 1 Tanaman tebu.

Dalam masa pertumbuhannya tanaman tebu membutuhkan banyak air, sedangkan ketika tebu akan menghadapi waktu masak menghendaki keadaan kering sehingga pertumbuhan berhenti. Andaikata hujan terus menerus akan menyebabkan tanaman tebu rendah rendemennya. Jadi jelas bahwa untuk tebu selain memerlukan daerah-daerah yang beriklim panas juga memerlukan adanya perbedaan antara musim hujan dan musim kemarau (Notojoewono 1967).

Widiyoutomo (1983) mengatakan bahwa fase pertumbuhan tanaman tebu jatuh pada umur 3 sampai 8 bulan dan fase pemasakan pada umur 9 sampai 12 bulan yang ditandai dengan tebu mengeras dan berubah warna menjadi kuning pucat. Pengolahan tanah untuk penanaman tebu di lahan kering pada umumnya dilakukan pada musim kemarau sampai akhir musim hujan. Dan penanamanpun dilakukan di awal musim kemarau sampai menjelang musim hujan.

Menurut Khaerudin (2008) proses budidaya tanaman tebu secara garis besar dibagi menjadi 2 cara yaitu budidaya tanaman tebu baru (Plant Cane) dan budidaya tanaman tebu keprasan (Ratoon Cane) seperti yang terlihat pada Gambar 2.

Mulai Pengolahan tanah Penanaman Pemeliharaan Pemanenan Serasah Tebu Pembibitan Pembersihan lahan (Trash Rake) Pengeprasan Pemeliharaan Pemanenan Batang Tebu Selesai Plant Cane (PC)

Ratoon Cane (RC)

Batang Tebu Selesai Angkut Pembakaran Serasah Tebu Angkut Pembakaran Subsoiler Penyiapan Lahan

Gambar 2 Skema budidaya tanaman tebu

Plant Cane (PC) adalah budidaya tanaman tebu dengan cara menanami lahan dengan bibit tebu baru yang berasal dari Kebun Bibit Dasar (KBD) sehingga sebelum proses penanaman membutuhkan penyiapan lahan dan pengolahan tanah

terlebih dahulu agar tanah memiliki kondisi yang baik dan siap untuk ditanami tebu. Setelah ditanami tebu proses selanjutnya adalah pemeliharaan dan pemanenan. Pada proses pemanenan, batang tebu yang sudah ditebang kemudin diangkut menggunakan truk atau trailer untuk dibawa ke pabrik gula sedangkan serasah tebu dibakar di lahan.

Ratoon Cane (RC) adalah budidaya tanaman tebu dengan cara tidak menanam lahan dengan bibit tanaman tebu baru, melainkan memanfaatkan tunas yang tumbuh dari tunggak pada lahan setelah tebu dipanen. Pada budidaya tebu Ratoon Cane tidak membutuhkan proses pengolahan tanah sehingga dapat menekan biaya opearsional. Cara budidaya Ratoon Cane biasanya dapat dilakukan sampai 3 kali dengan indikator jarak tanaman tidak terlalu jauh dan tunas tebunya masih bagus.

Sifat Fisik Serasah Tebu

Pemahaman secara utuh tentang kondisi dan sifat fisik dari serasah tebu merupakan syarat awal dalam kegiatan perancangan (disain) unit pengangkat serasah tebu. Serasah tebu yang dimaksud dalam penelitian ini adalah sisa-sisa bagian tebu yang tertinggal di lahan tebu setelah panen. Bagian-bagian tebu tersebut antara lain daun tebu kering, batang tebu,dan pucuk tebu

Batang tebu

Panjang batang tebu pada saat panen berkisar antara 2 – 4 m dengan diameter 2.5 - 5 cm pada kondisi ini batang tebu sudah layak untuk diproses menjadi gula. Secara morfologi batang tebu dibagi menjadi 2 bagian yaitu node dan internode. Bagian node terdiri dari lingkaran tumbuh (growth ring), bagian akar (root band), bagian daun (leaf scar) sedangkan bagian internode terletak di antara node berjumlah 20-30 ruas (Gambar 3) (James 2004).

Gambar 3 Struktur batang tebu (James 2004).

Di bagian akar (root promordia) akan tumbuh tunas baru yang berupa kuncup yang nantinya cikal bakal menjadi batang tebu di mana batang tebu akan tumbuh lebih dari satu batang. Mekanisme tumbuh dari batang tebu berasal dari tunas yang tumbuh di bagian akar di mana batang tebu ditanam secara horizontal. Apabila batang tebu dipotong maka batang tebu dibagi menjadi tiga bagian yaitu batang primer, batang sekunder dan batang tersier seperti terlihat pada Gambar 4 (James 2004).

Gambar 4 Tunas batang tebu. Node

Daun Tebu

Posisi daun tebu melekat pada batang dan tumbuh pada pangkal node (Gambar 5). Setiap daun terdiri dari bagian yang melekat (sheath) dan bagian yang tidak melekat (blade or lamina). Bagian yang melekat (sheath) berbentuk seperti pipa yang menyelimuti batang dengan panjang dari bawah sampai atas batang. Daun tebu mempunyai struktur yang tipis dan mudah sobek (James, 2004).

Gambar 5 Struktur daun tebu.

Ketika tebu sudah mulai memasuki masa panen, daun tebu tumbuh sebagai lamina dengan panjang daun berdasarkan pengukuran di lapangan berkisar 120 – 160 cm dan lebar daun 3.5 – 6 cm seperti terlihat pada Gambar 6. Daun tebu inilah yang merupakan salah satu serasah tebu paling banyak jumlahnya pada saat setelah pemanenan.

Pucuk Tebu

Pucuk tebu terjadi pada perubahan dari fase vegetative ke fase reproduktif. Menurut Steven (1965) pucuk tebu tumbuh setahun dua kali dengan penyinaran matahari yang baik. Pucuk tebu tumbuh di ujung batang tebu dengan pajang 90 cm atau lebih seperti terlihat pada Gambar 7 (James 2004).

Gambar 7 Struktur pucuk tebu. Sistem Pemanenan Tebu

Pemanenan yang biasanya dilakukan adalah dengan penebangan yang dilakukan secara manual. Alat yang digunakan untuk menebang adalah sabit. Alat ini telah disediakan oleh Perkebunan Tebu yang harus dibeli oleh penebang. Ada juga penebang yang membawa sendiri alat sabitnya. Tenaga tebang ada 2 macam yaitu tenaga tebang lokal dan tenaga tebang luar. Tenaga tebang lokal adalah tenaga tebang yang berasal dari masyarakat sekitar pabrik, sedangkan tenaga tebang luar merupakan tenaga tebang yang berasal dari luar daerah yang tidak melakukan panen padi. Alat angkut yang digunakan oleh Perkebunan adalah trailer dengan kapasitas 10–13 ton sedangkan kapasitas truk antara 6-8 ton seperti terlihat pada Gambar 7 (Tajalli 2009). Setelah tebu bersih dan dipotong kemudian diikat per 12-15 batang tebu. Biasanya tenaga lokal mengikat tebu dengan menggunakan tali tulus sedangkan tenaga tebang luar menggunakan tali tebu yang dibelah menjadi 2 atau 4 bagian. Tebu kemudian ditumpuk di lahan untuk menunggu angkutan datang.

Gambar 8 Penebangan dan pengangkutan tebu (Tajalli 2009).

Sistem penebangan yang diterapkan di PG Subang dikatakan sebagai sistem tebang 4-2 (Gambar 8a) atau sistem tebang 2-2 (Gambar 8b). Sistem tebang yang biasa dilakukan adalah 4-2, sedangkan untuk sistem 2-2 biasanya untuk lahan yang sulit seperti banyak tebu yang roboh atau tebu yang melilit. Sistem tebang 4-2 artinya adalah empat juring atau barisan digunakan sebagai tempat meletakkan batang tebu hasil panen, dan 2 juring di sebelah empat juring tersebut menjadi tempat meletakkan sampah tebu berupa pucuk dan daun tebu yang disebut trash atau serasah. Begitu juga untuk sistem 2-2 hanya bedanya jumlah barisan tebu bersihnya hanya 2 barisan. Tujuan dari penerapan sistem 4-2 yaitu untuk menekan tunggak dan mempermudah dalam pembersihan lahan.

.

(a) Sistem penebangan 4 – 2 (b) Sistem penebangan 2 – 2 Gambar 9 Sistem tebang tebu di PG Subang (Tajalli 2009).

Batang tebu yang telah ditebang harus segera diangkut dengan truk ke pabrik. Tebu yang telah ditebang, jika dibiarkan cukup lama di lahan bahkan sampai menginap akan mengalami penurunan rendemen. Jika ini terjadi, pada akhirnya akan mengakibatkan kerugian perusahaan. Setelah pemanenan, biasanya

serasah terebut dibakar untuk memudahkan operasi persiapan lahan atau pemeliharaan tanaman selanjutnya. Pembakaran serasah tebu yang terhampar di lahan dimaksudkan selain menghemat biaya diharapkan lahan tersebut bersih dari serasah. Karena serasah ini sangat mengganggu proses pengolahan tanah maupun pemeliharaan tanaman selanjutnya.

Gambar 10 Tanaman tebu yang telah ditebang (Tajalli 2009).

Meskipun membakar daun tebu setelah panen memiliki keunggulan bisa memusnahkan penyakit dan serangga di lahan tebu serta bisa menyediakan potasium dan pospat, tetapi bila serasah dipertahankan sebagai mulsa daun, akan dapat menjaga kelembaban tanah, perlindungan tanah dari erosi dan kebocoran nutrisi, dapat membunuh gulma, dan untuk meningkatkan bahan organik dalam tanah. Hanya dengan membiarkan daun tebu di lahan setelah panen, ternyata dapat meningkatkan produktifitas tebu, dan kesuburan tanah dan meningkatkan karbon dalam tanah (Tan 1995).

Bobot tanaman tebu terdiri dari 75%-80% batang dan 20-25% terdiri dari daun dan pucuk daun yang kelak akan menjadi serasah (sering dikatakan sebagai sampah kebun tebu) (Anonymous 2000). Dengan membakar tebu sebelum panen akan dapat meniadakan 50% dari sampahnya. Cara ini tidak berkontribusi apapun terhadap produksi gula.

Hatermink dan Wood (1998) mengatakan bahwa penyebab utama yang mempengaruhi kesinambungan pengelolaan lahan perkebunan tebu adalah: (i) penggunaan alat-alat berat, (ii) penggunaan pupuk anorganik, dan (iii) sejumlah

besar material yang terambil ketika panen. Meskipun akibat yang ditimbulkan oleh praktek managemen seperti itu masih bisa ditanggulangi, tapi akan sangat mahal. Oleh sebab itu sistem pengolahan lahan untuk produksi tebu secara berkelanjutan harus lebih proaktif dilakukan. Strategi-strategi berdasarkan pengelolaan lahan berdasarkan jenis tanah, pemanfaatan residu tanaman (serasah), dan nutrient recycling akan banyak membantu pengembangan sistem produksi tebu berkelanjutan.

Di Brasil ada dua sistem panen tebu yaitu dengan tenaga manusia dan mesin combine (Gambar 11). Bila tebu dibakar sebelum panen, pekerja dapat memotong tebu dengan tangan dengan arit sebanyak 5-8 ton/hari. Bila dipanen dengan mesin, kapasitasnya adalah 25-55 ton/hari. Bila panen tidak didahului dengan pembakaran, kapasitas panen orang menjadi turun seper-limanya, sedangkan kapasitas panen mesin turun menjadi 25-45 ton.hari. Panen dengan tanpa bakar ini juga meningkatkan jumlah serasah (sampah daun tebu) (Ripoli et al. 2000).

Gambar 11 Serasah yang dihasilkan setelah tebu dipanen dengan dengan combine, tanpa didahului dengan pembakaran tebu (Ripoli et al. 2000).

Pembakaran tebu (Gambar 12) ternyata menimbulkan masalah lingkungan. Masalah tersebut antara lain polusi udara, kemungkinan tidak bisa mengendalikan api di kebun, semakin sulit dalam menggunakan kendali serangga secara biologis, bahkan dapat mengganggu aliran listrik yang dekat kebun (Ripoli et al. 2000).

Indeks serasah dari tebu adalah 25%. Dengan kata lain seperempat dari massa tanaman tebu terdiri dari pucuk tebu dan daun. Dengan mempertimbangkan ekonomi dan keseimbangan energi, salah satu pemanfaatan dari serasah tebu ini di

Brasil adalah untuk bahan bakar di pabrik, karena dengan tidak melakukan pembakaran, diketahui bahwa satu ton serasah equivalen dengan 1.28 barel bahan bakar.

Gambar 12. Pembakaran tebu sebelum panen (Ripoli et al. 2000)

Menurut Dahiya (2001) ketertarikan dalam penggunaan bahan organik sebagai mulsa semakin meningkat karena bahan organik memberikan keuntungan dan efek terhadap ketersediaan hara (nutrient) dan perannya yang besar dalam memperbaiki produktivitas tanah. Mereka mempelajari bahwa baik Sesbania aculeata dan serasah tebu telah meningkatkan ketersediaan N dan P pada tanah ketika digunakan sebagai mulsa hijauan. Hal ini dapat menjaga kesinambungan produktivitas tanah.

Mekanisme Pengumpul Pakan Ternak

Dalam penanganan mesin pemanen pakan ternak ada 2 tipe mekanisme dalam mengambil/pengumpul pakan ternak yaitu tipe roda silinder yang dilengkapi dengan pegas dan yang satunya dengan tipe konveyor seperti yang terlihat pada Gambar 13. Panjang pemotongan dapat dihitung berdasarkan kecepatan roda pengumpan (feed rolls) dibagi dengan kecepatan silinder pencacah (cutterhead). Secara teori panjang pemotongan dapat dihitung dengan persamaan (Srivastava 1993) :

(1)

Lc

: kecepatan roda pengumpan (m/s) : panjang pemotongan (mm)

: jumlah pisau pada cutterhead

: kecepatan putar pada cutterhead (rpm)

Gambar 13 Mekanisme pengambil/pengumpul rumput makanan ternak.

Secara teoritis panjang pemotongan berkisar antara 3 sampai 90 mm. Panjang pemotongan aktual berkisar 50% lebih panjang dari panjang teoririts secara perhitungan. Pengaturan panjang pemotongan dapat juga diatur dari kecepatan silinder pengumpanan. Kecepatan putar pada cutterhead berkisar antara 850 rpm sampai 1000 rpm. Dengan diameter silinder 520 mm sampai 620 mm dan panjang silinder 450 mm sampai 620 mm (Srivastava 1993).

Perhitungan kapasitas pengumpanan dapat didekati dengan persamaan berikut (Srivastava 1993) :

(2)

Di mana :

Mf : kapasitas pengumpanan (kg/s)

ρf : berat jenis bahan dalam silinder (kg/m3) At : luas penanpang silinder (m2)

. Lc

: kecepatan roda pengumpan (m/s) : panjang pemotongan (mm) : jumlah pisau pada cutterhead

Mesin pengumpul pakan ternak ditarik oleh traktor dan sumber penggeraknya adalah PTO. 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 dibelakang traktor seperti yang pada Gambar 14 (a) (Srivastava 1993).

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 seperti pada gambar 14(b). 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.

(a) (b)

Gambar 14 Power take off (PTO).

Mekanisme Pengaturan Kecepatan Linier Reel Pengambil

Pada mesin pemanen biji-bijian (grain combine harvester), pengaturan kecepatan linier reel sangat menentukan dalam meminimalkan kehilangan bahan pertanian pada saat pengambilan dan penghancuran. Jika reel diatur terlalu cepat akan terjadi kehilangan pada tahap penghancuran yang berlebihan. Jika reel diatur terlalu lambat maka terjadi kehilangan pada cutter bar. Wilkinson dan

Braumbeck (1977) merekomendasikan bahwa kecepatan linier reel sebaiknya diatur 25%-50% lebih cepat daripada kecepatan maju dari combine, atau dengan kata lain, bahwa reel index diatur antara 1.25 – 1.5. Reel index didefiniskan sebagai perbandingan antara kecepatan linier reel dengan kecepatan maju combine.

v c v r

=

Index

Reel (3)

Dimana :

Vr = kecepatan linier dari reel (m/s) Vc = kecepatan maju dari combine (m/s).

Gambar 15 Persentase kehilangan dengan berbagai pengaturan reel index (Wilkinson dan Braumbeck 1977).

Sangwijit dan Chinsuwan (2010) menggunakan variasi reel index 1.38 - 4.46 untuk memprediksi kehilangan pada axial flow rice combine. Hasil prediksi kehilangan adalah 1.26% -12.96%.

Gambar 16 Hubungan antara reel index dengan kehilangan (Sangwijit dan Chinsuwan 2010).

_{METODE PENELITIAN}

Waktu dan Tempat

Penelitian dilakukan pada bulan Desember 2010 sampai dengan April 2011. Tempat perancangan dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian IPB. Pengambilan data kondisi lahan dan serasah di kebun tebu PG Subang. Pembuatan prototipe dilaksanakan di Bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Pengujian prototipe dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian IPB.

Bahan dan Alat Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan konstruksi dan bahan untuk pengujian. Bahan konstruksi terdiri dari besi plat tebal 5 mm, besi siku 40 x 40 mm, besi kanal U 40 x 4 x 80 mm, besi silinder pejal (diameter 9, 25 dan 31 mm), besi pipa diameter 33 mm, bearing, sprocket dengan gigi 15, pillow block (diameter poros 25 mm dan 31 mm), rantai konveyor RS 60, rantai transmisi RS 60, mur baut, kawat elektroda 2.6 mm, roda karet dan cat. Bahan yang digunakan untuk pengujian adalah prototipe unit pengangkat serasah tebu dan serasah tebu.

Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat yang dipergunakan untuk pembuatan prototipe, alat yang dipergunakan pada pengukuran kondisi lahan dan karakteristik serasah tebu dan alat yang dipergunakan untuk pengujian unjuk kerja. Peralatan perbengkelan yang digunakan adalah las listrik, mesin gerinda, mesin bubut, gergaji potong, mesin bor, amplas, kikir, hand tap dan kunci 1 set. Peralatan untuk mengukur profil guludan terdiri dari profilmeter, mistar, roll meter dan waterpas. Pengukuran karakteristik serasah tebu menggunakan timbangan analitik, mistar, roll meter, oven pengering oven (Memert D 06059 Model 300). Alat ukur yang digunakan

dalam pengujian meliputi; tachometer digital (Krisbow KW06-303), bridge box (Kyowa, DB -120), handy strain meter (Kyowa, UCAM-1A), multimeter digital (Masda, DT830B), dynamic strain amplifier (DPM 601A), stop watch, komputer, timbangan analog, timbangan digital (Libror EC-600), torque transducer (Kyowa, 50 kgf), clamp meter (Kyoritsu), datataker DT 500 dan kamera digital.

Prosedur Penelitian

Gambar 17 Blok diagram penelitian. Mulai

Identifikasi Masalah

Pengukuran karakteristik serasah tebu dan profil guludan pada lahan

Analisis desain dan pembuatan gambar teknik

Pembuatan prototipe Selesai baik Pengujian fungsional Tidak Modifikasi

Pengujian kinerja di laboratorium

( Kecepatan maju pengumpan 0,3 m/s dan kerapatan isi serasah tebu 8 kg/m3)

Analisa data

Pengukuran kalibrasi torsi (kg.m)-regangan

(µε) dan pengukuran kalibrasi regangan (µε)

-tegangan (V)

Pengukuran torsi dengan berbagai variasi kecepatan putar poros konveyor

(58, 66, 70 rpm)

Pengukuran torsi dengan berbagai variasi kecepatan putar reel penarik (8, 15, 23,

30, 40, 45 rpm)

Penimbangan serasah tebu tertinggal di bagian reel penarik

Identifikasi Masalah

Tahapan untuk mempelajari jumlah sampah kebun tebu dan penanganannya (sampah kebun tebu) setelah panen yang terjadi di lapangan. Metode yang digunakan adalah studi pustaka dan survei kondisi di kebun PG Subang.

Pengukuran karakteristik serasah tebu dan lahan

Karakteristik serasah tebu dan lahan yang akan dipelajari dan dipergunakan untuk keperluan disain unit pengangkat pada mesin pencacah serasah tebu adalah:

1. Volume tumpukan serasah tebu di lahan

2. Kerapatan isi tumpukan serasah tebu dan komposisinya 3. Profil guludan di lahan

4. Elastisitas tumpukan serasah tebu

5. Dimensi serasah tebu (daun, pucuk dan batang)

Untuk menjawab permasalahan di atas, maka dilakukan pengambilan data sebelum proses perancangan mesin pencacah serasah tebu dimulai. Pengukuran dilakukan pada guludan yang ada serasah tebu. Poin-poin yang dicatat di antaranya adalah lebar tumpukan serasah, tinggi tumpukan serasah, volume serasah per dua meter, massa serash per dua meter, profil guludan, komposisi serasah beserta ukurannya dan kerapatan isi serasah.

Menurut Krauskopf dan Beiser (2000) densitas adalah massa per unit volume.

(4)

Di mana :

ρ = densitas (kg/m3 ) m = massa (kg) V = volume (m3

Massa benda dengan sederhana dapat diperoleh dengan cara penimbangan. Sedangkan volume benda diperoleh dengan mengukur air yang tumpah saat benda dicelupkan ke dalam wadah yang berisi air. Ini adalah cara termudah, walaupun

bukan cara yang paling akurat, untuk memperoleh densitas suatu benda dengan bentuk sembarang (Mulligan 1991).

Tumpukan serasah tebu dapat ditimbang dengan mudah menggunakan timbangan untuk memperoleh massanya. Namun akan sulit untuk menemukan volume tumpukan serasah tebu dengan cara mencelupkannya ke dalam wadah berisi air. Oleh karena itu, volume tumpukan serasah diukur dengan mengukur lebar, tinggi dan panjang per dua meter tumpukan serasah di lahan. Dengan data tersebut dapat diketahui volume tumpukan serasah. Profil guludan di perkebunan PT Rajawali II Unit PG Subang dapat diukur dengan profilmeter. Hasil pengukuran diolah dan digambarkan dengan Autocad.

Tekanan adalah gaya per unit luas penampang.

(5)

Dimana :

P = tekanan (N/m2) F = gaya tekan (N) A = luas penampang (m2

Data profil guludan dibutuhkan untuk perancangan lebar pemasukan serasah ke dalam unit pengangkat serasah Dengan data tersebut maka kapasitas mesin dapat diperkirakan. Data densitas tumpukan serasah dibutuhkan untuk perancangan aliran massa yang terjadi di dalam bagian penarik dan penyalur. Data gaya tekan terhadap tumpukan serasah tebu dibutuhkan untuk menghitung

)

Pengukuran elastisitas serasah dapat dilakukan dengan sebuah kotak dengan ukuran panjang 0.6 m, lebar 0.5 m dan tinggi 0.4 m. Kemudian tumpukan serasah dimasukkan kedalam kotak tersebut sesuai dengan massa dan bulk density yang direncanakan. Berikutnya, tumpukan serasah tersebut ditekan dengan beban sampai dengan ketinggian tumpukan yang direncanakan. Beban yang digunakan adalah wadah yang berisi air. Pemilihan beban dengan air dikarenakan pembebanannya dapat dilakukan sedikit demi sedikit. Jika sudah mencapai ketinggian yang diinginkan kemudian diukur massa air tersebut dengan timbangan. Dari data tersebut dapat diketahui besarnya pembebanan (gaya tekan) terhadap tumpukan serasah sehingga dapat diketahui tekanan yang diperoleh tumpukan serasah.

besarnya daya yang diperlukan untuk memampatkan tumpukan serasah didalam mesin tersebut.

Analisis Disain dan Pembuatan Gambar Teknik

Pengembangan Konsep Disain

Data-data pengukuran karakteristik serasah dan kondisi lahan diolah dan dibangun konsep disain. Konsep disainnya adalah unit pengangkat serasah tebu merupakan bagian dari mesin pencacah yang diletakkan dibagian depan mesin pencacah. Sumber penggeraknya adalah PTO traktor dan bergerak dengan kecepatan maju 0.3 m/s sesuai kecepatan penariknya yaitu traktor. Pengoperasian alat dengan kecepatan 0.3 m/s disesuaikan dengan kecepatan maju untuk kegiatan pengolahan tanah di PG Subang. Lebar pengambilan (penarikan) adalah 0.6 m karena dibatasi oleh lebar juring 1.2 m dan mesin bekerja pada area diantara puncak guludan (roda tidak menginjak puncak guludan). Tinggi tumpukan pengambilan adalah 0.4 m dan kerapatan isi tumpukan 7.71 kg/m3

Analisis Teknik

, sehingga dapat ditentukan kapasitas kerja teoritisnya.

Langkah berikutnya adalah perumusan disain fungsional dari unit pengangkat serasah tebu. Fungsi utama diuraikan lebih detail menjadi fungsi dan subfungsi serta komponen yang digunakan dalam disain. Rancangan fungsional dikembangkan menjadi rancangan struktural.

Perhitungan dan analisa teknik meliputi laju aliran massa, kebutuhan daya komponen penarik dan komponen penyalur. Analisis aliran massa mulai dari lahan sampai ke unit pencacah (Gambar 18).

Gambar 18 Aliran massa serasah pada mesin.

Q

LAHAN

(6)

Dimana :

ρ = Bulk Density atau kerapatan isi serasah tebu (kg/m3

= Kecepatan maju mesin (m/s) A = Luasan penarikan (m

)

2 )

Dengan analisis aliran massa, bulk density serasah yang masuk di setiap komponen dapat diketahui nilainya.

Analisis kebutuhan daya diperlukan untuk mengetahui seberapa besar daya yang diperlukan oleh setiap komponen agar terjadi aliran massa di komponen tersebut sesuai dengan kebutuhan. Dalam hal ini dikelompokkan menjadi dua bagian karena terdiri dari dua komponen utama yaitu komponen silinder penarik dan komponen penyalur. Analisis kebutuhan daya pada komponen silinder penarik dimulai dengan menganalisis kebutuhan gaya. Berdasarkan Gambar 19 besarnya gaya (F) yang dibutuhkan untuk menarik serasah masuk kedalam mesin pencacah serasah tebu dapat diketahui.

Gambar 19 Skema gaya pada komponen silinder penarik. Silinder

penarik serasah

α= 29o

F Wtcos α

Wtsin α

Wt

fk

(7)

(8) Dimana :

F = gaya yang dibutuhkan untuk menarik serasah (N)

= gaya gesek serasah terhadap plat pengarah (N) gaya berat serasah total (N)

Besarnya torsi (M) pada sudu penarik dihitung dengan persamaan:

(9)

Dimana :

M = torsi pada sudu penarik (Nm) d = lengan momen (m)

F = gaya yang dibutuhkan untuk menarik serasah (N)

Gambar 20 Skema momen pada komponen silinder penarik.

Besarnya daya (Pp

(10)

Dimana : P

) yang diperlukan oleh komponen silinder penarik dihitung dengan persamaan (Anwari 1981) :

p = daya yang diperlukan oleh komponen silinder penarik (Watt) Tp = torsi komponen penarik (Nm)

np = kecepatan putar komponen penarik (rpm) F

0.5 m

fb

Dari persamaan 8, 9 dan 10 dapat dihitung besar daya yang diperlukan oleh komponen penarik.

Analisis kebutuhan daya pada komponen penyalur dimulai dengan menganalisis kebutuhan gaya. Berdasarkan Gambar 20 besarnya gaya (F) yang dibutuhkan untuk menyalurkan serasah masuk ke unit pencacah dapat diketahui.

(11)

(12) Dimana :

F = gaya yang dibutuhkan untuk menyalurkan serasah (N) = gaya berat serasah dan konveyor (N)

= gaya kompresi serasah (N) = Sudut kemiringan konveyor (0

= Sudut depleksi rantai akibat gaya kompresi serasah ( )

0 )

Gambar 21 Skema gaya pada komponen penyalur .

Dari persamaan 9, 10 dan 12 dapat dihitung besar daya yang diperlukan oleh komponen penyalur.

Wt sin θ

Wt Wt cos θ

F

θ

Gambar Teknik

Berikutnya adalah pembuatan gambar kerja. Pembuatan gambar kerja dimaksudkan sebagai acuan dalam pembuatan prototipe. Gambar kerja dilengkapi dengan keterangan ukuran dan bahan rencana. Dengan adanya gambar kerja dapat dilihat bagian-bagian yang akan dirangkai menjadi sebuah prototipe.

Pembuatan Prototipe, Uji Fungsional dan Modifikasi

Pembuatan prototipe unit pengangkat serasah tebu di Bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Proses pembuatan prototipe beradasarkan gambar kerja yang telah dibuat. Tahapan pembuatan prototipe dimulai dari pembelian bahan konstruksi, penanganan bahan baku menjadi bagian/komponen unit pengangkat serasah, proses perakitan dan pengecatan.

Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui fungsi tidaknya mekanisme unit pengangkat serasah tebu yang telah dirancang dan pabrikasi. Pengujiannya dilakukan dengan beban serasah tebu dan dilakukan pengamatan kondisi komponen-komponen mesinnya apakah terjadi kerusakan atau tidak selama proses pengambilan dan penyaluran serasah tebu.

Hasil uji fungsional dijadikan dasar perlu tidaknya dilakukan modifikasi. Penambahan komponen atau penggantian komponen yang lebih baik diharapkan meningkatkan fungsional dari alat yang dirancang sebelum dilakukan pengujian kinerja.

Uji Kinerja

Kondisi pengujian

Uji kinerja dilakukan untuk mengetahui apakah unit pengangkat serasah tebu berfungsi dengan baik pada seluruh komponennya dan melihat kinerja pada mekanisme pengambilan dan penyaluran. Pengujian dilakukan stasioner di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian IPB. Unit pengangkat serasah tebu diletakkan pada rangka uji dengan ketinggian bagian depan 15 cm diatas lantai. Papan pengumpan digerakan maju dan meluncur dibawah unit pengangkat

serasah. Kondisi pengujian ditunjukkan pada Gambar 22 dan variasi percobaan ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Variasi percobaan uji kinerja

Variasi Percobaan Keterangan

Bahan uji serasah

- Kerapatan Isi 8 kg/m3

- Volume bak pengumpan 0.96 m3

- Berat 8 kg

- Kecepatan pengumpanan 0.3 m/s

- Waktu pengumpanan 13 detik

Kecepatan putar konveyor 58 rpm, 66 rpm dan 70 rpm Kecepatan putar reel penarik 8 rpm, 15 rpm, 23 rpm, 30 rpm, 40

rpm dan 45 rpm

Kecepatan putar teoritis reel penarik pada kecepatan maju unit pengangkat 0.3 m/s adalah 8 rpm. Pada pengujian, kecepatan putar reel penarik divariasi 8 rpm, 15 rpm, 23 rpm, 30 rpm, 40 rpm dan 45 rpm.. Hal ini menggambarkan reel index 1, 2, 3, 4, 5 dan 6. Reel index adalah perbandingan kecepatan linier reel penarik dengan kecepatan maju unit pengangkat serasah tebu. Sangwijit dan Chinsuwan (2010) menggunakan variasi reel index 1.38 - 4.46 untuk memprediksi kehilangan pada axial flow rice combine. Hasil prediksi kehilangan adalah 1.26% -12.96%.

Kecepatan putar teoritis konveyor pada kecepatan maju unit pengangkat 0.3 m/s adalah 58 rpm. Pada pengujian, kecepatan putar konveyor divariasi 58 rpm, 66 rpm dan 70 rpm. Hal ini menggambarkan konveyor index 1, 1.1, dan 1.2. Konveyor index adalah perbandingan kecepatan linier konveyor dengan kecepatan maju unit pengangkat serasah tebu. Kecepatan linier konveyor dirancang lebih cepat dari kecepatan maju alat dan lebih lambat dari kecepatan linier reel penarik, sehingga konveyor index dirancang tertinggi 1.2.

Prototipe unit pengangkat dikondisikan bersih dari serasah pada saat sebelum pengujian. Tujuannya adalah untuk mengetahui persentase serasah tertinggal di bagian reel penarik dan konveyor setelah alat uji dioperasikan.

Pengukuran

Data pengukuran terdiri dari 2 jenis yaitu data tegangan pada 1 titik transducer torsi yang diletakan pada poros konveyor dan data arus listrik (A) pada kabel listrik yang terhubung dengan motor listrik penggerak poros reel penarik. Tegangan listrik (V) juga diukur pada saat pengujian. Data tegangan pada poros konveyor direkam dengan datataker DT 500. Perekaman data arus listrik (A) digunakan digital clamp meter dan kamera digital.

Berat serasah tertinggal di bagian reel penarik dan bagian konveyor ditimbang dengan timbangan digital (ketelitian 1 gram) sesaat setelah alat uji selesai dioperasikan pada setiap ulangan pengumpanan. Dalam pengujian dilakukan juga observasi terhadap kinerja fungsi penarikan dan penyaluran dengan kamera video.

Pengolahan data

Data hasil pengukuran diolah menggunakan software excel untuk memperoleh grafik torsi pengambilan dan penyaluran. Adapun cara pengolahan data hasil pengukuran adalah mencari nilai rata-rata torsi penarikan dan torsi penyaluran sebelum pembeban dan setelah pembeban. Data serasah tertinggal diolah dengan mencari nilai rata-rata serasah tertinggal pada reel penarik, konveyor dan total 1 (satu) unit pengangkat.

Nilai tegangan pada poros konveyor dikonversi ke nilai regangan dengan memasukan hasil kalibrasi tegangan–regangan (µε/V). Kalibrasi tegangan– regangan (µε/V) dilakukan sesaat sebelum alat uji dioperasikan dan disetel maksimum pada strain 200 µε. Nilai regangan tersebut dikonversi ke nilai torsi dengan memasukkan hasil kalibrasi regangan-torsi (N m/µε). Kalibrasi regangan-torsi (N m/µε) dilakukan sebelum pengujian berlangsung.

(13)

Dimana :

T = Torsi (N m)

Vp = Voltase yang terukur (V)

A1 = Gradien kurva dari hasil kalibrasi regangan-torsi (N m/µε) A2

(14) Dimana :

P = Daya (watt) T = Torsi (N m)

N = Kecepatan putar (rpm)

Nilai arus listrik pada motor penggerak reel penarik dan tegangan listrik hasil pengukuran dikonversi ke nilai daya dengan persamaan (15). Daya aktual penarikan merupakan selisih antara daya pembebanan serasah dengan daya untuk menggerakan motor listrik itu sendiri.

= Gradien kurva dari hasil kalibrasi tegangan-regangan (µε/V) Nilai torsi dikonversi ke nilai daya dengan persamaan :

Di mana : P = Daya (Watt)

V = Voltase yang terukur (Volt) I = Arus yang terukur (Ampere) Cos Q = faktor daya, digunakan 0.8

Data serasah tertinggal di bagian reel penarik dan konveyor dijadikan persentase terhadap berat awal serasah pengumpanan (8 kg).

(16)

(17)

(18)

Dimana :

= Persentase serasah tertinggal di reel penarik = Persentase serasah tertinggal di konveyor

= Persentase serasah tertinggal di unit pengangkat serasah = Berat serasah tertinggal di reel penarik (kg)

= Berat serasah tertinggal di konveyor (kg) = Berat serasah awal pengumpanan (kg)

Nilai kecepatan linier reel penarik dikonversi ke nilai Reel index. Reel index adalah perbandingan kecepatan linier reel penarik dengan kecepatan maju unit pengangkat serasah tebu.

(20)

Dimana :

Vr = kecepatan linier dari reel penarik (m/s)

Vupst = kecepatan maju dari unit pengangkat serasah tebu (m/s).

Nilai kecepatan linier konveyor dikonversi ke nilai Konveyor index. Konveyor index adalah perbandingan kecepatan linier konveyor dengan kecepatan maju unit pengangkat serasah tebu.

(21) Dimana :

Vk = kecepatan linier dari konveyor (m/s) Vupst

Analisa data

= kecepatan maju dari unit pengangkat serasah tebu (m/s).

Analisa data dilakukan untuk menemukan hubungan berbagai perlakukan : 1. Hubungan kebutuhan daya konveyor (penyaluran) terhadap variasi

kecepatan putar reel penarik.

2. Hubungan kebutuhan daya penarikan terhadap variasi kecepatan putar konveyor penyalur.

3. Hubungan persentase serasah tertinggal terhadap variasi reel index. 4. Hubungan persentase serasah tertinggal terhadap variasi konveyor

index.

5. Hubungan daya dan kapasitas pengangkatan terhadap variasi kecepatan putar reel penarik dan konveyor.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Identifikasi Kondisi Serasah dan Lahan Setelah Panen Tebu

Berdasarkan hasil survey lapangan di PG. Subang, Jawa barat, permasalahan yang dihadapi setelah panen adalah menumpuknya sampah biomasa dalam jumlah yang sangat besar di lahan. Sampah tersebut adalah sisa tanaman tebu (serasah) yang terdiri dari daun tebu kering, pucuk tebu, tebu muda berupa tunas yang tumbuh terlambat (sogolan), tali tutus dan batang tebu. Serasah ini jika dibiarkan di lahan akan menghambat pertumbuhan tunas tebu pada saat ratoon cane dan menghambat kegiatan pengolahan tanah pada saat plant cane.

Solusi sementara saat ini serasah tersebut dibakar dengan pengawasan yang cukup ketat oleh pihak pabrik karena belum ditemukan cara penanganan dan pemanfaatan serasah yang lebih efektif dan efesien. Pembakaran biasanya dilakukan sore atau malam hari untuk karena hembusan angin relatif lebih lambat, disamping itu efek pemanasan dirasa lebih rendah. Pembakaran serasah tebu telah dirasakan menimbulkan masalah, antara lain:

1. Membahayakan rumah penduduk dari kebakaran, karena ada beberapa areal perkebunan tebu sangat dekat dengan rumah penduduk .

2. Pembakaran serasah tebu di lahan dapat mengakibatkan polusi udara, dan mengotori udara di sekitar kebun. Ini dapat mengganggu kesehatan pernafasan orang yang berdomisili di daerah dekat kebun.

3. Serasah tebu setelah pembakaran, terutama sisa batang tebu biasanya dibersihkan dengan trash rake. Namun saat ini Pabrik Gula Subang sudah tidak lagi menggunakannya untuk untuk mengurangi biaya operasional. Bila sampah arang sisa pembakaran tidak dibersihkan akan menghambat pengoperasian alat pemecah tanah (ripper) karena pada saat dioperasikan, sampah akan tersangkut dan menumpuk di bagian implement.

4. Sampah batang tebu sisa pembakaran juga sering menghambat operasi pengolahan tanah.

Serasah yang jumlahnya sangat banyak tersebut sulit untuk dibuang atau dipindahkan karena belum ada alat atau mesin yang cocok untuk itu. Bila dilakukan secara manual akan menghabiskan banyak waktu dan biaya.

Sifat Fisik Serasah Tebu

Pemahaman secara utuh tentang kondisi dan sifat fisik dari serasah tebu merupakan syarat awal dalam kegiatan perancangan (desain) mesin pengumpul dan pencacah serasah tebu. Serasah tebu yang dimaksud dalam penelitian ini adalah sisa-sisa bagian tebu yang tertinggal di lahan tebu setelah panen. Bagian-bagian tebu tersebut antara lain daun tebu kering, batang tebu,dan pucuk tebu.

Kondisi serasah tebu yang terhampar di lahan setelah pemanenan di PG. Subang ditunjukkan pada Gambar 23. Serasah ini direncanakan untuk di bakar agar proses selanjutnya seperti pengolahan tanah dapat dilakukan.

Gambar 23 Kondisi serasah di lahan tebu di PG Subang.

Kerapatan isi serasah diukur langsung di lahan PG Subang. Sampel serasah diambil dari tumpukan serasah pada luasan 2 m x 2 m. Pengukuran ini dilakukan secara acak pada berbagai lahan. Pengukuran dilakukan pada 10 sampel berbeda. Situasi pengukuran ditunjukkan pada Gambar 24. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 2.

Gambar 24 Pengukuran serasah tebu di lahan PG Subang.

Tabel 2 Kerapatan isi tumpukan serasah tebu diukur pada luasan 2 m x 2 m No Tinggi tumpukan

(m)

Volume (m3) Berat (kg) Kerapatan (kg/m3)

1 0.35 1.40 7 5.00

2 0.40 1.60 13 8.13

3 0.35 1.40 10 7.14

4 0.35 1.40 11 7.86

5 0.35 1.40 8 5.71

6 0.40 1.60 15 9.38

7 0.37 1.48 10 6.76

8 0.30 1.20 15 12.50

9 0.35 1.40 10 7.14

10 0.40 1.60 12 7.50

Rata-rata 0.36 1.45 11.10 7.71

PG Subang yang memiliki luas areal kebun 5350 ha atau ekuivalen dengan 1783 ha tumpukan serasah (untuk sistem tebang 4-2). Dengan berat serasah rata-rata 11.1 kg untuk setiap 4 m2 luas tumpukan, maka PG Subang akan menghasilkan serasah sebesar sekitar 49487.5 ton (±50000 ton) setiap musim panen. Luas total areal tanaman tebu Indonesia adalah 480148 ha, yang terdiri dari 292.564 ha kebun rakyat, 90.747 ha perkebunan pemerintah, dan 96.837 ha perkebunan perusahan swasta. Jumlah total biomass tebu setelah panen yang dihasilkan adalah sekitar 444137 ton. Jumlah biomas sebesar ini sangat berpotensi untuk dimanfaatkan demi sistem pertanian tebu berkelanjutan.

Rata-rata tinggi tumpukan serasah tebu di lahan adalah 0.36 m, dan memiliki kerapatan isi rata-rata 7.71 kg/m3. Ketinggian tumpukan akan sangat menentukan mekanisme pengambilan serasah oleh mesin dari lahan. Sementara, kerapatan isi akan sangat mempengaruhi mekanisme pengangkatan dan pengaliran serasah menuju bagian pengumpan pencacah. Dalam rancangan tinggi tumpukan digunakan 0.40 m.

Serasah yang berupa pucuk tebu telah diukur. Pengukuran dilakukan pada 100 sampel pucuk tebu seperti pada Gambar 25. Sampel serasah tebu pada perkebunan tebu PT Rajawali II Unit PG Subang, sebagian besar berupa daun tebu dan pucuk tebu. Pengukuran dimensi daun tebu dan pucuk tebu dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian IPB. Jumlah sampel yang diukur adalah 100 buah daun tebu maupun pucuk tebu.

Gambar 25 Pengukuran dimensi serasah tebu di laboratorium TMBP IPB. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pucuk tebu memiliki panjang rata-rata 162.54 cm, jumlah daun rata-rata-rata-rata tiap pucuk adalah 4 lembar, lebar daun pucuk rata-rata 5.02 cm, diameter pucuk rata-rata 21.34 mm, tebal daun rata-rata 0.35 cm dan berat pucuk rata-rata 57.35 gram. Hasil pengukuran serasah daun tebu menunjukkan bahwa panjang daun rata-rata 161.11 cm, lebar daun posisi tepi rata-rata 4.38 cm, lebar daun posisi tengah rata-rata 4.08 cm, lebar daun posisi ujung rata-rata 3.89 cm dan berat daun rata-rata 8.90 gram. Data hasil pengukuran pucuk tebu disajikan pada Tabel 3 dan pengukuran daun tebu disajikan pada Tabel 4 .

Hasil pengukuran kadar air serasah tebu (batang, daun dan pucuk) basis kering ditunjukkan pada Tabel 5. rata kadar air batang adalah 84.15%. Rata-rata kadar air daun adalah 16.94%. Rata-Rata-rata kadar air pucuk daun adalah 15.90%

Tabel 3 Data pucuk tebu pada serasah tebu PG subang Panjang Pucuk (cm) Jumlah Daun (unit) Lebar Daun Pucuk (cm) Diameter Pucuk (cm) Tebal Daun Pucuk (cm) Massa Pucuk (gram)

Maksimum 190 6 6 32.30 0.50 98.10

Minimum 130 3 4 15.3 0.2 29

Rata-rata 162.54 4 5.02 21.34 0.35 57.35

Tabel 4 Data daun tebu pada serasah tebu PG Subang Panjang serasah (cm) Lebar Posisi Tepi (cm) Lebar Posisi Tengah (cm) Lebar Posisi Ujung (cm) Tebal Daun (cm) Berat daun (gram)

Maksimum 195 6 5.6 5.3 0.25 13

Minimum 117 3 2.8 2.9 0.25 3.5

Rata-rata 161.51 4.38 4.08 3.89 0.25 8.90 Tabel 5 Data kadar air serasah tebu basis kering

No. Sampel Batang (%) Pucuk (%) Daun (%) Sampel 1 88.57 15.78 17.86 Sampel 2 87.67 15.82 15.29 Sampel 3 79.88 16.52 17.78 Sampel 4 80.13 16.10 17.33 Sampel 5 84.52 14.29 16.46 rata -rata 84.15 15.70 16.94

Dengan menggunakan data hasil pengukuran karakteristik pemadatan tumpukan serasah tebu, dapat diketahui besarnya gaya yang diterima oleh serasah akibat dari tekanan oleh silinder penarik dan bagian konveyor dalam unit pengangkat pada mesin pencacah serasah tersebut. Untuk keperluan disain bagian silinder penarik (tipe reel) dan bagian konveyor, data ini dibagi dalam dua kelompok yaitu elastisitas serasah tebu dari 0.4 m menjadi 0.3 m di bawah bagian silinder penarik (Tabel 6) dan elastistisitas serasah tebu dari 0.27 m menjadi 0.08 m di bawah bagian konveyor (Tabel 7).

Tabel 6 Elastisitas serasah tebu dari ketebalan tumpukan 0.4 m menjadi 0.3 m No. Luas Penekanan (m2 Berat Beban Pemberat (N) )

Tekanan yang Diberikan Beban (N/m2)

1 0.3 15.77 52.57

2 0.3 16.89 56.30

3 0.3 15.54 51.80

4 0.3 13.32 44.40

5 0.3 14.68 48.93

6 0.3 15.91 53.03

7 0.3 12.89 42.97

8 0.3 16.55 55.17

Rata-rata 0.3 15.19 50.65

Tabel 7 Elastisitas serasah tebu dari ketebalan tumpukan 0.27 m menjadi 0.08 m

No. Luas Penekanan (m2 Berat Beban Pemberat (N) )

Tekanan yang Diberikan Beban (N/m2)

1 0.3 362.53 1208.45

2 0.3 357.97 1193.23

3 0.3 339.13 1130.44

4 0.3 344.93 1149.78

5 0.3 351.37 1171.25

6 0.3 353.04 1176.81

7 0.3 356.41 1188.03

8 0.3 334.44 1114.80

Rata-rata 0.3 349.98 1166.60

Kondisi profil guludan juga diamati langsung di PG Subang (Gambar 26). Pengukuran profil guludan dilaksanakan dengan menggunakan reliefmeter dan mistar atau meteran. Listyanto et al. (2005) mengungkapkan bahwa guludan tebu untuk keprasan pertama (R1), kedua (R2), ketiga (R3) di lahan PG Jatitujuh memiliki bentuk dan ukuran yang tidak jauh berbeda. Perbedaannya hanya terletak pada ukuran lebar guludan, yakni guludan untuk (R3) memiliki lebar yang sedikit lebih besar (85 cm) dibandingkan dengan guludan untuk R1 dan R2, yang memiliki lebar 80 cm. Ketinggian guludan dari permukaan juringan 20 cm, dan lebar daerah tunggul yang harus di kepras sebesar 40 cm.

Gambar 26 Pengukuran profil guludan di PG Subang.

Dari hasil pengukuran diketahui bahwa profil guludan di PG Subang memiliki bentuk dan ukuran yang tidak jauh berbeda dengan PG Jatitujuh Cirebon. Profil guludan hasil pengukuran ditunjukkan pada gambar 27. Profil guludan di PG Subang memiliki lebar guludan 120 cm, jarak antar tanaman 120 cm dan tinggi guludan 20 cm.

Gambar 27 Profil Guludan di PG Subang.

Kondisi dan ukuran guludan ini sangat menentukan ukuran mesin secara keseluruhan. Posisi roda traktor penarik maupun roda mesin pencacah serta roda unit pengangkat harus berada pada cekungan guludan. Jarak dan ketinggian guludan juga dipergunakan untuk menentukan lebar kerja alat. Dengan mengasumsikan serasah tersebar merata di atas permukaan lahan, ukuran guludan

ini juga dapat digunakan untuk menduga volume serasah yang akan diangkat dan disalurkan dalam satu lintasan pengambilan.

Proses Perancangan Unit Pengangkat Serasah Tebu

Konsep rancangan

Perancangan ini merupakan bentuk rancangan baru karena belum ada mesin pengangkat serasah tebu pada mesin pencacah serasah tebu yang mobile di lahan tebu. Konsep yang dirancang adalah untuk mengangkat serasah tebu yang menumpuk di lahan, lalu menyalurkan serasah ke unit pencacah untuk selanjutnya dibenamkan. Rancangan mesin ini digerakkan oleh traktor roda 4 dan diputar dengan poros PTO traktor. Konsep rancangan mesin disajikan pada Gambar 28. Oleh karena itu, dengan waktu dan sumber daya yang tersedia, penelitian ini baru mengarah pada pemenuhan fungsi penarik serasah dari lahan dan fungsi penyalur ke unit pencacah.

Beberapa parameter dasar rancangan yang telah dikembangkan dari identifikasi awal di PG Subang adalah sebagai berikut:

- Rata-rata tinggi tumpukan serasah di lahan adalah 0.36 m, ketebalan maksimal 0.40 m dan kerapatan isi serasah dilahan 7.71 kg/m3

- Lebar guludan 1.20 m, tinggi guludan 0.20 m. Dalam rancangan lebar kerja unit pengangkat serasah adalah 0.60 m.

. Dalam rancangan digunakan tinggi tumpukan serasah 0.40 m.

- Posisi serasah tebu diasumsikan masih rata dengan puncak guludan. - Kecepatan maju traktor 0.3 m/s.

- Posisi arah maju unit pengangkat serasah dan mesin pencacah selalu bergerak sejajar traktor penarik (Gambar 28)

- Tinggi keluaran conveyor sama dengan tinggi input penjepit pencacah dari tanah.

- Roda traktor, roda mesin pencacah dan roda unit pengangkat tidak boleh menginjak puncak guludan.

Gambar 28 Layout rancangan unit pengangkat serasah pada mesin pencacah serasah tebu.

Mesin pengangkat dan pencacah seresah tebu akan ditarik oleh traktor roda empat dengan posisi gerakan selalu sejajar. Tenaga penggerak diambil dari PTO traktor roda empat. Posisi roda traktor, roda pencacah dan roda unit pengambil dan konveyor harus selalu terletak pada juring guludan. Jarak lebar roda belakang unit pengambil dan konveyor dirancang 240 cm yang merupakan posisi (layout) memungkinkan (Gambar 28). Jarak lebar roda depan unit pengangkat dirancang 80 cm. Pertimbangan jarak ini adalah lebar sisa yang memungkinkan dapat dijadikan alur roda. Jarak antar tanaman adalah 120 cm dengan jari-jari tanaman 20 cm, sehingga sisanya 80 cm. Lebar kerja unit pengangkat serasah adalah 0.60 m.

Untuk menyesuaikan kondisi guludan dan kondisi tumpukan serasah di lahan, maka sangat penting menentukan posisi reel untuk penarikan serasah. Tinggi bagian depan penarik seresah adalah 5 cm dari bagian bawah roda depan. Artinya dengan lebar 80 cm dan asumsi seresah tebu masih rata pada bagian atas guludan, maka posisi ini dirancang untuk dapat mengambil semua serasah dengan ketinggian 40 cm dari rata bagian atas guludan. Asumsi seresah masih rata pada

bagian atas diambil, karena melihat kondisi di lahan yang menunjukkan bahwa setelah 4 -7 hari pemanen, seresah masih pada posisi tersebut.

Parameter dasar rancangan tersebut kemudian dikembangkan menjadi parameter disain. Parameter disain yang dipergunakan sebagai acuan dalam penelitian ini adalah :

1. Rancangan pengambilan serasah adalah dari ketebalan 40 cm (diambil ketebalan maksimum serasah di lahan), kemudian terambil oleh jari-jari penarik 30 cm, dilemparkan ke rumah penyalur menjadi ketebalan 27 cm dan disalurkan menuju bagian input penjepit mesin pencacah serasah dengan ketebalan 8 cm.

2. Mekanisme penyaluran dengan 2 (dua) konveyor, yaitu konveyor atas dan bawah. Sudut inklinasi konveyor bawah adalah 290 dengan pertimbangan menyesuaikan tinggi input mesin pencacah serasah tebu. Sudut inklinasi konveyor atas adalah 130 dengan pertimbangan memenuhi parameter bahwa ketebalan input konveyor adalah 27 cm.

Rancangan Fungsional

Fungsi utama dari unit yang akan dirancang adalah mengangkat serasah tebu dari lahan ke unit pencacah. Adapun penguraian fungsi utama menjadi fungsi penguraian disajikan pada Gambar 29.

Gambar 29 Skema rancangan fungsional unit pengangkat serasah tebu.

Fungsi utama: mengangkat serasah tebu

dari lahan ke unit pencacah

Fungsi menarik serasah dari lahan ke komponen

penyalur

Fungsi menyalurkan serasah dari komponen penarik ke unit pencacah

Mendukung unit pengangkat

Menghasilkan tenaga putar dan menyesuaikan

jumlah putaran sesuai kebutuhan

Dudukan yang berfungsi untuk menempelkan penarik Merubah sudut penarik

Menyalurkan serasah dari bagian penarik ke unit pencacah

Dudukan yang berfungsi untuk menempelkan penyalur Menempelkan penyalur pada dudukan Memperkuat konstruksi mesin pencacah,

menghubungkan semua bagian, tempat melekatnya semua komponen Menutup unit pengangkat serasah dan

mencegah serasah keluar dari mesin Menahan bobot

Menghasilkan tenaga putar Menghasilkan jumlah putaran sesuai

kebutuhan

Menarik serasah dari lahan ke komponen penyalur (fungsi penarik)

Lampiran 7 Rata-rata nilai daya dan torsi hasil pengukuran

(Lanjutan)

Variasi kecepatan putar konveyor 66 rpm

Konveyor (watt) Reel Daya (watt) Reel Torsi (Nm) Variasi tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban

6645 ulangan 1 2.504455 18.33146 17.30955 126.6979 967.68 987.84 205.3481 209.4317 ulangan 2 3.193912 19.07515 22.07473 131.838 967.68 987.84 205.3481 209.6262

rata-rata

2.849183

18.7033

19.69214

129.268

967.68

987.84

205.3481

209.5289

6640 ulangan 1 2.628018 16.32466 16.87658 112.828 967.68 1000.44 231.0166 238.8375 ulangan 2 2.539829 15.22719 16.70992 105.2428 967.68 992.88 231.0166 237.0326

rata-rata

2.583923

15.77593

16.79325

109.0354

967.68

996.66

231.0166

237.935

6630 ulangan 1 2.453327 14.10771 16.95618 97.50548 1028.16 1046.769 327.2735 333.197 ulangan 2 2.396055 14.42865 16.56034 99.72365 1028.16 1048.32 327.2735 333.6906

rata-rata

2.424691

14.26818

16.75826

98.61457

1028.16

1047.545

327.2735

333.4438

6623 ulangan 1 2.259127 14.15274 15.61397 97.81674 1028.16 1048.32 426.8785 435.2486 ulangan 2 2.694503 13.09006 18.62307 90.47199 1028.16 1050.84 426.8785 436.2949

rata-rata

2.476815

13.6214

17.11852

94.14437

1028.16

1049.58

426.8785

435.7718

6615 ulangan 1 2.224936 11.96734 15.37766 82.71232 997.92 1008 635.2956 641.7127 ulangan 2 2.250177 12.9768 15.55211 89.68923 997.92 1008 635.2956 641.7127

rata-rata

2.237557

12.47207

15.46488

86.20078

997.92

1008

635.2956

641.7127

6608 ulangan 1 2.393783 11.20585 16.54464 77.44927 997.92 1002.96 635.2956 638.5042 ulangan 2 2.058942 9.864545 14.23038 68.17884 997.92 1002.96 635.2956 638.5042

rata-rata

2.226362

10.5352

15.38751

72.81405

997.92

1002.96

635.2956

638.5042

Konveyor (watt) Reel Daya (watt) Reel Torsi (Nm) Konveyor Reel (RPMtnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban 66 rpm 45 2.849183 18.7033 19.69214 129.268 967.68 987.84 205.3481 209.5289

40 2.583923 15.77593 16.79325 109.0354 967.68 996.66 231.0166 237.935 30 2.424691 14.26818 16.75826 98.61457 1028.16 1047.545 327.2735 333.4438 23 2.476815 13.6214 17.11852 94.14437 1028.16 1049.58 426.8785 435.7718 15 2.237557 12.47207 15.46488 86.20078 997.92 1008 635.2956 641.7127 8 2.226362 10.5352 15.38751 72.81405 997.92 1002.96 635.2956 638.5042

rata-rata 16.86909 98.34618 997.92 1015.431

selisih 81.47709 17.51077

Konveyor (Torsi)

Lampiran 7 Rata-rata nilai daya dan torsi hasil pengukuran

(Lanjutan)

Variasi kecepatan putar konveyor 70 rpm

Konveyor (watt) Reel Daya (watt) Reel Torsi (Nm) Variasi tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban

7045 ulangan 1 6.532334 21.69163 47.88451 159.0079 937.44 950.04 198.9309 201.6047 ulangan 2 6.331747 12.88829 46.41413 94.47613 937.44 945.6873 198.9309 200.6811

rata-rata 6.43204 17.28996 47.14932 126.742 937.44 947.8636 198.9309 201.1429

7040 ulangan 1 5.827686 9.066566 33.84147 94.60331 967.68 979.776 231.0166 341.7993 ulangan 2 5.752611 16.44141 42.16884 120.5219 967.68 986.9236 231.0166 235.6107

rata-rata 5.790149 12.75399 38.00516 107.5626 967.68 983.3498 231.0166 288.705

7030 ulangan 1 5.407161 12.33762 39.63656 90.43947 876.96 894.6 279.145 284.76 ulangan 2 6.35468 15.3718 46.58224 112.6812 876.96 899.64 279.145 286.3643

rata-rata 5.880921 13.85471 43.1094 101.5603 876.96 897.12 279.145 285.5622

7023 ulangan 1 4.147187 9.478248 30.40047 69.47919 997.92 1006.167 414.3232 417.7474 ulangan 2 5.350096 16.24884 39.21825 119.1102 997.92 1011.665 414.3232 420.0302

rata-rata 4.748642 12.86354 34.80936 94.2947 997.92 1008.916 414.3232 418.8888

7015 ulangan 1 3.738574 11.23378 27.40518 82.3479 997.92 1008.916 635.2956 642.2961 ulangan 2 4.371803 12.23269 32.04699 89.67033 997.92 1006.167 635.2956 640.546

rata-rata 4.055188 11.73324 29.72608 86.00911 997.92 1007.542 635.2956 641.421

7008 ulangan 1 2.673878 9.38013 19.60055 68.75995 997.92 1000.669 1191.179 1194.461 ulangan 2 3.480974 8.716677 25.51687 63.89658 997.92 1003.418 1191.179 1197.742

rata-rata 3.077426 9.048404 22.55871 66.32826 997.92 1002.044 1191.179 1196.101

Konveyor (watt) Reel Daya (watt) Reel Torsi (Nm) Konveyor Reel (RPM tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban tnp beban beban 70 rpm 45 6.43204 17.28996 47.14932 126.742 937.44 947.8636 198.9309 201.1429

40 5.790149 12.75399 38.00516 107.5626 967.68 983.3498 231.0166 288.705 30 5.880921 13.85471 43.1094 101.5603 876.96 897.12 279.145 285.5622 23 4.748642 12.86354 34.80936 94.2947 997.92 1008.916 414.3232 418.8888 15 4.055188 11.73324 29.72608 86.00911 997.92 1007.542 635.2956 641.421 8 3.077426 9.048404 22.55871 66.32826 997.92 1002.044 1191.179 1196.101

rata-rata 35.893 97.08283 962.64 974.4725

selisih 61.18983 11.83255

Konveyor (Torsi)

Lampiran 8 Data serasah tertinggal

Konveyor reel

(RPM)

(RPM)

ulangan 1 ulangan 2 rata-rata ulangan 1 ulangan 2 rata-rata

58

8

957

58

507.5

275

731

503

15

175

158

166.5

32

731

381.5

23

94

165

129.5

367

371

369

30

32

125

78.5

187

480

333.5

40

526

463

494.5

423

788

605.5

45

190

72

131

375

408

391.5

Rata-rata

251.25

430.6667

66

8

121

115

118

191

278

234.5

15

165

195

180

226

165

195.5

23

58

157

107.5

1231

505

868

30

286

148

217

1212

1242

1227

40

102

141

121.5

1034

663

848.5

45

80

457

268.5

1067

1021

1044

Rata-rata

168.75

736.25

70

8

125

185

155

127

142

134.5

15

141

135

138

177

173

175

23

131

146

138.5

181

196

188.5

30

430

384

407

117

403

260

40

402

133

267.5

277

329

303

45

103

215

159

705

651

678

Rata-rata

210.8333

289.8333

Serasah Tertinggal

Lampiran 8 Data serasah tertinggal

(Lanjutan)

ulangan 1 ulangan 2 rata-rata ulangan 1 ulangan 2 rata-rata

8

58

957

58

507.5

275

731

503

66

121

115

118

191

278

234.5

70

125

185

155

127

142

134.5

rata-rata

260.1667

290.6667

15

58

175

158

166.5

32

731

381.5

66

165

195

180

226

165

195.5

70

141

135

138

177

173

175

rata-rata

161.5

250.6667

23

58

94

165

129.5

367

371

369

66

58

157

107.5

1231

505

868

70

131

146

138.5

181

196

188.5

rata-rata

125.1667

475.1667

30

58

32

125

78.5

187

480

333.5

66

286

148

217

1212

1242

1227

70

430

384

407

117

403

260

rata-rata

234.1667

606.8333

40

58

526

463

494.5

423

788

605.5

66

102

141

121.5

1034

663

848.5

70

402

133

267.5

277

329

303

rata-rata

294.5

585.6667

45

58

190

72

131

375

408

391.5

66

80

457

268.5

1067

1021

1044

70

103

215

159

705

651

678

rata-rata

186.1667

704.5

Serasah Tertinggal

di reel pengambil

di konveyor

Reel

konveyor

Lampiran 9 Persamaan regresi kalibrasi strain-tegangan

Variasi kecepatan putar konveyor 70 rpm :

Percobaan 7008_ulangan 1 :

Percobaan 7008_ulangan 2 :

Percobaan 7015_ulangan 1 :

Percobaan 7015_ulangan 2 :

Percobaan 7023_ulangan 1 :

Percobaan 7023_ulangan 2 :

Percobaan 7030_ulangan 1 :

Percobaan 7030_ulangan 2 :

Percobaan 7040_ulangan 1 :

Percobaan 7040_ulangan 2 :

Percobaan 7045_ulangan 1 :

Percobaan 7045_ulangan 2 :

Variasi kecepatan putar konveyor 66 rpm :

Percobaan 6608_ulangan 1 :

Percobaan 6608_ulangan 2 :

Percobaan 6615_ulangan 1 :

Percobaan 6615_ulangan 2 :

Percobaan 6623_ulangan 1 :

Percobaan 6623_ulangan 2 :

Percobaan 6630_ulangan 1 :

Percobaan 6630_ulangan 2 :

Percobaan 6640_ulangan 2 :

Percobaan 6645_ulangan 1 :

Percobaan 6645_ulangan 2 :

Variasi kecepatan putar konveyor 58 rpm :

Percobaan 5808_ulangan 1 :

Percobaan 5808_ulangan 2 :

Percobaan 5815_ulangan 1 :

Percobaan 5815_ulangan 2 :

Percobaan 5823_ulangan 1 :

Percobaan 5823_ulangan 2 :

Percobaan 5830_ulangan 1 :

Percobaan 5830_ulangan 2 :

Percobaan 5840_ulangan 1 :

Percobaan 5840_ulangan 2 :

Percobaan 5845_ulangan 1 :