Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah Sawit di dalam Kebun

DESAIN KONSEPTUAL MESIN PENANGKAP DAN
PENGANGKUT TANDAN BUAH SAWIT DI DALAM KEBUN

RUSNADI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Konseptual
Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah Sawit di dalam Kebun 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 disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2013
Rusnadi
NIM F14090063

ABSTRAK
RUSNADI. Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah
Sawit di dalam Kebun. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN.
Dalam pemanenan kelapa sawit, tandan buah jatuh memiliki energi
potensial yang cukup besar, yang dapat ditangkap dan digunakan untuk daya
pengangkutan tandan buah. Penelitian ini dilakukan untuk mengukur koefisien
tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit, menganalisis energi potensial
jatuhnya buah sawit dan pemanfaatannya sebagai sumber energi untuk
mengevakuasi tandan buah sawit dari dalam kebun menuju tempat pengumpulan
hasil, serta untuk merancang sebuah konsep mesin penangkap dan pengangkut
tandan buah sawit di dalam kebun. Pengukuran tahanan gelinding dan tahanan
penetrasi dilakukan pada lintasan evakuasi TBS. Pengukuran energi potensial
dilakukan pada ketinggian buah sekitar 3, 8, 9 dan 15 m. Hasilnya menunjukkan
bahwa mobilitas roda mesin (angkong) di lahan sawit sangat baik dan tidak
mengalami amblas. Tahanan penetrasi tanah (kedalaman 0-5 cm) pada beberapa

daerah yang biasa dilintasi angkong berkisar antara 16.44 hingga 22.10 kgf/cm2.
Nilai koefisien tahanan gelinding roda angkong pada lintasannya di kebun ratarata 0.159. Energi potensial dari jatuhnya TBS berkisar antara 0.44-4.44 kJ.
Energi tersebut mampu menggerakkan perpindahan teoritis mesin pengangkut
TBS sejauh 2.27-22.98 m. Sebuah desain konseptual dari mesin penangkap dan
pengangkut TBS telah dirancang dengan mengkombinasikan mekanisme lengan
ayun, roda gigi, rantai dan sproket, mekanisme ratchet, mekanisme ”watch
spacement”, gear box serta mekanisme pegas.
Kata kunci: kelapa sawit, pemanenan, angkong, energi potensial, desain konseptual

ABSTRACT
RUSNADI. Conceptual Design of Catchment Flatform and Evacuation Machine
for Oil Palm Fruit Bunches. Supervised by WAWAN HERMAWAN.
In oil palm harvesting, falling fruit bunches have a considerable potential
energy, which can be captured and used to power the wheelbarrow in evacuating
the fruit bunches. This study was conducted to measure the coefficient of rolling
resistance of a wheel barrow, analyze the potential energy of falling fresh fruit
bunch, design a conceptual design of the catchment platform and evacuation
machine. Measurement of wheel rolling resistance and soil penetration resistance
were conducted at the evacuation track in the field. The energy potential of the
falling fruit bunches was measured during harvesting, with variations of the fruit

height of approximately 3 m, 8 m, 9 m and 15 m. The results showed that machine
mobility in the field was very good. Soil penetration resistance was in the range of
16.44-22.10 kgf/cm2. Average coefficient of rolling resistance of the wheels was
0.159. Potential energy of falling fruit bunches were in the range of 0.44-4.44 kJ.
Theoretical traveling distance of the wheel barrow using the captured potential
energy was in the range of 2.27 m - 22.98 m. A conceptual design of catchment
flatform and evacuation machine was designed.
Keywords: oil palm, harvesting, wheelbarrow, potential energy, conceptual design

DESAIN KONSEPTUAL MESIN PENANGKAP DAN
PENGANGKUT TANDAN BUAH SAWIT DI DALAM KEBUN

RUSNADI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

Judul Skripsi : Desain Konseptual Mesin Pynangkap dan Pengangkut Tandan
Buah Sawit di dalam Kebun
:Rusnadi
Nama
: F14090063
NIM

Disetujui oleh

Dr Ir W

Tanggal Lulus:

an Hermawan MS

imbing Akademik

2 3 AUG 2013

Judul Skripsi : Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan
Buah Sawit di dalam Kebun
Nama
: Rusnadi
NIM
: F14090063

Disetujui oleh

Dr Ir Wawan Hermawan, MS
Pembimbing Akademik

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena
atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“Desain Konseptual Mesin Penangkap dan Pengangkut Tandan Buah Sawit di
dalam Kebun”.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr Ir Wawan Hermawan,
MS selaku dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memberikan bimbingan
dan arahan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada
Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi dan Dr Ir Radite Praeko AS, MAgrselaku dosen
penguji yang telah banyak memberikan saran serta masukan terhadap skripsi ini.
Tak lupa juga ucapan terima kasih penulis berikan kepada seluruh pihak yang
telah membantu penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan pembuatan skripsi
ini.
Penelitian berawal dari permasalahan pada saat melakukan praktik lapangan
di Perkebunan Kelapa Sawit PT SOCFINDO Seumanyam-Tripa Aceh.
Permasalahan yang ditemukan adalah proses pengangkutan tandan buah sawit
(TBS) hasil pemanenan masih dilakukan secara manual.Hal tersebutberpotensi

terjadinya kerusakan fisik pada TBS yang cukup tinggi. Kerusakan fisik yang
terjadi pada TBS akan sangat mempengaruhi mutu buah dan kualitas ekstraksi
CPO yang akan dihasilkan. Selain itu, proses pengangkutan TBS dari dalam
kebun menuju tempat pengumpulan hasil (TPH) masih dilakukan dengan cara
konvensional sehingga masih ditemukan kelemahan pada sisi penggunaan daya
pengangkutan yang masih sangat besar, waktu yang cukup lama dalam proses
pengutipan berondolan buah sawit serta proses loading TBS ke dalam alat
pengangkut (angkong) secara manual dengan menggunakan alat “gancu”.
Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi
yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi
pertanian.

Bogor, Agustus 2013
Rusnadi

DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR GAMBAR
vii

DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
Latar Belakang
1
Tujuan
3
Lingkup Pengukuran
3
TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Kelapa Sawit
4
Tandan Buah Kelapa Sawit
4
Pemanenan Tandan Buah Sawit (TBS)
5
Energi Potensial Gravitasi
6

Energi Potensial Pegas
7
Antropometri
7
Pesawat Sederhana (Tuas)
8
Pegas
9
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
10
Bahan dan Alat
10
Tahapan Penelitian
14
Kriteria Desain
18
Konsep Rancangan
19
HASIL DAN PEMBAHASAN

Mobilitas dan Koefisiens Tahanan Gelinding Roda Angkong di Lahan Kebun
Kelapa Sawit
20
Potensi Energi Potensial TBS sebagai Energi untuk Pengangkutan TBS ke
TPH
22
Konsep Mesin Penangkap dan Pengangkut TBS
25
SIMPULAN DAN SARAN
51
DAFTAR PUSTAKA
52
LAMPIRAN
54

DAFTAR GAMBAR
1. Grafik elemen kerja yang paling melelahkan dalam pemanenan kelapa
sawit
1
2. Grafik elemen kerja yang membutuhkan waktu paling lama dalam

pemanenan kelapa sawit
2
3. Kondisi lahan tanaman kelapa sawit
4
4. Bentuk tandan buah sawit di tempat pengumpulan hasil (TPH)
5
5. Posisi operator saat pemanenan TBS
5
6. Usaha gravitasi w pada waktu gerak lurus suatu benda dari suatu titik ke
titik lain dalam suatu medan gravitasi
6
7. Gaya bekerja terhadap pegas memperpanjangnya sebesar x, akan timbul
gaya pemulih F di dalam pegas dimana F = kx
7
8. Pengungkit jenis ke-II
8
9. Aplikasi tuas jenis ke-II
8
10. Beberapa bentuk pegas helix
9
11. Contoh skema pengukuran karakteristik teknik pemanenan TBS di lapangan 10
12. Contoh skema pengukuran dimensi TBS
12
13. Skema pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS
12
14. Pengukuran mobilitas gelinding roda angkong di lahan kebun
13
15. Pengambilan sampel tanah dan pengukuran tahanan penetrasi di lahan sawit 14
16. Diagram alir konsep desain mesin penangkap dan pengangkut TBS
15
17. Tahapan kegiatan penelitian
16
18. Skema pemanfaatan energi potensial sebagai daya pengerak roda angkong 19
19. Luas kontak area roda traksi pada tire type
21
20. Mobilitas angkong dengan kapasitas maksimum
22
21. Energi potensial darijatuhnya tandanbuah sawitsaatpemanenan
23
22. Jarak tempuh teoritis mesin yang dihasilkan oleh energi potensial dari
jatuhnya TBS
24
23. Salah satu contoh konsep penangkap TBS
25
24. Salah satu konsep komponen penampung TBS
26
25. Salah satu konsep komponen roda penggerak
26
26. Konsep penangkapan TBS dengan sistem tali penarik
26
27. Konsep penangkapan TBS dengan sistem penampang tekan
27
28. Konsep A unit penangkap TBS
28
29. Konsep B unit penangkap TBS
28
30. Konsep C unit penangkap TBS
29
31. Konsep D unit penangkap TBS
29
32. Kondisi dan bentuk daerah piringan pokok sawit
30
33. Pola sebaran mengenai peluang area titik jatuhnya TBS dan berondolan
buah di dalam pringan pokok sawit
31
34. Analisis bentuk dan dimensi penampang penangkap TBS
32

35. Bentuk dan dimensi umum dari penampang penangkap TBS
32
36. Struktur dasar komponen penangkap TBS
33
37. Frame dasar komponen penangkap TBS
34
38. Batang penyangga depan komponen penangkap TBS
34
39. Komponen peredam unit penangkap TBS
35
40. Konsep A unit penampung
36
41. Konsep B unit penampung
36
42. Konsep C unit penampung
37
43. Konsep D unit penampung
37
44. Bentuk unit penampung TBS
38
45. Mekanisme umum konsep kerja unit roda traksi dan daya penggerak
39
46. Beberapa bentuk pegas yang dapat digunakan sebagai komponen
penyimpan energi potensial jatuhnya TBS
40
47. Konsep komponen daya penggerak roda
41
48. Mekanisme penyimpanan energi potensial TBS ke pegas utama
42
49. Mekanisme pengeluaran energi potensial pegas untuk menggerakan roda
traksi
42
50. Rancangan bentuk kopling yang digunakan
43
51. Susunan gear pada unit gear box dengan rasio 1:16
44
52. Komponen pengatur gerakan release dari regangan pegas
44
53. Data simulasi penentuan titik center of gravity
45
54. Ilustrasi bentuk umum konsep unit rangka dan stang kemudi
46
55. Konsep unit rangka dan stang kemudi
46
56. Konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS
47
57. Posisi mesin saat pemotongan TBS
48
58. Ilustrasi batang penyangga komponen penangkap TBS saat pemotongan
TBS
48
59. Posisi mesin saat evakuasi TBS
49
60. Posisi tuas kontrol pada stang kemudi
49
61. Grafik hasil simulasi pembebanan mekanis pada komponen mesin
50

DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Tingkat kematangan buah sawit
Pengukuran dan Pengamatan Karakteristik Teknik Pemanenan TBS
Pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS
Pengukuran mobilitas dan tanahan gelinding roda angkong di lahan sawit
Tahanan penetrasi tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-5 cm
Dry bulkdensity tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-10 cm
Koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit
Seleksi konsep unit penangkap TBS melalui faktor pembobotan
Radius titik jatuh TBS dan berondolan buah saat pemanenan

6
11
12
13
20
21
22
30
30

10. Seleksi material penangkap TBS
11. Seleksi konsep unit penampung TBS melalui faktor pembobotan
12. Karakteristik tandan sawit
13. Data antropometri posisi berdiri operator pemanen sawit di Indonesia
14. Data antropometri posisi duduk operator pemanen sawit di Indonesia

33
37
59
60
61

DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Perhitungan pemilihan bahan dan kekutatan bahan yang digunakan
Prosedur umum operasional pemanenan TBS di Indonesia
Tabel karakteristik tandan sawit
Tabel data antropometri posisi berdiri operator pemanen sawit di Indonesia
Tabel data antropometri posisi duduk operator pemanen sawit di Indonesia
Gambar teknik konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS

54
58
59
60
61
62

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanenan dan pengangkutan kelapa sawit merupakan kegiatan yang
paling intensive dilakukan di perkebunan kepala sawit. Sementara, di perkebuanperkebuan sawit di Indonesia pada umumnya, pemanenan dan pengangkutan
kelapa sawit masih dilakukan secara manual.Kegiatan pemanenan dan
pengangkutan kelapa sawit secara manual akan berpotensi terjadinya kerusakan
buah (Zulfahrizal 2005). Kerusakan fisik yang terjadi pada tandan buah sawit
(TBS) akan sangat mempengaruhi mutu buah dan kualitas ekstraksi CPO yang
akan dihasilkan. Menurut Pahan (2006), selama kegiatan panen dan
pengangkutan tandan, asam lemak bebas (ALB) dapat naik dengan cepat. Salah
satu upaya untuk menghindari terbentuknya ALB adalah pengangkutan buah
dari kebun ke pabrik harus dilakukan secepatnya dan menggunakan alat/mesin
angkut yang baik (Djoehana 2006).
Salah satu faktor kritis dalam produksi crude palm oil (CPO) adalah proses
pemanenan TBS yang harus dilakukan dengan cara yang tepat dan proses yang
benar. Jika dinding sel buah sawit pecah atau rusak karena proses pembusukan
atau karena pelukaan mekanik, tergores atau memar karena benturan, enzim
akan bersinggungan dengan minyak dan reaksi hidrolisis akan berlangsung
dengan cepat sehingga membentuk gliserol dan asam lemak bebasnya (Ponten
1994). Buah kelapa sawit yang sudah matang dan masih segar hanya
mengandung 0.1 % ALB, tetapi buah-buah yang sudah memar atau pecah dapat
mengandung ALB sampai 50 % hanya dalam waktu beberapa jam saja. Apabila
buah dibiarkan begitu saja tanpa perlakuan khusus, dalam waktu 24 jam
kandungan ALB dapat mencapai 67 % (Ponten 1994).
Menurut Putrianti (2013) aktivitas pemanenan kelapa sawit merupakan
pekerjaan yang berat sehingga dapat menyebabkan tejadinya fenomena rasa sakit
yang timbul akibat kerja berlebihan pada otot atau yang sering disebut muscular
fatigue. Putranti (2013) pun menjelaskan bahwa terdapat beberapa elemen
pekerjaan yang melelahkan dan membutuhkan waktu yang paling lama dalam
pemanenan kelapa sawit. Data mengenai hal tersebut disajikan pada Gambar 1
dan Gambar 2.
(orang)

Gambar 1 Grafik elemen kerja yang paling melelahkan dalam
pemanenan kelapa sawit (Putranti 2013)

2

(orang)

Gambar 2 Grafik elemen kerja yang membutuhkan waktu paling
lama dalam pemanenan .kelapa sawit (Putranti 2013)
Dari Gambar 1 dan Gambar 2 tersebut, menjelaskan bahwa pekerjaan memungut
berondolan dan mengangkong merupakan kegiatan yang paling
melelahkan.Khusus untuk pekerjaan memungut berondolan, pekerjaan ini juga
tergolong ke dalam pekerjaan dengan waktu pekerjaan yang paling lama.
Pekerjaan memungut berondolan sangat banyak dikeluhkan oleh pemanen
karena dapat menyebabkan rasa sakit pada kaki dan pinggang pemanen. Untuk
mengatasi hal tersebut perlu adanya alat bantu untuk memungut berondolan
tersebut tanpa harus membungkuk atatupun berjongkong (Putianti 2013).
Berdasarkan uraian di atas maka fokus permasalahan yang akan
diselsaikan dalam penelitian ini yang pertama adalah mengenai pengurangan
potensi kerusakan fisik buah sawit akibat kegiatan pemanenanserta efektivitas
pengangkutan TBS saat pemanenan. Sedangkan masalah yang kedua adalah
masalah penanganan kegiatan pemungutan berondolan dan mengangkong agar
kegiatan tersebut tidak termasuk ke dalam pekerjaan yang paling melelahkan
serta tidak membutuhkan waktu kerja yang paling lama.Peningkatan efektivitas
waktu pemanenan dapat dilakukan dengan cara mengurangi/mempercepat waktu
pemindahan TBS ke dalam “angkong”, mempercepat proses pengutipan
berondolan buah sawit yang tercecer serta peningkatan volume “angkong” agar
dapat memuat TBS dengan kapasitas yang lebih banyak.
Tindakan untuk menghasilkan output yang maksimal dalam pemanenan
TBS adalah dengan menerapkan teknologi, diantaranya pada alat/mesin
pengangkut TBS di dalam kebun yang mampu mengurangi kerusakan fisik pada
TBS, sehingga penurunan kualitas CPO dapat diminimalisir. Penerapan
teknologi pada alat/mesin pengangkut TBS di dalam kebun diharapkan dapat
meningkatkan efektivitas kegiatan evakuasi TBS dari dalam kebun menuju
tempat pengumpulan hasil (TPH). Selain itu, perancangan alat/mesin penangkap
jatuhnya TBS dan berondolan buah dibutuhkan untuk mengatasi masalah
kelelahan pemanen dan penggunaan waktu kerja yang lama dari kegiatan
memungut berondolan secara manual.
Masalah dari kegiatan mengangkong akan diatasi dengan perancangan
desain alat/mesin pengangkut yang tidak membutuhkan tenaga yang besar dan
atau merancang sebuah konsep sumber daya tambahan. Penerapan
teknologiyang prespektif untuk daya penggerak tambahan pada alat/mesin
pengangkut TBSadalah dengan memanfaatkan energi potensial jatuhnya TBS.
Menurut Nazzamudin (2013), besarnya energi potensial dari jatuhnya TBS
berkisar pada 0.45-4.45 kJ. Potensi tersebut diharapkan dapat memberikan daya

3

tambahan untuk menggerakan alat/mesin pengangkut TBS. Hal tersebut
dilakukan agar pekerjaan mengangkong tidak tergolong ke dalam salah satu
pekerjaan paling melelahkan pada kegiatan pemanenan TBS.
Penjelasan di atas menjelaskan bahwa sangat dibutuhkannya perancangan
sebuah konsep desain mesin yang mampu menangkap dan mengangkut TBS,
yakni dengan memanfaatkan energi potensial jatuhnya TBS sebagai daya
penggerak tambahan mesin tersebut. Konsep desain yang dikembangkan
bertujuan agar kegiatan pemungutan berondolan buah dan TBS ke dalam bak
pengangkut tidak dilakukan lagi secara manual dan satu per satu. Pemanen
dirancang untuk tidak lagi melakukan kegitan pemungutan berondolan buah
sehingga efektivitas pengangkutan TBS ke TPH dapat lebih cepat dan maksimal.
Oleh sebab itu, dibutuhkannya sebuah penelitian mengenai rancangan konsep
desain mesin yang dapat menyelsaikan masalah penangkapan dan pengangkutan
TBS di dalam kebun. Kegiatan tersebut diharapkan mampu menyelsaikan
masalah kerusakan mekanis buah sawit akibat pemanenan secara manual,
kelelahan pemanen akibat pemungutan berondolan secara manual serta masalah
dibutuhkannya energi operator pemanen untuk mengoperasikan unit pengangkut
TBS menuju TPH.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur mobilitas roda angkong dan
koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan kebun kelapa
sawit,menganalisis potensi energi potensial jatuhnya TBS dan pemanfaatannya
sebagai sumber energi untuk pengangkutan TBS ke TPH serta merancang
sebuah konsep desain mesin penangkap dan pengangkut TBS di dalam kebun
berdasarkan pemanfaatan energi potensial jatuhnya TBS saat pemanenan.
Lingkup Pengukuran
Lingkup pengukuran pada penelitian ini yakni kondisi lahan yang diamati
dibatasi pada daerah lintasan (yang sering dilewati) oleh angkong saat proses
evakuasi TBS dari dalam kebun menuju TPH. Selain itu, kondisi lahan kebun
kelapa sawit yang diamati adalah kondisi lahan yang memiliki kontur datar dan
bukan merupakan lahan gambut.

4

TINJAUAN PUSTAKA
Tanaman Kelapa Sawit
Kelapa sawit memiliki batang kelapa sawit yang tumbuh tegak ke atas
dengan diameter batang sekitar 60 cm. Pohon kelapa sawit hanya memiliki satu
titik terminal ujung batang berbentuk kerucut diselimuti oleh daun-daun muda
yang masih kecil dan lembut (Mangoensoekarjo dan Semangun 2008). Menurut
Fauzi et al. (2008) pertambahan tinggi batang baru terlihat secara jelas sesudah
tanaman berumur empat tahun. Pertambahan tinggi tanaman kelapa sawit dapat
mencapai 45 cm per tahun. Menurut Mangoensoekarjo dan Semangun (2008),
daun kelapa sawit membentuk susunan daun majemuk, bersirip genap dan
bertulang daun sejajar. Panjang pelepah daun dapat mencapai 7.5-9 m jumlah
anak daun perpelepah adalah 250-400 helai. Pertumbuhan pelepah daun
mempunyai filotaksi 1/8, yang artinya setiap satu kali berputar melingkari
batang terdapat 8 pelepah daun. Produksi daun per tahun tanaman dewasa dapat
mencapai 20-24 helai.

Gambar 3 Kondisi lahan tanaman kelapa sawit
Tandan Buah Kelapa Sawit
Buah kelapa sawit termasuk jenis buah keras (drupe), menempel dan
bergerombol pada tandan buah. Jumlah buah per tandan dapat mencapai 1-600
buah, berbentuk lonjong sampai membulat. Panjang buah berkisar 2-5 cm dan
beratnya sampai 30 gram. Bagian-bagian buah terdiri atas eksokarp (kulit buah),
mesokarp (sabut), dan biji. Eksokarp dan mesokarp disebut perikarp sedangkan
biji terdiri atas endokarp (cangkang) dan inti (kernel). Inti (kernel) terdiri atas
endosperm (putih lembaga) dan embrio. Bagian-bagian buah yang menghasilkan
minyak adalah mesokarp dan inti. Buah kelapa sawit mencapai kematangan (siap
untuk panen) sekitar 5-6 bulan setelah terjadinya penyerbukan. Warna buah
bergantung pada varietas dan umurnya (Mangoensoekarjo dan Semangun 2008).

5

Gambar 4 Bentuk tandan buah sawit di tempat pengumpulan hasil (TPH)
Pemanenan Tandan Buah Sawit (TBS)
Sistem panen terdiri dari dua, yaitu ancak tetap dan ancak giring. Ancak
tetap adalah setiap pemanen diberi ancak panen yang sama dengan luasan
tertentu dan harus selesai pada hari itu. Ancak giring adalah setiap pemanen
diberikan ancak per baris tanaman dan digiring bersama-sama (Koedadiri et al.
2005).

Gambar 5 Posisi operator saat pemanenan TBS

6

Tabel 1 Tingkat kematangan buah sawit
Fraksi
00
0
1
2
3
4
5

Jumlah Brondrolan yang Jatuh
Tidak ada buah berwarna hitam
Satu brondolan s.d. 12.5% buah segar
12.5-25% buah luar
25-50% buah luar
50-75% buah luar
75-100% buah luar
Buah dalam ikut membrodol

Kematangan
Sangat mentah
Mentah
Kurang matang
Matang I
Matang II
Lewat matang I
Lewat matang II

Sumber: Semangun (2003).

Energi Potensial Gravitasi
Energi potensial merupakan suatu bentuk energi yang tersimpan, yang
dapat dimunculkan dan diubah sepenuhnya menjadi tenaga kinetik. Tenaga
potensial tidak dapat dikaitkan dengan gaya tak konservatif seperti gaya gesekan,
karena tenaga kinetik dalam sistem demikian tidak kembali ke harga semula
ketika sistem mencapai konfigurasi mula – mula. Pada suatu sistem ada yang
dikenal dengan tenaga potensial dan tenaga kinetik dan ini dikenal dalam sistem
konservatif. Tenaga potensial sendiri merupakan tenaga yang belum dikeluarkan
dan masih tersimpan (Suryadi 2012).

Gambar 6 Usaha Gravitasi w pada waktu gerak lurus suatu benda dari suatu
titik ke titik lain dalam suatu medan gravitasi (Suryadi 2012)
Sebuah benda bermassa m (dan beratnya w = mg) bergerak vertikal seperti
Gambar 6 dari sebuah titik dimana pusat beratnya ada pada ketinggian y1 di atas
suatu bidang yang dipilih sembarang menuju sebuah titik yang tingginya y2.
Disini akan dibicarakan perpindahan di dekat bumi saja, sehingga perbedaan
gaya gravitasi akibat perbedaan jarak benda ke pusat bumi dapat diabaikan.
Gaya gravitasi ke bawah terhadap benda nilainya konstan (sebesar w). Andaikan
P adalah resultan semua gaya lainnya yang bekerja terhadap benda itu, dan

7

andaikan pula W’ adalah usaha gaya – gaya ini. Arah gaya gravitasi w
berlawanan dengan perpindahan ke atas dan usaha gaya ini adalah
(1)
Dapat dikatakan bahwa usaha gaya gravitasi adalah
memperhatikan apakah benda itu bergerak naik atau turun.

, tidak

Energi Potensial Pegas
Pada Gambar 7 dapat dilihat sebuah benda bermassa m di atas sebuah
permukaan datar. Salah satu ujung pegas direkatkan pada benda tersebut dan
ujung lainnya diikat tetap. Kemudian ditentukan pangkal koordinat benda
tersebut pada saat pegas tidak regang seperti pada Gambar 7 (a). Suatu gaya luar
P menarik pegas tersebut sampai meregang. Begitu gaya P menarik, ada suatu
gaya F yang ada dalam pegas tersebut berlawanan arahnya terhadap
pertambahan panjang x dan berlawanan terhadap gaya tarik P. Gaya F ini
dinamakan gaya elastik. Kalau gaya P diperkecil atau dibuat nol, gaya elastik ini
akan memulihkan pegas kembali bentuk semula (tidak meregang). (Suryadi
2012)

Gambar 7 Gaya bekerja terhadap pegas memperpanjangnya sebesar x, akan
timbul gaya pemulih F di dalam pegas dimana F = kx (Suryadi
2012)
Robert Hooke pada tahun 1678 mengamati bahwa apabila perpanjangan x
sebuah pegas tidak begitu besar sehingga tidak terjadi cacat permanen pada
pegas itu sehingga gaya tersebut berbanding langsung dengan perpanjangan dan
dapat ditulis
(2)
(3)
yang merupakan persamaan Hooke. Konstanta perbandingan k disebut
konstanta gaya atau koefisien (angka) kekakuan. Besaran ⁄
, yaitu
setengah kali konstanta gaya dengan kuadrat koordinat benda disebut energi
potensial elastik, EP, benda tersebut (Suryadi 2012).
Antropometri
Antropometri adalah cabang dari lmu manusia yang berhubungan dengan
pengukuran tubuh, terutama dengan pengukuran ukuran tubuh, bentuk tubuh,
kekuatan tubuh dan kapasitas kerja tubuh Pheasant (2003). Data antropometri
dibedakan berdasarkan selang usia dan jenis kelamin. Data pengukuran

8

antropometri manusia sangat diperlukan dalam perhitungan desain berbagai alat
kendali mesin, perlengkapan kerja dan dimensi ruang kerja agar tercapai
kenyamanan,keamanan dan efisiensi kerja bagi operator.
Pesawat Sederhana (Tuas)
Pengungkit/tuas adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras
yang dapat memutari suatu titik (Ikhlasul 2012).

Gambar 8 Pengungkit jenis ke-II (Ikhlasul 2012)
Keterangan:
U = titik upaya (tempat gaya bekerja)
B = titik beban
T = titik tumpu
db (lengan beban) = jarak B–T
maka

du (lengan upaya) = jarak A–T
Fb = gaya beban
Fu = gaya upaya
(4)

Prisnsip kerja tuas adalah dengan memperbesar gaya, artinya dengan gaya
yang kecil dapat mengangkat atau memindahkan beban yang berat atau
memindahkan benda lebih jauh. Pada tuas berlaku hubungan berikut:
(5)
(Fb x db) = (Fu x du )
Keterangan:
Fb = berat beban
Fu = gaya upaya

Gambar 9 Aplikasi tuas jenis ke-II (www.imzaroncikgusains.blogspot.com)

9

Pegas
Pegas adalah elemen mesin flexibel yang digunakan untuk memberikan
gaya,torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. Energi disimpan
pada bendapadat dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi. Energi di-recover
dari sifat elastis material yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki
kemampuan untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja
pada pegas dapat berbentuk gaya tarik,gaya tekan, atau torsi (twist force). Pegas
umumnya beroperasi dengan “high working stresses” dan beban yang bervariasi
secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah :
1. untuk menyimpan dan mengembalikan energi potensial, seperti misalnya
pada “gun recoil mechanism”,
2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu,
3. untuk meredam getaran dan beban kejut,
4. untuk indikator/kontrol beban, contohnya pada timbangan,
5. untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada “brake
pedal”.
Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang
bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan energi.
Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya.
Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah :
1. Pegas kawat(Wire form spring),
2. Pegas cincin(Spring washers),
3. Pegas daun(Flat spring),
4. Pegas volut(Flat wound spring).

Gambar 10 Beberapa bentuk pegas helix (Masmukti 2011)

10

METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan menjadi 2 tahap penelitian, yakni penelitian
pendahuluan dan penelitian lanjutan. Penelitian pendahuluan meliputi kegiatan
identifikasi kebutuhan hingga proses pembuatan model 3 dimensi dari mesin yang
dirancang. Penelitian lanjutan meliputi kegiatan pembuatan prototipe mesin,
proses pengujian kinerja mesin hingga proses perbaikan kinerja mesin. Kegiatan
penelitian pendahuluan tersebut dilakukan pada tingkat Strata 1 (S1) sedangkan
untuk kegiatan penelitian lanjutan akan dilakukan pada tingkat Magister (S2).
Penelititan yang dilakukan pada tingkat S1 ini fokus pada kegiatan
penelitian pendahuluan. Berikut ini merupakan penjelasan mengenai jenis
kegiatan, waktu pelaksanaan dan tempat pelaksanaan penelitian pendahuluan.
Kegiatan identifikasi kebutuhan dan pengambilan data penelitian di lapangan
dilaksanakan di Medan, tepatnya di perkebunan kelapa sawit Tanah Gambus PT
Socfin Indonesia pada 27 Maret 2013 hingga 2 April 2013. Proses perancangan
konsep desain dilakukan pada 3 April 2013 hingga 15 Juli 2013 di Laboratorium
Engineering Design Studio (EDS) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Institut Pertanian Bogor (IPB).
Bahan dan Alat
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini akan dikelompokan ke
dalam beberapa tahap, yakni tahap perencanaan dan pengukuran, tahap
pembuatan konsep desain serta tahap pengujian desain. Penjelasan secara
lengkapnya akan dijelaskan pada tiap-tiap tahapan penelitian tersebut.
Pada tahap perencanaan dan pengukuran bahan yang digunakan adalah
kertas, tandan buah sawit (TBS), tanaman kelapa sawit, egrek, angkong, serta
beberapa perlengkapan panen manual TBS. Alat yang digunakan dalam tahap ini
adalah alat tulis dan beberapa peralatan instumen pengukuran untuk mengetahui
dimensi dan berat dari bahan penelitian yang akan diukur serta untuk mengetahui
besaran-besaran lainnya yang dibutuhkan dalam pembuatan konseptualisasi desain
(seperti instrumen pengukur beban kerja, gaya, dan waktu). Rincian dari
instrumen yang akan digunakan tersebut akan disajikan ke dalam tabel-tabel
berikut ini.

Tinggi Buah

Jarak Operator

Titik Jatuh TBS

Gambar 11 Contoh skema pengukuran karakteristik teknik pemanenan TBS di lapangan

11

Tabel 2 Pengukuran dan pengamatan karakteristik teknik pemanenan TBS
Pengukuran/Pengamatan

Peralatan
yang
digunakan

Tinggi buah sawit yang
dipanen

Meteran,
galah egrek

Posisi pemanen

Meteran

Posisi jatuhnya buah
sawit

Meteran,
kamera
video

Bobot dan ukuran buah

Timbangan
digital,
meteran

Sudut penarikan egrek
()

Meteran,
kamera

Metode
Mengukur tinggi buah (posisi
tandan) dari permukaan tanah
menggunakan galah egrek, lalu
diukur panjangnya.
Mengukur jarak berdiri pemanen
dari pohon sawit
Jatuhnya TBS direkam dengan
kamera video, jarak posisi jatuh
buah dari pohon sawit diukur dengan
meteran
Bobot buah ditimbang dengan
timbangan digital. Ukuran buah
diukur pada dua posisi: panjang
(arah tandan), diameter TBS (arah
melintang)
Sudut penarikan dihitung
menggunakan data tinggi buah dan
jarak pemanen ke pohon sawit. Hasil
perhitungan divalidasi dengan foto

Gambar 12 Contoh skema pengukuran dimensi TBS

12

Tabel 3 Pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS

Pengukuran/Pengamatan
Kekuatan bahan
landasan penangkap TBS

Peralatan
yang
digunakan
Kamera

Efek kerusakan fisik
buah sawit

Kamera,
timbangan
digital

Perilaku tandan buah
sawit saat mengalami
benturan fisik dengan
landasan penangkap

Meteran,
kamera video

Metode
Bentuk bahan landasan penangkap
TBS setelah mengalami impact force
dengan TBS didokumentasikan
menggunakan kamera foto.
Bobot buah yang memberondol dari
tandan ditimbang menggunakan
timbangan digital. Bentuk kerusakan
fisik yang terjadi pada buah akan
didokumentasikan kedalam bentuk foto
sebagai bahan pembanding.
Jarak pantulan buah dan radius daerah
tercecernya buah sawit akan diukur
menggunakan meteran. Perilaku
pergerakan dan tumbukan buah serta
lepasnya buah sawit akan direkam
menggunakan kamera video.

Gambar 13 Skema pengujian beberapa jenis bahan landasan penangkap TBS

13

Tabel 4 Pengukuran mobilitas dan tanahan gelinding roda angkong di lahan sawit
Peralatan
yang
digunakan
Bentuk permukaan tanah Kamera
dan kondisi fisik lahan
sawit
Pengukuran/Pengamatan

Tahanan penetrasi tanah
dan bulk density tanah

Koefisien tahanan
gelinding roda angkong
(CRR)

Metode

Mengidentifikasi beberapa jenis dan
kondisi permukaan tanah dari lahan
sawit. Gambaran menganai
bentuk/kondisi fisik lahan sawit
didokumntasikan dalam bentuk foto.
Penetrometer, Tahanan penetrasi pada beberapa
ring sample,
kondisi tanah dilakukan dengan
timbangan
menggunakan penetrometer.
digital, oven, Pengambilan sampel tanah dilakukan
janka sorong, dengan metode alur menggunakan ring
stopwatch
sample sebanyak 5 buah untuk setiap
kondisi tanah. Pengukuran bulk density
tanah dilakukan dengan
membandingkan berat basah tanah dan
berat kering tanah (setelah di oven
selama 24 jam dengan suhu 105oC).
Berat tanah diukur dengan
menggunakan timbangan digital.
Volume ring sample diukur dengan
menggunakan jangka sorong.
Timbangan
Berat total beban kerja meliputi berat
digital
angkong kosong ditambah berat TBS
yang dimuat dan diukur menggunakan
timbangan digital. Gaya tarik yang
dibutuhkan oleh angkong akan diukur
menggunakan timbangan digital. CRR
dapat diperoleh dari perbandingan gaya
penarikan angkong terhadap berat total
beban kerja pada angkong.

Gambar 14 Pengukuran mobilitas gelinding roda angkong di lahan kebun

14

Gambar 15 Pengambilan sampel tanah dan pengukuran tahanan
penetrasi di lahan sawit
Pada tahap pembuatan konsep desain, bahan yang digunakan adalah salah
satu software computer aided desain (CAD) yaitu “SolidWorks Premium 2012”.
Peralatan yang yang digunakan adalah alat tulis, mesin hitung, software
“Microsoft Excel 2010”, seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).
Tahap pengujian hasil konsep desain akan menggunakan software
“SolidWorks Premium 2012”, yakni digunakan untuk menganalisis stress dan
strain dari konsep desain yang telah dibuat serta untuk proses simulasi gerakan
operasi dari model alat yang akan dibuat. Selain itu, peralatan lain yang yang
digunakan adalah alat tulis, mesin hitung, software “Microsoft Excel 2010”,
seperangkat komputer dan mesin cetak (printer).

Tahapan Penelitian
Penelitian ini merupakan suatu rangkaian penelitian yang besar, yakni
mencakup tahapan koseptualisasi desain, pembuatan prototipe hingga pengujian
kinerja. Pada tingkat S1 ini, penelitian dilakukan untuk pembuatan konsep desain
dari mesin penangkap dan transporter TBS di dalam kebun. Oleh sebab itu,
kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah kegiatan pembuatan
konseptualisasi desain hingga menjadi sebuah model gambar 3D dari rancangan
mesin yang akan dibuat serta kegiatan pengujian model 3D mesin yang telah
dibuat.
Penelitian ini dibagi ke dalam beberapa kegiatan besar (lihat Gambar 17).
Kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah meliputi pengukuran
mobilitas tahanan gelinding roda angkong hingga perancangan konsep mesin
penangkap dan pengangkut TBS. Sedangkan pelaksanaan penelitian merujuk pada

15

diagram alir konsep desain mesin penangkap dan pengangkut TBS di dalam
kebun yang disajikan pada Gambar 16.
Mulai

Data dan informasi
penunjang

Identifikasi masalah pengangkutan TBS
di dalam kebun
,,
Perumusan dan penyempurnaan
konsep desain mesin penangkap dan
transpoter TBS di dalam kebun

Analisis teknik/perhitungan
perancangan desain mesin

Pembuatan beberapa alternatif konsep desain

Uji seleksi
konsep desain

Tidak

Lolos
Ya
Pembuatan model 3D alat

Uji fungsional model 3D mesin

Tidak
Modifikasi

Berhasil
Ya
Uji kinerja model 3D mesin

Selesai

Gambar 16 Diagram alir konsep desain mesin penagkap dan pengangkut TBS

16

Gambar 17 Tahapan kegiatan penelitian
Berikut ini merupakan penjelasan lebih rinci menganai tahapan-tahapan
penelitian yang dilakukan:
a. Identifikasi Masalah
Tahapan penelitian ini adalah melakukan identifikasi kondisi lapangan
dan pencarian data lapangan terkait dengan beberapa data yang digunakan
dalam proses desain. Uraian dari kegiatan tersebut adalah mencakup beberapa
hal, yakni identifikasi kebutuhan dan masalah pengangkutan TBS di dalam
kebun yang dihadapi oleh pemanen (users), pengamatan pada beberapa
potensi lapangan yang bisa dimanfaatkan untuk memecahkan masalah
mengenai pengangkutan TBS dan pengumpulan data lapangan (kebun sawit),
mempelajari cara pengangkutan TBS secara manual, mengumpulkan literatur
alat atau mesin pengangkut TBS serta penentuan batasan-batasan desain atau
spesifikasi (karakteristik dari mesin yang akan dirancang) bardasarkan
kebutuhan calon pengguna (users).
Beberapa data dari tanaman kelapa sawit yang dikumpulkan adalah datadata menganai tinggi tanaman sawit, jarak antar tanaman sawit, jumlah ratarata tandan buah tiap pohon tanaman sawit dan letak tandan pada batang
tanaman sawit, dimensi dan berat rata-rata tandan buah sawit, bentuk dan
tekstur TBS, posisi tandan dan pelepah daun sawit, serta beberapa data
pendukung lainnya.
Kegiatan pengamatan yang dilakukan pada proses pengangkutan TBS
secara manual di dalam kebun adalah (1) mempelajari prosedur kegiatan
pemanenan TBS, (2) mengamati pola gerakan jatuhnya TBS dari batang
tanaman sawit, (3) mengamati sebaran titik jatuhnya TBS di atas piringan
tanaman sawit, (4) mengamati bentuk kerusakan fisik yang dialami oleh TBS
saat mengenai permukaan tahan, (5) mempelajari mekanisme pengangkutan

17

TBS dan berondolan TBS ke dalam mesin transportasi di dalam kebun
(angkong), (6) mempelajari prosedur pengangkutan TBS dari dalam kebun
menuju tempat pengumpulan hasil (TPH).
Tahap selanjutnya adalah kegiatan pengumpulan informasi dari beberapa
literatur tentang mesin atau mesin pengangkut TBS yang telah. Dari beberapa
informasi yang diperoleh akan dikembangkan untuk proses penentuan
beberapa spesifikasi (karakteristik dari mesin yang dapat dirancang).
b. Perumusan dan Penyempurnaan Konsep Desain
Tahap penelitian ini adalah tahapan pembuatan konsep desain yang
dilakuakan untuk menyelsaikan masalah transportasi TBS dari dalam kebun
menuju TPH. Spesifikasi dari konsep desain dirumuskan berdasarkan kondisi
aktual lapangan dan batasan spesifikasi mesin yang diinginkan oleh operator
pemanen TBS (users).
Masalah yang coba diselesaikan dari penelitian ini adalah masalah pada
proses pengangkutan TBS ke dalam angkong menuju TPH membutuhkan
tenaga yang cukup besar apabila dilakukan secara manual, selain itu proses
pemungutan berondolan buah sawit yang tercecer di sekitar piringan tanaman
sawit membutuhkan waktu yang cukup lama. Dari permasalahan tersebut
telah dirumuskan ke dalam sebuah konsep desain mesin penangkap dan
transpoter TBS dari dalam kebun menuju TPH yang memiliki efisiensi lebih
tinggi bila dibandingkan dengan alat/mesin pengangkutan TBS yang
konvensional (sudah ada saat ini).
Dari perumusan masalah kebutuhan rancangan tersebut, dilakukan proses
pengembangan desain fungsional mesin yang sesuai untuk memenuhi
kebutuhan rancangan mesin penangkap dan transpoter TBS. Selanjutnya
dilakukan perancangan desain struktural dari komponen-komponen mesin
yang akan dibuat.
Data hasil pengamatan dan pengukuran di lapangan dianalisis untuk
menentukan besarnya gaya mekanis dan beban kerja mekanis yang
dibutuhkan dalam kegiatan penangkapan TBS dan pengangkutan TBS dari
dalam kebun menuju TPH. Analisis teknik dan perhitungan rancangan
dilakukan untuk menentukan secara akurat dari bentuk, ukuran, bahan, dan
cara pembuatan mesin yang akan dirancang. Analisis tersebut juga dilakukan
untuk menentukan mekanisme rancangan mesin yang sesuai dengan
spesifikasi desain. Hasil analisis teknik digunakan untuk menentukan dimensi
dari desain konstruksi mesin penangkap dan transpoter TBS yang akan
dimodelkan dengan menggunakan Computer Aided Desain (CAD).
Rancangan fungsional dan srtuktural selanjutnya disajikan ke dalam beberapa
bentuk desain mesin yang memungkinkan untuk dibuat.
c. Uji Optimasi Konsep Desain
Tahap ini dilakukan proses seleksi dari beberapa desain konsep rancangan
mesin yang telah dimodelkan dalam CAD. Tahap ini dilakukan pemilihan
perangkat lunak yang dapat memodelkan proses seleksi konsep desain mesin
secara mudah dan tepat. Perangkat lunak yang dipilih selanjutnya dibuat
format bahasa pemrograman yang digunakan untuk menjalankan instruksi
pada proses seleksi konsep desain. Parameter seleksi konsep desain
diterjemahkan ke dalam bahasa pemrograman sebagai bentuk kodingan
proses simulasi seleksi konsep desain.

18

Kriteria seleksi lebih ditekankan kepada unjuk kerja rancangan mesin
yang dibuat dan kesesuaian konsep desain terhadap spesifikasi desain dan
kondisi lapangan tanaman kelapa sawit. Beberapa parameter yang digunakan
sebagai kriteria seleksi desain adalah kemudahan operasi, kemudahan
pembuatan, biaya pembuatan, kelincahan gerak dan kesesuaian mekanisme.
Parameter tersebut akan digunakan sebagai kriterian untuk proses go/no-go
screening dari konsep desain yang akan dirancang.
d. Pembuatan Model 3 Dimensi (3D)
Tahap ini dilakukan proses pemodelan konsep desain hasil dari proses
seleksi desain rancangan mesin ke dalam bentuk gambar 3D menggunakan
software “SolidWorks Premium 2012”. Hasil dari pemodelan ini sebagai
bentuk visualisasi rancangan struktural dari mesin yang akan dibuat.
e. Uji Kinerja dari Model 3D Mesin Hasil Rancangan
Proses uji kinerja model 3D mesin dilakukan dengan memanfaatkan
fasilitas simulasi analisis gaya dan pembebanan mekanis yang disediakan
pada software “SolidWorks Premium 2012”. Hasil dari pemodelan gambar 3D
digunakan sebagai bahan pengujian analisis pergerakan mesin dan analisis
penyebaran gaya.
Kriteria Desain
Konsep mesin penangkap dan pengangkut TBS dirancang dengan
mempertimbangkan kondisi aktual di lahan kebun kelapa sawit, kriteria
desain/masukan dari para operator pemanen TBS di lapangan serta pertimbangan
aspek ergonomika (antropometri) dari para pemanen. Bentuk dan dimensi
rancangan mesin akan disesuaikan dengan data antropometri operator pemanen
sawit di Indonesia.
Konsep desain mesin yang dirancang diharapkan dapat meningkatkan
efektivitas waktu pengangkutan TBS dari dalam kebun menuju TPH. Hal tersebut
dapat dilakukan dengan cara membuat mesin yang didesain mampu
mempersingkat waktu serta tenaga kerja saat pemanenan. Konsep mesin
dirancang agar mesin dapat memanfaatkan energi jatuh bebasnya TBS untuk
menggerakan roda mesin pengangkut. Dengan hal tersebut, pemanfaatan energi
potensial dari jatuhnya buah diharapkan mampu mengurangi tenaga
pengoperasian mesin. Jatuhnya TBS dan berondolan buah akan langsung
ditangkap oleh unit penangkap sehingga pemanen tidak lagi memungut
berondolan buah dan TBS secara manual. Hal tersebut diharapkan dapat
mengurangi waktu untuk kegiatan loading TBS dan pemungutan berondolan buah
ke dalam unit pengangkut. Energi potensial dari proses tumbukan buah sawit
dengan unit penangkap akan dikonversi sebagai tenaga penggerak roda
pengangkut melalui mekanisme penyimpanan dan pengubahan energi pada sebuah
unit konverter.

19

Konsep Rancangan
Konsep rancangan desain mesin yang dibuat adalah dengan memanfaatkan
energi potensial dari gerakan jatuh bebas TBS yang akan dikonversi ke dalam
bentuk energi kinetik sebagai daya penggerak pada roda mesin pengangkut TBS.
Konsep tersebut diterapkan untuk mengurangi penggunaan daya operator
pemanen (users) saat mengoperasikan mesin. Ilustrasi untuk menjelaskan masalah
pemanfaatan energi potensial menjadi energi kinetik dari gerakan jatuhnya TBS
disajikan dalam Gambar 18. Masalah tercecernya berondolan buah sawit akibat
gaya impact TBS dengan permukaan tanah akan diselesaikan dengan suatu
rancangan komponen untuk menangkap/merangkap TBS yang jatuh. Komponen
penangkap TBS tersebut didesain untuk mengurangi waktu kerja dalam
pemungutan berondolan buah sawit serta menjaga mutu buah sawit yang dipanen
agar tidak mengalami kerusakan fisik yang besar.

Gambar 18 Skema pemanfaatan energi potensial sebagai daya penggerak
roda .angkong

20

HASIL DAN PEMBAHASAN
Mobilitas dan Koefisien Tahanan Gelinding Roda Angkong
di Lahan Kebun Kelapa Sawit
Mobilisasi mesin dalam mengangkut TBS di dalam kebun akan
dipengaruhi oleh faktor dari kondisi tanah, kondisi mesin, dan kondisi iklim
kebun sawit. Pada penelitian ini lebih menganalisis kemampuan mobilitas
angkong untuk melintasi lahan kebun sawit berdasarkan faktor tanah dan mesin.
Faktor dari tanah yang mempengaruhi mobilisasi agkong adalah tekstur tanah,
struktur tanah, kadar air tanah, densitas tanah, tahanan penetrasi tanah, konsistensi
tanah, serta kuat geser tanah. Faktor dari mesin (angkong) yang mempengaruhi
mobilisasinya adalah gaya penekanan terhadap tanah dan luas permukaan kontak
antara bagian traksi dan permukaan tanah.
Kemampuan mobilitas yang dimaksud dalam penelitian ini adalah
kemampuan roda angkong untuk melintasi lahan sawit pada kondisi kering
dengan kontur yang cukup datar dan bukan termasuk lahan gambut. Parameter
yang digunakan untuk menentukan mobilitas angkong (kereta sorong) di dalam
kebun adalah tahanan penetrasi tanah pada beberapa daerah lintasan roda angkong
serta koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit. Pada Tabel 5
merupakan hasil pengukuran pada beberapa daerah lintasan roda angkong di
dalam kebun kelapa sawit. Pengukuran tahanan penetrasi dilakukan hanya pada
kedalaman 0-5 cm saja. Hal tersebut dikarenakan pada kedalam 5-10 cm, besarnya
tahanan penetrasi telah melebihi batas skala pada penetrometer yang digunakan.
Tabel 5 Tahanan penetrasi tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-5 cm

Kedalaman
Penetrasi
0-5 cm

Tahanan Penetrasi Rata-rata (kgf/cm2)
Daerah
JalurLintasan
Daerah
Daerah
Daerah
Roda
Piringan
Rumpukan
TPH
Angkong
18.83
22.10
16.44
20.22

Dari data hasil pengukuran tahanan penetrasi tanah, daerah jalurlintasan
roda angkongmemiliki tahanan penetrasi yang paling tinggi. Hal tersebut
dikarenakan pada daerah tersebut memiliki kerapatan tanah yang padat. Kerapatan
tanah yang padat terjadi karena intensitas mobilitas angkong yang tinggi pada
jalur lintasan tersebut sehingga terbentuk efek pemadatan tanah. Berbeda pada
daerah rumpukan, daerah rumpukan merupakan daerah untuk menumpukan sisasisa material organik tanaman sawit yang membuat tanah relatif gembur sehingga
tahanan penetrasi yang dimiliki pun paling kecil dibandingkan dengan daerah
lainnya.

21

Tabel 6 Dry bulkdensity tanah rata-rata di lahan sawit pada kedalaman 0-10 cm
Kedalaman
0-5
5-10

Dry Bulk Density Tanah Rata-rata (gram/cm3)
Daerah
JalurLintasan
Daerah
Daerah
Piringan
Roda Angkong
Rumpukan
TPH
0.855
0.902
0.833
0.880
0.962
0.994
0.950
0.980

Pengukuran dry bulkdensity tanah dilakukan pada kedalaman 0-10 cm.
Hasil pengukuran pada Tabel 6 menunjukan adanya korelasi antara dry
bulkdensity terhadap tahanan penetrasi tanah. Semakin besar dry bulkdensity tanah
maka semakin besar pula tahanan penetrasi yang diperoleh. Untuk karakteristik
tanah pada lahan sawit (kedalam 0-10 cm) menunjukan bahwa semakin dalam
tanah maka tanah akan semakin bulky.

Gambar 19 Luas kontak area roda traksi pada tire type (Bekker 1955)
Nilai ground pressure mesin dipengaruhi oleh besarnya bobot total statis
mesin dan luas kontak roda mesin terhadap permukaan tanah. Bila diasumsikan
luas kontak permukaan roda traksi terhadap tanah = 0.78 (5)(7) = 27.3 cm2. Bobot
statis mesin yang dirancang diasumsikan sebesar 55 kg dan bobot muatan
maksimum sebesar 15 TBS x 15 kg/TBS (lihat Gambar 20) maka bobot total statis
mesin dan muatannya diperoleh sebesar 280 kgf. Dari bobot total statis mesin dan
luasan kontak roda angkong terhadap tanah yang ada tersebut maka diperoleh nilai
ground pressure mesin. Ground pressure mesin diperoleh sebesar = 280 kgf/27.3
cm2= 10.56 kgf/cm2.
Mobilitas roda angkong yang melintasi permukaan tanah kering (bukan
lahan rawa) di lahan sawit akan cenderung tidak mengalami amblas. Hal tersebut
dikarenakan tahanan penetrasi tanah pada beberapa daerah jalur lintasan roda
angkonglebih besar dari pada nilai ground pressure mesin yang ada. Analisis
mobilitas roda angkong pada penelitian ini dibatasi hanya pada kondisi lahan
sawit yang memiliki kontur datar dan pada lahan kering (bukan lahan rawa). Nilai
rata-rata tahan penetrasi tanah pada lahan sawit berkisar pada 16.44-22.10
kgf/cm2. Nilai tersebut menunjukan bahwa dengan ground pressure sebesar

22

10.56.kgf/cm2, mobilitas roda angkong yang melintasi lahan sawit tersebut akan
stabil. Hal tersebut dikarenakan dengan nilai tahanan penetrasi tanah yang lebih
besar dari pada ground pressure mesin maka roda angkong tidak amblas, sehingga
mobilitas roda angkong di dalam lahan sawit akan stabil.

Gambar 20Mobilitas angkong dengan kapasitas maksimum
Selain tahanan penetrasi tanah dan dry bulk density tanah, koefisien
rolling resistance (Crr) juga berpengaruh pada kinerja mobilitas mesin
(angkong) di lahan sawit. Pengukuran Crr dilakukan pada kondisi lahan dengan
kemiringan 0o. Crr pada tanah yang sedikit berpasir akan lebih besar bila
dibandingkan dengan pada tanah keras tidak berpasir. Hal tersebut dikarenakan
pada tanah sedikit berpasir roda angkong akan mengalami sedikit amblas
(sinkage) sehingga akan menggambat laju dari roda angkong tersebut. Melihat
data Crr yang ada maka mobilitas mesin akan memiliki performa yang cukup
baik karena gaya yang dibutukan untuk menggerakan/mendorong mesin (mesin)
angkong berkisar 15.9 % - 17.2% dari berat total mesin dan muatannya.
Tabel 7 Koefisien tahanan gelinding roda angkong di lahan sawit
Kondisi Lahan Sawit
Tanah Sedikit Berpasir
Tanah Keras (Tidak Berpasir)

Crr
0.172
0.159

Potensi Energi Potensial TBS sebagai Energi
untuk Pengangkutan TBS ke TPH
Energi dari gerak jatuh bebas TBS setelah pemotongan merupakan salah
satu bentuk energi potensial dan sangat dipengaruhi oleh ketinggian posisi buah
serta massa TBS. Potensi energi dari jatuhnya TBS secara teoritis berkisar pada
0.44 kJ hingga 4.44 kJ. Besarnya nilai tersebut pada dasarnya akan dipengaruhi
juga oleh varietas pokok sawit. Varietas tersebut akan menentukan tingkat
produktifitas dan perkembahan buah sawit. Dapat dikatakan bahwa pada
ketinggian posisi buah yang sama maka pada pokok yang memiliki berat jenis

23

Energi Potensial (kJ)

rata-rata (BJR) tandan lebih besar akan menghasilkan energi potensial yang lebih
besar pula. Data hasil pengukuran karakteristik energi potensial pada beberapa
ketinggian buah disajikan pada Gambar 21.
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0

y = 0.2606x - 0.1892
R² = 0.9232

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

Tinggi Buah (m)

Gambar21Energi potensial darijatuhnya tandanbuah sawitsaatpemanenan
Perhitunganenergi
potensial
darijatuhnya
tandanbuahsetelah
pemotongan,menghasilkanrata-rataenergi potensialpada ketinggianbuah3 m, 9 m,
dan15 madalah0.6kJ, 2.0kJ, dan 3.6kJ, masing-masing.Energi potensialsetinggi itu,
jikaditangkap,