Desain Dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit
DESAIN DAN UJI KINERJA PENJATAH PUPUK UNTUK
MESIN PEMUPUKAN KELAPA SAWIT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain dan Uji Kinerja
Penjatah Pupuk Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
diskripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Dima Abdillah Irfansyah
NIM F14100094
ABSTRAK
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH. Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk
Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit. Dibimbing oleh RADITE
PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Kegiatan pemupukan pada tanaman kelapa sawit merupakan kegiatan yang
menyerap biaya paling besar dalam tahap pemeliharaan tanaman. Pemupukan
dalam kelapa sawit umumnya masih menggunakan cara manual sehingga dosis
pemupukan sulit untuk diatur. Mesin pemupukan mekanis yang tersedia saat ini
menggunakan mekanisme gaya sentrifugal sehingga tidak dapat diaplikasikan
pada tanaman kelapa sawit belum menghasilkan (TBM). Tujuan penelitian ini
adalah merancang alat penjatah pupuk untuk melakukan penjatahan pupuk tipe
granular dalam 6 variasi dosis. Terdapat dua tipe penjatah yang digunakan pada
penelitian ini yaitu auger tipe edge cell dan auger tipe ulir yang akan digunakan
untuk melakukan penjatahan sesuai variasi dosis yang diharapkan. Variasi dosis
yang digunakan pada penelitian ini yaitu 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.5 kg dan
0.25 kg. Variasi penjatahan dosis pupuk yang dihasilkan diatur dari kecepatan
putar auger pada rentang kecepatan putar auger 50 rpm – 5 rpm. Berdasrkan hasil
percobaan, auger tipe ulir merupakan penjatah yang paling sesuai untuk
melakukan penjatahan pupuk tipe granular.
Kata kunci: Kecepatan putar(rpm), kelapa sawit, pemupukan, penjatah
ABSTRACT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH. Design and Performance Test of
Metering Device for Palm Oil Fertilizer Applicator. Supervised by
RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Fertilizer application in palm oil plantation is an activity that require the
biggest cost in crop maintenance. Generally, this activity is still done manually by
human labor so it causes difficulty in setting the doses. Mechanical fertilizer
applicator which already been used are using centrifugal mechanism, so it can not
be applied into young palm oil trees which are under 5 years old. The purpose of
this research was to design fertilizer applicator to apply granular fertilizer with six
levels dose variable. Two types of metering devices that were used in this research
to meet requirement doses, were auger edge cell type and auger screw type.The
doses that were designed in this research were 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.50
kg and 0.25 kg. The metering of the fertilizer was done by setting the auger
rotational speed at the range of 50 rpm – 5 rpm from auger rotational speed. The
result of the test showed that auger screw type is the most appropriate for granular
fertilizer metering device.
Keywords: Fertilization, metering device, palm oil, rotational speed (rpm)
EMILIA FATMAWATI. Ethanolic Extract of Eugenia polyantha Le
DESAIN DAN UJI KINERJA PENJATAH PUPUK UNTUK
MESIN PEMUPUKAN KELAPA SAWIT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi : Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk untuk Mesin Pemupukan
Kelapa Sawit
Nama
: Dima Abdillah Irfansyah
NIM
: F14100094
Disetujui oleh
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr
Pembimbing Akademik
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini ialah
rancang bangun, dengan judul Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk untuk
Mesin Pemupukan Kelapa Sawit
Dengan telah terselesaikannya karya ilmiah ini, penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada :
1 Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr yang telah membimbing
penyelesaian karya ilmiah ini.
2 Dr. Ir. Wawan Hermawan dan Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr selaku penguji
dalam ujian skripsi penulis yang telah memberi masukan dan bimbingan
hingga terselesaikannya karya ilmiah ini.
3 Bapak, Ibu dan kakak Dhisa dan Oney atas doa dan dukungannya selama
penyelesaian karya ilmiah ini.
4 Seluruh teknisi yang terdapat di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi,
Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor atas bantuannya selama penelitian
berlangsung.
5 Teman-teman TMB 47 atas bantuan dan dukungan semangat yang diberikan
kepada penulis.
6 Semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu
penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2015
Dima Abdillah Irfansyah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Pemupukan Kelapa Sawit
2
Alat Penjatah Pupuk
3
METODE
8
Waktu dan Tempat Penelitian
8
Bahan
8
Alat
8
Tahapan Penelitian
8
Pengujian Kinerja
8
ANALISIS DESAIN
9
Kriteria Desain
9
Rancangan Fungsional
10
Rancangan Struktural
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
17
SIMPULAN DAN SARAN
22
Simpulan
22
Saran
22
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
Standar dosis pempukan TBM
Fungsi komponen-komponen mesin
Karakteristik pupuk NPK dan MOP
Perhitungan dimensi hopper
Perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan
pemupukan
6 Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
3
10
11
12
variasi
dosis
14
17
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Pekerja melakukan pemupukan manual
Alat pemupukan mekanis
Penjatah tipe (a)ulir rapat dan (b)ulir longgar (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe rotor bercelah (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe sabuk (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe rotating bottom (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe agitator feed (Richey 1961)
Auger rancangan Sumaryanto (1991)
Edge cell rancangan Cokroaminoto (2004)
Bagan alir tahapan penelitian
Skema komponen keseluruhan
Skema rincian dimensi hopper
Desain hopper
Metering device tipe pertama
Metering device tipe kedua
Analisis pendugaan gaya-gaya
Motor listrik yang digunakan
Gearhead yang digunakan
Hasil rancangan metering device, (a) tipe edge cell dan (b) tipe ulir
Grafik hasil pengukuran statis awal
Hasil perbaikan desain dinding bawah hopper
Grafik perbandingan kedua tipe metering device
Metering device tipe ulir dalam kondisi terpasang
Grafik hasil pengujian keluaran pupuk statis
Perbedaan bentuk kedua buah auger
Grafik hasil pengujian keluaran pupuk dinamis
Rancangan edge cell
Pembebanan poros auger
Diagram momen lentur
1
2
4
5
5
6
6
7
7
9
10
11
12
13
13
14
16
16
18
18
19
19
20
20
21
21
24
27
28
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan volume metering device tipe edge cell teoritis
2 Perhitungan kebutuhan daya auger
24
26
3 Perhitungan dimensi poros auger
4 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
satu
5 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
dua
6 Tabel data hasil pengukuran kinerja metering device tipe ulir dan grafik
keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dalam kondisi statis
7 Tabel data hasil pengukuran kinerja metering device tipe ulir dan grafik
keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dalam kondisi dinamis
8 Tabel data hasil pengukuran kecepatan putar motor listrik aktual
9 Gambar isometri metering device tipe edge cell
10 Gambar orthogonal metering device tipe edge cell
11 Gambar isometri metering device tipe ulir
12 Gambar orthogonal metering device tipe ulir
27
30
30
32
33
34
35
36
37
38
1
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 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 2012).
Produktivitas tersebut perlu ditingkatkan untuk meningkatkan kesejahteraan
masyarakat. Oleh karena itu, diperlukan pengelolaan yang baik dalam sektor onfarm dan off-farm. Salah satu kegiatan yang perlu ditingkatkan pengelolaannya
adalah kegiatan pemupukan. Pemupukan adalah proses penambahan tersedianya
unsur hara dan perbaikan struktur tanah serta penggantian unsur-unsur hara yang
hilang diserap/diangkut oleh tanaman seperti yang tersimpan dalam tubuh
tanaman, akibat penunasan, kastrasi, dan pemanenan buah. Mengingat biaya
pemupukan sangat tinggi, berkisar 40% - 60% dari total biaya pemeliharaan, maka
perlu diterapkan pedoman pemupukan 4 tepat yaitu tepat jenis, tepat dosis, tepat
waktu dan tepat cara penempatan pupuk (Risza 2010).
Kegiatan pemupukan pada saat ini umumnya dilakukan dengan dua cara
yaitu pemupukan manual dan pemupukan mekanis. Pemupukan manual adalah
kegiatan pemupukan yang dilakukan langsung oleh tenaga kerja untuk
menebarkan pupuk dengan bantuan alat wadah plastik (Gambar 1). Hal ini
dianggap tidak selalu efektif dan efisien terutama terkait masalah karakteristik
lahan dan ketersediaan tenaga kerja.
Gambar 1 Pekerja melakukan pemupukan manual
Pemupukan mekanis adalah kegiatan pemupukan yang dilakukan dengan
menggunakan alat bantu yang sering disebut power spreader. Alat ini berupa
mesin penabur pupuk yang menggunakan gaya sentrifugal untuk menebarkan
pupuk dilahan perkebunan kelapa sawit (Gambar 2). Secara umum alat ini cukup
2
efektif dalam melakukan pemupukan tanaman sawit dewasa, namun tidak dapat
digunakan pada tanaman kelapa sawit belum menghasilkan (TBM), pupuk yang
ditebar oleh power spreader akan mengenai daun bahkan masuk kedalam ketiak
daun TBM yang dapat mengakibatkan kerusakan tanaman. Hal dikarenakan tinggi
pelepah dan ketiak daun tanaman muda masih rendah terhadap tanah.
Gambar 2 Alat pemupukan mekanis
Pada penelitian ini akan dirancang penjatah pupuk pada mesin pemupuk
kelapa sawit TBM. Aplikasi alat ini untuk mengoptimalkan kegiatan pemupukan
pada masa TBM yang akan berdampak pada peningkatan produktivitas kelapa
sawit itu sendiri.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain dan menguji kinerja unit
penjatah pupuk tipe ulir (auger) dan tipe edge cell untuk mendapatkan penjatahan
pupuk dengan dosis yang presisi pada enam tingkat.
TINJAUAN PUSTAKA
Pemupukan Kelapa Sawit
Pemberian pupuk pada tanaman kelapa sawit harus memperhatikan
beberapa hal yang merupakan kunci keefektifan pemberian pupuk, diantaranya
daya serap akar tanaman, cara pemberian dan penempatan pupuk, waktu
pemberian, serta jenis dan dosis pupuk.
Penentuan jenis dan dosis pupuk pada tanaman kelapa sawit dilakukan oleh
lembaga penelitian seperti Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Medan.
Beberapa pertimbangan yang digunakan sebagai dasar penentuan rekomendasi
pemupukan, diantaranya : analisis kesuburan tanah, kondisi hara tanaman, umur
tanaman, produktivitas tanaman, iklim dan pengamatan visual tanaman maupun
lahan (Darmosarkoro 2003). Contoh anjuran dosis pemupukan TBM dapat dilihat
pada Tabel 1.
3
Tabel 1 Standar dosis pempukan TBM
Umur
tanam
(bulan)
Dosis pupuk (gram/pokok)
Urea MOP
Pupuk
lubang
TBM 1
TBM 2
TBM 3
RP
Kieserite
Dolomite Borat
NPK
12.12.17.2
500
1
4
7
10
14
18
22
26
30
34
250
350
500
300
400
500
450
550
500
1000
500
500
400
20
30
40
70
50
150
100
400
100
550
700
750
1000
1000
1000
1500
1500
2000
sumber : PT SAL 2014
Pupuk tunggal umumnya mengandung satu unsur hara utama (misalnya urea
mengandung unsur N), walaupun beberapa pupuk tunggal ini juga mengandung
hara lainya tetapi biasanya dalam jumlah yang rendah. Dari segi harga, pupuk
tunggal umumnya tidak terlalu mahal per kg hara tetapi aplikasinya memerlukan
tenaga yang cukup besar karena hanya satu hara yang diaplikasikan pada setiap
aplikasi pupuk. Selain itu adanya pupuk tunggal memungkinkan aplikasi setiap
unsur hara sesuai dosis yang diinginkan (Darmosarkoro 2003).
Pupuk majemuk memiliki keunggulan dibandingkan dengan pupuk tunggal,
yaitu lebih praktis dalam pemesanan, transportasi, penyimpanan dan aplikasinya
di lapangan karena satu jenis pupuk majemuk mengandung keseluruhan atau
sebagian besar hara yang dibutuhkan tanaman. Meskipun demikian, harga
persatuan hara pada pupuk majemuk umumnya lebih mahal dibandingkan dengan
pupuk tunggal. Selain itu, komposisi kandungan hara yang telah tertentu pada
pupuk majemuk akan menimbulkan masalah pada saat aplikasi jika ternyata
tanaman membutuhkan salah satu unsur hara dalam jumlah yang lebih besar atau
lebih sedikit dibandingkan dengan kandungan hara pada pupuk majemuk
(Darmosarkoro 2003).
Pupuk NPK merupakan salah satu pupuk majemuk yang mengandung unsur
Nitrogen (N), Posfor (P) dan Kalium (K) dengan kadar yang beragam. Jenis dan
kadar unsur yang dikandungnya berdasarkan negara asalnya. Seperti amafoska I
(12-24-12) dari Amerika Serikat, nitrofoska I (17.5-13-22) dari Jerman,
compound fertilizer (14-12-9) dari Jepang dan NPK Holland (15-15-15) dari
Belanda (Lingga Pinus dan Marsono 2008).
Alat Penjatah Pupuk
Berbagai jenis penjatah telah dikembangkan untuk menghasilkan penjatahan
bahan yang konsisten dan seragam. Alat-alat tersebut umumnya dijalankan oleh
ground wheel. Metering akan berhenti ketika groun wheel berhenti atau terangkat
4
dari permukaan tanah. Metering device secara umum digolongkan ke dalam dua
jenis, yaitu aliran positif (positive flow) dan aliran gravitasi (gravity flow).
Srivastava et al. (1996) membagi jenis-jenis penjatah pupuk sebagai berikut:
Tipe Ulir (Auger)
Penjatah tipe ulir dibagi menjadi dua, yaitu penjatah tipe close-fitting
auger dan loose-fitting auger. Gambar 3a menunjukkan bentuk close-fitting
auger dengan tabung yang rapat dengan ulirnya dan ulir tersebut memiliki
displacement yang cukup besar tiap putarannya. Gambar 3b menunjukkan bentuk
loose-fitting auger yang secara luas digunakan dalam penanganan hasil pertanian.
Diameter dalam dari tabung adalah sekitar 12.5 mm lebih besar dibandingkan
dengan diameter ulir (auger). Daerah diantara dua ulir digunakan untuk
memindahkan bahan ke ujung hopper, dimana ujung hopper berada pada ujung
tabung atau menjatuhkan melalui pembukaan outlet.
Gambar 3 Penjatah tipe (a)ulir rapat dan (b)ulir longgar (Srivastava et al. 1996)
Menurut Srivastva (1996), kapasitas volumetrik teoritis dari sebuah auger
diformulasikan pada Persamaan 1 sebagai berikut :
(1)
Di mana:
Qt = kapasitas volumetrik teoritis (m3/s)
dsf = diameter luar auger (m)
dss = diameter poros auger (m)
lp = panjang pitch (m)
n = kecepatan putar auger (rev/s)
Perhitungan daya sebuah auger horizontal menurut CEMC (2012)
diformulasikan pada Persamaan 2, 3 dan 4.
(2)
(3)
(4)
Di mana :
L = panjang total auger (kaki)
N = kecepatan putar (rpm)
C = kapasitas auger (kaki3/jam)
D = kerapatan material saat dipindahkan auger (lb/CF)
5
Fd
Fb
Fm
Ff
Fp
Fo
e
= faktor daya terhadap diameter auger
= faktor bearing gantung
= faktor bahan
= flighting modification HP factor
= paddle HP factor
= faktor pengisian bahan
= efisiensi transmisi
Tipe Rotor Bercelah (Edge Cell)
Penjatah tipe edge cell ditunjukkan oleh Gambar 4. Roda penjatah
dipasangkan pada jarak yang diperlukan sepanjang hopper dan diputar oleh poros
berpenampang segi empat. Lebar rotor antara 6 mm hingga 32 mm digunakan
untuk pemberian dosis yang berbeda. Laju pengeluaran pupuk diatur dengan
merubah kecepatan putar porosnya.
Gambar 4 Metering device tipe rotor bercelah (Srivastava et al. 1996)
Tipe Sabuk (Belt-type)
Belt-type metering device adalah jenis metering device yang digunakan
ketika diperlukan laju putaran yang relatif besar dan menggunakan hopper yang
besar (Gambar 5). Beberapa unit memiliki kawat belt datar (umumnya terbuat dari
stailess steel) yang memindahkan bahan disepanjang dasar hopper. Laju keluaran
dikontrol melalui pintu yang dapat disetel dan berada di atas belt.
Gambar 5 Metering device tipe sabuk (Srivastava et al. 1996)
6
Tipe Rotating Bottom
Metering device tipe rotating bottom (Gambar 6) adalah penjatah pupuk
yang mengeluarkan pupuk melalui celah pengatur yang terletak pada sisi atas
pengeluaran. Pupuk dikeluarkan saat plat horizontal yang terdapat pada dasar
kotak pupuk berputar.
Gambar 6 Metering device tipe rotating bottom (Srivastava et al. 1996)
Menurut Richey (1961), terdapat juga tipe agitator feed (Gambar 7). Tipe
ini umumnya digunakan pada biji-bijian kecil yang tidak dapat dipilih satu
persatu. Tipe ini menggunakan kecepatan putar yang konstan. Laju keluarannya
diatur oleh ukuran lubang pengeluaran.
Gambar 7 Metering device tipe agitator feed (Richey 1961)
Sumaryanto (1991) membuat penajatah pupuk tipe auger. Diameter poros
auger 19 mm, diameter auger 45 mm dan pitch 50 mm. Dosis pemupukan
dilakuakan per meter alur dengan memberikan pupuk sebanyak 1200 gram untuk
sekali pengisian pada masing-masing kecepatan. Pengujian lapang dilakukan
dengan tiga kecepatan. Pada kecepatan 0.15 m/s dosis pemupukan adalah 22.4
7
gram per meter alur. Untuk kecepatan 0.26 m/s dosis pemupukan adalah 20 gram
per meter alur. Sedangkan untuk kecepatan 0.40 m/s dosis pemupukan adalah 15
gram per meter alur. Dosis pemupukan yang diharapkan per meter alur adalah 16
gram per meter alur dan 24 gram per putaran roda penggerak. Sehingga dosis
yang dihasilkan lebih besar dari yang diharapkan. Gambar rancangan auger
Sumaryanto dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Auger rancangan Sumaryanto (1991)
Cokroaminoto (2004) membuat penjatah tipe edge cell yang dilengkapi
dengan agitator. Bentuk penjatah adalah silinder dengan diameter 10 cm dan
mempunyai 6 celah cell yang berbentuk setengah lingkaran dengan diameter cell 4
cm. Sedangkan agitator berbentuk plat yang dipasang disekeliling boss roda
dengan sudut kemiringan 200 dan pitch 4 cm. Hasil pengujian awal terhadap
penjatahan pupuk menunjukkan bahwa ada pupuk yang lolos melalui celah antar
rotor dengan pintu keluaran pada saat rotor penjatah tidak diputar, sehingga laju
keluaran pupuk lebih tinggi dari yang diharapkan. Laju keluarannya berkisar
antara 69 g/m sampai 203g/m, yang diharapkan adalah 88 g/m. Hasil pengujian
setelah modifikasi menunjukkan bahwa laju keluaran yang mendekati standar
pada beberapa bukaan, yaitu sebesar 82.5 g/m pada bukaan 2 cm. Pada kecepatann
0.7m/d laju keluaran yang dicapai adalah 109.1 g/m. Gambar edge cell rancangan
Cokroaminoto dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Edge cell rancangan Cokroaminoto (2004)
8
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari 2014 sampai Februari 2015.
Pembuatan prototipe dilaksanakan di dua tempat berbeda, yaitu bengkel Fadhel
Teknik dan Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratorium Lapangan
Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian
Bogor. Uji coba mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo.
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan konstruksi dan
bahan untuk pengujian. Bahan konstruksi terdiri dari besi plat stainless steel, besi
hollow, poros pejal, pillow block, pipa PVC, blower, gear box, motor listrik, mur,
baut, kawat elektroda 2.6 mm dan cat. Bahan yang digunakan untuk pengujian
adalah pupuk NPK.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat yang dipergunakan
untuk pembuatan prototipe, alat pengukuran karakteristik pupuk dan dosis
pemupukan. Peralatan perbengkelan yang digunakan adalah las listrik, mesin
gerinda, mesin bubut, gergaji potong, mesin bor, amplas, kikir, hand tap dan
kunci satu set. Alat yang digunakan untuk pengukuran karakteristik pupuk antara
lain: timbangan digital, gelas ukur, penggaris dan jangka sorong. Alat yang
digunakan dalam pengukuran dosis pemupukan meliputi: satu unit mesin
pemupuk TBM, timbangan dan kantong plastik.
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian yang dilakukan secara umum terdiri dari identifikasi
masalah, perumusan ide desain, penyajian konsep desain, evalusai desain,
pabrikasi, uji fungsional dan uji kinerja. Gambaran umum prosedur penelitian
dapat dilihat pada Gambar 10.
Pengujian Kinerja
Pengujian prototipe terbagi kedalam tiga tahapan pengujian. Pengujian
pertama dilakukan untuk membandingkan hasil keluaran antara penjatah tipe ulir
dengan penjatah tipe edge cell. Pengujian dilakukan dengan cara mengukur bobot
pupuk yang keluar dari pintu keluaran hopper selama 7 detik dengan kecepatan
putar yang berbeda. Kecepatan putar yang digunakan mulai dari kecepatan
maksimum motor listrik kemudian diperlambat dengan speed control sebanyak
200 rpm, begitu selanjutnya hingga motor listrik tidak mampu berputar lagi.
Pengujian tiap kecepatan putar dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali ulangan.
9
Pengujian tahap kedua dilakukan guna menyeragamkan hasil keluaran
pupuk selama 7 detik yang keluar dari dua buah penjatah dengan tipe yang sama
secara statis. Penjatah yang digunakan pada pengujian tahap ini adalah tipe
penjatah yang menghasilkan keluaran paling mendekati keluaran teoritis
berdasarkan data hasil pengujian tahap pertama. Data yang didapat pada pengujian
tahap ini adalah kecepatan putar yang dibutuhkan tiap penjatah untuk
menghasilkan keluaran pupuk yang sama. Metode yang digunakan yaitu metode
trial and error pada pengaturan kecepatan putar sedemikian sehingga penjatah
menghasilkan keluaran pupuk sesuai variasi dosis yang diinginkan. Variasi dosis
yang ingin dicapai yaitu 1.5 kg, 1.25kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.50 kg dan 0.25 kg.
Pengujian tahap ketiga dilakukan guna melihat pengaruh keluaran pupuk
dalam kondisi mesin bergerak maju. Pengujian dilakukan dengan cara
menampung keluaran pupuk selama 7 detik dalam kondisi mesin bergerak maju
dengan kecepatan 2 km/jam. Pengujian dilakuan sebanyak tiga kali ulangan dalam
setiap variasi dosis.
Mulai
Identifikasi Masalah
A
Perumusan Ide Desain
Pembuatan Prototipe
Analisis Desain
Uji Fungsional
Penyajian Konsep
Desain
Berhasil
Evalusai Desain
Tidak
Ya
Setuju
Tidak
Uji Kinerja
Ya
Selesai
A
Gambar 10 Bagan alir tahapan penelitian
ANALISIS DESAIN
Kriteria Desain
Perancangan metering device pada mesin pemupuk TBM mampu
mengeluarkan dosis pupuk yang bervariasi. Hal dilakukan karena perbedaan dosis
pemupukan tanaman sawit TBM sesuai dengan umur tanam tanaman tersebut.
Metering device didesain mampu mengeluarkan variasi dosis 1.5 kg, 1.25 kg, 1.00
kg, 0.75 kg, 0.50 kg dan 0.25 kg dalam waktu 7 detik. Hal tersebut dikarenakan
mesin pemupuk TBM melintasi piringan tanaman sawit TBM selama 7 detik.
10
Pengaturan variasi dosis dilakukan dengan cara mengatur kecepatar putar
metering device tersebut.
Rancangan Fungsional
Fungsi utama dari metering device yang dikembangkan adalah
mengaplikasikan pupuk granul untuk tanaman sawit TBM yang ditanaman pada
sengkedan secara efektif dengan dosis bervariasi. Fungsi komponen yang
digunakan tersaji pada Tabel 2.
Tabel 2 Fungsi komponen-komponen mesin
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Fungsi
Menampung pupuk
Mengatur dosis keluaran pupuk
Memutar metering device sesuai dosis
Mereduksi putaran motor listrik
Mengontrol kecepatan putar dan lama penyalaan
motor listrik
Mendorong pupuk keluar
Menyalurkan udara dan mengarahkan aliran
pupuk
Menyebarkan pupuk ke lahan
Komponen
Hopper
Metering device
Motor listrik
Gearhead
Sistem kendali
Blower
Pipa PVC
Diffuser
Rancangan Struktural
Menurut Ichniarsyah (2013), rancangan struktural adalah analisis dari
komponen-komponen alat yang akan dibuat yang telah dibahas pada rancangan
fungsional. Bentuk, ukuran, dan bahan dari masing-masing komponen ditentukan
dari rancangan strukutral. Skema komponen secara keseluruhan dapat dilihat pada
Gambar 11.
Gambar 11 Skema komponen keseluruhan
11
Kotak Pupuk (Hopper)
Dalam menentukan dimensi kotak pupuk, terlebih dahulu mengetahui
volume pupuk yang digunakan. Berdasarkan kebutuhan dosis pemupukan yang
digunakan oleh perusahaan yaitu 1.5 kg/pokok. Alat pemupuk mampu memupuk
minimal 90 pohon kelapa sawit dan mampu memupuk dua lajur sekaligus dalam
sekali pengisian kotak pupuk (bolak-balik). Oleh sebab itu dibuat dua buah kotak
pupuk yang mampu menampung sebanyak 150 kg dalam setiap kotaknya.
Karakteristik pupuk yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik pupuk NPK dan MOP
Jenis pupuk
NPK
MOP
Bulk density
(g/cm3)
Sudut curah
(derajat)
Particle density
(g/cm3)
1.26
1.06
28.74
29.99
1.082
1.402
Berdasarkan data tersebut, maka volume hopper minimum adalah
Dalam desain kotak pemupuk tedapat dua bagian yaitu bagian prisma
trapesium dan bagian kotak seperti yang terlihat pada Gambar 12. Persamaan
volume kotak pupuk dapat dilihat pada Persamaan 5 (Aspriyono 2005).
(5)
Keterangan :
V
= volume kotak pupuk (cm3)
a
= lebar penampang atas kotak pupuk (cm)
d
= lebar penampang bawah kotak pupuk (cm)
c
= tinggi kotak pupuk trapesium (cm)
b
= tinggi kotak pupuk balok (cm)
p
= panjang kotak pupuk (cm)
Gambar 12 Skema rincian dimensi hopper
Beberapa variabel di atas telah ditentukan disebabkan keterbatasan ruang
pada rangka. Variabel yang telah ditentukan yaitu panjang 40 cm, lebar
penampang atas 90 cm dan tinggi total 53 cm dengan rincian tinggi kotak pupuk
12
bagian bawah 25 cm. Di samping itu, kemiringan kotak pupuk juga tidak boleh
kurang dari 300.
Oleh sebab itu, ukuran yang perlu diperhitungkan adalah lebar penampang
bawah. Lebar penampang bawah dicari paling dekat dengan dimensi rotor yaitu
17 cm dengan θ sebagai variabel bebas. Lebar penampang bawah dapat ditentukan
dengan Persamaan 6 berikut.
(6)
Dari Persamaan 6 dimasukkan nilai θ sehingga didapat dimensi hopper yang
sesuai seperti yang tersaji pada Tabel 4.
Tabel 4 Perhitungan dimensi hopper
Volume
Minimum
(cm3)
141509
p
b
c
a
(cm) (cm) (cm) (cm)
40
40
40
40
40
28
28
28
28
28
25
25
25
25
25
90
90
90
90
90
θ
d
(cm)
34.30
34.35
34.40
34.45
34.50
16.697
16.836
16.975
17.103
17.241
Volume
total hopper Persentase
(cm3)
154148.48
154218.20
154287.66
154351.54
154420.49
108.93%
108.98%
109.03%
109.08%
109.12%
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa yang paling mendekati 17 cm adalah
16.975 cm, yaitu pada saat θ sebesar 34.400. Volume yang dihasilkan mencapai
109.03% dari volume pupuk minimum. Hal ini cukup agar pada saat melakukan
kegiatan pemupukan, pupuk tidak mudah tumpah dari hopper. Gambar desain
hopper dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Desain hopper
Penjatah (Metering Device)
Metering device yang di uji pada penelitian ini terdiri dari dua tipe. Tipe
pertama yaitu penjatah berupa ulir yang membesar pada bagian keluaran.
Diameter kecil 90 mm, diameter besar 150 mm, pitch 40 mm dan diameter poros
35 mm. Masing-masing metering device ditempatkan di bawah hopper dan
13
mempunyai saluran pengeluaran berukuran 120 × 30 mm. Adapun Gambar
metering device tipe pertama dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Metering device tipe pertama
Penjatah tipe kedua memiliki ukuran pitch 40 mm, diameter luar 150 mm,
diameter poros 35 mm. Sedangkan rotor bercelahnya (edge cell) terdiri dari 6
celah masing-masing celah memiliki diameter 69.8 mm, tebal 40 mm dan panjang
total 400 mm. Perhitungan teoritis volume metering device tipe edge cell dapat
dilihat pada Lampiran 1. Desain metering device tipe kedua terlihat pada Gambar
15.
Gambar 15 Metering device tipe kedua
Kecepatan maju mesin saat melakukan pemupukan adalah 2 km/jam (0.55
m/s). Dosis terbesar dalam pemupukan adalah 1.5 kg/pokok. Panjang lintasan
yang akan disebar oleh pupuk adalah 3 m (1.5 m sebelum dan sesudah pokok).
Jadi waktu yang ditempuh untuk melintasi lintasan sepanjang 3 m diformulasikan
pada Persamaan 7.
(7)
Berdasarkan perhitungan di atas, diputuskan lama penyalaan metering
device selama 7 detik. Hal tersebut bertujuan untuk mentoleransi keterlambatan
respon metering device terhadap sistem kendali yang dikendalikan operator.
Selama 7 detik pupuk yang dikeluarkan adalah 1.5 kg. Jadi, untuk 1 detik pupuk
yang dikeluarkan adalah 0.21 kg (0.21 kg/s). Bila kerapatan pupuk NPK sebesar
1260 kg/m3, maka kapasitas penjatahan diformulasikan pada Persamaan 8.
14
(8)
Berdasarkan desain tersebut, maka persamaan perhitungan kecepatan putar
penjatah yang akan digunakan (Srivastava et al. 2006) adalah Persamaan 1.
Beberapa variabel Persamaan 1 telah ditentukan berdasarkan ruang yang tersedia.
Variabel yang ditentukan yaitu diameter luar auger 15 cm, diameter poros auger
3.5 cm dan pitch auger 4 cm, sehingga didapatkan nilai kecepatan putar auger
sebagai berikut :
Maka kecepatan putar auger akan diatur menjadi 0.79 putaran per detik
(47.27 RPM). Tabel perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan variasi dosis
yang diharapkan dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan variasi dosis pemupukan
Variasi dosis
dalam 7 detik
(kg)
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
Kapasitas teoritis
(Qt) m3/s (10-4)
Kecepatan putar
(rps)
Kecepatan putar
(rpm)
1.70
1.42
1.13
0.85
0.57
0.28
0.79
0.66
0.53
0.39
0.26
0.13
47.27
39.39
31.51
23.63
15.76
7.88
Perhitungan dimensi poros auger berdasarkan pada anlisis gaya-gaya yang
terjadi didalam hopper. Analisis gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar
16. Perhitungan dimensi poros auger dapat dilihat pada Lampiran 3.
Gambar 16 Analisis pendugaan gaya-gaya
15
Menurut Ichniarsyah (2013), gaya-gaya yang bekerja pada pupuk di dalam
hopper diduga dari Persamaan 9 dan 10.
(9)
(10)
Selain ada gaya Wp (gaya berat pupuk) yang bekerja pada bagian tengah
hopper, komponen gaya berat pupuk lain yang bekerja di hopper diduga dari
Persamaan 11, 12 dan 13.
(11)
(12)
(13)
Gaya gesek di dalam hopper pada bagian 1 dan bagian 2 dapat diduga
menggunakan Persamaan 14, 15, 16 dan 17.
(14)
(15)
(16)
(17)
Sehingga gaya yang bekerja pada pupuk saat mengalir ke penjatah pupuk
pada masing-masing sisi hopper diduga menggunakan Persamaan 18 dan 19.
(18)
(19)
Gaya berat pupuk total yang masuk ke ruang penjatahan diduga
menggunakan Persamaan 20.
(20)
Keterangan :
Wp, Wp1, Wp2 : komponen gaya berat pupuk (N)
Ff1, Ff2
: komponen gaya gesek pupuk-dinding hopper (N)
F1, F2, F3
: komponen gaya di penjatah pupuk (N)
α
: sudut kemiringan hopper (0)
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
ρp
: berat jenis pupuk (g/cm3)
µh
: koefisien gesek pupuk pada bahan hopper
Perencanaan poros yang digunakan pada auger diformulasikan pada
Persamaan 21 (Sularso 2004).
(21)
Keterangan :
ds
: diameter poros (mm)
: tegangan geser yang diijinkan (kg/mm2)
Km
: faktor koreksi
M
: momen lentur (kg.mm)
Kt
: faktor koreksi
T
: momen puntir (kg.mm)
16
Motor Listrik
Motor listrik digunakan untuk menggerakkan auger. Berdasarkan
perhitungan teoritis, daya yang dibutuhkan untuk memutar satu unit auger 29.385
Watt. Tiap auger dipasangkan satu unit motor listrik. Motor listrik yang dipilih
adalah motor listrik DC dengan spesifikasi tegangan 24 V dan daya 90 Watt
dengan torsi 2.9 kgf.cm (290 kgf.m). Perhitungan kebutuhan daya dapat dilihat
pada Lampiran 2. Gambar motor listrik yang digunakan dapat dilihat pada
Gambar 17.
Gambar 17 Motor listrik yang digunakan
Gearhead
Gearhead digunakan untuk mereduksi kecepatan putar motor listrik.
Dikarenakan putaran auger maksimum yang dirancang berkisar 50 rpm. Dengan
putaran motor listrik maksimum 3000 rpm, maka digunakan gearhead dengan
rasio 50:1. Gambar gearhead yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Gearhead yang digunakan
17
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pupuk
Pengukuran distribusi ukuran partikel pupuk dilakukan untuk mengetahui
sebaran ukuran partikel dari pupuk yang digunakan yaitu pupuk NPK 15.15.15.
Hal ini dikarenakan ukuran partikel pupuk berpengaruh besar terhadap pergerakan
partikelnya. Pengukuran distribusi pupuk dilakukan dengan cara mengayak pupuk
menggunakan beberapa jenis ukuran ayakan. Berikut tabel distribusi ukuran
partikel pupuk NPK 15.15.15 yang digunakan pada Tabel 6.
Tabel 6 Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
Ulangan
ke1
2
3
4
5
Rataan
Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 (%)
< 1.4 mm
1.44 - 2.36 mm
2.36 - 4.76 mm
> 4.76 mm
0.70
0.76
0.71
0.46
0.83
0.69
8.58
7.12
8.10
5.30
9.17
7.65
80.74
82.44
83.10
83.18
83.33
82.56
9.98
9.67
8.10
11.06
6.67
9.09
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
yang lebih kecil dari 1.4 mm jumlahnya tidak lebih dari 0.69 % dari massa total
pupuk yang diukur. Ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 yang lebih besar dari
4.76 mm jumlahnya tidak lebih dari 9.09 % dari massa total pupuk yang diukur.
Sedangkan ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 pada rentang ukuran 1.44-2.36
mm jumlahnya 7.65 % dari total massa pupuk yang diukur. Ukuran partikel pupuk
NPK 15.15.15 sebagian besar berada pada rentang ukuran 2.36-4.76 mm yaitu
sebesar 82.56 % dari total massa pupuk yang diukur.
Penjatah Pupuk (Metering Device)
Hasil desain kedua jenis penjatah dapat dilihat pada Gambar 19. Gambar
teknik dari kedua buah penjatah dapat dilihat pada Lampiran 9, 10, 11 dan 12.
Pada tahap awal, pengujian dilakukan pada kedua jenis penjatah. Tiap penjatah
dipasangkan motor listrik dan gearhead dengan rasio 20:1 dengan mekanisme
transmisi poros langsung. Pupuk yang digunakan untuk pengujian adalah pupuk
NPK 15,15,15. Sedangkan untuk pengatur kecepatan putar motor listrik
digunakan speed control. Grafik hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 20.
(a)
18
Dosis pupuk yang keluar selama 7
sekon (kg)
(b)
Gambar 19 Hasil rancangan metering device, (a) tipe edge cell dan (b) tipe ulir
3.00
2.50
2.00
Tipe ulir
1.50
Tipe edge cell
Tipe ulir (teoritis)
1.00
Tipe edge cell (teoritis)
0.50
0.00
0
10
20
30
40
Kecepatan putar auger (rpm)
50
Gambar 20 Grafik hasil pengukuran statis awal
Pengujian statis pertama dilakukan pada tanggal 4 November 2014.
Perlakuan yang dilakukan adalah perlakuan kecepatan putar penjatah. Sedangkan
waktu penyalaan penjatah dilakukan selama 7 detik. Ulangan pengukuran
keluaran pupuk dilakukan sebanyak 3 kali. Data hasil pengujian statis awal dapat
dilihat pada Lampiran 4.
Dari Gambar 20 terlihat bahwa kecenderungan naik dengan meningkatnya
kecepatan putar penjatah. Dalam perhitungan teoritis pada kecepatan 40 rpm,
penjatah tipe edge cell mengeluarkan pupuk sebanyak 1.65 kg. Sedangkan
penjatah tipe ulir pada kecepatan yang sama mengeluarkan pupuk sebanyak 1.25
kg. Bila dibandingkan dengan perhitungan teoritis, kedua tipe metering device ini
masih berada jauh diatas perhitungan.
Hal ini diakibatkan adanya clearance sebesar satu centimeter antara auger
dengan dinding bawah hopper. Hal ini mengakibatkan pupuk mengalir melalui
celah tersebut sehingga terjadi kebocoran.
Selanjutnya dilakukan perbaikan desain pada dinding bawah hopper dengan
cara penambahan lembaran karet guna menutup celah antara auger dan hopper
tersebut. Hasil perbaikan desain tersebut dapat dilihat pada Gambar 21.
19
Gambar 21 Hasil perbaikan desain dinding bawah hopper
Pengujian statis tahap kedua dilakukan pada tanggal 11 November 2014.
Pada tahap ini, gearhead yang digunakan adalah rasio 50:1. Pengukuran keluaran
pupuk dilakukan dari kecepatan maksimum motor listrik hingga motor listrik
tidak mampu berputar lagi. Hasil pengujian statis pada tahap kedua dapat dilihat
pada Gambar 22. Data hasil pengujian statis tahap kedua dapat dilihat pada
Lampiran 5.
Dari Gambar 22 terlihat bahwa penjatah tipe ulir sudah menunjukkan
penjatahan pupuk yang sesuai dengan teoritis. Akan tetapi pada penjatah tipe edge
cell masih menunjukkan dosis keluaran yang cukup tinggi.
Hal tersebut diperkirakan akibat terjadinya kebocoran pada celah ulir
penjatah tipe edge cell yang terpotong. Selain itu, terdapat celah antar coakan
edge cell dengan pintu keluaran yang mengakibatkan pupuk mengalir menuju
pintu keluaran.
Massa pupuk selama 7 sekon (kg)
2.25
2.00
1.75
y = 0.0367x + 0.2134
R² = 0.9928
1.50
Tipe ulir
1.25
Tipe edge cell
1.00
Tipe ulir (teoritis)
0.75
0.50
0.25
Tipe edge cell (teoritis)
y = 0.0314x + 0.028
R² = 0.9989
0.00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Kecepatan putar auger (rpm)
Gambar 22 Grafik perbandingan kedua tipe metering device
20
Dari hasil pengujian statis tersebut, maka diputuskan untuk menggunakan
penjatah dengan tipe ulir untuk kedua buah hopper. Kemudian pada tahap
selanjutnya, dilakukan pengujian statis tahap ketiga. Pada tahap ini dilakukan
pengujian guna menyeragamkan dosis keluaran yang dihasilkan kedua penjatah
pupuk tersebut. Gambar kedua penjatah pupuk dapat dilihat pada Gambar 23.
Gambar 23 Metering device tipe ulir dalam kondisi terpasang
Pengujian statis kedua buah penjatah ini dilakukan pada tanggal 28 Januari
2015. Pada tahap ini, dilakukan pencarian kecepatan putar auger kanan dan kiri
guna menyeragamkan laju keluaran pupuk. Pencarian dilakukan dengan metode
trial and error pada pengaturan sistem kendali. Data kecepatan putar yang
digunakan auger untuk menghasilkan keluaran yang sama dapat dilihat pada
Lampiran 8. Hasil pengujian statis tahap ketiga dapat dilihat pada Gambar 24.
Data hasil pengujian dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger
statis dapat dilihat pada Lampiran 6.
Keluaran pupuk aktual (kg)
1.75
1.50
1.25
1.00
Auger kanan
0.75
Auger kiri
Harapan
0.50
0.25
0.00
0
0.25 0.5 0.75
1
1.25 1.5
Keluaran pupuk yang diharapkan (kg)
1.75
Gambar 24 Grafik hasil pengujian keluaran pupuk statis
21
Pada tahap ini, terlihat bahwa kedua penjatah sudah menghasilkan
penjatahan mendekati kurva harapan meskipun hasil keluaran kedua penjatah
tidak sama persis. Hal ini dikarenakan bentuk dan ukuran dari kedua buah
penjatah tipe ulir ini tidak persis sama akibat faktor pembuatan prototipe yang
masih konvensional dan sederhana. Perbedaan bentuk dapat dilihat pada Gambar
25.
Auger kiri
Auger kanan
Gambar 25 Perbedaan bentuk kedua buah auger
Selanjutnya dilakukan pengujian dinamis dengan kecepatan maju 2 km/jam
yang dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem yang memiliki kontur rata dan berumput. Hasil
pengukuran dinamis dapat dilihat Gambar 26. Data hasil pengujian dan grafik
keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dinamis dapat dilihat pada
Lampiran 7.
Keluaran pupuk aktual (kg)
1.75
1.5
1.25
1
Harapan
0.75
Auger kanan
0.5
Auger kiri
0.25
0
0
0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75
Keluaran pupuk yang diharapkan (kg)
Gambar 26 Grafik hasil pengujian keluaran pupuk dinamis
22
Pada grafik hasil pengujian dinamis terlihat bahwa kurva pengujian dinamis
dengan kurva harapan relatif berhimpit. Hal tersebut menunjukkan bahwa
pengujian dinamis pada kontur lahan yang rata tidak berpengaruh terhadap laju
keluaran pupuk.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penjatah pupuk untuk mesin pemupuk TBM telah dirancang dan diuji
kinerja. Penjatah tipe edge cell menghasilkan keluaran pupuk lebih besar dari
teoritis sedangkan penjatah tipe ulir menghasilkan pupuk yang sesuai dengan
toeritis. Oleh sebab itu, penjatah pupuk yang paling sesuai diaplikasikan pada
mesin pemupuk untuk pupuk tipe granular adalah penjatah tipe ulir karena
penjatah tipe edge cell mengalami kebocoran pada celah coakan terhadap pintu
keluarannya. Penjatah pupuk tipe ulir bagian kanan dan bagian kiri yang
digunakan tidak menghasilkan laju keluaran pupuk yang sama, hal ini dikarenakan
proses pabrikasi yang masih konvensional dan sederhana sehingga menghasilkan
penjatah yang bentuk dan ukurannya tidak sama persis. Namun demikian hasil
pengujian menunjukkan bahwa keluaran pupuk proporsional terhadap putaran
motor. Dengan mengontrol putaran motor secara “kontrol digital”, keluaran pupuk
penjatah kanan dan penjatah kiri dapat disamakan. Hasil pengujian juga
menunjukkan bahwa faktor guncangan pada kontur lahan yang rata tidak
mempengaruhi laju keluaran pupuk.
Saran
Cleareance antara auger dan dinding bawah hopper harus dibuat sekecil
mungkil guna mencegah terjadinya kebocoran. Proses pembuatan auger sebisa
mungkin memiliki bentuk dan ukuran yang sama antara rotor penjatah bagian kiri
dan kanan. Semua bagian yang bersentuhan dengan pupuk harus terbuat dari
bahan anti karat. Apabila ada bahan yang tidak anti karat, sebaiknya dilindungi
agar tidak terkena pupuk agar alat pemupuk ini bertahan lama.
DAFTAR PUSTAKA
Aspriyono E. 2005. Rancang Bangun dan Pengujian Prototipe Alat Pemupuk
Mekanis Untuk Tebu Lahan Kering [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
Cokroaminoto B. 2004. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Pemupuk Tebu
dengan Tenaga Tarik Hewan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
[CEMC] Conveyor Engineering & Manufacturing. 2012. Screw Conveyor
Components & Design. Cedar Rapids (USA): CEMC.
Darmosarkoro W, Sutarta ES, Winarna. 2003. Lahan dan Pemupukan Kelapa
Sawit Edisi 1. Medan (ID): Pusat Penelitian Kelapa Sawit.
23
Fauzi Y, Widyastuti YE, Satyawibawa I, Paeru RH. 2012. Kelapa Sawit. Depok
(ID): Penebar Swadaya.
Ichniarsyah AN. 2013. Analisis Kebutuhan Torsi dan Desain Penjatah Pupuk
Butiran Tipe Edge-Cell Untuk Mesin Pemupuk Jagung [Tesis]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Lingga P, Marsono. 2008. Petunjuk Penggunaan Pupuk. Depok (ID): Penebar
Swadaya.
Richey CB, Jacobson P, Hall CW. 1961. Agricultural Engineer’s Handbook. New
York (US): McGraw-Hill Book Company.
Risza S. 2010. Masa Depan Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia. Yogyakarta
(ID): Kanisius (Aggota IKAPI).
Setiawan RPA, Desrial, Hermawan W.2014. Laporan Kemajuan Kerjasama AAL
dengan IPB. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1994. Engineering Principle of
Agricultural Machine. Washington (US): American Society of Agriculture
Enginering.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 2006. Engineering Principles of
Agricultural Machines. Washington (US): American Society of Agriculture
Enginering.
Sularso, Suga K. 2004. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta
(ID): Pradnya Paramita.
Sumaryanto H. 1991. Disain dan Uji Teknis Alat Penanam dan Pemupuk Jagung
dengan Tenaga Tarik Traktor Tangan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
24
Lampiran 1 Perhitungan volume metering device tipe edge cell teoritis
Gambar 27 Rancangan edge cell
Diketahui :
BD = 75 mm
Dicari : luas BFCG
Penyelesaian :
Menghitung sudut α pada segitiga DCH dengan persamaan :
Menghitung sudut β pada segitiga BCD dengan persamaan :
Menghitung panjang BE dengan persamaan :
Segitiga ABC merupakam segitiga sama sisi maka panjang BC = AB = AC =
68.05 mm.
Menghitung panjang AE dengan persamaan :
Menghitung panjang DE dengan persamaan :
25
Maka panjang garis EF = DF – DE = 75 – 66.83 = 8.16 mm dan panjang GE = GF
– EF = 35 – 8.16 = 26.83 mm.
Perhitungan luas parabola BCF dengan persamaan :
dimana,
titik I (C) = (0 , 0)
titik II (F) = (34,02 , 26,83)
titik III (B) = (64,04 , 0)
maka :
Persamaan 1
Persamaan 2
Persamaan 3
Subsitusi persamaan 3 ke persamaan 2, maka didapat nilai a = -0.02 dan nilai b =
1.48.
maka luas parabola BCF :
Menghitung parabola BCG sama dengan menghitung parabola BCF, sehingga
didapat
maka luas parabola BCG
Sehingga luas coakan BFCG = luas BCF + luas BCG = 999.96 + 370.36 =
1370.32 mm2. Luas total satu rotor = 1370.32 x 6 coakan = 8221.94 mm2. Tebal
rotor 40 mm. Volume satu rotor = 8221.94 mm2 x 40 mm = 328877.95 mm3(3.28
x 10-4 m3).
26
Lampiran 2 Perhitungan kebutuhan daya auger
Menurut CEMC (2012), persamaan perhitungan kebutuhan daya auger didekati
dengan menggunakan koefisien bahan pasir silika sebagai berikut
Diketahui :
Panjang auger (L)
= 40 cm (1.3124 kaki)
Kecepatan putar auger (N) = 50 rpm
Kapasitas auger (C)
= 1.984 x 10-4 m3/s (25.164 kaki3/jam)
Kerapatan material saat dipindahkan auger (D) = 95 lb/CF
Faktor daya terhadap diameter auger (Fd) = 18
Faktor bearing gantung (Fb) = 1
Faktor bahan (Fm)
=2
Flighting modification HP factor (Ff) = 1
Paddle HP factor (Fp)
=1
Effisiensi transmisi (e)
= 0.94
Penyelesaian :
hp
dimana,
Sehingga,
Maka daya yang dibutuhkan untuk memutar satu buah auger sebesar 0.039 hp
(29.385 Watt) dan nilainya lebih kecil dari 90 Watt sehingga pemilihan motor
listrik dengan daya 90 Watt aman.
27
Lampiran 3 Perhitungan dimensi poros auger
1
Gaya berat pupuk yang bekerja pada hopper.
2
Gaya gesek di dalam hopper.
3
Gaya yang bekerja saat pupuk mengalir ke penjatah pupuk.
4
Gaya berat pupuk total yang masuk ke ruang penjatah.
5
Pembebanan vertikal pada poros auger
Beban vertikal yang terjadi pada poros auger adalah beban merata.
59
Va
10
400
10
Gambar 28 Pembebanan poros auger
Vb
28
Va + Vb – 59 = 0
Va + Vb = 59
Vb = 29.5 kg
Va = 29.5 kg
MVa = 29.5 kg x 210 mm = 6195 kg.mm
MVb = 29.5 kg x 210 mm = 6195 kg.mm
Gambar 29 Diagram momen lentur
6
7
8
9
P = 0.09 kW, n1 = 50 rpm
fc = 2
Pd = 2 x 0.09 = 0.18 kW
Bahan poros baja khrom (SCr3)
Kekuatan tarik bahan ( ) = 90 kg/mm2
Faktor keamanan ( 1) untuk bahan S-C adalah 6
Faktor pengaruh ( 2) diambil 2
10 Tegangan geser yang diijinkan ( )
Kt untuk beban puntiran adalah 2
Km untuk beban lenturan adalah 2
11 Momen puntir
12 Diameter poros auger
Jadi diameter poros minimum adalah 21.31 mm. Pada rancangan, diameter
auger yang digunakan 35 mm. Alur pasak yang digunakan 5 x 5 x 1.0 (1.0 jari-jari
fillet).
1.0/35 = 0.02 α = 2.65
Tegangan yang terjadi pada poros 35 mm
29
15 > 4.48, baik
13 Perhitungan defleksi puntiran
14 0.060 < 0.250, baik
15 Bantalan yang dipakai pada kedua ujung poros dianggap tipis
y/l = 0.11 mm/m < 0.3, baik
16 Berat poros
Setengah dari berat tersebut dianggaap bekerja di tengah poros sebagai
beban terpusat.
17 Kecepatan kritis
18
Dapat disimpulkan bahwa poros auger yang digunakan berdiameter 35 mm
dengan bahan baja khrom (SCr3) aman.
30
Lampiran 4 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
satu
Kecepatan
putar
motor (rpm)
Kecepatan putar
metering device
(rpm)
800
40
600
30
400
20
Ulangan
ke-
Massa pupuk selama 7 detik
(kg)
Tipe edge cell
Tipe ulir
2.54
2.50
2.68
2.57
2.16
1.80
2.06
2.01
1.14
0.94
1.24
1.11
1.56
1.72
1.80
1.69
1.48
1.40
1.44
1.44
0.96
1.00
0.98
0.98
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
Lampiran 5 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
dua
Kecepatan
putar
motor (rpm)
Kecepatan
putar
metering device
(rpm)
2400
48
2200
44
2000
40
1800
36
Ulangan
ke1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
Massa pupuk selama 7 detik
(kg)
Tipe ulir
Tipe edge cell
1.50
1.50
1.50
1.50
1.40
1.42
1.40
1.41
1.34
1.30
1.26
1.30
1.14
1.16
1.18
1.16
1.88
1.94
1.92
1.91
1.76
1.84
1.88
1.83
1.68
1.68
1.68
1.68
1.50
1.58
1.56
1.55
31
Lanjutan lampiran 4
Kecepatan
putar
motor (rpm)
Kecepatan
putar
metering device
(rpm)
1600
32
1400
28
1200
24
1000
20
800
16
600
12
400
8
200
4
Ulangan
ke-
Massa pupuk selama 7 detik
(kg)
Tipe ulir
Tipe edge cell
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1.06
1.08
1.00
1.05
0.96
0.90
0.90
0.92
0.78
0.80
0.76
0.78
0.66
0.68
0.66
0.67
0.52
0.54
0.54
0.53
1.36
1.48
1.40
1.41
1.28
1.20
1.22
1.23
1.10
1.16
1.14
1.13
0.94
1.08
0.96
0.99
0.88
0.86
0.88
0.87
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
0.40
0.40
0.42
0.41
0.26
0.28
0.28
0.27
0.12
0.14
0.14
0.13
0.66
0.66
0.68
0.67
0.48
0.48
0.46
0.47
0.26
0.28
0.28
0.27
32
Lampiran 6 Tabel data hasil pengukuran kinerja dan grafik keluaran pupuk
terhadap kecepatan putar metering device tipe ulir dalam kondisi statis
Kecepatan putar
auger (rpm)
Kanana
Kiria
41
33
32
26
27
22
21
16
14
12
8
6
Aplikator
kanana
1.56
1.58
1.56
1.32
1.24
1.26
1.14
1.02
1.06
0.78
0.80
0.82
0.42
0.58
0.42
0.34
0.22
0.20
Rataan
1.57
1.27
1.07
0.80
0.47
0.25
Standar Aplikator
Standar
Rataan
a
error (%)
kiri
error (%)
1.58
0.7
1.48
1.5
4.2
1.44
1.18
2.4
1.40
1.28
6.4
1.26
1.10
3.5
1.00
1.07
3.3
1.10
0.78
1.2
0.74
0.77
1.8
0.80
0.54
5.3
0.60
0.56
2.0
0.54
0.22
0.24
4.4
0.25
2.4
0.30
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk
1.75
y = 0.0483x - 0.0126
R² = 0.9899
1.50
Keluaran pupuk (kg)
a
Dosis keluaran pupuk (kg)
1.25
1.00
Auger kanan
0.75
y = 0.0403x - 0.0543
R² = 0.9963
0.50
0.25
0.00
0
10
20
30
40
Kecepatan putar auger (rpm)
50
Auger kiri
33
Lampiran 7 Tabel data hasil pengukuran kinerja dan grafik keluaran pupuk
terhadap kecepatan putar metering device tipe ulir dalam kondisi dinamis
Kecepatan putar
auger (rpm)
Kanana
Kiria
41.1
32.7
32.4
25.6
27.1
21.6
20.9
16.2
14.0
11.6
7.6
6.4
Standar
Aplikator
Rataan
a
kanan
error (%)
1.60
1.60
1.51
8.7
1.34
1.06
1.56
1.26
15.5
1.16
1.00
0.94
0.98
2.0
1.00
0.80
0.80
0.82
1.9
0.86
0.46
0.64
0.55
5.2
0.56
0.34
0.30
0.29
2.9
0.24
Aplikator
Standar
Rataan
a
kiri
error (%)
1.46
1.58
1.56
5.3
1.64
1.34
1.24
1.32
4.2
1.38
1.06
1.04
0.98
6.4
0.86
0.78
0.84
0.80
2.1
0.78
0.54
0.54
0.53
0.7
0.52
0.28
0.30
0.28
0.7
0.28
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk
1.75
y = 0.0497x - 0.0326
R² = 0.9901
1.50
Keluaran pupuk (kg)
a
Dosis keluaran pupuk (kg)
1.25
1.00
0.75
Auger kanan
y = 0.0364x + 0.0329
R² = 0.9948
Auger kiri
0.50
0.25
0.00
0
10
20
30
40
Kecepatan putar auger (rpm)
50
34
Lampiran 8 Tabel data hasil pengukuran
MESIN PEMUPUKAN KELAPA SAWIT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain dan Uji Kinerja
Penjatah Pupuk Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
diskripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Dima Abdillah Irfansyah
NIM F14100094
ABSTRAK
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH. Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk
Untuk Mesin Pemupukan Kelapa Sawit. Dibimbing oleh RADITE
PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Kegiatan pemupukan pada tanaman kelapa sawit merupakan kegiatan yang
menyerap biaya paling besar dalam tahap pemeliharaan tanaman. Pemupukan
dalam kelapa sawit umumnya masih menggunakan cara manual sehingga dosis
pemupukan sulit untuk diatur. Mesin pemupukan mekanis yang tersedia saat ini
menggunakan mekanisme gaya sentrifugal sehingga tidak dapat diaplikasikan
pada tanaman kelapa sawit belum menghasilkan (TBM). Tujuan penelitian ini
adalah merancang alat penjatah pupuk untuk melakukan penjatahan pupuk tipe
granular dalam 6 variasi dosis. Terdapat dua tipe penjatah yang digunakan pada
penelitian ini yaitu auger tipe edge cell dan auger tipe ulir yang akan digunakan
untuk melakukan penjatahan sesuai variasi dosis yang diharapkan. Variasi dosis
yang digunakan pada penelitian ini yaitu 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.5 kg dan
0.25 kg. Variasi penjatahan dosis pupuk yang dihasilkan diatur dari kecepatan
putar auger pada rentang kecepatan putar auger 50 rpm – 5 rpm. Berdasrkan hasil
percobaan, auger tipe ulir merupakan penjatah yang paling sesuai untuk
melakukan penjatahan pupuk tipe granular.
Kata kunci: Kecepatan putar(rpm), kelapa sawit, pemupukan, penjatah
ABSTRACT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH. Design and Performance Test of
Metering Device for Palm Oil Fertilizer Applicator. Supervised by
RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Fertilizer application in palm oil plantation is an activity that require the
biggest cost in crop maintenance. Generally, this activity is still done manually by
human labor so it causes difficulty in setting the doses. Mechanical fertilizer
applicator which already been used are using centrifugal mechanism, so it can not
be applied into young palm oil trees which are under 5 years old. The purpose of
this research was to design fertilizer applicator to apply granular fertilizer with six
levels dose variable. Two types of metering devices that were used in this research
to meet requirement doses, were auger edge cell type and auger screw type.The
doses that were designed in this research were 1.5 kg, 1.25 kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.50
kg and 0.25 kg. The metering of the fertilizer was done by setting the auger
rotational speed at the range of 50 rpm – 5 rpm from auger rotational speed. The
result of the test showed that auger screw type is the most appropriate for granular
fertilizer metering device.
Keywords: Fertilization, metering device, palm oil, rotational speed (rpm)
EMILIA FATMAWATI. Ethanolic Extract of Eugenia polyantha Le
DESAIN DAN UJI KINERJA PENJATAH PUPUK UNTUK
MESIN PEMUPUKAN KELAPA SAWIT
DIMA ABDILLAH IRFANSYAH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi : Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk untuk Mesin Pemupukan
Kelapa Sawit
Nama
: Dima Abdillah Irfansyah
NIM
: F14100094
Disetujui oleh
Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr
Pembimbing Akademik
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini ialah
rancang bangun, dengan judul Desain dan Uji Kinerja Penjatah Pupuk untuk
Mesin Pemupukan Kelapa Sawit
Dengan telah terselesaikannya karya ilmiah ini, penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada :
1 Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr yang telah membimbing
penyelesaian karya ilmiah ini.
2 Dr. Ir. Wawan Hermawan dan Dr. Ir. Usman Ahmad, M.Agr selaku penguji
dalam ujian skripsi penulis yang telah memberi masukan dan bimbingan
hingga terselesaikannya karya ilmiah ini.
3 Bapak, Ibu dan kakak Dhisa dan Oney atas doa dan dukungannya selama
penyelesaian karya ilmiah ini.
4 Seluruh teknisi yang terdapat di Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi,
Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor atas bantuannya selama penelitian
berlangsung.
5 Teman-teman TMB 47 atas bantuan dan dukungan semangat yang diberikan
kepada penulis.
6 Semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu
penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2015
Dima Abdillah Irfansyah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Pemupukan Kelapa Sawit
2
Alat Penjatah Pupuk
3
METODE
8
Waktu dan Tempat Penelitian
8
Bahan
8
Alat
8
Tahapan Penelitian
8
Pengujian Kinerja
8
ANALISIS DESAIN
9
Kriteria Desain
9
Rancangan Fungsional
10
Rancangan Struktural
10
HASIL DAN PEMBAHASAN
17
SIMPULAN DAN SARAN
22
Simpulan
22
Saran
22
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
Standar dosis pempukan TBM
Fungsi komponen-komponen mesin
Karakteristik pupuk NPK dan MOP
Perhitungan dimensi hopper
Perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan
pemupukan
6 Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
3
10
11
12
variasi
dosis
14
17
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Pekerja melakukan pemupukan manual
Alat pemupukan mekanis
Penjatah tipe (a)ulir rapat dan (b)ulir longgar (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe rotor bercelah (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe sabuk (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe rotating bottom (Srivastava et al. 1996)
Metering device tipe agitator feed (Richey 1961)
Auger rancangan Sumaryanto (1991)
Edge cell rancangan Cokroaminoto (2004)
Bagan alir tahapan penelitian
Skema komponen keseluruhan
Skema rincian dimensi hopper
Desain hopper
Metering device tipe pertama
Metering device tipe kedua
Analisis pendugaan gaya-gaya
Motor listrik yang digunakan
Gearhead yang digunakan
Hasil rancangan metering device, (a) tipe edge cell dan (b) tipe ulir
Grafik hasil pengukuran statis awal
Hasil perbaikan desain dinding bawah hopper
Grafik perbandingan kedua tipe metering device
Metering device tipe ulir dalam kondisi terpasang
Grafik hasil pengujian keluaran pupuk statis
Perbedaan bentuk kedua buah auger
Grafik hasil pengujian keluaran pupuk dinamis
Rancangan edge cell
Pembebanan poros auger
Diagram momen lentur
1
2
4
5
5
6
6
7
7
9
10
11
12
13
13
14
16
16
18
18
19
19
20
20
21
21
24
27
28
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan volume metering device tipe edge cell teoritis
2 Perhitungan kebutuhan daya auger
24
26
3 Perhitungan dimensi poros auger
4 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
satu
5 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
dua
6 Tabel data hasil pengukuran kinerja metering device tipe ulir dan grafik
keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dalam kondisi statis
7 Tabel data hasil pengukuran kinerja metering device tipe ulir dan grafik
keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dalam kondisi dinamis
8 Tabel data hasil pengukuran kecepatan putar motor listrik aktual
9 Gambar isometri metering device tipe edge cell
10 Gambar orthogonal metering device tipe edge cell
11 Gambar isometri metering device tipe ulir
12 Gambar orthogonal metering device tipe ulir
27
30
30
32
33
34
35
36
37
38
1
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 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 2012).
Produktivitas tersebut perlu ditingkatkan untuk meningkatkan kesejahteraan
masyarakat. Oleh karena itu, diperlukan pengelolaan yang baik dalam sektor onfarm dan off-farm. Salah satu kegiatan yang perlu ditingkatkan pengelolaannya
adalah kegiatan pemupukan. Pemupukan adalah proses penambahan tersedianya
unsur hara dan perbaikan struktur tanah serta penggantian unsur-unsur hara yang
hilang diserap/diangkut oleh tanaman seperti yang tersimpan dalam tubuh
tanaman, akibat penunasan, kastrasi, dan pemanenan buah. Mengingat biaya
pemupukan sangat tinggi, berkisar 40% - 60% dari total biaya pemeliharaan, maka
perlu diterapkan pedoman pemupukan 4 tepat yaitu tepat jenis, tepat dosis, tepat
waktu dan tepat cara penempatan pupuk (Risza 2010).
Kegiatan pemupukan pada saat ini umumnya dilakukan dengan dua cara
yaitu pemupukan manual dan pemupukan mekanis. Pemupukan manual adalah
kegiatan pemupukan yang dilakukan langsung oleh tenaga kerja untuk
menebarkan pupuk dengan bantuan alat wadah plastik (Gambar 1). Hal ini
dianggap tidak selalu efektif dan efisien terutama terkait masalah karakteristik
lahan dan ketersediaan tenaga kerja.
Gambar 1 Pekerja melakukan pemupukan manual
Pemupukan mekanis adalah kegiatan pemupukan yang dilakukan dengan
menggunakan alat bantu yang sering disebut power spreader. Alat ini berupa
mesin penabur pupuk yang menggunakan gaya sentrifugal untuk menebarkan
pupuk dilahan perkebunan kelapa sawit (Gambar 2). Secara umum alat ini cukup
2
efektif dalam melakukan pemupukan tanaman sawit dewasa, namun tidak dapat
digunakan pada tanaman kelapa sawit belum menghasilkan (TBM), pupuk yang
ditebar oleh power spreader akan mengenai daun bahkan masuk kedalam ketiak
daun TBM yang dapat mengakibatkan kerusakan tanaman. Hal dikarenakan tinggi
pelepah dan ketiak daun tanaman muda masih rendah terhadap tanah.
Gambar 2 Alat pemupukan mekanis
Pada penelitian ini akan dirancang penjatah pupuk pada mesin pemupuk
kelapa sawit TBM. Aplikasi alat ini untuk mengoptimalkan kegiatan pemupukan
pada masa TBM yang akan berdampak pada peningkatan produktivitas kelapa
sawit itu sendiri.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain dan menguji kinerja unit
penjatah pupuk tipe ulir (auger) dan tipe edge cell untuk mendapatkan penjatahan
pupuk dengan dosis yang presisi pada enam tingkat.
TINJAUAN PUSTAKA
Pemupukan Kelapa Sawit
Pemberian pupuk pada tanaman kelapa sawit harus memperhatikan
beberapa hal yang merupakan kunci keefektifan pemberian pupuk, diantaranya
daya serap akar tanaman, cara pemberian dan penempatan pupuk, waktu
pemberian, serta jenis dan dosis pupuk.
Penentuan jenis dan dosis pupuk pada tanaman kelapa sawit dilakukan oleh
lembaga penelitian seperti Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS), Medan.
Beberapa pertimbangan yang digunakan sebagai dasar penentuan rekomendasi
pemupukan, diantaranya : analisis kesuburan tanah, kondisi hara tanaman, umur
tanaman, produktivitas tanaman, iklim dan pengamatan visual tanaman maupun
lahan (Darmosarkoro 2003). Contoh anjuran dosis pemupukan TBM dapat dilihat
pada Tabel 1.
3
Tabel 1 Standar dosis pempukan TBM
Umur
tanam
(bulan)
Dosis pupuk (gram/pokok)
Urea MOP
Pupuk
lubang
TBM 1
TBM 2
TBM 3
RP
Kieserite
Dolomite Borat
NPK
12.12.17.2
500
1
4
7
10
14
18
22
26
30
34
250
350
500
300
400
500
450
550
500
1000
500
500
400
20
30
40
70
50
150
100
400
100
550
700
750
1000
1000
1000
1500
1500
2000
sumber : PT SAL 2014
Pupuk tunggal umumnya mengandung satu unsur hara utama (misalnya urea
mengandung unsur N), walaupun beberapa pupuk tunggal ini juga mengandung
hara lainya tetapi biasanya dalam jumlah yang rendah. Dari segi harga, pupuk
tunggal umumnya tidak terlalu mahal per kg hara tetapi aplikasinya memerlukan
tenaga yang cukup besar karena hanya satu hara yang diaplikasikan pada setiap
aplikasi pupuk. Selain itu adanya pupuk tunggal memungkinkan aplikasi setiap
unsur hara sesuai dosis yang diinginkan (Darmosarkoro 2003).
Pupuk majemuk memiliki keunggulan dibandingkan dengan pupuk tunggal,
yaitu lebih praktis dalam pemesanan, transportasi, penyimpanan dan aplikasinya
di lapangan karena satu jenis pupuk majemuk mengandung keseluruhan atau
sebagian besar hara yang dibutuhkan tanaman. Meskipun demikian, harga
persatuan hara pada pupuk majemuk umumnya lebih mahal dibandingkan dengan
pupuk tunggal. Selain itu, komposisi kandungan hara yang telah tertentu pada
pupuk majemuk akan menimbulkan masalah pada saat aplikasi jika ternyata
tanaman membutuhkan salah satu unsur hara dalam jumlah yang lebih besar atau
lebih sedikit dibandingkan dengan kandungan hara pada pupuk majemuk
(Darmosarkoro 2003).
Pupuk NPK merupakan salah satu pupuk majemuk yang mengandung unsur
Nitrogen (N), Posfor (P) dan Kalium (K) dengan kadar yang beragam. Jenis dan
kadar unsur yang dikandungnya berdasarkan negara asalnya. Seperti amafoska I
(12-24-12) dari Amerika Serikat, nitrofoska I (17.5-13-22) dari Jerman,
compound fertilizer (14-12-9) dari Jepang dan NPK Holland (15-15-15) dari
Belanda (Lingga Pinus dan Marsono 2008).
Alat Penjatah Pupuk
Berbagai jenis penjatah telah dikembangkan untuk menghasilkan penjatahan
bahan yang konsisten dan seragam. Alat-alat tersebut umumnya dijalankan oleh
ground wheel. Metering akan berhenti ketika groun wheel berhenti atau terangkat
4
dari permukaan tanah. Metering device secara umum digolongkan ke dalam dua
jenis, yaitu aliran positif (positive flow) dan aliran gravitasi (gravity flow).
Srivastava et al. (1996) membagi jenis-jenis penjatah pupuk sebagai berikut:
Tipe Ulir (Auger)
Penjatah tipe ulir dibagi menjadi dua, yaitu penjatah tipe close-fitting
auger dan loose-fitting auger. Gambar 3a menunjukkan bentuk close-fitting
auger dengan tabung yang rapat dengan ulirnya dan ulir tersebut memiliki
displacement yang cukup besar tiap putarannya. Gambar 3b menunjukkan bentuk
loose-fitting auger yang secara luas digunakan dalam penanganan hasil pertanian.
Diameter dalam dari tabung adalah sekitar 12.5 mm lebih besar dibandingkan
dengan diameter ulir (auger). Daerah diantara dua ulir digunakan untuk
memindahkan bahan ke ujung hopper, dimana ujung hopper berada pada ujung
tabung atau menjatuhkan melalui pembukaan outlet.
Gambar 3 Penjatah tipe (a)ulir rapat dan (b)ulir longgar (Srivastava et al. 1996)
Menurut Srivastva (1996), kapasitas volumetrik teoritis dari sebuah auger
diformulasikan pada Persamaan 1 sebagai berikut :
(1)
Di mana:
Qt = kapasitas volumetrik teoritis (m3/s)
dsf = diameter luar auger (m)
dss = diameter poros auger (m)
lp = panjang pitch (m)
n = kecepatan putar auger (rev/s)
Perhitungan daya sebuah auger horizontal menurut CEMC (2012)
diformulasikan pada Persamaan 2, 3 dan 4.
(2)
(3)
(4)
Di mana :
L = panjang total auger (kaki)
N = kecepatan putar (rpm)
C = kapasitas auger (kaki3/jam)
D = kerapatan material saat dipindahkan auger (lb/CF)
5
Fd
Fb
Fm
Ff
Fp
Fo
e
= faktor daya terhadap diameter auger
= faktor bearing gantung
= faktor bahan
= flighting modification HP factor
= paddle HP factor
= faktor pengisian bahan
= efisiensi transmisi
Tipe Rotor Bercelah (Edge Cell)
Penjatah tipe edge cell ditunjukkan oleh Gambar 4. Roda penjatah
dipasangkan pada jarak yang diperlukan sepanjang hopper dan diputar oleh poros
berpenampang segi empat. Lebar rotor antara 6 mm hingga 32 mm digunakan
untuk pemberian dosis yang berbeda. Laju pengeluaran pupuk diatur dengan
merubah kecepatan putar porosnya.
Gambar 4 Metering device tipe rotor bercelah (Srivastava et al. 1996)
Tipe Sabuk (Belt-type)
Belt-type metering device adalah jenis metering device yang digunakan
ketika diperlukan laju putaran yang relatif besar dan menggunakan hopper yang
besar (Gambar 5). Beberapa unit memiliki kawat belt datar (umumnya terbuat dari
stailess steel) yang memindahkan bahan disepanjang dasar hopper. Laju keluaran
dikontrol melalui pintu yang dapat disetel dan berada di atas belt.
Gambar 5 Metering device tipe sabuk (Srivastava et al. 1996)
6
Tipe Rotating Bottom
Metering device tipe rotating bottom (Gambar 6) adalah penjatah pupuk
yang mengeluarkan pupuk melalui celah pengatur yang terletak pada sisi atas
pengeluaran. Pupuk dikeluarkan saat plat horizontal yang terdapat pada dasar
kotak pupuk berputar.
Gambar 6 Metering device tipe rotating bottom (Srivastava et al. 1996)
Menurut Richey (1961), terdapat juga tipe agitator feed (Gambar 7). Tipe
ini umumnya digunakan pada biji-bijian kecil yang tidak dapat dipilih satu
persatu. Tipe ini menggunakan kecepatan putar yang konstan. Laju keluarannya
diatur oleh ukuran lubang pengeluaran.
Gambar 7 Metering device tipe agitator feed (Richey 1961)
Sumaryanto (1991) membuat penajatah pupuk tipe auger. Diameter poros
auger 19 mm, diameter auger 45 mm dan pitch 50 mm. Dosis pemupukan
dilakuakan per meter alur dengan memberikan pupuk sebanyak 1200 gram untuk
sekali pengisian pada masing-masing kecepatan. Pengujian lapang dilakukan
dengan tiga kecepatan. Pada kecepatan 0.15 m/s dosis pemupukan adalah 22.4
7
gram per meter alur. Untuk kecepatan 0.26 m/s dosis pemupukan adalah 20 gram
per meter alur. Sedangkan untuk kecepatan 0.40 m/s dosis pemupukan adalah 15
gram per meter alur. Dosis pemupukan yang diharapkan per meter alur adalah 16
gram per meter alur dan 24 gram per putaran roda penggerak. Sehingga dosis
yang dihasilkan lebih besar dari yang diharapkan. Gambar rancangan auger
Sumaryanto dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Auger rancangan Sumaryanto (1991)
Cokroaminoto (2004) membuat penjatah tipe edge cell yang dilengkapi
dengan agitator. Bentuk penjatah adalah silinder dengan diameter 10 cm dan
mempunyai 6 celah cell yang berbentuk setengah lingkaran dengan diameter cell 4
cm. Sedangkan agitator berbentuk plat yang dipasang disekeliling boss roda
dengan sudut kemiringan 200 dan pitch 4 cm. Hasil pengujian awal terhadap
penjatahan pupuk menunjukkan bahwa ada pupuk yang lolos melalui celah antar
rotor dengan pintu keluaran pada saat rotor penjatah tidak diputar, sehingga laju
keluaran pupuk lebih tinggi dari yang diharapkan. Laju keluarannya berkisar
antara 69 g/m sampai 203g/m, yang diharapkan adalah 88 g/m. Hasil pengujian
setelah modifikasi menunjukkan bahwa laju keluaran yang mendekati standar
pada beberapa bukaan, yaitu sebesar 82.5 g/m pada bukaan 2 cm. Pada kecepatann
0.7m/d laju keluaran yang dicapai adalah 109.1 g/m. Gambar edge cell rancangan
Cokroaminoto dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Edge cell rancangan Cokroaminoto (2004)
8
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Februari 2014 sampai Februari 2015.
Pembuatan prototipe dilaksanakan di dua tempat berbeda, yaitu bengkel Fadhel
Teknik dan Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi, Laboratorium Lapangan
Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian
Bogor. Uji coba mesin dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo.
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan konstruksi dan
bahan untuk pengujian. Bahan konstruksi terdiri dari besi plat stainless steel, besi
hollow, poros pejal, pillow block, pipa PVC, blower, gear box, motor listrik, mur,
baut, kawat elektroda 2.6 mm dan cat. Bahan yang digunakan untuk pengujian
adalah pupuk NPK.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat yang dipergunakan
untuk pembuatan prototipe, alat pengukuran karakteristik pupuk dan dosis
pemupukan. Peralatan perbengkelan yang digunakan adalah las listrik, mesin
gerinda, mesin bubut, gergaji potong, mesin bor, amplas, kikir, hand tap dan
kunci satu set. Alat yang digunakan untuk pengukuran karakteristik pupuk antara
lain: timbangan digital, gelas ukur, penggaris dan jangka sorong. Alat yang
digunakan dalam pengukuran dosis pemupukan meliputi: satu unit mesin
pemupuk TBM, timbangan dan kantong plastik.
Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian yang dilakukan secara umum terdiri dari identifikasi
masalah, perumusan ide desain, penyajian konsep desain, evalusai desain,
pabrikasi, uji fungsional dan uji kinerja. Gambaran umum prosedur penelitian
dapat dilihat pada Gambar 10.
Pengujian Kinerja
Pengujian prototipe terbagi kedalam tiga tahapan pengujian. Pengujian
pertama dilakukan untuk membandingkan hasil keluaran antara penjatah tipe ulir
dengan penjatah tipe edge cell. Pengujian dilakukan dengan cara mengukur bobot
pupuk yang keluar dari pintu keluaran hopper selama 7 detik dengan kecepatan
putar yang berbeda. Kecepatan putar yang digunakan mulai dari kecepatan
maksimum motor listrik kemudian diperlambat dengan speed control sebanyak
200 rpm, begitu selanjutnya hingga motor listrik tidak mampu berputar lagi.
Pengujian tiap kecepatan putar dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali ulangan.
9
Pengujian tahap kedua dilakukan guna menyeragamkan hasil keluaran
pupuk selama 7 detik yang keluar dari dua buah penjatah dengan tipe yang sama
secara statis. Penjatah yang digunakan pada pengujian tahap ini adalah tipe
penjatah yang menghasilkan keluaran paling mendekati keluaran teoritis
berdasarkan data hasil pengujian tahap pertama. Data yang didapat pada pengujian
tahap ini adalah kecepatan putar yang dibutuhkan tiap penjatah untuk
menghasilkan keluaran pupuk yang sama. Metode yang digunakan yaitu metode
trial and error pada pengaturan kecepatan putar sedemikian sehingga penjatah
menghasilkan keluaran pupuk sesuai variasi dosis yang diinginkan. Variasi dosis
yang ingin dicapai yaitu 1.5 kg, 1.25kg, 1 kg, 0.75 kg, 0.50 kg dan 0.25 kg.
Pengujian tahap ketiga dilakukan guna melihat pengaruh keluaran pupuk
dalam kondisi mesin bergerak maju. Pengujian dilakukan dengan cara
menampung keluaran pupuk selama 7 detik dalam kondisi mesin bergerak maju
dengan kecepatan 2 km/jam. Pengujian dilakuan sebanyak tiga kali ulangan dalam
setiap variasi dosis.
Mulai
Identifikasi Masalah
A
Perumusan Ide Desain
Pembuatan Prototipe
Analisis Desain
Uji Fungsional
Penyajian Konsep
Desain
Berhasil
Evalusai Desain
Tidak
Ya
Setuju
Tidak
Uji Kinerja
Ya
Selesai
A
Gambar 10 Bagan alir tahapan penelitian
ANALISIS DESAIN
Kriteria Desain
Perancangan metering device pada mesin pemupuk TBM mampu
mengeluarkan dosis pupuk yang bervariasi. Hal dilakukan karena perbedaan dosis
pemupukan tanaman sawit TBM sesuai dengan umur tanam tanaman tersebut.
Metering device didesain mampu mengeluarkan variasi dosis 1.5 kg, 1.25 kg, 1.00
kg, 0.75 kg, 0.50 kg dan 0.25 kg dalam waktu 7 detik. Hal tersebut dikarenakan
mesin pemupuk TBM melintasi piringan tanaman sawit TBM selama 7 detik.
10
Pengaturan variasi dosis dilakukan dengan cara mengatur kecepatar putar
metering device tersebut.
Rancangan Fungsional
Fungsi utama dari metering device yang dikembangkan adalah
mengaplikasikan pupuk granul untuk tanaman sawit TBM yang ditanaman pada
sengkedan secara efektif dengan dosis bervariasi. Fungsi komponen yang
digunakan tersaji pada Tabel 2.
Tabel 2 Fungsi komponen-komponen mesin
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Fungsi
Menampung pupuk
Mengatur dosis keluaran pupuk
Memutar metering device sesuai dosis
Mereduksi putaran motor listrik
Mengontrol kecepatan putar dan lama penyalaan
motor listrik
Mendorong pupuk keluar
Menyalurkan udara dan mengarahkan aliran
pupuk
Menyebarkan pupuk ke lahan
Komponen
Hopper
Metering device
Motor listrik
Gearhead
Sistem kendali
Blower
Pipa PVC
Diffuser
Rancangan Struktural
Menurut Ichniarsyah (2013), rancangan struktural adalah analisis dari
komponen-komponen alat yang akan dibuat yang telah dibahas pada rancangan
fungsional. Bentuk, ukuran, dan bahan dari masing-masing komponen ditentukan
dari rancangan strukutral. Skema komponen secara keseluruhan dapat dilihat pada
Gambar 11.
Gambar 11 Skema komponen keseluruhan
11
Kotak Pupuk (Hopper)
Dalam menentukan dimensi kotak pupuk, terlebih dahulu mengetahui
volume pupuk yang digunakan. Berdasarkan kebutuhan dosis pemupukan yang
digunakan oleh perusahaan yaitu 1.5 kg/pokok. Alat pemupuk mampu memupuk
minimal 90 pohon kelapa sawit dan mampu memupuk dua lajur sekaligus dalam
sekali pengisian kotak pupuk (bolak-balik). Oleh sebab itu dibuat dua buah kotak
pupuk yang mampu menampung sebanyak 150 kg dalam setiap kotaknya.
Karakteristik pupuk yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik pupuk NPK dan MOP
Jenis pupuk
NPK
MOP
Bulk density
(g/cm3)
Sudut curah
(derajat)
Particle density
(g/cm3)
1.26
1.06
28.74
29.99
1.082
1.402
Berdasarkan data tersebut, maka volume hopper minimum adalah
Dalam desain kotak pemupuk tedapat dua bagian yaitu bagian prisma
trapesium dan bagian kotak seperti yang terlihat pada Gambar 12. Persamaan
volume kotak pupuk dapat dilihat pada Persamaan 5 (Aspriyono 2005).
(5)
Keterangan :
V
= volume kotak pupuk (cm3)
a
= lebar penampang atas kotak pupuk (cm)
d
= lebar penampang bawah kotak pupuk (cm)
c
= tinggi kotak pupuk trapesium (cm)
b
= tinggi kotak pupuk balok (cm)
p
= panjang kotak pupuk (cm)
Gambar 12 Skema rincian dimensi hopper
Beberapa variabel di atas telah ditentukan disebabkan keterbatasan ruang
pada rangka. Variabel yang telah ditentukan yaitu panjang 40 cm, lebar
penampang atas 90 cm dan tinggi total 53 cm dengan rincian tinggi kotak pupuk
12
bagian bawah 25 cm. Di samping itu, kemiringan kotak pupuk juga tidak boleh
kurang dari 300.
Oleh sebab itu, ukuran yang perlu diperhitungkan adalah lebar penampang
bawah. Lebar penampang bawah dicari paling dekat dengan dimensi rotor yaitu
17 cm dengan θ sebagai variabel bebas. Lebar penampang bawah dapat ditentukan
dengan Persamaan 6 berikut.
(6)
Dari Persamaan 6 dimasukkan nilai θ sehingga didapat dimensi hopper yang
sesuai seperti yang tersaji pada Tabel 4.
Tabel 4 Perhitungan dimensi hopper
Volume
Minimum
(cm3)
141509
p
b
c
a
(cm) (cm) (cm) (cm)
40
40
40
40
40
28
28
28
28
28
25
25
25
25
25
90
90
90
90
90
θ
d
(cm)
34.30
34.35
34.40
34.45
34.50
16.697
16.836
16.975
17.103
17.241
Volume
total hopper Persentase
(cm3)
154148.48
154218.20
154287.66
154351.54
154420.49
108.93%
108.98%
109.03%
109.08%
109.12%
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa yang paling mendekati 17 cm adalah
16.975 cm, yaitu pada saat θ sebesar 34.400. Volume yang dihasilkan mencapai
109.03% dari volume pupuk minimum. Hal ini cukup agar pada saat melakukan
kegiatan pemupukan, pupuk tidak mudah tumpah dari hopper. Gambar desain
hopper dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Desain hopper
Penjatah (Metering Device)
Metering device yang di uji pada penelitian ini terdiri dari dua tipe. Tipe
pertama yaitu penjatah berupa ulir yang membesar pada bagian keluaran.
Diameter kecil 90 mm, diameter besar 150 mm, pitch 40 mm dan diameter poros
35 mm. Masing-masing metering device ditempatkan di bawah hopper dan
13
mempunyai saluran pengeluaran berukuran 120 × 30 mm. Adapun Gambar
metering device tipe pertama dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Metering device tipe pertama
Penjatah tipe kedua memiliki ukuran pitch 40 mm, diameter luar 150 mm,
diameter poros 35 mm. Sedangkan rotor bercelahnya (edge cell) terdiri dari 6
celah masing-masing celah memiliki diameter 69.8 mm, tebal 40 mm dan panjang
total 400 mm. Perhitungan teoritis volume metering device tipe edge cell dapat
dilihat pada Lampiran 1. Desain metering device tipe kedua terlihat pada Gambar
15.
Gambar 15 Metering device tipe kedua
Kecepatan maju mesin saat melakukan pemupukan adalah 2 km/jam (0.55
m/s). Dosis terbesar dalam pemupukan adalah 1.5 kg/pokok. Panjang lintasan
yang akan disebar oleh pupuk adalah 3 m (1.5 m sebelum dan sesudah pokok).
Jadi waktu yang ditempuh untuk melintasi lintasan sepanjang 3 m diformulasikan
pada Persamaan 7.
(7)
Berdasarkan perhitungan di atas, diputuskan lama penyalaan metering
device selama 7 detik. Hal tersebut bertujuan untuk mentoleransi keterlambatan
respon metering device terhadap sistem kendali yang dikendalikan operator.
Selama 7 detik pupuk yang dikeluarkan adalah 1.5 kg. Jadi, untuk 1 detik pupuk
yang dikeluarkan adalah 0.21 kg (0.21 kg/s). Bila kerapatan pupuk NPK sebesar
1260 kg/m3, maka kapasitas penjatahan diformulasikan pada Persamaan 8.
14
(8)
Berdasarkan desain tersebut, maka persamaan perhitungan kecepatan putar
penjatah yang akan digunakan (Srivastava et al. 2006) adalah Persamaan 1.
Beberapa variabel Persamaan 1 telah ditentukan berdasarkan ruang yang tersedia.
Variabel yang ditentukan yaitu diameter luar auger 15 cm, diameter poros auger
3.5 cm dan pitch auger 4 cm, sehingga didapatkan nilai kecepatan putar auger
sebagai berikut :
Maka kecepatan putar auger akan diatur menjadi 0.79 putaran per detik
(47.27 RPM). Tabel perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan variasi dosis
yang diharapkan dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Perhitungan kecepatan putar auger berdasarkan variasi dosis pemupukan
Variasi dosis
dalam 7 detik
(kg)
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
Kapasitas teoritis
(Qt) m3/s (10-4)
Kecepatan putar
(rps)
Kecepatan putar
(rpm)
1.70
1.42
1.13
0.85
0.57
0.28
0.79
0.66
0.53
0.39
0.26
0.13
47.27
39.39
31.51
23.63
15.76
7.88
Perhitungan dimensi poros auger berdasarkan pada anlisis gaya-gaya yang
terjadi didalam hopper. Analisis gaya-gaya yang terjadi dapat dilihat pada Gambar
16. Perhitungan dimensi poros auger dapat dilihat pada Lampiran 3.
Gambar 16 Analisis pendugaan gaya-gaya
15
Menurut Ichniarsyah (2013), gaya-gaya yang bekerja pada pupuk di dalam
hopper diduga dari Persamaan 9 dan 10.
(9)
(10)
Selain ada gaya Wp (gaya berat pupuk) yang bekerja pada bagian tengah
hopper, komponen gaya berat pupuk lain yang bekerja di hopper diduga dari
Persamaan 11, 12 dan 13.
(11)
(12)
(13)
Gaya gesek di dalam hopper pada bagian 1 dan bagian 2 dapat diduga
menggunakan Persamaan 14, 15, 16 dan 17.
(14)
(15)
(16)
(17)
Sehingga gaya yang bekerja pada pupuk saat mengalir ke penjatah pupuk
pada masing-masing sisi hopper diduga menggunakan Persamaan 18 dan 19.
(18)
(19)
Gaya berat pupuk total yang masuk ke ruang penjatahan diduga
menggunakan Persamaan 20.
(20)
Keterangan :
Wp, Wp1, Wp2 : komponen gaya berat pupuk (N)
Ff1, Ff2
: komponen gaya gesek pupuk-dinding hopper (N)
F1, F2, F3
: komponen gaya di penjatah pupuk (N)
α
: sudut kemiringan hopper (0)
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
ρp
: berat jenis pupuk (g/cm3)
µh
: koefisien gesek pupuk pada bahan hopper
Perencanaan poros yang digunakan pada auger diformulasikan pada
Persamaan 21 (Sularso 2004).
(21)
Keterangan :
ds
: diameter poros (mm)
: tegangan geser yang diijinkan (kg/mm2)
Km
: faktor koreksi
M
: momen lentur (kg.mm)
Kt
: faktor koreksi
T
: momen puntir (kg.mm)
16
Motor Listrik
Motor listrik digunakan untuk menggerakkan auger. Berdasarkan
perhitungan teoritis, daya yang dibutuhkan untuk memutar satu unit auger 29.385
Watt. Tiap auger dipasangkan satu unit motor listrik. Motor listrik yang dipilih
adalah motor listrik DC dengan spesifikasi tegangan 24 V dan daya 90 Watt
dengan torsi 2.9 kgf.cm (290 kgf.m). Perhitungan kebutuhan daya dapat dilihat
pada Lampiran 2. Gambar motor listrik yang digunakan dapat dilihat pada
Gambar 17.
Gambar 17 Motor listrik yang digunakan
Gearhead
Gearhead digunakan untuk mereduksi kecepatan putar motor listrik.
Dikarenakan putaran auger maksimum yang dirancang berkisar 50 rpm. Dengan
putaran motor listrik maksimum 3000 rpm, maka digunakan gearhead dengan
rasio 50:1. Gambar gearhead yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Gearhead yang digunakan
17
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pupuk
Pengukuran distribusi ukuran partikel pupuk dilakukan untuk mengetahui
sebaran ukuran partikel dari pupuk yang digunakan yaitu pupuk NPK 15.15.15.
Hal ini dikarenakan ukuran partikel pupuk berpengaruh besar terhadap pergerakan
partikelnya. Pengukuran distribusi pupuk dilakukan dengan cara mengayak pupuk
menggunakan beberapa jenis ukuran ayakan. Berikut tabel distribusi ukuran
partikel pupuk NPK 15.15.15 yang digunakan pada Tabel 6.
Tabel 6 Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
Ulangan
ke1
2
3
4
5
Rataan
Distribusi ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 (%)
< 1.4 mm
1.44 - 2.36 mm
2.36 - 4.76 mm
> 4.76 mm
0.70
0.76
0.71
0.46
0.83
0.69
8.58
7.12
8.10
5.30
9.17
7.65
80.74
82.44
83.10
83.18
83.33
82.56
9.98
9.67
8.10
11.06
6.67
9.09
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15
yang lebih kecil dari 1.4 mm jumlahnya tidak lebih dari 0.69 % dari massa total
pupuk yang diukur. Ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 yang lebih besar dari
4.76 mm jumlahnya tidak lebih dari 9.09 % dari massa total pupuk yang diukur.
Sedangkan ukuran partikel pupuk NPK 15.15.15 pada rentang ukuran 1.44-2.36
mm jumlahnya 7.65 % dari total massa pupuk yang diukur. Ukuran partikel pupuk
NPK 15.15.15 sebagian besar berada pada rentang ukuran 2.36-4.76 mm yaitu
sebesar 82.56 % dari total massa pupuk yang diukur.
Penjatah Pupuk (Metering Device)
Hasil desain kedua jenis penjatah dapat dilihat pada Gambar 19. Gambar
teknik dari kedua buah penjatah dapat dilihat pada Lampiran 9, 10, 11 dan 12.
Pada tahap awal, pengujian dilakukan pada kedua jenis penjatah. Tiap penjatah
dipasangkan motor listrik dan gearhead dengan rasio 20:1 dengan mekanisme
transmisi poros langsung. Pupuk yang digunakan untuk pengujian adalah pupuk
NPK 15,15,15. Sedangkan untuk pengatur kecepatan putar motor listrik
digunakan speed control. Grafik hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 20.
(a)
18
Dosis pupuk yang keluar selama 7
sekon (kg)
(b)
Gambar 19 Hasil rancangan metering device, (a) tipe edge cell dan (b) tipe ulir
3.00
2.50
2.00
Tipe ulir
1.50
Tipe edge cell
Tipe ulir (teoritis)
1.00
Tipe edge cell (teoritis)
0.50
0.00
0
10
20
30
40
Kecepatan putar auger (rpm)
50
Gambar 20 Grafik hasil pengukuran statis awal
Pengujian statis pertama dilakukan pada tanggal 4 November 2014.
Perlakuan yang dilakukan adalah perlakuan kecepatan putar penjatah. Sedangkan
waktu penyalaan penjatah dilakukan selama 7 detik. Ulangan pengukuran
keluaran pupuk dilakukan sebanyak 3 kali. Data hasil pengujian statis awal dapat
dilihat pada Lampiran 4.
Dari Gambar 20 terlihat bahwa kecenderungan naik dengan meningkatnya
kecepatan putar penjatah. Dalam perhitungan teoritis pada kecepatan 40 rpm,
penjatah tipe edge cell mengeluarkan pupuk sebanyak 1.65 kg. Sedangkan
penjatah tipe ulir pada kecepatan yang sama mengeluarkan pupuk sebanyak 1.25
kg. Bila dibandingkan dengan perhitungan teoritis, kedua tipe metering device ini
masih berada jauh diatas perhitungan.
Hal ini diakibatkan adanya clearance sebesar satu centimeter antara auger
dengan dinding bawah hopper. Hal ini mengakibatkan pupuk mengalir melalui
celah tersebut sehingga terjadi kebocoran.
Selanjutnya dilakukan perbaikan desain pada dinding bawah hopper dengan
cara penambahan lembaran karet guna menutup celah antara auger dan hopper
tersebut. Hasil perbaikan desain tersebut dapat dilihat pada Gambar 21.
19
Gambar 21 Hasil perbaikan desain dinding bawah hopper
Pengujian statis tahap kedua dilakukan pada tanggal 11 November 2014.
Pada tahap ini, gearhead yang digunakan adalah rasio 50:1. Pengukuran keluaran
pupuk dilakukan dari kecepatan maksimum motor listrik hingga motor listrik
tidak mampu berputar lagi. Hasil pengujian statis pada tahap kedua dapat dilihat
pada Gambar 22. Data hasil pengujian statis tahap kedua dapat dilihat pada
Lampiran 5.
Dari Gambar 22 terlihat bahwa penjatah tipe ulir sudah menunjukkan
penjatahan pupuk yang sesuai dengan teoritis. Akan tetapi pada penjatah tipe edge
cell masih menunjukkan dosis keluaran yang cukup tinggi.
Hal tersebut diperkirakan akibat terjadinya kebocoran pada celah ulir
penjatah tipe edge cell yang terpotong. Selain itu, terdapat celah antar coakan
edge cell dengan pintu keluaran yang mengakibatkan pupuk mengalir menuju
pintu keluaran.
Massa pupuk selama 7 sekon (kg)
2.25
2.00
1.75
y = 0.0367x + 0.2134
R² = 0.9928
1.50
Tipe ulir
1.25
Tipe edge cell
1.00
Tipe ulir (teoritis)
0.75
0.50
0.25
Tipe edge cell (teoritis)
y = 0.0314x + 0.028
R² = 0.9989
0.00
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
Kecepatan putar auger (rpm)
Gambar 22 Grafik perbandingan kedua tipe metering device
20
Dari hasil pengujian statis tersebut, maka diputuskan untuk menggunakan
penjatah dengan tipe ulir untuk kedua buah hopper. Kemudian pada tahap
selanjutnya, dilakukan pengujian statis tahap ketiga. Pada tahap ini dilakukan
pengujian guna menyeragamkan dosis keluaran yang dihasilkan kedua penjatah
pupuk tersebut. Gambar kedua penjatah pupuk dapat dilihat pada Gambar 23.
Gambar 23 Metering device tipe ulir dalam kondisi terpasang
Pengujian statis kedua buah penjatah ini dilakukan pada tanggal 28 Januari
2015. Pada tahap ini, dilakukan pencarian kecepatan putar auger kanan dan kiri
guna menyeragamkan laju keluaran pupuk. Pencarian dilakukan dengan metode
trial and error pada pengaturan sistem kendali. Data kecepatan putar yang
digunakan auger untuk menghasilkan keluaran yang sama dapat dilihat pada
Lampiran 8. Hasil pengujian statis tahap ketiga dapat dilihat pada Gambar 24.
Data hasil pengujian dan grafik keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger
statis dapat dilihat pada Lampiran 6.
Keluaran pupuk aktual (kg)
1.75
1.50
1.25
1.00
Auger kanan
0.75
Auger kiri
Harapan
0.50
0.25
0.00
0
0.25 0.5 0.75
1
1.25 1.5
Keluaran pupuk yang diharapkan (kg)
1.75
Gambar 24 Grafik hasil pengujian keluaran pupuk statis
21
Pada tahap ini, terlihat bahwa kedua penjatah sudah menghasilkan
penjatahan mendekati kurva harapan meskipun hasil keluaran kedua penjatah
tidak sama persis. Hal ini dikarenakan bentuk dan ukuran dari kedua buah
penjatah tipe ulir ini tidak persis sama akibat faktor pembuatan prototipe yang
masih konvensional dan sederhana. Perbedaan bentuk dapat dilihat pada Gambar
25.
Auger kiri
Auger kanan
Gambar 25 Perbedaan bentuk kedua buah auger
Selanjutnya dilakukan pengujian dinamis dengan kecepatan maju 2 km/jam
yang dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem yang memiliki kontur rata dan berumput. Hasil
pengukuran dinamis dapat dilihat Gambar 26. Data hasil pengujian dan grafik
keluaran pupuk terhadap kecepatan putar auger dinamis dapat dilihat pada
Lampiran 7.
Keluaran pupuk aktual (kg)
1.75
1.5
1.25
1
Harapan
0.75
Auger kanan
0.5
Auger kiri
0.25
0
0
0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75
Keluaran pupuk yang diharapkan (kg)
Gambar 26 Grafik hasil pengujian keluaran pupuk dinamis
22
Pada grafik hasil pengujian dinamis terlihat bahwa kurva pengujian dinamis
dengan kurva harapan relatif berhimpit. Hal tersebut menunjukkan bahwa
pengujian dinamis pada kontur lahan yang rata tidak berpengaruh terhadap laju
keluaran pupuk.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penjatah pupuk untuk mesin pemupuk TBM telah dirancang dan diuji
kinerja. Penjatah tipe edge cell menghasilkan keluaran pupuk lebih besar dari
teoritis sedangkan penjatah tipe ulir menghasilkan pupuk yang sesuai dengan
toeritis. Oleh sebab itu, penjatah pupuk yang paling sesuai diaplikasikan pada
mesin pemupuk untuk pupuk tipe granular adalah penjatah tipe ulir karena
penjatah tipe edge cell mengalami kebocoran pada celah coakan terhadap pintu
keluarannya. Penjatah pupuk tipe ulir bagian kanan dan bagian kiri yang
digunakan tidak menghasilkan laju keluaran pupuk yang sama, hal ini dikarenakan
proses pabrikasi yang masih konvensional dan sederhana sehingga menghasilkan
penjatah yang bentuk dan ukurannya tidak sama persis. Namun demikian hasil
pengujian menunjukkan bahwa keluaran pupuk proporsional terhadap putaran
motor. Dengan mengontrol putaran motor secara “kontrol digital”, keluaran pupuk
penjatah kanan dan penjatah kiri dapat disamakan. Hasil pengujian juga
menunjukkan bahwa faktor guncangan pada kontur lahan yang rata tidak
mempengaruhi laju keluaran pupuk.
Saran
Cleareance antara auger dan dinding bawah hopper harus dibuat sekecil
mungkil guna mencegah terjadinya kebocoran. Proses pembuatan auger sebisa
mungkin memiliki bentuk dan ukuran yang sama antara rotor penjatah bagian kiri
dan kanan. Semua bagian yang bersentuhan dengan pupuk harus terbuat dari
bahan anti karat. Apabila ada bahan yang tidak anti karat, sebaiknya dilindungi
agar tidak terkena pupuk agar alat pemupuk ini bertahan lama.
DAFTAR PUSTAKA
Aspriyono E. 2005. Rancang Bangun dan Pengujian Prototipe Alat Pemupuk
Mekanis Untuk Tebu Lahan Kering [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
Cokroaminoto B. 2004. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Pemupuk Tebu
dengan Tenaga Tarik Hewan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
[CEMC] Conveyor Engineering & Manufacturing. 2012. Screw Conveyor
Components & Design. Cedar Rapids (USA): CEMC.
Darmosarkoro W, Sutarta ES, Winarna. 2003. Lahan dan Pemupukan Kelapa
Sawit Edisi 1. Medan (ID): Pusat Penelitian Kelapa Sawit.
23
Fauzi Y, Widyastuti YE, Satyawibawa I, Paeru RH. 2012. Kelapa Sawit. Depok
(ID): Penebar Swadaya.
Ichniarsyah AN. 2013. Analisis Kebutuhan Torsi dan Desain Penjatah Pupuk
Butiran Tipe Edge-Cell Untuk Mesin Pemupuk Jagung [Tesis]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Lingga P, Marsono. 2008. Petunjuk Penggunaan Pupuk. Depok (ID): Penebar
Swadaya.
Richey CB, Jacobson P, Hall CW. 1961. Agricultural Engineer’s Handbook. New
York (US): McGraw-Hill Book Company.
Risza S. 2010. Masa Depan Perkebunan Kelapa Sawit Indonesia. Yogyakarta
(ID): Kanisius (Aggota IKAPI).
Setiawan RPA, Desrial, Hermawan W.2014. Laporan Kemajuan Kerjasama AAL
dengan IPB. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1994. Engineering Principle of
Agricultural Machine. Washington (US): American Society of Agriculture
Enginering.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 2006. Engineering Principles of
Agricultural Machines. Washington (US): American Society of Agriculture
Enginering.
Sularso, Suga K. 2004. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta
(ID): Pradnya Paramita.
Sumaryanto H. 1991. Disain dan Uji Teknis Alat Penanam dan Pemupuk Jagung
dengan Tenaga Tarik Traktor Tangan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
24
Lampiran 1 Perhitungan volume metering device tipe edge cell teoritis
Gambar 27 Rancangan edge cell
Diketahui :
BD = 75 mm
Dicari : luas BFCG
Penyelesaian :
Menghitung sudut α pada segitiga DCH dengan persamaan :
Menghitung sudut β pada segitiga BCD dengan persamaan :
Menghitung panjang BE dengan persamaan :
Segitiga ABC merupakam segitiga sama sisi maka panjang BC = AB = AC =
68.05 mm.
Menghitung panjang AE dengan persamaan :
Menghitung panjang DE dengan persamaan :
25
Maka panjang garis EF = DF – DE = 75 – 66.83 = 8.16 mm dan panjang GE = GF
– EF = 35 – 8.16 = 26.83 mm.
Perhitungan luas parabola BCF dengan persamaan :
dimana,
titik I (C) = (0 , 0)
titik II (F) = (34,02 , 26,83)
titik III (B) = (64,04 , 0)
maka :
Persamaan 1
Persamaan 2
Persamaan 3
Subsitusi persamaan 3 ke persamaan 2, maka didapat nilai a = -0.02 dan nilai b =
1.48.
maka luas parabola BCF :
Menghitung parabola BCG sama dengan menghitung parabola BCF, sehingga
didapat
maka luas parabola BCG
Sehingga luas coakan BFCG = luas BCF + luas BCG = 999.96 + 370.36 =
1370.32 mm2. Luas total satu rotor = 1370.32 x 6 coakan = 8221.94 mm2. Tebal
rotor 40 mm. Volume satu rotor = 8221.94 mm2 x 40 mm = 328877.95 mm3(3.28
x 10-4 m3).
26
Lampiran 2 Perhitungan kebutuhan daya auger
Menurut CEMC (2012), persamaan perhitungan kebutuhan daya auger didekati
dengan menggunakan koefisien bahan pasir silika sebagai berikut
Diketahui :
Panjang auger (L)
= 40 cm (1.3124 kaki)
Kecepatan putar auger (N) = 50 rpm
Kapasitas auger (C)
= 1.984 x 10-4 m3/s (25.164 kaki3/jam)
Kerapatan material saat dipindahkan auger (D) = 95 lb/CF
Faktor daya terhadap diameter auger (Fd) = 18
Faktor bearing gantung (Fb) = 1
Faktor bahan (Fm)
=2
Flighting modification HP factor (Ff) = 1
Paddle HP factor (Fp)
=1
Effisiensi transmisi (e)
= 0.94
Penyelesaian :
hp
dimana,
Sehingga,
Maka daya yang dibutuhkan untuk memutar satu buah auger sebesar 0.039 hp
(29.385 Watt) dan nilainya lebih kecil dari 90 Watt sehingga pemilihan motor
listrik dengan daya 90 Watt aman.
27
Lampiran 3 Perhitungan dimensi poros auger
1
Gaya berat pupuk yang bekerja pada hopper.
2
Gaya gesek di dalam hopper.
3
Gaya yang bekerja saat pupuk mengalir ke penjatah pupuk.
4
Gaya berat pupuk total yang masuk ke ruang penjatah.
5
Pembebanan vertikal pada poros auger
Beban vertikal yang terjadi pada poros auger adalah beban merata.
59
Va
10
400
10
Gambar 28 Pembebanan poros auger
Vb
28
Va + Vb – 59 = 0
Va + Vb = 59
Vb = 29.5 kg
Va = 29.5 kg
MVa = 29.5 kg x 210 mm = 6195 kg.mm
MVb = 29.5 kg x 210 mm = 6195 kg.mm
Gambar 29 Diagram momen lentur
6
7
8
9
P = 0.09 kW, n1 = 50 rpm
fc = 2
Pd = 2 x 0.09 = 0.18 kW
Bahan poros baja khrom (SCr3)
Kekuatan tarik bahan ( ) = 90 kg/mm2
Faktor keamanan ( 1) untuk bahan S-C adalah 6
Faktor pengaruh ( 2) diambil 2
10 Tegangan geser yang diijinkan ( )
Kt untuk beban puntiran adalah 2
Km untuk beban lenturan adalah 2
11 Momen puntir
12 Diameter poros auger
Jadi diameter poros minimum adalah 21.31 mm. Pada rancangan, diameter
auger yang digunakan 35 mm. Alur pasak yang digunakan 5 x 5 x 1.0 (1.0 jari-jari
fillet).
1.0/35 = 0.02 α = 2.65
Tegangan yang terjadi pada poros 35 mm
29
15 > 4.48, baik
13 Perhitungan defleksi puntiran
14 0.060 < 0.250, baik
15 Bantalan yang dipakai pada kedua ujung poros dianggap tipis
y/l = 0.11 mm/m < 0.3, baik
16 Berat poros
Setengah dari berat tersebut dianggaap bekerja di tengah poros sebagai
beban terpusat.
17 Kecepatan kritis
18
Dapat disimpulkan bahwa poros auger yang digunakan berdiameter 35 mm
dengan bahan baja khrom (SCr3) aman.
30
Lampiran 4 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
satu
Kecepatan
putar
motor (rpm)
Kecepatan putar
metering device
(rpm)
800
40
600
30
400
20
Ulangan
ke-
Massa pupuk selama 7 detik
(kg)
Tipe edge cell
Tipe ulir
2.54
2.50
2.68
2.57
2.16
1.80
2.06
2.01
1.14
0.94
1.24
1.11
1.56
1.72
1.80
1.69
1.48
1.40
1.44
1.44
0.96
1.00
0.98
0.98
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
Lampiran 5 Tabel data pengukuran perbandingan keluaran metering device tahap
dua
Kecepatan
putar
motor (rpm)
Kecepatan
putar
metering device
(rpm)
2400
48
2200
44
2000
40
1800
36
Ulangan
ke1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
Massa pupuk selama 7 detik
(kg)
Tipe ulir
Tipe edge cell
1.50
1.50
1.50
1.50
1.40
1.42
1.40
1.41
1.34
1.30
1.26
1.30
1.14
1.16
1.18
1.16
1.88
1.94
1.92
1.91
1.76
1.84
1.88
1.83
1.68
1.68
1.68
1.68
1.50
1.58
1.56
1.55
31
Lanjutan lampiran 4
Kecepatan
putar
motor (rpm)
Kecepatan
putar
metering device
(rpm)
1600
32
1400
28
1200
24
1000
20
800
16
600
12
400
8
200
4
Ulangan
ke-
Massa pupuk selama 7 detik
(kg)
Tipe ulir
Tipe edge cell
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1.06
1.08
1.00
1.05
0.96
0.90
0.90
0.92
0.78
0.80
0.76
0.78
0.66
0.68
0.66
0.67
0.52
0.54
0.54
0.53
1.36
1.48
1.40
1.41
1.28
1.20
1.22
1.23
1.10
1.16
1.14
1.13
0.94
1.08
0.96
0.99
0.88
0.86
0.88
0.87
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
1
2
3
Rataan
0.40
0.40
0.42
0.41
0.26
0.28
0.28
0.27
0.12
0.14
0.14
0.13
0.66
0.66
0.68
0.67
0.48
0.48
0.46
0.47
0.26
0.28
0.28
0.27
32
Lampiran 6 Tabel data hasil pengukuran kinerja dan grafik keluaran pupuk
terhadap kecepatan putar metering device tipe ulir dalam kondisi statis
Kecepatan putar
auger (rpm)
Kanana
Kiria
41
33
32
26
27
22
21
16
14
12
8
6
Aplikator
kanana
1.56
1.58
1.56
1.32
1.24
1.26
1.14
1.02
1.06
0.78
0.80
0.82
0.42
0.58
0.42
0.34
0.22
0.20
Rataan
1.57
1.27
1.07
0.80
0.47
0.25
Standar Aplikator
Standar
Rataan
a
error (%)
kiri
error (%)
1.58
0.7
1.48
1.5
4.2
1.44
1.18
2.4
1.40
1.28
6.4
1.26
1.10
3.5
1.00
1.07
3.3
1.10
0.78
1.2
0.74
0.77
1.8
0.80
0.54
5.3
0.60
0.56
2.0
0.54
0.22
0.24
4.4
0.25
2.4
0.30
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk
1.75
y = 0.0483x - 0.0126
R² = 0.9899
1.50
Keluaran pupuk (kg)
a
Dosis keluaran pupuk (kg)
1.25
1.00
Auger kanan
0.75
y = 0.0403x - 0.0543
R² = 0.9963
0.50
0.25
0.00
0
10
20
30
40
Kecepatan putar auger (rpm)
50
Auger kiri
33
Lampiran 7 Tabel data hasil pengukuran kinerja dan grafik keluaran pupuk
terhadap kecepatan putar metering device tipe ulir dalam kondisi dinamis
Kecepatan putar
auger (rpm)
Kanana
Kiria
41.1
32.7
32.4
25.6
27.1
21.6
20.9
16.2
14.0
11.6
7.6
6.4
Standar
Aplikator
Rataan
a
kanan
error (%)
1.60
1.60
1.51
8.7
1.34
1.06
1.56
1.26
15.5
1.16
1.00
0.94
0.98
2.0
1.00
0.80
0.80
0.82
1.9
0.86
0.46
0.64
0.55
5.2
0.56
0.34
0.30
0.29
2.9
0.24
Aplikator
Standar
Rataan
a
kiri
error (%)
1.46
1.58
1.56
5.3
1.64
1.34
1.24
1.32
4.2
1.38
1.06
1.04
0.98
6.4
0.86
0.78
0.84
0.80
2.1
0.78
0.54
0.54
0.53
0.7
0.52
0.28
0.30
0.28
0.7
0.28
Posisi kanan dan kiri berdasarkan tampak belakang mesin pemupuk
1.75
y = 0.0497x - 0.0326
R² = 0.9901
1.50
Keluaran pupuk (kg)
a
Dosis keluaran pupuk (kg)
1.25
1.00
0.75
Auger kanan
y = 0.0364x + 0.0329
R² = 0.9948
Auger kiri
0.50
0.25
0.00
0
10
20
30
40
Kecepatan putar auger (rpm)
50
34
Lampiran 8 Tabel data hasil pengukuran