Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV)
RANCANG BANGUN ALAT PEMBUKA ALUR TANAH
UNTUK UNIT PENANAM BENIH JAGUNG BERBASIS
TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE (TRV)
THOYIB AL MUFTI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Alat
Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial
Robotic Vehicle (TRV) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Thoyib Al Mufti
NIM F14100125
ABSTRAK
THOYIB AL MUFTI. Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah Untuk Unit Penanam
Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). Dibimbing oleh RADITE
PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Penggunaan Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) saat ini telah dikembangkan untuk daerah
yang sulit dijangkau manusia seperti luar angkasa, urban search and rescue, dan
tujuan militer. Namun, di Indonesia TRV atau mobil RC hanya digunakan sebatas
hiburan untuk anak-anak. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengembangkan TRV agar
dapat digunakan sebagai media pendidikan dalam bidang pertanian. Penelitian ini dimulai
dengan pengambilan data dasar dan beberapa informasi yang dibutuhkan dalam proses
perancangan, analisis dalam pendisainan, gambar disain, simulasi kuat bahan, pembuatan
alat, dan pengujian alat. Rancangan yang dihasilkan berupa alat pembuka alur tanah
berbentuk baling-baling dua bilah dan empat bilah. Pengujian dilakukan di lahan dengan
menggunakan alat penarik dengan tiga kecepatan yang berbeda. Alat yang dirancang
dapat berfungsi dan mampu membuat alur tanah saat pengujian. Berdasarkan kedalaman
alur tanah yang dihasilkan, implemen empat bilah lebih tinggi dibandingkan dengan
implemen dua bilah. Dari hasil pengujian tersebut, implemen dapat digunakan sebagai
alat pembuka alur tanah untuk benih jagung dengan kedalaman yang dihasilkan sekitar 34.8 cm.
Kata kunci: alat pembuka alur tanah, implemen dua bilah, implemen empat bilah, benih
jagung, alat penarik, kedalaman.
ABSTRACT
THOYIB AL MUFTI. Design of Soil Furrow Opener Tool For Corn Planters Unit
Powered by Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). Supervised by RADITE PRAEKO
AGUS SETIAWAN.
Research on Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) has gained recently especially for
future, and application related for out space technology, urban search and rescue,
and military purpose. However, in Indonesia TRV or RC car is only used as a
mere entertainment for children. This study aimed to develop a TRV to be used as
a medium of education in the field of agriculture. The study began with a
collection of basic data and some of the information required in the design
process, the analysis in designing, engineering drawing, robust simulation of
materials, manufacture of tools, and testing tools. Object of the design was soil
furrow opener vane shaped with two blades and four blades. Tests carried out in
the field by using a puller with three different speeds. A tool designed to function
and was able to make furrows when tested. Based on the resulting of soil furrow
depth, implement with four blades had better depth than the implemen with two
blades. Based on the the results of these tests, implements can be used as a soil
furrow opener for corn seeds to a depth of about 3-4.8 cm.
Key words: soil furrow opener tool, implement with two blades, implement with four
blades, corn seed, puller, depth.
RANCANG BANGUN ALAT PEMBUKA ALUR TANAH
UNTUK UNIT PENANAM BENIH JAGUNG BERBASIS
TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE (TRV)
THOYIB AL MUFTI
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 : Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam
Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV)
Nama
: Thoyib Al Mufti
NIM
: F14100125
Disetujui oleh
Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puja dan puji syukur senantiasa penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa
yang mana telah menjaga ketetapan iman, ihsan, serta memberi segala nikmat,
ujian, dan petunjuk yang tidak dapat diperkirakan datangnya sehingga skripsi ini
dapat diselesaikan. Penelitian berjudul “Rancang Bangun Alat Pembuka Alur
Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle
(TRV)” dilaksanakan sejak bulan Februari dan selesai pada bulan September
2014. Terimakasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Radite Praeko A.S., M.Agr. dan
Dr. Lenny Saulia, STP, MSI. Selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
bimbingan serta dukungan selama proses penelitian dan pembuatan skripsi.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Wawan Hermawan,
MS. Dan Dr. Ir. Mohammad Solahudin, M.Si. selaku dosen penguji ujian skripsi,
serta kepada Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si dan seluruh dosen pengajar khususnya
di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Ucapan terimakasih juga penulis
sampaikan kepada Pak Dharma, Relo Prabudi, Deny Saputro, Maman, Elgy,
Reno, Oji, Asep, Ruli, Marcha, Karim, Asiyah, Johan, selaku saudara saya, dan
tidak lupa kepada teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2015
Thoyib Al Mufti
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Budidaya Jagung
2
Mesin Penanam Benih
4
Pembuka Alur
6
Kebutuhan Torsi
7
METODOLOGI
8
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
8
Alat dan Bahan
8
Tahapan Penelitian
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
21
Benih Jagung
21
Pembuatan Gambar
22
Simulasi Kuat Bahan
23
Pengujian Alat Pembuka Alur Tanah
24
SIMPULAN DAN SARAN
29
Simpulan
29
Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
32
RIWAYAT HIDUP
44
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Varietas unggul jagung komposit dan hibrida
Karakteristik benih jagung
Alat dan bahan yang digunakan
Rancangan fungsinal
Rata-rata diameter benih jagung
Kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan geser tanah
Rata-rata hasil pengujian implemen dua bilah
Rata-rata hasil pengujian implement empat bilah
Hasil pengambilan data awal
Penentuan diameter poros dan bantalan (Sularso dan Suga 2004)
Data kalibrasi pocket penetrometer
3
4
8
15
22
27
29
29
32
36
43
DAFTAR GAMBAR
1 Mobil RC
2 Mesin penanam dan pemupuk jagung
terintegrasi bertenaga
traktor roda dua (Hermawan et al. 2009)
3 Alat tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
4 Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
5 Mesin tanam presisi dan hasil penempatan (Srivastava et al. 1996)
6 Tipe pembuka alur (Bainer et al. 1960)
7 Alat pengebor tanah mekanis pembuat lubang tanam (Saleh 2007)
8 Diagram alir penelitian
9 Pembuka alur tipe lengkung (Srivastava et al. 1996)
10 Pembuka alur tipe datar (Srivastava et al. 1996)
11 Pembuka alur tipe parabolik (Mushoffa 2006)
12 Pembuka alur tipe piringan (Srivastava et al. 1996)
13 Benih jagung dan celah di dalam alur tanah
14 Sketsa implemen pembuka alur
15 Disain lubang alat penjatah benih jagung (Priyonggo 2014)
16 Benih jagung (Tarighi et al. 2011)
17 Disain implemen dua bilah
18 Disain implemen empat bilah
19 Disain implemen pembuka alur dan bagian-bagiannya
20 Simulasi implemen dua bilah
21 Simulasi implemen empat bilah
22 Implemen dua bilah
23 Implemen empat bilah
24 Alat pembuka alur tanah
25 Alat penarik mobil RC
26 Tahanan penetrasi tanah hasil pengujian implemen dua bilah
27 Tahanan penetrasi tanah pada pengujian implemen empat bilah
28 Grafik kadar air dan dry bulk density
1
5
5
6
6
7
7
9
11
11
12
12
13
16
17
22
22
23
23
24
24
25
25
25
26
27
28
32
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Grafik tahanan penetrasi dan tahanan geser
Motor DC
Disain implemen pembuka alur tanah dua bilah
Disain implemen pembuka alur tanah empat bilah
Disain motor DC
Disain rangka dan mobil RC
Disain alat pembuka alur
Grafik Kalibrasi pocket penetrometer
Alat pocket penetrometer
33
35
38
39
40
41
42
43
43
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rata-rata kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan
geser
2 Perhitungan kecepatan putar implemen
3 Spesifikasi motor DC
4 Tabel ketentuan penentuan ukuran diameter poros dan bantalan
5 Analisis perhitungan tebal badan bilah
6 Gambar disain pembuka alur
7 Data kalibrasi pocket penetrometer
32
34
35
36
37
38
43
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan TRVs (Terrestrial Robotic Vehicles) di negara-negara maju
sudah sangat berkembang yaitu untuk Urban Search And Rescue (USAR) dan
modern military. TRVs ini sangat menarik karena alat ini dapat dikirim ke suatu
tempat yang tidak dapat dijangkau manusia dan mengirimkan data melalui sensor
yang ada pada TRVs ini (Carlson 2005). Seperti yang telah dikembangkan oleh
National Aeronautics and Space Administration (NASA) dengan adanya robot
yang memiliki kemampuan bergerak dan visualisasi terhadap benda yang ada di
depannya dengan jarak tertentu, bahkan beberapa robot telah dilengkapi sensor
khusus yang memungkin robot untuk mendapatkan sistem navigasi sehingga robot
mampu bergerak maju ataupun mundur dengan menghindari rintangan (Garzon et
al. 2013). Beberapa robot juga telah menggantikan sebagian besar tugas manusia
khususnya dalam dalam bidang militer seperti: robot yang dikembangkan agar
dapat menelusuri tempat-tempat gelap yang dirasa beresiko tinggi bila dilakukan
manusia, mendeteksi adanya ranjau, menyimpan data teroris, dan robot untuk
survey kerusakan dari senjata biokimia (Lin et al. 2008).
Penggunaan TRVs atau lebih dikenal dengan istilah mobil Remote Control
(RC) di Indonesia juga semakin berkembang. Seperti yang dilakukan oleh
beberapa mahasiswa yang mengembangkan mobil RC pemadam api dengan kaki
berbentuk roda untuk berjalan. Namun demikian, beberapa jenis mobil RC hanya
digunakan sebagai hiburan yaitu untuk mainan anak-anak. Pengembangan mobil
RC (Gambar 1) di beberapa bidang khususnya pertanian belum menunjukkan
kemajuan yang signifikan terlebih lagi saat ini minat generasi muda di bidang
pertanian menurun.
Gambar 1 Mobil RC
Penurunan minat yang terjadi di bidang pertanian dipengaruhi oleh adanya
pemikiran bahwa bidang pertanian dirasa kurang menjanjikan dalam hal
mendapatkan keuntungan terutama di kawasan perkotaan. Hal tersebut diperkuat
dengan adanya fakta penyerapan tenaga kerja sektor pertanian perkotaan pada
tahun 2005 yang hanya mencapai 5.3 % (Supriyanti 2010). Penurunan minat
generasi muda di bidang pertanian di latar belakangi oleh kurangnya pemahaman
sejak dini mengenai peran penting bidang pertanian bagi kelangsungan hidup yang
2
berkaitan dengan memberi pemahaman kepada generasi muda untuk tertarik
memasuki jenjang perguruan tinggi (PT) berbasis pertanian (pangan) dan
mempunyai keinginan untuk menekuni profesi di sektor pertanian dan pangan.
“Pertanian sebagai ilmu”, seharusnya dikembangkan atas dasar paradigma bahwa
pertanian dan pangan merupakan sistem sosio kultural teknis. Sebagai suatu
paradigma bahwa pertanian dan pangan merupakan sistem sosio kultural teknis,
maka ilmu pertanian dan pangan atau pendidikan pertanian dilandasi konsep
efisiensi, ekonomis, dan efektif sehingga merupakan teknik yang tertib prosedur,
tata laksana, dan tata cara dalam berusahatani. Oleh sebab itu, perlu dilakukan
perubahan paradigma dalam sistem pendidikan ilmu pertanian dan pangan di
Indonesia dari konvensional seperti saat ini menjadi sistem pendidikan yang
berkompetensi pada pengembangan ilmu pengetahuan, teknologi dan seni
(IPTEKS) bagi pengelolaan dan pembudidayaan alam tropika yang lestari dan
kesejahteraan manusia, serta diselenggarakan dalam suatu sistem pendidikan yang
berorientasi pada mutu. Terkait dengan hal tersebut, PT berbasis pertanian dan
pangan mengemban tugas untuk mengembangkan sumber daya manusia
khususnya di Indonesia agar dapat memiliki dan mengembangkan IPTEKS, serta
mampu mengamalkannya bagi kesejahteraan manusia, sehingga dapat
meningkatkan harkat bangsa Indonesia di masyarakat dunia sejajar dengan
bangsa-bangsa lain yang berperadaban (Rahman 2014).
Berangkat dari beberapa hal di ataslah yang mendorong penulis untuk
membuat suatu rancangan disain alat pembuka alur untuk unit penanam benih
jagung yang berbasis TRV, sehingga TRV tidak hanya digunakan sebagai hiburan
untuk anak-anak, namun dapat digunakan sebagai media pendidikan sehingga
meningkatkan minat para generasi muda khususnya dalam bidang pertanian.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah merancang bangun sebuah pembuka alur
untuk unit penanam benih jagung berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV).
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Jagung
Jagung (Zea maysL.) termasuk bahan pangan utama kedua setelah beras.
Jagung merupakan sumber karbohidrat yang bahan terbatas. Nilai kalori jagung
hampir sama dengan beras, bahkan jagung mempunyai keunggulan bila di
bandingkan dengan beras. Jagung mengandung asam lemak esensial yang sangat
bermanfaat bagi pencegahan penyakit penyempitan pembuluh darah (Lesilolo et
al. 2012).
Benih yang baik di dalam budidaya jagung adalah yang mempunyai daya
tumbuh lebih dari 95%. Hal ini penting karena dalam budidaya jagung tidak
dianjurkan melakukan penyulaman tanaman yang tidak tumbuh dengan menanam
ulang benih pada tempat tanaman yang tidak tumbuh. Pertumbuhan tanaman
3
sulaman biasanya tidak normal karena adanya persaingan untuk tumbuh dan biji
yang terbentuk dalam tongkol tidak penuh akibat penyerbukan tidak sempurna,
sehingga tidak akan mampu meningkatkan hasil (Murni dan Arief 2008). Berikut
adalah beberapa varietas unggul jagung komposit dan hibrida seperti yang
ditunjukkan Tabel 1.
Tabel 1 Varietas unggul jagung komposit dan hibrida
Varietas
Tahun
Potensi hasil Umur Ketahanan Keunggulan
pelepasan (ton ha-1)
panen penyakit
spesifik
(hari) bulai
Komposit/bersari
bebas
Lamuru
2000
7.6
95
Agak
Tahan
Toleran
kekeringan
Sukmaraga
2003
8.5
105
Toleran
Tahan
Kemasaman
Hibrida
BISI 12
BISI 16
11
105
NK 22
12
110
NK 77
9
95
PIONEER 11
10
95
PIONEER 12
11
105
PIONEER 21
12
105
PIONEER 23
12
110
DK3
10
105
Semar-8
1999
9
94
Toleran
Umur
sedang
Semar-10
2001
9
97
Agak
Biomas
Toleran
tinggi
Bima-1
2001
9
97
Agak
Stay green
Toleran
Bima-2 B
2006
11
100
Agak
Stay green
Toleran
Bima-3 B
2006
10
100
Toleran
Stay green
Sumber: Murni dan Arif 2008
Jagung termasuk tanaman yang tidak memerlukan persyaratan tanah yang
khusus dalam penanamannya. Jagung dikenal sebagai tanaman yang dapat tumbuh
di lahan kering, sawah dan pasang surut. Secara umum ada beberapa persyaratan
kondisi yang dikehendaki tanaman jagung antara lain (Purwono dan Hartono
2007):
1. Jenis tanah yang dapat ditanami jagung antara lain andosol, latosol dan
bisa juga grumosol. Namun pada dasarnya, tanah yang akan menjadi
media tanam jagung, perlu adanya pengolahan tanah secara baik serta
aerasi dan drainase yang baik pula.
2. Keasaman tanah (pH) yang sesuai bagi pertumbuhan jagung antara 5.6 –
7.5.
4
3. Tanaman jagung membutuhkan tanah dengan aerasi dan ketersediaan air
dalam kondisi baik.
Jarak tanam tergantung pada varietas jagung yang akan ditanam. Jarak
tanam untuk jagung sangat bervariasi, untuk jagung berumur panen lebih 100 hari
sejak penanaman, jarak tanamnya 40×100 cm (2 tanaman/lubang). Jagung
berumur panen 80-100 hari, jarak tanamnya 25×75 cm (1 tanaman/lubang).
Panenβ
3. 5.1 33.12/6.53 = 0.62 kg/mm2
Z a = 4.41 2/2.3 = 3.83 kg/mm2
Z b = 0.62 2 1.5 = 1.86 kg/mm2
Z b < Z a , OK.
Perkiran diameter implemen pembuka alur harus lebih besar dari diameter
benih jagung agar jagung dapat masuk ke dalam alur yang dibuat. Dalam
perancangan alat pembuka alur ini, diameter dari implemen dirancang berdasarkan
besar dari disain lubang alat penjatah benih (Gambar 15) yaitu 12-14 mm
(Priyonggo 2014).
Gambar 15 Disain lubang alat penjatah benih jagung (Priyonggo 2014)
Setelah didapatkan perkiraan diameter dari implemen pembuka alur,
dilakukan perhitungan untuk memperkirakan apakah motor DC mampu memutar
implemen. Selain itu, diperlukan nilai tahanan geser yang dimiliki implemen harus
lebih besar dari pada tahanan geser tanah, agar implemen mampu membuat alur.
Sehingga dilakukan perhitungan sebagai berikut.
18
Perkiraan D dari implemen adalah sekitar 14 mm, sehingga:
= 5.1 33.12/(14)3
= 0.06 kg/mm2
Z c = 0.06 2 1.5 = 0.18 kg/mm2
Z a = 4.41 2/2.3 = 3.83 kg/mm2
tanah < Z c < Z a , OK. Sehingga diperkirakan motor DC akan dapat memutar
implemen dan membuat alur.
2. Pangkal bilah
Berdasarkan perhitungan pada tahap kebutuhan poros motor DC,
didapatkan diameter bantalan 6.5 mm yang digunakan sebagai pangkal bilah yang
dihubungkan ke poros motor DC. Namun dalam pembuatan implemen pembuka
alur tanah, ukuran 6.5 mm pada bagian pangkal bilah yang tersambung ke badan
bilah dirasa terlalu kecil, sehingga dalam perancangan pangkal bilah dibuat dua
silinder yang disambungkan dengan ukuran 6.5 mm (yang dihubungkan ke poros
motor DC) dan 8 mm (yang disambungkan dengan badan bilah).
3. Badan bilah
Badan bilah terdiri atas dua rancangan yaitu dua bilah dan empat bilah.
Badan bilah memiliki bentuk balok dengan panjang 40 mm, lebar 10 mm, dan
tebal 2 mm. Penentuan panjang badan bilah dilakukan berdasarkan pengurangan
panjang total implemen (tanpa pangkal bilah) dengan ujung bilah, penentuan lebar
badan bilah dilakukan berdasarkan pengurangan dari lebar total implemen
pembuka alur tanah dengan dua kali tinggi mata bilah, dan penentuan tebal badan
bilah dilakukan berdasarkan perhitungan yang dilakukan (Lampiran 5).
4. Mata bilah
Pada implemen yang dirancang, tinggi total implemen (tanpa pangkal
bilah) adalah 50 mm, dengan panjang badan bilah 40 mm. Panjang badan bilah
didapatkan dari pengurangan panjang implemen total (tanpa pangkal bilah)
dengan ujung bilah yaitu sebesar 10 mm, sehingga didapatkan tinggi badan bilah
40 mm. Untuk tinggi ujung mata bilah yang berbentuk segitiga, didapatkan
berdasarkan perhitungan berikut (Sularso dan Suga 2004):
D = 10 mm
v = 3.14x10x1075/(60x1000)
= 0.56 m/s
Ft = 102x33.12x10-3/0.56
= 6.03 kgf
= Ft x L / (bh2/6)
b
0.72 = 6.03 (L)/(40x22/6)
L = 3.14 = 2 mm
Mata bilah berbentuk prisma segitiga yang berada di sisi badan bilah
dengan tinggi segitiga 2 mm, sehingga lebar total alat (lebar badan bilah ditambah
tinggi segitiga) adalah 14 mm yang diasumsikan sebagai lebar tanah untuk
pembuatan alur tanam benih jagung.
19
5. Ujung bilah
Pada disain implemen pembuka alur tanah, ujung bilah didisain dengan
tinggi 10 mm mengikuti lebar badan bilah. Hal tersebut bertujuan agar ujung bilah
memiliki bentuk lancip berbentuk limas segitiga (segitiga sama kaki dengan tinggi
dan lebar alas 10 mm), sehingga implemen dapat memotong tanah saat awal
masuk ke dalam tanah.
Penentuan panjang dan lebar total implemen pembuka alur tanah
didapatkan dari asumsi kedalaman alur untuk tanam benih jagung yaitu 5 cm
(Martodireso dan Suryanto 2002) dan dua kali rata-rata diameter benih jagung
yang berkisar yaitu 7 mm (Tarighi et al. 2011). Implemen yang dirancang tidak
secara tepat memiliki panjang total 5 cm, sebab dibutuhkan sekitar 1 cm sebagai
penghubung antara implemen pembuka alur tanah dan motor DC, sehingga
panjang total implemen adalah 6 cm.
Pembuatan Gambar dan Simulasi Kuat Bahan
Pembuatan gambar dilakukan dengan menggunakan aplikasi solidworks
2010 berdasarkan ukuran yang telah didapatkan pada tahapan rancangan struktural.
Setelah dilakukan proses pembuatan gambar, dilakukan simulasi kuat bahan yang
berupa pengujian gambar 3 dimensi yang telah dibuat. Pengujian yang
dimaksudkan berupa pensimulasian gambar tersebut dengan bahan dan ukuran
sesuai dengan yang telah direncanakan, serta penginputan beban rencana yang
akan diterima oleh bagian alat yang dirancang. Beban yang dimasukkan pada
proses simulasi ini didapatkan dari hasil pengambilan data awal pada tahap
indentifikasi masalah dengan data dan informasi pendukung. Tahap simulasi kuat
bahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan informasi apakah bahan yang
digunakan dengan ukuran tersebut akan mampu menahan beban. Jika bahan tidak
mampu menahan beban dalam hal ini melebihi batas aman bahan untuk digunakan
tanpa mengalami kerusakan maka akan dilakukan analisis kembali, namun jika
bahan mampu menahan beban atau masih dalam batas aman bahan untuk
digunakan tanpa ada kerusakan maka dilanjutkan tahapan selanjutnya.
Pembuatan Alat
Pada tahapan ini dilakukan pembuatan alat berdasarkan gambar teknik
pada tahap konseptual disain. Pada tahapan ini dilakukan pemotongan plat besi
untuk dibentuk bilah dan dibentuk sesuai ukuran yang telah ditentukan, kemudian
dilakukan pengelasan dengan baja silinder yang sebelumnya telah dibubut untuk
dijadikan kepala alat dan disambungkan dengan poros motor DC. Selanjutnya alat
tersebut dipasang pada rangka motor DC untuk dilakukan pengujian. Implemen
pembuka alur tidak disambungkan dengan poros motor DC secara permanen,
karena akan dilakukan pengujian dengan menggunakan dua rancangan implemen
pembuka alur tersebut (dua bilah dan empat bilah).
Pengujian
Pengujian dilakukan di laboraturium Lapangan Siswadhi Soepardjo
dengan maksud untuk mengetahui bagaimana hasil yang didapatkan. Pengujian
dilakukan di lahan dengan menggunakan alat penarik yang memiliki tiga
kecepatan yang berbeda. Pengujian tersebut dimaksudkan untuk mengetahui
apakah alat mampu membuat alur tanah dan untuk mengetahui alur tanah yang
20
telah terbentuk oleh alat tersebut. Pengujian alat ini dilakukan pengambilan data
karakteristik tanah yaitu sebagai berikut:
1. Kadar air tanah
Pengukuran kadar air tanah dilakukan di laboratorium yang selalu
dilakukan untuk menentukan jumlah air dalam tanah. Kadar air tanah merupakan
nisbah antara berat air dengan berat tanah kering atau nisbah berat air dengan
berat tanah basah atau nisbah antara volume air dengan volume tanah utuh, yang
umum digunakan adalah basis kering dan basis volume seperti yang ditunjukkan
persamaan 5 berikut (Sapei et al. 1990).
W
ma mb
100%
mb mc
(5)
Keterangan:
= Kadar air tanah (%)
ma = Berat tanah sebelum dioven dan wadah (gram)
mb = Berat tanah setelah dioven dan wadah (gram)
mc = Berat wadah (gram)
Alat yang digunakan dalam pengukuran kadar air tanah yaitu: ring sample,
neraca, descicator, dan oven. Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan kadar
air tanah yaitu: pengambilan sampel tanah di lahan dengan menggunakan ring
sample, penimbangan sampel tanah dan wadah sebelum dioven, pengeringan
tanah dengan oven pada suhu 110 oC selama 24 jam, penimbangan tanah dan
wadah setelah dikeringkan, penimbangan wadah, dan penghitungan kadar air
menggunakan rumus.
2. Bobot isi tanah kering (dry bulk density)
Kerapatan isi tanah dapat dinyatakan dalam bobot isi tanah dalam kondisi
kering dan basah. Bobot isi tanah basah adalah massa tanah total per unit volume;
sedangkan bobot isi tanah kering adalah rasio antara massa tanah kering oven
dengan volume total. Untuk menghitung bobot isi kering biasanya menggunakan
persamaan 6 (Hillel 1980).
ms
Vt
(6)
Keterangan:
= Dry bulk density (gram/cm3)
m s = Massa tanah kering (gram)
Vt = Volume tanah atau volume ring sample (cm3)
Alat dan prosedur yang dilakukan pada pengukuran dry bulk density ini
sama dengan alat dan prosedur yang dilakukan pada pengambilan data kadar air
tanah.
21
3. Tahanan penetrasi tanah
Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan dengan menggunakan cone
penetrometer. Alat ini digunakan untuk mengukur daya dukung tanah secara
langsung berdasarkan pengolahan hasil test cone penetrometer yang dilakukan
dengan cara mengukur berapa dalam ujung konus ke dalam tanah dasar tersebut
setelah mendapat tumbukan dan penetrasi ujung conus dari alat cone penetrometer
ke dalam tanah akan memberikan gambaran kekuatan tanah dasar pada titik-titik
tertentu. Untuk mengukur besar tahanan penetrasi tanah digunakan persamaan 7
(Sapei et al. 1990):
q c = (( z 0.384) + walat ) / A
(7)
Keterangan:
q c = Cone index (kgf/cm2)
= Nilai pembacaan dari dialgauge
= Berat alat (kgf)
= Luas kerucut (cm2)
Prosedur yang dilakukan dalam pengukuran tahanan penetrasi tanah yaitu:
memasangkan alat secara vertical pada titik tanah yang akan diukur, dorong
perlahan-lahan dan bertahap ke dalam tanah dengan kecepatan dorong 1 cm/s,
catat kekuatan tanah pada masing-masing kedalaman dengan dasar kerucut
sebagai titik referensi untuk mengukur kekuatan tekan tanah, dan hitung nilah
tahan penetrasi tanah dengan menggunakan rumus.
4. Tahanan geser tanah
Tahanan geser pada tanah merupakan syarat propertis tanah yang sangat
dibutuhkan untuk mendisain struktur. Alat vane shear merupakan salah satu alat
yang langsung dapat digunakan untuk menentukan nilai kuat geser tanah. Pada
dasarnya pengujian dilakukan dengan menempatkan sebuah baling berdaun empat
dalam lapisan tanah tak terganggu. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan
persamaan 8 (Das et al. 1993):
d2
(8)
Keterangan:
= Tahanan geser tanah (kgf/cm2)
= Momen torsi (kgf.cm)
d = Diameter baling-baling (cm)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Benih Jagung
Benih jagung yang diamati digunakan sebagai dasar penentuan lebar
implemen pembuka alur yang dirancang. Hal ini dimaksudkan agar benih jagung
22
dapat masuk ke dalam alur yang dihasilkan implemen. Berikut adalah gambar
benih jagung (Gambar 16) dan tabel rata-rata diameter benih jagung (Tabel 5).
Gambar 16 Benih jagung (Tarighi et al. 2011)
Tabel 5 Rata-rata diameter benih jagung
Varietas
Diameter rata-rata (mm)
Bisma
6.9
Gumarang
6.9
Sukmaraga
4.7
Hibrida Sw
7.3
Bima 3
7.1
Sumber: Tarighi et al. 2011
Pembuatan Gambar
Setelah dilakukan perhitungan dalam perancangan struktural, dilakukan
penggambaran disain pembuka alur tanah yang dibuat dengan menggunakan
solidworks 2010. Gambar yang dibuat terdiri dari dua gambar disain, yaitu:
gambar disain implemen dua bilah (Gambar 17) dan gambar implemen empat
bilah (Gambar 18). Selain itu, berikut adalah gambar disain dari alat pembuka alur
dan bagian-bagiannya seperti yang ditunjukan pada Gambar 19 berikut. Gambar
rancangan lainnya dilampirkan pada Lampiran 6.
Gambar 17 Disain implemen dua bilah
23
Gambar 18 Disain implemen empat bilah
Gambar 19 Disain implemen pembuka alur dan bagian-bagiannya
Simulasi Kuat Bahan
Setelah dilakukan penentuan ukuran berdasarkan perhitungan dan
penggambaran disain, dilakukan simulasi kuat bahan. Simulasi kuat bahan
dilakukan untuk memperkirakan apakah bahan yang digunakan mampu menahan
tahanan geser tanah saat digunakan atau tidak. Simulasi yang dilakukan
menggunakan solidworks dengan memasukkan beban berupa rata-rata tahanan
geser tanah berdasarkan data yang telah diambil. Besar tahanan geser tanah yang
bebankan pada implemen yang dirancang adalah sebesar 0.20 kgf/cm2.
Berdasarkan hasil simulasi alat pembuka alur yang dirancang (dua bilah dan
empat bilah) mampu menahan tahanan geser tanah 0.20 kgf/cm2 atau 2000 kgf/m2,
berikut adalah hasil simulasi yang ditunjukan pada Gambar 20 dan Gambar 21.
24
Gambar 20 Simulasi implemen dua bilah
Gambar 21 Simulasi implemen empat bilah
Pengujian Alat Pembuka Alur Tanah
Setelah dilakukan simulasi disain alat pembuka alur tanah dilakukan
pembuatan alat. Pembuatan alat pembuka alur tanah dilakukan di bengkel,
kegiatan pembuatan alat meliputi: pemotongan plat, pengelasan, dan pembubutan.
Kegiatan selanjutnya adalah penyambungan implemen alat pembuka alur tanah ke
poros motor DC, berikut adalah gambar alat yang ditunjukan pada Gambar 22 dan
Gambar 23.
25
Gambar 22 Implemen dua bilah
Gambar 23 Implemen empat bilah
Alat yang telah dirancang dipasangkan pada bagian belakang rangka mobil
RC untuk selanjutnya dilakukan pengujian di lahan. Pemasangan motor DC ke
rangka mobil RC dilakukan secara permanen, sedangkan implemen dua bilah dan
empat bilah dipa
UNTUK UNIT PENANAM BENIH JAGUNG BERBASIS
TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE (TRV)
THOYIB AL MUFTI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun Alat
Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial
Robotic Vehicle (TRV) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Thoyib Al Mufti
NIM F14100125
ABSTRAK
THOYIB AL MUFTI. Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah Untuk Unit Penanam
Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). Dibimbing oleh RADITE
PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Penggunaan Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) saat ini telah dikembangkan untuk daerah
yang sulit dijangkau manusia seperti luar angkasa, urban search and rescue, dan
tujuan militer. Namun, di Indonesia TRV atau mobil RC hanya digunakan sebatas
hiburan untuk anak-anak. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengembangkan TRV agar
dapat digunakan sebagai media pendidikan dalam bidang pertanian. Penelitian ini dimulai
dengan pengambilan data dasar dan beberapa informasi yang dibutuhkan dalam proses
perancangan, analisis dalam pendisainan, gambar disain, simulasi kuat bahan, pembuatan
alat, dan pengujian alat. Rancangan yang dihasilkan berupa alat pembuka alur tanah
berbentuk baling-baling dua bilah dan empat bilah. Pengujian dilakukan di lahan dengan
menggunakan alat penarik dengan tiga kecepatan yang berbeda. Alat yang dirancang
dapat berfungsi dan mampu membuat alur tanah saat pengujian. Berdasarkan kedalaman
alur tanah yang dihasilkan, implemen empat bilah lebih tinggi dibandingkan dengan
implemen dua bilah. Dari hasil pengujian tersebut, implemen dapat digunakan sebagai
alat pembuka alur tanah untuk benih jagung dengan kedalaman yang dihasilkan sekitar 34.8 cm.
Kata kunci: alat pembuka alur tanah, implemen dua bilah, implemen empat bilah, benih
jagung, alat penarik, kedalaman.
ABSTRACT
THOYIB AL MUFTI. Design of Soil Furrow Opener Tool For Corn Planters Unit
Powered by Terrestrial Robotic Vehicle (TRV). Supervised by RADITE PRAEKO
AGUS SETIAWAN.
Research on Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) has gained recently especially for
future, and application related for out space technology, urban search and rescue,
and military purpose. However, in Indonesia TRV or RC car is only used as a
mere entertainment for children. This study aimed to develop a TRV to be used as
a medium of education in the field of agriculture. The study began with a
collection of basic data and some of the information required in the design
process, the analysis in designing, engineering drawing, robust simulation of
materials, manufacture of tools, and testing tools. Object of the design was soil
furrow opener vane shaped with two blades and four blades. Tests carried out in
the field by using a puller with three different speeds. A tool designed to function
and was able to make furrows when tested. Based on the resulting of soil furrow
depth, implement with four blades had better depth than the implemen with two
blades. Based on the the results of these tests, implements can be used as a soil
furrow opener for corn seeds to a depth of about 3-4.8 cm.
Key words: soil furrow opener tool, implement with two blades, implement with four
blades, corn seed, puller, depth.
RANCANG BANGUN ALAT PEMBUKA ALUR TANAH
UNTUK UNIT PENANAM BENIH JAGUNG BERBASIS
TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE (TRV)
THOYIB AL MUFTI
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 : Rancang Bangun Alat Pembuka Alur Tanah untuk Unit Penanam
Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV)
Nama
: Thoyib Al Mufti
NIM
: F14100125
Disetujui oleh
Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puja dan puji syukur senantiasa penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa
yang mana telah menjaga ketetapan iman, ihsan, serta memberi segala nikmat,
ujian, dan petunjuk yang tidak dapat diperkirakan datangnya sehingga skripsi ini
dapat diselesaikan. Penelitian berjudul “Rancang Bangun Alat Pembuka Alur
Tanah untuk Unit Penanam Benih Jagung Berbasis Terrestrial Robotic Vehicle
(TRV)” dilaksanakan sejak bulan Februari dan selesai pada bulan September
2014. Terimakasih penulis ucapkan kepada Dr. Ir. Radite Praeko A.S., M.Agr. dan
Dr. Lenny Saulia, STP, MSI. Selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
bimbingan serta dukungan selama proses penelitian dan pembuatan skripsi.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Wawan Hermawan,
MS. Dan Dr. Ir. Mohammad Solahudin, M.Si. selaku dosen penguji ujian skripsi,
serta kepada Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si dan seluruh dosen pengajar khususnya
di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Ucapan terimakasih juga penulis
sampaikan kepada Pak Dharma, Relo Prabudi, Deny Saputro, Maman, Elgy,
Reno, Oji, Asep, Ruli, Marcha, Karim, Asiyah, Johan, selaku saudara saya, dan
tidak lupa kepada teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Februari 2015
Thoyib Al Mufti
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Budidaya Jagung
2
Mesin Penanam Benih
4
Pembuka Alur
6
Kebutuhan Torsi
7
METODOLOGI
8
Waktu dan Tempat Pelaksanaan
8
Alat dan Bahan
8
Tahapan Penelitian
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
21
Benih Jagung
21
Pembuatan Gambar
22
Simulasi Kuat Bahan
23
Pengujian Alat Pembuka Alur Tanah
24
SIMPULAN DAN SARAN
29
Simpulan
29
Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
32
RIWAYAT HIDUP
44
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Varietas unggul jagung komposit dan hibrida
Karakteristik benih jagung
Alat dan bahan yang digunakan
Rancangan fungsinal
Rata-rata diameter benih jagung
Kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan geser tanah
Rata-rata hasil pengujian implemen dua bilah
Rata-rata hasil pengujian implement empat bilah
Hasil pengambilan data awal
Penentuan diameter poros dan bantalan (Sularso dan Suga 2004)
Data kalibrasi pocket penetrometer
3
4
8
15
22
27
29
29
32
36
43
DAFTAR GAMBAR
1 Mobil RC
2 Mesin penanam dan pemupuk jagung
terintegrasi bertenaga
traktor roda dua (Hermawan et al. 2009)
3 Alat tanam sebar dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
4 Mesin tanam acak dan hasil penempatannya (Srivastava et al. 1996)
5 Mesin tanam presisi dan hasil penempatan (Srivastava et al. 1996)
6 Tipe pembuka alur (Bainer et al. 1960)
7 Alat pengebor tanah mekanis pembuat lubang tanam (Saleh 2007)
8 Diagram alir penelitian
9 Pembuka alur tipe lengkung (Srivastava et al. 1996)
10 Pembuka alur tipe datar (Srivastava et al. 1996)
11 Pembuka alur tipe parabolik (Mushoffa 2006)
12 Pembuka alur tipe piringan (Srivastava et al. 1996)
13 Benih jagung dan celah di dalam alur tanah
14 Sketsa implemen pembuka alur
15 Disain lubang alat penjatah benih jagung (Priyonggo 2014)
16 Benih jagung (Tarighi et al. 2011)
17 Disain implemen dua bilah
18 Disain implemen empat bilah
19 Disain implemen pembuka alur dan bagian-bagiannya
20 Simulasi implemen dua bilah
21 Simulasi implemen empat bilah
22 Implemen dua bilah
23 Implemen empat bilah
24 Alat pembuka alur tanah
25 Alat penarik mobil RC
26 Tahanan penetrasi tanah hasil pengujian implemen dua bilah
27 Tahanan penetrasi tanah pada pengujian implemen empat bilah
28 Grafik kadar air dan dry bulk density
1
5
5
6
6
7
7
9
11
11
12
12
13
16
17
22
22
23
23
24
24
25
25
25
26
27
28
32
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Grafik tahanan penetrasi dan tahanan geser
Motor DC
Disain implemen pembuka alur tanah dua bilah
Disain implemen pembuka alur tanah empat bilah
Disain motor DC
Disain rangka dan mobil RC
Disain alat pembuka alur
Grafik Kalibrasi pocket penetrometer
Alat pocket penetrometer
33
35
38
39
40
41
42
43
43
DAFTAR LAMPIRAN
1 Rata-rata kadar air, dry bulk density, tahanan penetrasi, dan tahanan
geser
2 Perhitungan kecepatan putar implemen
3 Spesifikasi motor DC
4 Tabel ketentuan penentuan ukuran diameter poros dan bantalan
5 Analisis perhitungan tebal badan bilah
6 Gambar disain pembuka alur
7 Data kalibrasi pocket penetrometer
32
34
35
36
37
38
43
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan TRVs (Terrestrial Robotic Vehicles) di negara-negara maju
sudah sangat berkembang yaitu untuk Urban Search And Rescue (USAR) dan
modern military. TRVs ini sangat menarik karena alat ini dapat dikirim ke suatu
tempat yang tidak dapat dijangkau manusia dan mengirimkan data melalui sensor
yang ada pada TRVs ini (Carlson 2005). Seperti yang telah dikembangkan oleh
National Aeronautics and Space Administration (NASA) dengan adanya robot
yang memiliki kemampuan bergerak dan visualisasi terhadap benda yang ada di
depannya dengan jarak tertentu, bahkan beberapa robot telah dilengkapi sensor
khusus yang memungkin robot untuk mendapatkan sistem navigasi sehingga robot
mampu bergerak maju ataupun mundur dengan menghindari rintangan (Garzon et
al. 2013). Beberapa robot juga telah menggantikan sebagian besar tugas manusia
khususnya dalam dalam bidang militer seperti: robot yang dikembangkan agar
dapat menelusuri tempat-tempat gelap yang dirasa beresiko tinggi bila dilakukan
manusia, mendeteksi adanya ranjau, menyimpan data teroris, dan robot untuk
survey kerusakan dari senjata biokimia (Lin et al. 2008).
Penggunaan TRVs atau lebih dikenal dengan istilah mobil Remote Control
(RC) di Indonesia juga semakin berkembang. Seperti yang dilakukan oleh
beberapa mahasiswa yang mengembangkan mobil RC pemadam api dengan kaki
berbentuk roda untuk berjalan. Namun demikian, beberapa jenis mobil RC hanya
digunakan sebagai hiburan yaitu untuk mainan anak-anak. Pengembangan mobil
RC (Gambar 1) di beberapa bidang khususnya pertanian belum menunjukkan
kemajuan yang signifikan terlebih lagi saat ini minat generasi muda di bidang
pertanian menurun.
Gambar 1 Mobil RC
Penurunan minat yang terjadi di bidang pertanian dipengaruhi oleh adanya
pemikiran bahwa bidang pertanian dirasa kurang menjanjikan dalam hal
mendapatkan keuntungan terutama di kawasan perkotaan. Hal tersebut diperkuat
dengan adanya fakta penyerapan tenaga kerja sektor pertanian perkotaan pada
tahun 2005 yang hanya mencapai 5.3 % (Supriyanti 2010). Penurunan minat
generasi muda di bidang pertanian di latar belakangi oleh kurangnya pemahaman
sejak dini mengenai peran penting bidang pertanian bagi kelangsungan hidup yang
2
berkaitan dengan memberi pemahaman kepada generasi muda untuk tertarik
memasuki jenjang perguruan tinggi (PT) berbasis pertanian (pangan) dan
mempunyai keinginan untuk menekuni profesi di sektor pertanian dan pangan.
“Pertanian sebagai ilmu”, seharusnya dikembangkan atas dasar paradigma bahwa
pertanian dan pangan merupakan sistem sosio kultural teknis. Sebagai suatu
paradigma bahwa pertanian dan pangan merupakan sistem sosio kultural teknis,
maka ilmu pertanian dan pangan atau pendidikan pertanian dilandasi konsep
efisiensi, ekonomis, dan efektif sehingga merupakan teknik yang tertib prosedur,
tata laksana, dan tata cara dalam berusahatani. Oleh sebab itu, perlu dilakukan
perubahan paradigma dalam sistem pendidikan ilmu pertanian dan pangan di
Indonesia dari konvensional seperti saat ini menjadi sistem pendidikan yang
berkompetensi pada pengembangan ilmu pengetahuan, teknologi dan seni
(IPTEKS) bagi pengelolaan dan pembudidayaan alam tropika yang lestari dan
kesejahteraan manusia, serta diselenggarakan dalam suatu sistem pendidikan yang
berorientasi pada mutu. Terkait dengan hal tersebut, PT berbasis pertanian dan
pangan mengemban tugas untuk mengembangkan sumber daya manusia
khususnya di Indonesia agar dapat memiliki dan mengembangkan IPTEKS, serta
mampu mengamalkannya bagi kesejahteraan manusia, sehingga dapat
meningkatkan harkat bangsa Indonesia di masyarakat dunia sejajar dengan
bangsa-bangsa lain yang berperadaban (Rahman 2014).
Berangkat dari beberapa hal di ataslah yang mendorong penulis untuk
membuat suatu rancangan disain alat pembuka alur untuk unit penanam benih
jagung yang berbasis TRV, sehingga TRV tidak hanya digunakan sebagai hiburan
untuk anak-anak, namun dapat digunakan sebagai media pendidikan sehingga
meningkatkan minat para generasi muda khususnya dalam bidang pertanian.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah merancang bangun sebuah pembuka alur
untuk unit penanam benih jagung berbasis Terrestrial Robotic Vehicle (TRV).
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Jagung
Jagung (Zea maysL.) termasuk bahan pangan utama kedua setelah beras.
Jagung merupakan sumber karbohidrat yang bahan terbatas. Nilai kalori jagung
hampir sama dengan beras, bahkan jagung mempunyai keunggulan bila di
bandingkan dengan beras. Jagung mengandung asam lemak esensial yang sangat
bermanfaat bagi pencegahan penyakit penyempitan pembuluh darah (Lesilolo et
al. 2012).
Benih yang baik di dalam budidaya jagung adalah yang mempunyai daya
tumbuh lebih dari 95%. Hal ini penting karena dalam budidaya jagung tidak
dianjurkan melakukan penyulaman tanaman yang tidak tumbuh dengan menanam
ulang benih pada tempat tanaman yang tidak tumbuh. Pertumbuhan tanaman
3
sulaman biasanya tidak normal karena adanya persaingan untuk tumbuh dan biji
yang terbentuk dalam tongkol tidak penuh akibat penyerbukan tidak sempurna,
sehingga tidak akan mampu meningkatkan hasil (Murni dan Arief 2008). Berikut
adalah beberapa varietas unggul jagung komposit dan hibrida seperti yang
ditunjukkan Tabel 1.
Tabel 1 Varietas unggul jagung komposit dan hibrida
Varietas
Tahun
Potensi hasil Umur Ketahanan Keunggulan
pelepasan (ton ha-1)
panen penyakit
spesifik
(hari) bulai
Komposit/bersari
bebas
Lamuru
2000
7.6
95
Agak
Tahan
Toleran
kekeringan
Sukmaraga
2003
8.5
105
Toleran
Tahan
Kemasaman
Hibrida
BISI 12
BISI 16
11
105
NK 22
12
110
NK 77
9
95
PIONEER 11
10
95
PIONEER 12
11
105
PIONEER 21
12
105
PIONEER 23
12
110
DK3
10
105
Semar-8
1999
9
94
Toleran
Umur
sedang
Semar-10
2001
9
97
Agak
Biomas
Toleran
tinggi
Bima-1
2001
9
97
Agak
Stay green
Toleran
Bima-2 B
2006
11
100
Agak
Stay green
Toleran
Bima-3 B
2006
10
100
Toleran
Stay green
Sumber: Murni dan Arif 2008
Jagung termasuk tanaman yang tidak memerlukan persyaratan tanah yang
khusus dalam penanamannya. Jagung dikenal sebagai tanaman yang dapat tumbuh
di lahan kering, sawah dan pasang surut. Secara umum ada beberapa persyaratan
kondisi yang dikehendaki tanaman jagung antara lain (Purwono dan Hartono
2007):
1. Jenis tanah yang dapat ditanami jagung antara lain andosol, latosol dan
bisa juga grumosol. Namun pada dasarnya, tanah yang akan menjadi
media tanam jagung, perlu adanya pengolahan tanah secara baik serta
aerasi dan drainase yang baik pula.
2. Keasaman tanah (pH) yang sesuai bagi pertumbuhan jagung antara 5.6 –
7.5.
4
3. Tanaman jagung membutuhkan tanah dengan aerasi dan ketersediaan air
dalam kondisi baik.
Jarak tanam tergantung pada varietas jagung yang akan ditanam. Jarak
tanam untuk jagung sangat bervariasi, untuk jagung berumur panen lebih 100 hari
sejak penanaman, jarak tanamnya 40×100 cm (2 tanaman/lubang). Jagung
berumur panen 80-100 hari, jarak tanamnya 25×75 cm (1 tanaman/lubang).
Panenβ
3. 5.1 33.12/6.53 = 0.62 kg/mm2
Z a = 4.41 2/2.3 = 3.83 kg/mm2
Z b = 0.62 2 1.5 = 1.86 kg/mm2
Z b < Z a , OK.
Perkiran diameter implemen pembuka alur harus lebih besar dari diameter
benih jagung agar jagung dapat masuk ke dalam alur yang dibuat. Dalam
perancangan alat pembuka alur ini, diameter dari implemen dirancang berdasarkan
besar dari disain lubang alat penjatah benih (Gambar 15) yaitu 12-14 mm
(Priyonggo 2014).
Gambar 15 Disain lubang alat penjatah benih jagung (Priyonggo 2014)
Setelah didapatkan perkiraan diameter dari implemen pembuka alur,
dilakukan perhitungan untuk memperkirakan apakah motor DC mampu memutar
implemen. Selain itu, diperlukan nilai tahanan geser yang dimiliki implemen harus
lebih besar dari pada tahanan geser tanah, agar implemen mampu membuat alur.
Sehingga dilakukan perhitungan sebagai berikut.
18
Perkiraan D dari implemen adalah sekitar 14 mm, sehingga:
= 5.1 33.12/(14)3
= 0.06 kg/mm2
Z c = 0.06 2 1.5 = 0.18 kg/mm2
Z a = 4.41 2/2.3 = 3.83 kg/mm2
tanah < Z c < Z a , OK. Sehingga diperkirakan motor DC akan dapat memutar
implemen dan membuat alur.
2. Pangkal bilah
Berdasarkan perhitungan pada tahap kebutuhan poros motor DC,
didapatkan diameter bantalan 6.5 mm yang digunakan sebagai pangkal bilah yang
dihubungkan ke poros motor DC. Namun dalam pembuatan implemen pembuka
alur tanah, ukuran 6.5 mm pada bagian pangkal bilah yang tersambung ke badan
bilah dirasa terlalu kecil, sehingga dalam perancangan pangkal bilah dibuat dua
silinder yang disambungkan dengan ukuran 6.5 mm (yang dihubungkan ke poros
motor DC) dan 8 mm (yang disambungkan dengan badan bilah).
3. Badan bilah
Badan bilah terdiri atas dua rancangan yaitu dua bilah dan empat bilah.
Badan bilah memiliki bentuk balok dengan panjang 40 mm, lebar 10 mm, dan
tebal 2 mm. Penentuan panjang badan bilah dilakukan berdasarkan pengurangan
panjang total implemen (tanpa pangkal bilah) dengan ujung bilah, penentuan lebar
badan bilah dilakukan berdasarkan pengurangan dari lebar total implemen
pembuka alur tanah dengan dua kali tinggi mata bilah, dan penentuan tebal badan
bilah dilakukan berdasarkan perhitungan yang dilakukan (Lampiran 5).
4. Mata bilah
Pada implemen yang dirancang, tinggi total implemen (tanpa pangkal
bilah) adalah 50 mm, dengan panjang badan bilah 40 mm. Panjang badan bilah
didapatkan dari pengurangan panjang implemen total (tanpa pangkal bilah)
dengan ujung bilah yaitu sebesar 10 mm, sehingga didapatkan tinggi badan bilah
40 mm. Untuk tinggi ujung mata bilah yang berbentuk segitiga, didapatkan
berdasarkan perhitungan berikut (Sularso dan Suga 2004):
D = 10 mm
v = 3.14x10x1075/(60x1000)
= 0.56 m/s
Ft = 102x33.12x10-3/0.56
= 6.03 kgf
= Ft x L / (bh2/6)
b
0.72 = 6.03 (L)/(40x22/6)
L = 3.14 = 2 mm
Mata bilah berbentuk prisma segitiga yang berada di sisi badan bilah
dengan tinggi segitiga 2 mm, sehingga lebar total alat (lebar badan bilah ditambah
tinggi segitiga) adalah 14 mm yang diasumsikan sebagai lebar tanah untuk
pembuatan alur tanam benih jagung.
19
5. Ujung bilah
Pada disain implemen pembuka alur tanah, ujung bilah didisain dengan
tinggi 10 mm mengikuti lebar badan bilah. Hal tersebut bertujuan agar ujung bilah
memiliki bentuk lancip berbentuk limas segitiga (segitiga sama kaki dengan tinggi
dan lebar alas 10 mm), sehingga implemen dapat memotong tanah saat awal
masuk ke dalam tanah.
Penentuan panjang dan lebar total implemen pembuka alur tanah
didapatkan dari asumsi kedalaman alur untuk tanam benih jagung yaitu 5 cm
(Martodireso dan Suryanto 2002) dan dua kali rata-rata diameter benih jagung
yang berkisar yaitu 7 mm (Tarighi et al. 2011). Implemen yang dirancang tidak
secara tepat memiliki panjang total 5 cm, sebab dibutuhkan sekitar 1 cm sebagai
penghubung antara implemen pembuka alur tanah dan motor DC, sehingga
panjang total implemen adalah 6 cm.
Pembuatan Gambar dan Simulasi Kuat Bahan
Pembuatan gambar dilakukan dengan menggunakan aplikasi solidworks
2010 berdasarkan ukuran yang telah didapatkan pada tahapan rancangan struktural.
Setelah dilakukan proses pembuatan gambar, dilakukan simulasi kuat bahan yang
berupa pengujian gambar 3 dimensi yang telah dibuat. Pengujian yang
dimaksudkan berupa pensimulasian gambar tersebut dengan bahan dan ukuran
sesuai dengan yang telah direncanakan, serta penginputan beban rencana yang
akan diterima oleh bagian alat yang dirancang. Beban yang dimasukkan pada
proses simulasi ini didapatkan dari hasil pengambilan data awal pada tahap
indentifikasi masalah dengan data dan informasi pendukung. Tahap simulasi kuat
bahan ini dimaksudkan untuk mendapatkan informasi apakah bahan yang
digunakan dengan ukuran tersebut akan mampu menahan beban. Jika bahan tidak
mampu menahan beban dalam hal ini melebihi batas aman bahan untuk digunakan
tanpa mengalami kerusakan maka akan dilakukan analisis kembali, namun jika
bahan mampu menahan beban atau masih dalam batas aman bahan untuk
digunakan tanpa ada kerusakan maka dilanjutkan tahapan selanjutnya.
Pembuatan Alat
Pada tahapan ini dilakukan pembuatan alat berdasarkan gambar teknik
pada tahap konseptual disain. Pada tahapan ini dilakukan pemotongan plat besi
untuk dibentuk bilah dan dibentuk sesuai ukuran yang telah ditentukan, kemudian
dilakukan pengelasan dengan baja silinder yang sebelumnya telah dibubut untuk
dijadikan kepala alat dan disambungkan dengan poros motor DC. Selanjutnya alat
tersebut dipasang pada rangka motor DC untuk dilakukan pengujian. Implemen
pembuka alur tidak disambungkan dengan poros motor DC secara permanen,
karena akan dilakukan pengujian dengan menggunakan dua rancangan implemen
pembuka alur tersebut (dua bilah dan empat bilah).
Pengujian
Pengujian dilakukan di laboraturium Lapangan Siswadhi Soepardjo
dengan maksud untuk mengetahui bagaimana hasil yang didapatkan. Pengujian
dilakukan di lahan dengan menggunakan alat penarik yang memiliki tiga
kecepatan yang berbeda. Pengujian tersebut dimaksudkan untuk mengetahui
apakah alat mampu membuat alur tanah dan untuk mengetahui alur tanah yang
20
telah terbentuk oleh alat tersebut. Pengujian alat ini dilakukan pengambilan data
karakteristik tanah yaitu sebagai berikut:
1. Kadar air tanah
Pengukuran kadar air tanah dilakukan di laboratorium yang selalu
dilakukan untuk menentukan jumlah air dalam tanah. Kadar air tanah merupakan
nisbah antara berat air dengan berat tanah kering atau nisbah berat air dengan
berat tanah basah atau nisbah antara volume air dengan volume tanah utuh, yang
umum digunakan adalah basis kering dan basis volume seperti yang ditunjukkan
persamaan 5 berikut (Sapei et al. 1990).
W
ma mb
100%
mb mc
(5)
Keterangan:
= Kadar air tanah (%)
ma = Berat tanah sebelum dioven dan wadah (gram)
mb = Berat tanah setelah dioven dan wadah (gram)
mc = Berat wadah (gram)
Alat yang digunakan dalam pengukuran kadar air tanah yaitu: ring sample,
neraca, descicator, dan oven. Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan kadar
air tanah yaitu: pengambilan sampel tanah di lahan dengan menggunakan ring
sample, penimbangan sampel tanah dan wadah sebelum dioven, pengeringan
tanah dengan oven pada suhu 110 oC selama 24 jam, penimbangan tanah dan
wadah setelah dikeringkan, penimbangan wadah, dan penghitungan kadar air
menggunakan rumus.
2. Bobot isi tanah kering (dry bulk density)
Kerapatan isi tanah dapat dinyatakan dalam bobot isi tanah dalam kondisi
kering dan basah. Bobot isi tanah basah adalah massa tanah total per unit volume;
sedangkan bobot isi tanah kering adalah rasio antara massa tanah kering oven
dengan volume total. Untuk menghitung bobot isi kering biasanya menggunakan
persamaan 6 (Hillel 1980).
ms
Vt
(6)
Keterangan:
= Dry bulk density (gram/cm3)
m s = Massa tanah kering (gram)
Vt = Volume tanah atau volume ring sample (cm3)
Alat dan prosedur yang dilakukan pada pengukuran dry bulk density ini
sama dengan alat dan prosedur yang dilakukan pada pengambilan data kadar air
tanah.
21
3. Tahanan penetrasi tanah
Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan dengan menggunakan cone
penetrometer. Alat ini digunakan untuk mengukur daya dukung tanah secara
langsung berdasarkan pengolahan hasil test cone penetrometer yang dilakukan
dengan cara mengukur berapa dalam ujung konus ke dalam tanah dasar tersebut
setelah mendapat tumbukan dan penetrasi ujung conus dari alat cone penetrometer
ke dalam tanah akan memberikan gambaran kekuatan tanah dasar pada titik-titik
tertentu. Untuk mengukur besar tahanan penetrasi tanah digunakan persamaan 7
(Sapei et al. 1990):
q c = (( z 0.384) + walat ) / A
(7)
Keterangan:
q c = Cone index (kgf/cm2)
= Nilai pembacaan dari dialgauge
= Berat alat (kgf)
= Luas kerucut (cm2)
Prosedur yang dilakukan dalam pengukuran tahanan penetrasi tanah yaitu:
memasangkan alat secara vertical pada titik tanah yang akan diukur, dorong
perlahan-lahan dan bertahap ke dalam tanah dengan kecepatan dorong 1 cm/s,
catat kekuatan tanah pada masing-masing kedalaman dengan dasar kerucut
sebagai titik referensi untuk mengukur kekuatan tekan tanah, dan hitung nilah
tahan penetrasi tanah dengan menggunakan rumus.
4. Tahanan geser tanah
Tahanan geser pada tanah merupakan syarat propertis tanah yang sangat
dibutuhkan untuk mendisain struktur. Alat vane shear merupakan salah satu alat
yang langsung dapat digunakan untuk menentukan nilai kuat geser tanah. Pada
dasarnya pengujian dilakukan dengan menempatkan sebuah baling berdaun empat
dalam lapisan tanah tak terganggu. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan
persamaan 8 (Das et al. 1993):
d2
(8)
Keterangan:
= Tahanan geser tanah (kgf/cm2)
= Momen torsi (kgf.cm)
d = Diameter baling-baling (cm)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Benih Jagung
Benih jagung yang diamati digunakan sebagai dasar penentuan lebar
implemen pembuka alur yang dirancang. Hal ini dimaksudkan agar benih jagung
22
dapat masuk ke dalam alur yang dihasilkan implemen. Berikut adalah gambar
benih jagung (Gambar 16) dan tabel rata-rata diameter benih jagung (Tabel 5).
Gambar 16 Benih jagung (Tarighi et al. 2011)
Tabel 5 Rata-rata diameter benih jagung
Varietas
Diameter rata-rata (mm)
Bisma
6.9
Gumarang
6.9
Sukmaraga
4.7
Hibrida Sw
7.3
Bima 3
7.1
Sumber: Tarighi et al. 2011
Pembuatan Gambar
Setelah dilakukan perhitungan dalam perancangan struktural, dilakukan
penggambaran disain pembuka alur tanah yang dibuat dengan menggunakan
solidworks 2010. Gambar yang dibuat terdiri dari dua gambar disain, yaitu:
gambar disain implemen dua bilah (Gambar 17) dan gambar implemen empat
bilah (Gambar 18). Selain itu, berikut adalah gambar disain dari alat pembuka alur
dan bagian-bagiannya seperti yang ditunjukan pada Gambar 19 berikut. Gambar
rancangan lainnya dilampirkan pada Lampiran 6.
Gambar 17 Disain implemen dua bilah
23
Gambar 18 Disain implemen empat bilah
Gambar 19 Disain implemen pembuka alur dan bagian-bagiannya
Simulasi Kuat Bahan
Setelah dilakukan penentuan ukuran berdasarkan perhitungan dan
penggambaran disain, dilakukan simulasi kuat bahan. Simulasi kuat bahan
dilakukan untuk memperkirakan apakah bahan yang digunakan mampu menahan
tahanan geser tanah saat digunakan atau tidak. Simulasi yang dilakukan
menggunakan solidworks dengan memasukkan beban berupa rata-rata tahanan
geser tanah berdasarkan data yang telah diambil. Besar tahanan geser tanah yang
bebankan pada implemen yang dirancang adalah sebesar 0.20 kgf/cm2.
Berdasarkan hasil simulasi alat pembuka alur yang dirancang (dua bilah dan
empat bilah) mampu menahan tahanan geser tanah 0.20 kgf/cm2 atau 2000 kgf/m2,
berikut adalah hasil simulasi yang ditunjukan pada Gambar 20 dan Gambar 21.
24
Gambar 20 Simulasi implemen dua bilah
Gambar 21 Simulasi implemen empat bilah
Pengujian Alat Pembuka Alur Tanah
Setelah dilakukan simulasi disain alat pembuka alur tanah dilakukan
pembuatan alat. Pembuatan alat pembuka alur tanah dilakukan di bengkel,
kegiatan pembuatan alat meliputi: pemotongan plat, pengelasan, dan pembubutan.
Kegiatan selanjutnya adalah penyambungan implemen alat pembuka alur tanah ke
poros motor DC, berikut adalah gambar alat yang ditunjukan pada Gambar 22 dan
Gambar 23.
25
Gambar 22 Implemen dua bilah
Gambar 23 Implemen empat bilah
Alat yang telah dirancang dipasangkan pada bagian belakang rangka mobil
RC untuk selanjutnya dilakukan pengujian di lahan. Pemasangan motor DC ke
rangka mobil RC dilakukan secara permanen, sedangkan implemen dua bilah dan
empat bilah dipa