III. METODELOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Januari 2006 sampai dengan bulan Juli 2006. Pengambilan data awal untuk identifikasi masalah dilakukan
di lahan tebu PG Jatitujuh. Perancangan prototipe dan pembuatan model dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian TMBP,
Departemen Teknik
Pertanian. Pembuatan
prototipe, uji
fungsional mekanisme dan uji kinerja alat dilakukan di Laboratorium Lapang dan Lahan
Percobaan Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor di Leuwikopo, Darmaga, Bogor.
B. Bahan dan Peralatan
1. Bahan Penelitian Bahan penelitian yang digunakan untuk pembuatan prototipe ditcher
drainase lengan ayun terdiri dari: a. Besi plat tebal 15 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm, dan 3 mm.
b. Besi silinder pejal diameter 25 mm, 32 mm dan 70 mm. c. Besi pipa diameter luar 42.5 mm, 32 mm dan 30 mm.
d. Besi kanal UNP ukuran 38 mm x 76 mm tebal 5 mm dan 50 x 100 mm tebal 5 mm.
e. Besi siku ukuran 100 mm ×100 mm tebal 8 mm, 70 mm x 70 mm tebal 6 mm, dan 30 mm x 30 mm tebal 2 mm.
f. Baut, ring, mur, pillow block, flange, bearing, pegas diameter 20 mm.
g. Cat dan perlengkapan lainnya. 2. Alat Penelitian
a. Alat ukur yang digunakan untuk pengukuran kondisi tanah yang terdiri dari peralatan analisis tekstur tanah, perlengkapan pengambilan contoh
tanah ring sample, penetrometer tipe SR-2, dan oven. b. Alat untuk pembuatan prototipe dicher antara lain gerinda potong, las
listrik, las potong, gerinda tangan, bor listrik, mesin bubut, penggaris atau meteran, busur derajat, tang, kunci pas dan kunci ring.
c. Alat untuk pengukuran uji fungsional skala laboratorium dan uji kinerja lapangan yang terdiri load cell, handy strain meter, penggaris
stainless steel 100 cm dan 60 cm, busur derajat, waterpass, alat angkat katrol rantai, traktor roda 4 dengan daya 70 hp.
C. Tahapan Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pendekatan rancangan secara umum yaitu berdasarkan pendekatan rancangan fungsional
dan pendekatan
rancangan struktural.
Tahapan dari
penelitian yang
dilaksanakan ditunjukkan oleh Gambar 9.
Gambar 9. Tahapan penelitian.
Analisis disain dan pembuatan gambar teknik Mulai
Perumusan dan penyempurnaan konsep disain
Pembuatan prototipe alat Uji fungsional
Uji kinerja prototipe alat Berhasi
l
Selesai Modifikasi
Data dan informasi penunjang
Pembuatan model
Y T
T Y
Uji fungsional Berhasi
l
Identifikasi masalah
1. Identifikasi Masalah
Masalah yang ada di lapangan sudah teridentifikasi sehingga diperlukan data pendukung yang lain, yaitu kondisi tanah berupa sifat fisik
dan mekanik tanah. Data pendukung ini diperlukan pada saat pembuatan saluran drainase dilakukan. Data lainnya yaitu ukuran dan pola penampang
saluran drainase yang diinginkan, serta jumlah tanah yang harus dipindahkan. Data pengujian kadar air pada lahan tebu di PG Jatitujuh
disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Data pengujian kadar air pada lahan tebu PG Jatitujuh
No Sampel
BW gram
BB+R gram
BK+R gram
BB gram
BK gram
KA Vt
cc BD
Ket posisi
R19 60.3
170.5 148.6
110.2 88.3
19.9 100.0
0.9 permukaan
guludan R12
60.3 171.7
147.6 111.4
87.3 21.6
100.0 0.9
tengah guludan R20
60.0 161.6
144.2 101.6
84.2 17.1
100.0 0.8
bawah guludan R22
60.3 183.5
158.4 123.2
98.1 20.4
100.0 1.0
dasar guludan R21
61.2 205.2
173.1 144.0
111.9 22.3
100.0 1.1
dasar guludan R11
60.8 199.7
169.0 138.9
108.2 22.1
100.0 1.1
dasar guludan
Kondisi tanah
berupa hubungan
tahanan penetrasi
dengan kedalaman tanah pada guludan dan dasar alur tanam. Data pengukuran
disajikan oleh Tabel 2, Tabel 3, Tabel 4 dan ditunjukkan oleh Gambar 10, Gambar 11 dan Gambar 12.
Tabel 2. Data tahanan penetrasi tanah pada lahan tebu plant cane pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh
Kedalaman cm
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
55 60
18 16
20 24
28 24
26 24
24 28
32 34
8 20
24 20
24 24
24 24
26 24
24 24
12 14
12 10
22 42
36 34
26 24
26 26
12 14
16 16
14 14
30 26
24 26
28 28
4 4
26 26
26 40
38 22
24 26
30 28
8 22
20 20
28 32
38 40
40 32
32 32
14 20
12 16
20 20
20 20
26 30
32 34
8 6
24 16
18 18
24 26
30 24
26 26
8 14
18 16
20 18
26 32
38 44
44 44
Beban kg
10 12
14 16
16 16
22 24
24 32
30 32
Total 102
142 186
180 216
248 284
272 282
290 304
308 Rata-rata
10.2 14.2
18.6 18
21.6 24.8
28.4 27.2
28.2 29
30.4 30.8
Cone Index kgcm2
5.1 7.1
9.3 9
10.8 12.4
14.2 13.6
14.1 14.5
15.2 15.4
10 20
30 40
50 60
70 5
10 15
20 Tahanan penetrasi tanah kgcm
2
K e
d a
la m
a n
c m
Gambar 10. Hubungan tahanan penetrasi tanah terhadap kedalamannya pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh.
Tabel 3. Data tahanan penetrasi tanah pada lahan tebu plant cane pada dasar alur lahan tebu PG Jatitujuh
Kedalaman cm 5
10 15
20 25
30 16
26 36
44 48
50 22
30 32
36 40
46 30
28 22
32 40
42 22
22 24
24 26
34 24
34 26
30 30
32 26
24 24
24 24
24 20
24 30
34 40
44 20
16 24
30 36
42 26
22 24
22 22
32 Beban kg
16 16
28 28
28 30
Total 222
242 270
304 334
376 Rata-rata
22.2 24.2
27 30.4
33.4 37.6
Cone Index kgcm2 11.1
12.1 13.5
15.2 16.7
18.8
10 20
30 40
10 12
14 16
18 20
Tahanan penetrasi tanah kgcm
2
Gambar 11. Hubungan tahanan penetrasi tanah terhadap kedalamannya pada dasar alur lahan tebu PG Jatitujuh.
Tabel 4. Data tahanan penetrasi vertikal small plate 25 mm x 100 mm pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh
Kedalaman cm 7
12 17
11.9 31.9
39.9 29.9
49.9 49.9
51.9 OV
OV 51.9
51.9 OV
19.9 41.9
51.9 Total
165.5 175.6 141.7 Rata-rata
33.1 43.9 47.23
Cone Index kgcm2 1.3
1.8 1.9
2 4
6 8
10 12
14 16
18 0.0
0.5 1.0
1.5 2.0
Tahanan Penetrasi kgcm2
K e
d a
la m
a n
c m
Gambar 12. Hubungan tahanan penetrasi vertikal small plate 25 mm x 100 mm pada guludan lahan tebu PG Jatitujuh.
Ukuran guludan dan alur barisan tanam lahan plant cane hasil pengukuran ditunjukkan oleh Gambar 13.
Gambar 13. Ukuran guludan dan alur barisan tanam pada lahan plant cane. Dengan melakukan pendugaan pada setiap titik lebar guludan dan
tinggi guludan, maka diperoleh profil guludan asal seperti ditunjukkan oleh Gambar 14.
135 30
95
10 20
30 40
50
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100 110 120 130 140 Lebar guludan cm
T in
g g
i g
u lu
d a
n c
m
Gambar 14. Kurva profil guludan asal pada lahan plant cane. Saluran drainase yang ada di lahan tebu pada umumnya dibuat oleh
rotary ditcher. Bentuk penampangnya seperti tampak pada Gambar 15.
Gambar 15. Penampang saluran drainase yang dibentuk oleh rotari ditcher. Bentuk penampang ini adalah hasil dari pembentuk saluran drainase
rotary ditcher seperti terlihat pada Gambar 16.
20 40
60 80
100
20 40 60 80 100 120 Lebar cm
T in
g g
i c
m
a b
Gambar 16. a sketsa ukuran pembentuk saluran pada rotary ditcher, dan b pembentuk saluran pada rotary ditcher.
Ukuran penampang saluran drainase yang diinginkan berdasarkan kebutuhan lahan dan pendekatan pembentuk saluran drainase rotary
ditcher Gambar 17.
35 cm 40 cm
90 cm
10 20
30 40
50
-10 10 20 30
40 50 60 70 80
90 100 Lebar cm
K e
d a
la m
a n
c m
Gambar 17. Penampang saluran drainase yang diinginkan. Saluran drainase yang diinginkan tersebut harus dapat dibuat oleh
ditcher tanpa menggunakan daya PTO traktor. Ditcher yang digunakan merupakan furrower yang dimodifikasi. Prinsip kerja dari ditcher ini
adalah membuka tanah, mengangkat dan menumpahkannya di samping furrower. Tumpahan tanah dari furrower ini akan menutupi bibir alur
antara guludan
sehingga menghambat
saluran drainase.
Untuk memindahkan tumpahan tanah ini diperlukan suatu sistem mekanisme
pemindah tanah.
Pemindahan tanah
ini dapat
dilakukan tanpa
menggunakan tenaga lain dari traktor, yaitu dengan memanfaatkan profil guludan yang ada sebagai sumber utama gerakan mekanisme.
2. Penyempurnaan Ide dan Perumusan Konsep Disain
Konsep disain yang ada harus memiliki fungsi untuk memindahkan tanah dari dasar alur ke atas guludan tanpa menggunakan PTO traktor.
Konsep awalnya yaitu tanah pada dasar alur diangkat kemudian dipindahkan ke atas guludan. Untuk memindahkan tanah ini dapat
menggunakan pengeruk yang akan begerak naik mengikuti profil guludan, menggusur dan menaikan tanah ke atas guludan kemudian melewatinya.
Karena itu pengeruk harus bergerak mengikuti profil guludan pada bagian awal dan akhir guludan, tetapi bergerak lebih tinggi daripada puncak
guludan ketika melewatinya. Agar pengeruk dapat bergerak mengikuti profil guludan maka
sumber gerakannya dapat berasal dari profil guludan itu sendiri. Untuk itu dibutuhkan suatu benda yang dapat bergerak bebas mengikuti profil
guludan tetapi tidak mengganggu profil tersebut, karena itu digunakan roda sebagai penggerak mekanisme. Naiknya pengeruk harus lebih tinggi
daripada naiknya roda, karena itu mekanisme empat batang penghubung dapat digunakan untuk menghasilkan gerakan tersebut. Apabila salah satu
batang berbeda panjang dengan batang yang lain maka pergerakan yang terjadi pada batang tersebut bisa diperpendek atau diperpanjang.
Ide-ide yang
ada untuk
membuat mekanisme
seperti ini
dikumpulkan dan dirumuskan untuk menghasilkan beberapa konsep disain fungsional
maupun struktural.
Perumusan ini
dilakukan dengan
mempertimbangkan berbagai aspek yang terkait, dan dilengkapi dengan gambar sketsa. Beberapa alternatif disain fungsional adalah sebagai
berikut: 2.1. Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung ganda
Dinamakan demikian karena pengeruk tanah ini terdiri dari 2 bagian mekanisme empat batang penghubung Gambar 18. Batang
penghubung A akan menggerakkan batang penghubung B. Naiknya roda mengakibatkan bergeraknya mekanisme batang penghubung A.
Pergerakan ini menyebabkan mekanisme batang penghubung B ikut bergerak karena dihubungkan oleh batang C. Perbedaan posisi pin
batang C pada batang penghubung A dan B antara pin atas dan pin bawah, menyebabkan batang penghubung atas naik lebih tinggi
sehingga pengeruk akan bergerak lebih tinggi.
Gambar 18. Alternatif disain pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung ganda.
mekanisme empat batang
penghubung B
mekanisme empat batang
penghubung A batang
hubung C
Kelebihan dari pengeruk tanah ini yaitu profil gerakan pengeruk dibentuk dari profil guludan asal itu sendiri, karena pengeruk dan roda
penggerak berada pada satu posisi. Kelemahannya yaitu dengan mekanisme seperti ini, maka profil yang dibentuk oleh guludan tidak
sesuai dengan bentuk guludan asal. Hasil yang diperoleh melalui analisa sederhana ditunjukkan oleh Gambar 19.
Gambar 19. Profil gerakan pengeruk yang dibentuk oleh sistem mekanisme empat batang penghubung ganda.
2.2. Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung sederhana Profil pergerakan pengeruk pada pengeruk tanah dengan sistem
mekanisme ini, tergantung dari profil guludan di depannya Gambar 20. Kelebihan dari sistem mekanisme ini adalah sederhana. Namun
profil yang dibentuk oleh pergerakan pengeruk masih belum mendekati guludan asal Gambar 21.
Gambar 20. Alternatif disain pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sederhana.
profil guludan baru
Gambar 21. Profil gerakan pengeruk yang dibentuk oleh sistem mekanisme empat batang penghubung sederhana.
2.3. Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung terbalik Pengeruk tanah dengan sistem mekanisme ini melakukan
pergerakan antara roda dan pengeruk secara terbalik Gambar 22. Apabila roda melintasi dasar alur, maka pengeruk akan naik di atas
guludan asal.
Gambar 22. Alternatif disain pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung terbalik.
Kelebihan dari sistem mekanisme ini adalah bentuknya yang relatif kecil dan tidak terlalu panjang. Kelemahannya yaitu sistem
mekanisme ini tidak dapat diterapkan di lapangan karena profil antara alur guludan dengan puncak guludan berbeda. Selain itu ruang yang
tersedia untuk mekanisme hanya sepanjang 65 cm. Profil pergerakan roda sangat dikhawatirkan terganggu oleh tumpahan tanah di
belakangnya. Kelemahan yang lain yaitu perlunya gaya bantu agar roda dapat turun. Gaya bantu ini bisa didapatkan dengan menggunakan
pegas.
2.4. Pengeruk dengan mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar
Sistem mekanisme ini menggunakan dua mekanisme empat batang penghubung untuk menjaga roda dan pengeruk agar selalu
berada pada posisi horizontal Gambar 23. Untuk menyalurkan gaya dan pergerakannya maka digunakan poros. Kelebihan dari sistem
mekanime ini adalah profil gerakan pengeruk mendekati bentuk guludan asal. Kelemahan sistem mekanisme ini yaitu roda dan
pengeruk akan bergeser ke samping ketika bergerak naik. Selain itu apabila sistem ini tidak bekerja dengan baik, maka roda penggeraknya
akan menggusur tanah guludan ke depan.
Gambar 23. Alternatif disain pengeruk tanah dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar.
Pengeruk dengan sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda dan poros putar dipilih karena cukup memenuhi prasyarat
dan sistem yang mendukung efektifitas operasional alat di lapangan, yaitu ditcher dan kebutuhan rangka. Pengeruk ini disebut dengan pengeruk
lengan ayun. Dinamakan demikian karena sistem mekanisme empat batang penghubung sejajar ganda yang bekerja pada pengeruk mirip dengan
lengan ayun. 3.
Analisis Disain dan Pembuatan Gambar Teknik Konsep Analisis disain, analisis teknik termasuk dimensi dan kekuatan
bahan, dengan mempertimbangkan faktor-faktor luar dijelaskan lebih lanjut pada sub-bab analisis struktural. Analisis disain yang dilakukan
menggunakan komputer sebagai bantuan. Perangkat lunak yang digunakan
yaitu Automatic Spreadsheet. Pembuatan gambar teknik konsep disain yang dipilih juga dengan menggunakan bantuan komputer, yaitu dengan
menggunakan CAD Computer Aided Design. 4.
Pembuatan Model Pembuatan model dengan skala 1:2 dilakukan dengan maksud untuk
melihat apakah mekanisme penyelesaian masalah tersebut sudah berfungsi dengan baik atau tidak. Jika terjadi kesalahan, akan mudah dikoreksi dan
meminimumkan biaya pembuatan prototipe. Pembuatan model juga dimaksudkan untuk memberikan gambaran nyata pembuatan prototipe.
Pembuatan model dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian TMBP, Departemen Teknik Pertanian, IPB.
5. Pembuatan Prototipe
Pembuatan prototipe merupakan lanjutan dari pembuatan dan pengujian model. Pembuatan prototipe ini adalah pembuatan alat pertama
secara nyata dari rancangan awal dan bahan yang telah disediakan. Pembuatan prototipe dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen
Teknik Pertanian di Leuwikopo. 6.
Uji Fungsional Uji fungsional dilakukan pada prototipe alat untuk mengetahui dan
memastikan tiap-tiap bagian dapat berfungsi dengan baik dan tujuan konsep disain tercapai. Uji fungsional dilakukan terutama pada sistem
mekanisme pengeruk. Hal ini dilakukan karena faktor keberhasilan untuk membentuk saluran drainase tanpa hambatan tergantung pada sistem
mekanisme ini. Data hasil uji fungsional digunakan untuk memberikan gambaran simulasi kinerja prototipe alat ketika digunakan di lahan.
Pengujian yang dilakukan adalah kesesuaian pergerakan roda dengan pengeruk dan beban pada roda. Pengujian dilakukan dengan cara
mengangkat roda penggerak. Pengujian dilakukan saat kondisi prototipe alat berada pada posisi datar level. Hal ini sangat penting karena posisi
prototipe alat mempengaruhi pengukuran tinggi lengan ayun dan beban yang terjadi. Peralatan pengujian yang digunakan yaitu:
1. Mistar stainless steel 60 cm dan 100 cm masing-masing 2 buah. 2. Alat penyipat datar waterpass
3. Load cell dan handy strain meter 4. Katrol rantai pengangkat
5. Busur derajat 6. Alat tulis
7. Modifikasi Prototipe
Modifikasi yang dilakukan yaitu penyempurnaan disain sehingga prototipe berfungsi dengan baik dan dapat bekerja secara efektif di
lapangan. 8.
Uji Kinerja di Lapangan Uji kinerja yang dilakukan yaitu uji kesesuaian pergerakan pengeruk
tanah terhadap profil guludan, kondisi dan karakteristik saluran drainase yang dihasilkan, serta pengerukan dan pemindahan tanah penghambat alur
oleh pengeruk. Lahan untuk melakukan pengujian seluas + 200 m
2
. Pengujian prototipe alat lebih banyak dilakukan dengan pengamatan. Uji
kinerja selengkapnya dilakukan oleh peneliti lain. Sebelum pengujian dilakukan, lahan dipersiapkan terlebih dahulu dengan membentuk guludan
yang sesuai profil yang telah diukur pada permasalahan sebelumnya. Saluran drainase hasil pengujian diharapkan memiliki ukuran lebar saluran
bagian bawah 35 - 40 cm, bagian atas ± 90 cm, serta kedalaman saluran ± 40 cm.
9. Analisis Data
Data yang diperoleh dari hasil pengujian dibandingkan dengan data teoritis
untuk melihat
kesesuaiannya dengan
perhitungan pada
perancangan awal.
IV. PENDEKATAN DISAIN
Kategori