Desain Dan Uji Kinerja Unit Aplikator Pupuk Pada Mesin Penanam Dan Pemupuk Jagung Terintegrasi.

DESAIN DAN UJI KINERJA UNIT APLIKATOR PUPUK
PADA MESIN PENANAM DAN PEMUPUK JAGUNG
TERINTEGRASI

AMIRIL MUKMININ

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain dan Uji Kinerja
Unit Aplikator Pupuk pada Mesin Penanam dan Pemupuk Jagung Terintegrasi
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, Maret 2015
Amiril Mukminin
NIM F14110056

ABSTRAK
AMIRIL MUKMININ. Desain dan Uji Kinerja Unit Aplikator Pupuk pada Mesin
Penanam dan Pemupuk Jagung Terintegrasi. Dibimbing oleh WAWAN
HERMAWAN.
Unit aplikator pupuk pada mesin penanam dan pemupuk jagung telah
dikembangkan sebelumnya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan
kinerja dari unit aplikator pupuk pada mesin penanam dan pemupuk jagung
terintegrasi untuk dua baris tanaman dengan sumber tenaga traktor roda dua.
Penelitian ini dimulai dari proses perancangan, pabrikasi prototipe, sampai dengan
pengujian kinerja prototipe. Aplikator pupuk yang dirancang terdiri dari sistem
transmisi, rotor penjatah, hopper, dan saluran pengeluaran pupuk. Unit aplikator
pupuk didesain terdiri dari dua buah hopper sehingga memiliki kapasitas yang lebih
besar dibandingkan prototipe-prototipe sebelumnya. Pupuk dicampurkan dengan
tanah oleh pisau rotari traktor. Rotor penjatah diputar oleh poros traktor

menggunakan sistem transmisi rantai-sproket. Rotor penjatah dapat menjatah
pupuk NPK dari selang 7.27 - 15.88 g/m atau setara 97.4 - 211.8 kg/ha pada bukaan
rotor 100%. Volume total hopper pupuk pada unit aplikator pupuk adalah sebesar
35.54 liter. Unit aplikator pupuk mampu menampung maksimal 32 kg pupuk NPK.
Pada kecepatan rata-rata 0.774m/s, Kapasitas lapangan efektif prototipe sebesar
0.35 ha/jam, kapasitas lapang teoritis sebesar 0.42 ha/jam, dan efisiensi lapangan
sebesar 83.78 %.
Kata kunci: unit aplikator pupuk, rotor penjatah, pupuk NPK.

ABSTRACT
AMIRIL MUKMININ. Design and Performance Test of Fertilizer Aplicator Unit
of Integrated Corn Planting Machine. Supervised by WAWAN HERMAWAN
Fertilizer applicator unit on integrated corn planting machine has been
developed previously. The objective of this research was to improve the
performance of the fertilizer applicator units of the integrated corn planting machine
for two rows planting, powered by two-wheel tractor. The research activities were
included the design process, prototype fabrication, and performance test of the
prototype. The designed aplicator consist of the transmission system, metering
device, hopper, and fertilizer output channels. The fertilizer applicator unit has two
hoppers that have larger capacity than previous prototypes. The NPK fertilizer

mixed with soil by rotary tiller. The metering devices are rotated by the wheel axle
of the tractor using a set of sprocket and chain transmission. The rotor of the unit
could meter the NPK fertilizer of 7.27 - 15.88 g/m equivalent with 97.4 - 211.8
kg/ha at the opening of the rotor 100%. The total volume of fertilizer hoppers was
35.54 L and can acomodate 32 kg NPK fertilizer. In the average forward speed of
0.774 m/s, the field effective capacity was 0.35 ha/hour, the theoritical field
capacity was 0.42 ha/hour, and the field efficiency was 83.78%.
Keywords: fertilizer applicator unit, metering device, NPK fertilizer, hopper.

DESAIN DAN UJI KINERJA UNIT APLIKATOR PUPUK
PADA MESIN PENANAM DAN PEMUPUK JAGUNG
TERINTEGRASI

Amiril Mukminin

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

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2010 ini ialah rancang bangun alat,
dengan judul Desain dan Uji Kinerja Unit Aplikator Pupuk pada Mesin Penanam
dan Pemupuk Jagung Terintegrasi.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Wawan Hermawan MS
selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran dan ilmu pengetahuan. Di
samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada saudara Agustami Sitorus
selaku senior yang telah membantu pembuatan prototipe, Bapak Parma dan staff
dari bengkel Mekatronika Laboratorium Siswadhi Soepardjo yang telah membantu
merancang alat, merakit, dan meminjamkan peralatan-peralatan rancang bangun
alat. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh

keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Maret 2015
Amiril Mukminin

DAFTAR ISI
PRAKATA

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR TABEL

x

DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR LAMPIRAN

xi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

3

TINJAUAN PUSTAKA

3

Budidaya Jagung

3

Pupuk

4

Alat Pemupuk Butiran

5

Unit Penjatah Pupuk

6

Traktor Roda Dua

8

Kotak Hopper

8

METODE PENELITIAN

9

Waktu dan Tempat

9

Alat dan Bahan

9

Tahapan Penelitian

10

Kriteria Perancangan

11

Modifikasi Mesin Pemupuk

11

Analisis Desain dan Pembuatan Gambar Kerja

13

Metode Pengujian Kinerja

13

ANALISIS RANCANGAN

15

Analisis Kebutuhan Daya

15

Analisis Desain Fungsional

17

Analisis Desain Struktural

18

HASIL DAN PEMBAHASAN

22

Prototipe Unit Aplikator Pupuk Hasil Modifikasi

22

Kinerja Unit Pemupuk

27

SIMPULAN DAN SARAN

35

Simpulan

35

Saran

35

DAFTAR PUSTAKA

36

LAMPIRAN

37

RIWAYAT HIDUP

73

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6

Karakteristik pupuk
Hasil perhitungan penjatahan pupuk per satu putaran rotor
Hasil perhitungan panjang rotor
Hasil perhitungan luas maksimal sekali pengisian hopper pupuk
Perbandingan kinerja prototipe-1, prototipe-2 dan prototipe-3
Kinerja prototipe yang dirancang

4
19
20
21
34
34

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Mesin penanam dan pemupuk terintegrasi (a) dan hopper pupuk (b)
Metode aplikasi pupuk sebar acak (broadcast)
Alat pemupuk tipe gravitasi (Srivastava. et al 2006)
Tipe penjatah pupuk (a) roda bintang, (b) piringan berputar, (c) ulir
Tipe penjatah pupuk (a) edge-cell, (b) sabuk berputar, (c) rotor
Flowchart tahap penelitian
Pisau rotary sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)
Sketsa modifikasi mesin pemupuk dan penanam jagung terintegrasi
Sketsa pengujian penjatahan pupuk di laboratorium
Sketsa pengujian penjatahan pupuk di lapangan
Sketsa beban puntir pada rotor penjatah
Transmisi beban dari poros roda traktor ke unit penjatah pupuk
Rancangan konsep mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi
Rangka utama
Rotor penjatah
Rotor dan selubung rotor
Hopper pupuk penjatah
Rangka utama prototipe-3 (a) dan prototipe yang didesain (b)
Rotor penjatah prototipe-3 (a) dan prototipe yang didesain (b)
Selubung rotor penjatah prototipe-3 (a) dan prototipe yang didesain (b)
Hopper pupuk

2
6
6
7
7
10
12
12
14
14
16
16
17
18
18
20
21
23
24
24
25

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

Hopper prototipe-3 (a) dan hopper prototipe yang didesain (b)
Saluran pupuk prototipe-3 (a) dan prototipe yang didesain (b)
Sistem transmisi
Gambar keseluruhan rancangan prototipe
Hasil pengujian ketepatan penjatahan pupuk NPK stasioner
Hasil pengujian ketepatan penjatahan pupuk NPK di lapangan
Pengujian ketepatan penjatahan pupuk NPK pendekatan teoritis
Proses pengujian ketepatan penjatahan pupuk NPK stasioner
Proses pengujian ketepatan penjatahan pupuk NPK di lapangan
Perbandingan dosis pengeluaran pupuk NPK
Rotor sebelum digunakan (a) dan rotor setelah digunakan (b)
Pencampuran pupuk NPK pada potongan tanah vertikal
Pencampuran pupuk NPK pada potongan tanah horizontal
Posisi kedalaman pupuk dalam tanah

25
26
27
27
28
28
29
30
30
31
31
32
32
33

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Beban dan torsi pada aplikator pupuk
Perhitungan diameter poros dan rantai-sproket
Perhitungan luas penampang celah penjatah pupuk
Data hasil pengujian stasioner rotor penjatah pupuk
Data hasil pengujian rotor penjatah pupuk di lapangan
Data pengukuran tahanan potong pupuk NPK
Ukuran pupuk NPK
Distribusi sebaran butiran pupuk dengan pengayakan
Sudut curah pupuk NPK
Sifat fisik dan mekanik tanah
Hasil kalibrasi penetrometer
Lebar dan kedalaman pengolahan
Kapasitas Lapangan Low-1
Kapasitas lapangan Low-2
Gambar teknik mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi
Gambar teknik mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi
Gambar teknik rangka utama
Bagian Rangka utama
Unit aplikator pupuk
Hopper pupuk dan rumah rotor
Unit pemupuk
Rotor penjatah pupuk tampak depan
Rotor penjatah pupuk
Selubung rotor
Rotor penjatah pupuk dan selubung rotor

39
41
45
46
49
50
51
52
53
54
56
57
58
60
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sebagai andalan Indonesia, salah satu produk pertanian yang seharusnya bisa
dikembangkan adalah jagung. Selain karena menjadi salah satu bahan pokok bagi
beberapa suku, lahan yang luas menjadi salah satu hal yang seharusnya menjadi
faktor peningkatan produksi jagung nasional. Data Badan Pusat Statistik
menyebutkan bahwa produksi jagung pada tahun 2012 sebesar 19.39 juta ton
pipilan kering atau mengalami peningkatan sebesar 1.74 juta ton (9.88 persen)
dibandingkan tahun 2011. Produksi jagung pada tahun 2013 diperkirakan 18.84
juta ton pipilan kering atau mengalami penurunan sebesar 0.55 juta ton (2.83
persen) dibandingkan tahun 2012. Penurunan produksi diperkirakan terjadi karena
penurunan produktivitas sebesar 0.57 kuintal/hektar (1.16 persen). Di samping itu,
Indonesia masih mengimpor 3.144 juta ton jagung, sementara tahun 2010 hanya 1.9
juta ton (BPS 2013). Peningkatan produktivitas jagung sebagai sarana pemenuhan
kebutuhan jagung di Indonesia dapat tercapai apabila berbagai sektor mendukung
tercapainya target tersebut, seperti sektor pengembangan teknologi, kebijakan dan
investasi.
Proses budidaya manual tidak menjanjikan hasil yang efektif dan akurat.
Dengan menggunakan cara manual, jarak tanam yang dihasilkan tidak seragam, dan
dosis pemupukan tidak merata. Penerapan teknologi baru diharapkan dapat
mengganti teknologi pertanian konvensional dan dapat meningkatkan produktivitas
jagung. Mesin penanam jagung terintegrasi adalah salah satu alat yang
menggabungkan tiga unit kerja sekaligus, yaitu penanaman, pemupukan, dan
pengolahan tanah jagung menggunakan rotary. Syafri (2010) telah merancang
mesin penanam jagung terintegrasi dengan penggerak traktor roda dua. Mesin ini
(prototipe-1) menggabungkan tiga kegiatan yaitu pengolahan tanah, penanam benih
jagung, dan sekaligus pemupuk butiran. Hasil dari pengujian kinerja penanaman
prototipe-1 yaitu kedalaman lubang tanam 6-8 cm dengan 1-2 benih tiap lubang
tanam, dan jarak antar benih tiap barisan tanam 18-31 cm, dan kemacetan roda
penggerak sebesar 38%. Beberapa kendala pada prototipe-1 yaitu : 1) jarak tanam
benih yang tidak seragam, 2) hanya memiliki satu hopper pupuk untuk tiga jenis
pupuk, 3) dosis pupuk tidak dapat diatur, 4) aplikasi pupuk hanya dalam satu alur
untuk ketiga jenis pupuk, 5) roda penggerak tidak mampu memutar metering device
dengan baik.
Putra (2011) memodifikasi mesin penanam dan pemupuk jagung hasil
penelitian Syafri. Hasil modifikasi prototipe-1 menjadi prototipe-2 masih memiliki
beberapa kekurangan. Kekurangan mesin yang sudah dikembangkan ini antara lain:
1) unit pemupuk masih sering macet dan berhenti menjatah pupuk dengan
presentase kemacetan mencapai 31.33 % sehingga proses pemupukan tidak merata
dan tidak berjalan seperti yang diharapkan, 2) kedalaman pupuk yang kurang
optimal, 3) bahan unit pemupuk yang tidak transparan sehingga operator
mengalami kesulitan dalam melihat sisa jumlah pupuk yang berada di dalam hopper
pupuk, 4) volume hopper pupuk yang perlu ditingkatkan kapasitasnya.
Rancangan prototipe-3 dilakukan untuk memodifikasi mesin penanam dan
pemupuk jagung terintegrasi sebelumnya. Untuk mengatasi ketidakseragaman

2
penjatahan pupuk, prototipe-3 menggunakan rotor penjatah tipe edge cell yang
tidak diletakkan di bagian tengah dasar hopper, melainkan sedikit digeser ke salah
satu sisi samping hopper (Ichniarsyah 2013). Ujung sudu penjatah diletakkan tepat
berada di bawah ujung salah satu sisi dinding hopper. Bahan hopper pada prototipe2 diganti dengan bahan akrilik transparan sehingga operator dapat melihat sisa
pupuk yang masih terdapat di dalam hopper. Volume tampung dari hopper
prototipe-3 dapat mencapai 6.9 liter atau lebih banyak 1.84 liter dari prototipe-2
(Putra 2012). Hasil modifikasi mesin menjadi prototipe-3 (Gambar 1) cukup baik
dalam meningkatkan keseragaman penjatahan pupuk. Tingkat kemacetan yang
terjadi pada prototipe-3 ini adalah sebesar 22.97 %

Gambar 1 Mesin penanam dan pemupuk terintegrasi (a) dan hopper pupuk (b)
Perumusan Masalah
Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dapat
disimpulkan bahwa roda penggerak tambahan yang digunakan kurang optimal
dalam menghasilkan torsi untuk memutar rotor penjatah pupuk dan metering device
benih jagung. Torsi yang dihasilkan oleh roda penggerak tambahan tidak dapat
mengatasi kemacetan penjatahan pupuk yang terjadi pada rotor penjatah pupuk.
Volume hopper pupuk juga perlu ditambah menjadi dua alur kanan dan kiri untuk
meningkatkan kapasitas lapangan mesin pemupuk. Selain itu, kendala yang terjadi
pada saat pengaplikasian pupuk pada prototipe-2 adalah pupuk yang menyangkut
pada penyalur pupuk serta kedalaman pemupukan tidak tercapai. Pada prototipe-3,
penyumbatan pupuk pada penyalur pupuk sudah tidak terjadi lagi, tetapi kedalaman
pemupukan masih belum tercapai, yaitu sebesar 2.5 – 4 cm. Menurut Adisarwanto
dan Widyastuti (2002), kedalaman pemupukan dasar sekitar 7-10 cm sehingga
dibutuhkan metode pemupukan yang dapat mencapai kedalaman tersebut.
Oleh karena itu, diperlukan suatu desain prototipe yang mampu mengatasi
kemacetan pada rotor penjatah pupuk dan memiliki kapasitas pemupukan yang
besar. Prototipe yang akan dibuat tidak menggunakan roda penggerak tambahan
lagi, melainkan langsung digerakkan oleh poros roda traktor melalui poros
perantara dengan transmisi rantai-sproket. Poros roda traktor tersebut mendapatkan
daya putar dari engine traktor sehingga dapat mencukupi kebutuhan daya putar
rotor penjatah pupuk dan putaran metering device benih serta dapat mengatasi
kemacetan pada rotor penjatah pupuk. Kapasitas hopper pupuk juga ditingkatkan
dari prototipe-prototipe sebelumnya dengan memaksimalkan ruang pada dek rotari
traktor. Selain itu, pupuk diaplikasikan sedemikian rupa sehingga tercampur rata
dengan tanah. Hal ini untuk memudahkan akses tanaman dalam mendapatkan
nutrisi dari pupuk yang diberikan dengan kedalaman pemupukan yang sesuai.

3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah meningkatkan kinerja prototipe-3 (putra 2012),
yaitu unit pemupuk untuk mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi dua alur
penanaman yang digerakkan traktor roda dua. Adapun kinerja yang diperbaiki
adalah: 1) ketepatan dan keseragaman penjatahan pupuk, 2) meningkatkan
kapasitas tampung hopper pupuk, 3) mencampurkan pupuk dengan tanah melalui
pengolahan tanah, dan 4) meningkatkan kapasitas lapangan pemupukan menjadi
dua penanaman (alur pemupukan) dalam satu lintasan traktor.

TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Jagung
Penyiapan lahan untuk tanaman jagung adalah pengolahan tanah. Pengolahan
tanah bertujuan untuk menggemburkan tanah, memperbaiki drainase, dan
mematikan bibit penyakit. Pengolahan tanah dibagi menjadi tiga, yaitu pengolahan
tanah sempurna, pengolahan tanah minimum, dan tanpa pengolahan tanah.
Pengolahan tanah sempurna dilakukan dengan mencangkul atau membajak tanah
sebanyak dua kali dengan kedalaman 15-20 cm, sedangkan pengolahan tanah
minimum dilakukan hanya pada barisan persiapan tanam saja dengan kedalaman
yang sama (Adisarwanto dan Widyastuti 2002).
Penanaman dilakukan dengan cara penugalan dengan jarak tanam yang
disesuaikan dengan varietas jagung yang akan ditanam. Jarak tanam untuk jagung
hibrida adalah 75 x 25 cm atau 75 x 40 cm. Kedalaman lubang tanam antara 2.5-5
cm. Untuk tanah yang cukup lembab, kedalaman tanam lubang cukup 2.5 cm.
Sedangkan untuk tanah yang agak kering, kedalaman lubang tanam adalah 5 cm
(Martodireso dan Suryanto 2002). Pemupukan dilakukan dan diberikan pada saat
tanam dan susulan setelah tanam. Sistem penjatahan pupuk disesuaikan dengan
kebutuhan pupuk awal dari tanaman jagung. Penggunaan pupuk awal dapat
meningkatkan produksi jagung dimana faktor nitrogen merupakan penyebab
utamanya. Hingga tanaman mencapai umur 6 minggu atau setara dengan tinggi
tanaman jagung sekitar 51 cm, ketinggian tanaman jagung hanya dipengaruhi oleh
kombinasi nitrogen dan fosfor (N-P), sedangkan potasium (K) tidak mempengaruhi
pertumbuhan tanaman jagung tersebut (Touchton and Karim 1985). Selain hal
tersebut diketahui bahwa dosis pemupukan awal untuk tanaman jagung adalah 22.4
kg N /ha, 22.4 kg P /ha dan 11.2 kg S /ha. Kombinasi dari komponen nitrogen,
fosfor, dan sulfur dengan dosis tersebut dapat meningkatkan jumlah daun, silase,
dan pertumbuhan tanaman jagung untuk daerah tropis (Mullins et al., 1997). Dosis
unsur N, P, dan S tersebut setara dengan dosis pupuk NPK 150 kg/ha merk Phonska
yang memiliki perbandingan dosis N, P, K, dan S berturut-turut sebesar 15%, 15%,
15%, dan 10%.
Penyiangan dan pengairan merupakan kegiatan pemeliharaan tanaman
jagung. Penyiangan dilakukan sebagai upaya untuk pengendalian gulma yang
tumbuh di areal penanaman baik secara manual, mekanis, maupun secara kimiwi.
Pengairan pada proses budidaya jagung pada musim kemarau dapat dilakukan
minimum empat kali setiap hari. Jumlah air yang diberikan untuk setiap pemberian

4
sebanyak 60 mm tinggi air. Jumlah air ini dapat mempertahankan tanah menjadi
cukup jenuh selama pertumbuhan tanaman (Adisarwanto dan Widyastuti 2002).
Pupuk
Proses pengaplikasian pupuk di lahan sangat dipengaruhi oleh sifat fisik
pupuk yang digunakan. Menurut De (1989), sifat-sifat fisik pupuk memberi
pengaruh baik secara agronomi maupun dalam penanganan, transportasi,
penyimpanan, dan saat pengaplikasian. Penanganan yang tidak sesuai terhadap sifat
fisik pupuk dapat mengakibatkan terjadinya permasalahan pengaplikasian pupuk
melalui aplikator pupuk, seperti segregasi, penggumpalan, dan higroskopisitas yang
tinggi. Beberapa sifat pupuk yang harus dipertimbangkan dalam mendesain
aplikator pupuk adalah sudut curah pupuk, sifat higroskopis, massa jenis pupuk,
ukuran partikel pupuk, dan kekuatan partikel pupuk.
Sudut curah atau sudut repose pupuk adalah sudut yang dibentuk secara alami
antar partikel pupuk ketika ditumpuk atau dijatuhkan secara bersamaan dengan total
massa tertentu. Sudut curah penting untuk diketahui dalam mendesain hopper
pupuk. Setiap jenis pupuk memiliki nilai sudut curah yang berbeda sesuai dengan
ukuran partikel pupuk.
Tabel 1 Karakteristik pupuk
Keterangan
Kadar (%)
Higroskopitas
Warna

Urea
42-46 (N)
Tinggi
Putih dan merah
jambu
28
maks 0.5

Sudut curah (o)
Kadar air (%)*
*Standar SNI
Sumber: Ichniarsyah (2013)

TSP
36 (P2O5)
Abu-abu

KCL
21 (K2O)
Oranye

31
maks 5

27
maks 1

Sumber hara N adalah pupuk urea, ZA, DAP, KNO, dan NPK. Nitrogen
merupakan hara yang bersifat higroskopis atau mudah menyerap air dan mudah
larut dalam tanah. Hara N diserap tanaman dalam bentuk NH4+ dan NO3-. Kadar
NH4+ terlarut tertinggi terjadi pada saat pemupukan hingga hari ke 3 (Ibrahim dan
Kasno, 2008), mudah hilang dan tidak tersedia bagi tanaman. Nitrogen bersifat
mobil di dalam tanah. Sumber hara P adalah pupuk superfosfat, fosfat alam, DAP,
dan NPK. Hara P dalam tanah stabil atau tidak mudah hilang. Hara K bersumber
dari pupuk KCl, MOP, KNO3, dan NPK. Hara K dalam tanah bersifat mobil, mudah
bergerak dan pada tanah tua (Ultisol dan Oxisol) mudah tercuci.
Pupuk anorganik diberikan berdasarkan sifat tanah atau kesuburan tanah dan
varietas tanaman. Sifat tanah atau status hara tanah dapat diketahui dari hasil
analisis tanah di laboratorium atau dengan Perangkat Uji Tanah Sawah (PUTS).
Dosis pupuk untuk tanaman dengan hasil lebih tinggi, misalnya padi hibrida akan
lebih tinggi (Kasno 2009). Pupuk yang digunakan untuk jagung hibrida adalah
pupuk urea yang mengandung unsur N, pupuk SP-36 atau TSP yang mengandung
unsur forfor,dan KCl yang mengandung unsur kalium.

5

Alat Pemupuk Butiran
Berdasarkan pupuk yang digunakan, alat pemupuk digolongkan menjadi tiga,
yaitu alat penebar pupuk kandang, alat penebar pupuk butiran, dan alat penyebar
pupuk cair dan gas (Smith et al. 1977). Alat penebar pupuk didesain sesuai dengan
sifat fisik dan mekanik pupuk. Pupuk butiran dapat diaplikasikan dengan cara sebar
acak (broadcast) dan beralur. Alat penebar pupuk butiran memiliki sudut repose
dan kekuatan butiran pupuk yang harus diperhitungkan dalam desain rotor penjatah.
Kondisi pupuk dan rotor penjatah dapat mempengaruhi keseragaman pemberian
pupuk. Tidak semua pupuk memiliki butiran yang seragam. Sebagian pupuk
mengalami penggumpalan sebelum diaplikasikan di lahan. Penggumpalan tersebut
disebabkan oleh faktor lingkungan pada saat penyimpanan pupuk. Selain itu,
kondisi lingkungan yang lembab pada saat pengaplikasian pupuk juga dapat
menimbulkan kelengketan pupuk pada unit penjatah pupuk. Hal ini dapat
menghambat proses penyebaran pupuk butiran di lahan dan mengakibatkan
ketidakseragaman hasil pemberian pupuk. Putaran rotor penjatah yang tidak
konstan dapat menghambat laju pemberian pupuk sehingga hasil pemupukan tidak
seragam. Masalah yang sering dialami pada rotor penjatah adalah kemacetan pada
saat dioperasikan di lahan.
Pupuk butiran diaplikasikan ke lahan melalui beberapa cara yaitu sebar acak
(broadcast application) ataupun diaplikasikan dalam alur tertentu yang disebut
banded application (Srivastava et al. 2006). Peralatan yang digunakan untuk
menebarkan pupuk butiran ke lahan ini tipe gravitasi, rotary (centrifugal), dan
tekanan udara (pneumatic) (Ichniarsyah 2013). Menurut Mahler (2001), aplikasi
pupuk dengan metode sebar acak (broadcast) dibagi menjadi beberapa metode
aplikasi, yaitu: broadcast topdress, broadcast incorporated (plow moldboard),
broadcast incorporated (plow chisel), broadcast incorporated (plow disk) (Gambar
2). Mahler (2001) juga menyebutkan bahwa aplikasi pupuk dengan metode sebar
acak (broadcast) yang diaplikasikan bersamaan dengan pengolahan tanah memiliki
beberapa keuntungan, yaitu:
 Menempatkan sebagian besar dari pupuk di zona tanah di mana kelembaban
yang paling tepat akan tersedia untuk penyerapan tanaman
 Pupuk tidak tersedia untuk daun gulma
 Mengurangi kemungkinan kehilangan garam untuk bibit
 Meningkatkan kesuburan keseluruhan tanah, dan
 Menurunkan kehilangan unsur N akibat penguapan dan erosi

6

Gambar 2 Metode aplikasi pupuk sebar acak (broadcast)
Penebar pupuk tipe gravitasi Penebar tipe gravitasi untuk aplikasi barisan
menggunakan beberapa hopper kecil. Pupuk yang dijatah akan dijatuhkan melalui
saluran pupuk dan disebar dalam alur lebar melalui diffuser. Beberapa jenis penebar
pupuk dilengkapi dengan pembuka alur untuk menempatkan pupuk di bawah
permukaan tanah. Tipe penebar pupuk yang seperti ini paling umum digunakan
dengan cara digandengkan dengan unit mesin penanam (Srivastava, et al 2006)
dalam (Ichniarsyah 2013).

Gambar 3 Alat pemupuk tipe gravitasi (Srivastava. et al 2006)
Unit Penjatah Pupuk
Keseragaman hasil pemupukan menunjukkan kualitas dari alat penebar pupuk
yang digunakan. Keseragaman hasil pemupukan salah satunya ditentukan oleh unit
penjatah pupuk pada alat penebar pupuk. Berbagai jenis penjatah telah
dikembangkan untuk menghasilkan penjatahan bahan yang konsisten dan seragam.
Srivastava et al.(2006) membagi jenis-jenis penjatah pupuk seperti pada Gambar 4.

7

Gambar 4 Tipe penjatah pupuk (a) roda bintang, (b) piringan berputar, (c) ulir
rapat, dan (d) ulir longgar (Srivastava et al 2006)

Gambar 5 Tipe penjatah pupuk (a) edge-cell, (b) sabuk berputar, (c) rotor
beralur, dan (d) aliran gravitasi (Srivastava et al 2006)
Rotor Bercelah (edge-cell)
Penjatah pupuk tipe edge-cell berbentuk roda gigi dengan sudut
kelengkungan tertentu pada ujung penjatah. Penjatah pupuk rotor bercelah
merupakan tipe penjatah umpan positif. Roda penjatah dipasangkan pada jarak yang
disyaratkan sepanjang hopper dan diputar oleh poros segiempat. Dosis penjatahan
pupuk diatur dengan mengubah kecepatan putar rotornya (Srivastava et al 2006).

8

Sabuk Berputar (belt type)
Penjatah pupuk tipe ini digunakan untuk aplikasi pemupukan yang relatif
besar, seperti pada penebar rotari dengan hopper yang besar. Beberapa unit
memiliki sabuk kawat datar (terbuat dari bahan baja anti karat) yang membawa
pupuk sepanjang bagian bawah hopper dan beberapa jenis yang lain sabuknya
terbuat dari bahan karet. Dosis penjatahan dikontrol dengan mengatur bukaan pintu
pengeluaran yang berada di atas sabuk. Penjatahan dapat dibagi menjadi dua atau
lebih aliran pengeluaran saat dibutuhkan (Ichniarsyah 2013).
Rotor Beralur (flutted roll)
Penjatah pupuk tipe ini merupakan tipe penjatah yang paling banyak
digunakan untuk aplikator pestisida butiran. Terdapat roda penggerak yang
menggerakkan rotor bersudu atau rotor beralur yang terletak di atas lubang
pengeluaran. Rotor tersebut letaknya cukup rapat pada bagian bawah hopper
sehingga tidak akan terjadi aliran bahan saat rotor tidak bergerak. Idealnya, dosis
penjatahan besarnya proporsional terhadap kecepatan putar rotor dan tidak
dipengaruhi oleh kecepatan maju alat pemupuk (Ichniarsyah 2013).
Traktor Roda Dua
Traktor roda dua dibagi menjadi empat tipe, yaitu traktor roda dua tipe gerak,
tipe Thai, mini tiller, dan traktor roda dua tipe traksi. Traktor roda dua merupakan
sumber tenaga tarik mekanis yang dikendalikan dengan tangan. Traktor roda dua
dilengkapi dengan peralatan-peralatan pertanian dan menggunakan sumber tenaga
motor diesel silinder tunggal horizontal dengan kisaran tenaga antara 5 kW hingga
12 kW (Liljedahl et al., 1989).
Kotak Hopper
Kotak hopper merupakan unit yang digunakan untuk menampung suatu
bahan yang akan diaplikasikan ke lahan. Desain kotak pupuk dilakukan dengan
mempertimbangkan sifat fisik pupuk atau bahan yang akan diaplikasikan. Menurut
Mehring dan Cumings dalam Bainer et al. (1955) salah satu faktor penting yang
mempengaruhi besarnya keluaran pupuk adalah kemudahan pupuk untuk mengalir
yang dipengaruhi oleh higroskopisitas, bentuk dan ukuran partikel, penggumpalan,
berat spesifik pupuk, kelembaban relatif tempat menyimpan, dan kerapatan benda.
Salah satu sifat fisik pupuk yang menjadi acuan dalam mendesain hopper adalah
sudut curah (angle of repose). Sudut curah berperan penting dalam menentukan
kecepatan dan kemudahan aliran pupuk jatuh ke tanah secara gravitasi. Sifat korosif
pupuk juga menjadi faktor penting dalam mendesain hopper pupuk dan
menentukan bahan hopper yang akan digunakan.

9

METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan Oktober 2014 hingga bulan
Februari 2015. Perancangan mesin akan dilakukan di Engineering Design Studio,
pembuatan mesin akan dilakukan di Bengkel Departemen Teknik Mesin dan
Biosistem (TMB), dan pengujian kinerja mesin akan dilakukan di Laboratorium
Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen TMB, Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor.

Alat dan Bahan
Alat – alat yang diperlukan dalam kegiatan penelitian ini meliputi 1) peralatan
untuk perancangan, 2) peralatan untuk pembuatan prototipe mesin, dan 3) peralatan
dan instrumen untuk pengujian kinerja mesin. Peralatan untuk perancangan adalah
unit komputer dan software Solidwork (untuk penggambaran dan perhitungan
desain). Sedangkan peralatan untuk pembuatan prototipe mesin adalah: las listrik,
las potong, mesin bor, mesin gerinda duduk, mesin gergaji listrik, mesin gerinda
tangan, mesin bubut, gunting, penggaris, busur, dan pembengkok plat besi.
Sedangkan peralatan pengukuran kondisi tanah yang digunakan : perlengkapan
pengambilan contoh tanah (ring sample), Penetrometer tipe SR-2, oven dan
timbangan digital. Instrumen pengukuran uji fungsional dan uji kinerja lapangan
yang terdiri dari penggaris stainless steel 100 cm, pita ukur, patok, tachometer
digital, dan timbangan. Sebagai sumber tenaganya adalah traktor roda 2 yang
dilengkapi rotary tiller.
Bahan – bahan yang digunakan untuk pembuatan prototipe mesin adalah:
1) silinder polietilen berdiameter 60 mm dan panjang 60 cm,
2) plat besi dengan tebal 6 mm, 3 mm
3) plat stainless steel dengan tebal 1 mm,
4) poros stainless steel diameter 12 mm,
5) poros baja diameter 20 mm,
6) pasangan kunci soket dan mur untuk clutch,
7) Sproket dan rantai sepeda,
8) flens bearing,
9) sikat,
10) mur dan baut.
Bahan – bahan yang digunakan untuk pengujian prototipe adalah: pupuk
NPK, bahan bakar solar, dan oli mesin.

10
Tahapan Penelitian
Adapun tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan adalah (Gambar 6):
1. Mengidentifikasi masalah berkenaan dengan kinerja unit pemupuk dan
perumusan penyelesaiannya.
2. Memodifikasi mesin berdasarkan konsep modifikasi yang dipilih
berdasarkan kriteria perancangannya.
3. Pengukuran karakteristik pupuk NPK dan urea (bulk density, ukuran butiran
dan sudut curahnya).
4. Analisis rancangan untuk mendapatkan bentuk dan ukuran komponen
sistem transmisi, hopper pupuk dan penjatahnya yang optimum.
5. Pembuatan gambar kerja untuk pembuatan mesin pemupuk.
6. Pembuatan model metering device pupuk beserta hopper-nya, untuk diuji
kinerja penjatahannya menggunakan pupuk NPK dengan target dosis (bisa
diatur) antara 150 – 250 kg/ha.
7. Pembuatan prototipe mesin pemupuk.
8. Pengujian kinerja mesin.

Gambar 6 Flowchart tahap penelitian

11
Kriteria Perancangan
Mesin pemupuk untuk penanam jagung dengan pengolahan tanah minimum
ini merupakan modifikasi dari mesin pengolah tanah, penanam dan pemupuk
terintegrasi dengan tenaga gerak traktor beroda-2 yang telah dirancang sebelumnya
(Hermawan 2009). Kriteria perancangannya adalah sebagai berikut.
1. Unit pemupuk harus ditarik traktor roda 2 dengan daya 10.5 hp.
2. Unit pemupuk berjumlah dua buah (pada bagian kiri dan kanan) ditopang
oleh rangka utama.
3. Sumber tenaga putar untuk menggerakan mekanisme penjatah pupuk
berasal dari poros roda traktor.
4. Hopper pupuk dengan bahan anti korosi mampu menampung pupuk untuk
penanaman dengan luas lahan 1000 m2 dalam sekali pengisian pupuk.
5. Sistem penjatah pupuk harus mampu menjatah pupuk NPK dan urea pada
dosis 150 kg/ha, dan dapat diatur tingkat penjatahannya.
6. Unit pemupuk harus mampu menyalurkan dan menjatuhkan pupuk pada
alur yang akan diolah tanahnya oleh pengolah tanah rotari, pada jarak antar
alur 50 cm.
7. Kapasitas pemupukan menggunakan mesin pemupuk yang dirancang
harus lebih tinggi daripada pemupukan manual.

Modifikasi Mesin Pemupuk
Penentuan bentuk dan dimensi komponen mesin yang didesain harus
disesuaikan dengan bagian dek traktor roda dua yang digunakan. Selain itu, kriteria
desain mesin juga menjadi pertimbangan penting dalam perancangan mesin. Desain
mesin pemupuk dan pengolahan tanah terintegrasi untuk budidaya jagung secara
struktural dilakukan dengan memodifikasi komponen-komponen sebagai berikut
:
a. Memodifikasi susunan dan mengurangi jumlah rotari yang digunakan untuk
keperluan pengolahan tanah dalam alur (strip tillage). Lebar kerja dari rotari
pada awalnya adalah 65 cm dimodifikasi menjadi 75 cm. Lebar olah tanah
rotari dalam satu alur direncanakan 20 cm, sehingga hanya 5 buah pisau
rotari yang digunakan untuk tiap alur (alur kiri dan alur kanan), sehingga
pisau rotari pada bagian tengah dilepas (Gambar 7).
b. Penambahan sistem transmisi sproket dan rantai dari poros roda traktor ke
poros antara yang dilengkapi sepasang clutch geser. Dari poros antara
disambungkan ke poros pemutar rotor penjatah pupuk menggunakan
sproket dan rantai.
c. Hopper pupuk dibuat dua buah (sepasang) yang ditempatkan di sisi kiri dan
kanan dari stang kemudi traktor di atas penutup rotari. Hopper ditopang oleh
rangka utama yang dipasang di atas punggung penutup rotari. Kapasitas
hopper diperbesar sehingga mampu menampung pupuk untuk pemupukan
seluas 1000 m2 dalam sekali pengisian.
d. Penambahan saluran pengeluaran dan penjatuhan pupuk di depan rotari.
e. Penambahan rangka utama di atas punggung penutup rotari, dan di bagian
ujung depan rangkanya dibaut pada titik gandeng traktor.

12
f.

g.

Penambahan dua poros untuk transmisi daya putar dan pemutar rotor
penajatah pupuk. Poros-poros tersebut ditopang oleh flens bearing sesuai
ukuran porosnya.
Rotor penjatah pupuk diperkecil sehingga diameternya 36 mm dengan
panjang 100 mm. Penjatah pupuk yang digunakan adalah penjatah tipe edgecell (Gambar 14) (Ichniarsyah 2013).
Konsep modifikasi yang dilakukan disajikan pada Gambar 8.

Gambar 7 Pisau rotary sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)

Gambar 8 Sketsa modifikasi mesin pemupuk dan penanam jagung terintegrasi

13
Analisis Desain dan Pembuatan Gambar Kerja
Desain modifikasi aplikator pupuk pada mesin pengolah tanah minimum,
penanam, dan pemupuk jagung terintegrasi diawali dengan melakukan analisis
desain untuk menentukan dimensi aplikator pupuk, material aplikator pupuk, dan
putaran rotor yang dibutuhkan agar dapat menjatah pupuk sesuai dengan dosis
pupuk yang dibutuhkan. Dimensi aplikator pupuk yang didesain terdiri dari volume
hopper pupuk, rumah rotor metering device, lebar celah rotor metering device,
diameter rotor, panjang rotor, sudut kemiringan hopper dan saluran pengeluaran
pupuk dari hopper pupuk.
Metode Pengujian Kinerja
Pengujian kinerja dilakukan dalam dua tahap (kondisi), yaitu: 1) pengujian di
laboratorium, dan 2) pengujian pemupukan di lahan. Pengujian di laboratorium
dilakukan untuk menguji kinerja penjatahan pupuk, dengan cara mengangkat
traktor dan mesin pemupuk sehingga roda traktor dapat berputar bebas dan
menggerakkan metering device pupuk. Pupuk dimasukkan pada hopper pupuk lalu
roda traktor diputar dengan kecepatan Low-1 atau Low-2, dan pupuk dapat
dijatahkan (terjatuh) pada saluran pupuk. Pupuk yang keluar dari saluran pupuk
selama lima putaran roda traktor ditampung lalu ditimbang. Percobaan dilakukan
dalam: 1) tiga tingkat penjatahan (50%, 75% dan 100% rotor terbuka), 2) Jenis
pupuk (NPK), 3) kecepatan putar poros roda traktor pada kecepatan Low-1 atau
Low-2 pada kecepatan putar engine 1800 rpm, 4) masing-masing dilakukan lima
kali ulangan. Hasilnya dianalisis untuk mendapatkan nilai rataan dan standar
deviasinya. Pengujian di laboratorium dapat dilihat pada Gambar 9.
Pengujian kinerja yang dilakukan pada kegiatan pemupukan di lahan adalah:
1) pengujian tingkat ketepatan dan keseragaman dosis pemupukan, 2) hasil
pengolahan tanah, dan 3) kapasitas lapangan. Lahan uji disiapkan dengan ukuran
lebih kurang panjang 20 m dan 1ebar 7.5 m. Lahan diratakan dan dibersihkan,
sehingga siap dipupuk. Sebelum pemupukan, kondisi tanah diukur (tahanan
penetrasi, kadar air dan bulk density. Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan
dengan menggunakan penetrometer dengan luas cone 3 cm2. Menurut Kisu (1972),
cone penetrometer standar dengan tipe penetrometer SR-2 memiliki sudut 30o
dengan luas cone 2 cm2 atau 6 cm2. Pengukuran tahanan penetrasi tanah (cone
index) yang menggunakan penetrometer dengan sudut 30o dengan luas yang
berbeda perlu dikonversi untuk mengetahui cone index standar dari tanah yang
diukur (Lampiran 10). Setelah sifat fisik dan mekanik tanah diukur, traktor tangan
digunakan untuk menarik dan menggerakkan rotary tiller dan unit pemupuknya.
Traktor dioperasikan pada kecepatan putar motor 1800 rpm, tingkat kecepatan maju
Low-1, dan tingkat kecepatan putar rotary Low.
Tingkat Ketepan Dosis Pemupukan dan Kondisi Pencampuran Pupuk
Ketepatan dosis pemupukan diukur dengan cara menampung pupuk yang
keluar dari saluran pupuk dalam waktu lima putaran roda traktor. Percobaan
dilakukan dalam: 1) tiga tingkat penjatahan (50%, 75% dan 100% rotor terbuka),
2) jenis pupuk NPK. Pengukuran dilakukan dalam lima kali ulangan. Hasilnya
dianalisis untuk mendapatkan rataan dan standar deviasinya.

14
Metode pengukuran kualitas pencampuran pupuk dengan tanah dilakukan
secara visual. Kondisi pencampuran pupuk dalam tanah diamati dengan membuat
profil potongan tanah searah vertikal dan horizontal pada alur pengolahan tanah,
lalu profil tanah tersebut difoto. Pengambilan gambar profil tanah dilakukan dengan
menentukan tiga titik sampel profil tanah secara acak pada alur penanaman
sepanjang 20 m. Pengukuran kualitas pencampuran pupuk dengan tanah dilakukan
pada bukaan rotor penjatah 100%. Kondisi pencampuran pupuk dengan tanah yang
baik terjadi apabila pupuk tercampur rata dengan tanah dan tidak ada yang
terkonsentrasi pada titik tertentu. Kedalaman sebaran pupuk juga diukur untuk
mengetahui kedalaman pemupukan di lahan.
Neraca pupuk

Dongkrak

Pupuk

7.5 m

Gambar 9 Sketsa pengujian penjatahan pupuk di laboratorium

20 m
Gambar 10 Sketsa pengujian penjatahan pupuk di lapangan

15
Mutu Hasil Pengolahan Tanah
Mutu hasil pengolahan tanah yang diukur adalah tingkat penggemburan yang
dihasilkan oleh pisau rotary. Tanah hasil pengolahan diambil sample-nya dengan
ring sample, lalu diukur bulk density-nya. Demikian juga tanah yang tidak terolah
juga diambil sample-nya, dan diukur bulk density-nya. Pengkuran dilakukan pada
tiga posisi secara acak masing-masing. Kedua kondisi bulk density-nya
dibandingkan, untuk mengetahui tingkat perubahan kegemburan tanah hasil
pengolahan tanah dengan rotary.
Kapasitas Lapangan
Selama pengujian mesin, dilakukan pengukuran kinerja mesin yang meliputi
pengukuran kapasitas lapangan teoritis (Klt), kapasitas lapangan efektif (Kle), dan
efisiensi lapangan (El). Kle, Klt dan El dapat dihitung sebagai berikut (Hermawan
2011):
��
��

=

�

(1)

�

= 36

�� =

�� =

20

�20

���
���

×

� ��

(2)
(3)

%

(4)

keterangan:
Kle : kapasitas lapangan efektif (m2/jam)
Klt : kapasitas lapangan teoritis (m2/jam)
A : luas lahan petakan (m2)
T : waktu kerja (jam)
Lt : lebar kerja teoritis (m)
Vt : kecepatan maju teoritis (m/s)
t20 : waktu tempuh pada jarak 20 m (s)
El : efisiensi lapangan (%).

ANALISIS RANCANGAN
Analisis Kebutuhan Daya
Kemampuan traktor untuk menggerakkan sistem transmisi dan poros dari
rotor penjatah pupuk dan benih dipengaruhi oleh beban dan tahanan yang terjadi
pada tiap komponen prototipe penanam dan pemupuk jagung terintegrasi. Daya dari

16
engine traktor yang digunakan harus mampu mengatasi beban dari unit aplikator
pupuk dan aplikator benih jagung. Beban dari unit aplikator pupuk disebabkan oleh
sejumlah butiran pupuk yang terjepit pada ujung celah rotor seperti pada Gambar
11. Kebutuhan torsi pada rotor pupuk kiri diperoleh dari beban pada aplikator benih
dan beban puntir pada rotor, sedangkan kebutuhan torsi rotor pupuk kanan
diperoleh dari beban puntir murni rotor (Gambar 12). Berdasarkan hasil
pengukuran, beban yang diterima oleh poros rotor pupuk kanan dan kiri masingmasing adalah 3.94 kg dan 25.24 kg.
Butiran pupuk

F

Rumah rotor penajatah

Gambar 11 Sketsa beban puntir pada rotor penjatah

Poros antara
Beban puntir
rotor penjatah
pupuk

Fbeban tarik MD benih

Gambar 12 Transmisi beban dari poros roda traktor ke unit penjatah pupuk
Besarnya torsi yang dibutuhkan untuk memutar rotor kiri adalah 15.3 Nm,
sedangkan nilai torsi yang dibutuhkan untuk memutar rotor kanan adalah 0.70 Nm.
Daya yang dibutuhkan untuk memutar rotor kanan adalah sebesar 1.75 W,
sedangkan daya yang dibutuhkan untuk memutar rotor kiri adalah sebesar 38.46 W.
Daya total unit aplikator pupuk dan aplikator benih selanjutnya diterima oleh poros
antara adalah sebesar 0.04 kW atau 0.054 hp. Perhitungan kebutuhan daya secara
lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1.

17

Analisis Desain Fungsional
Modifikasi mesin pengolah tanah minimum, penanam dan pemupuk
terintegrasi untuk budidaya tanaman jagung diawali dengan melakukan pendekatan
desain fungsional. Prototipe mesin yang didesain dapat melakukan pengolahan
tanah yang minimum dalam alur tanam, sekaligus pencampuran pupuk dengan
tanah, dan penanaman benih jagung dilakukan sekaligus pada satu lintasan operasi.
Untuk menggerakkan metering device pupuk dan metering device benih, digunakan
tenaga putar dari putaran poros roda traktor. Proses penjatahan pupuk diatur oleh
rotor penjatah pupuk sesuai dengan dosis yang dibutuhkan tanaman jagung. Hopper
diberi penutup untuk mencegah keluarnya pupuk akibat getaran saat operasi. Pupuk
yang jatuh ke lahan akan diaduk oleh pisau rotari traktor sehingga tercampur merata
dengan tanah yang diolah minimum oleh pisau rotari (Gambar 13).
Komponen yang dapat melakukan kerja sesuai dengan fungsi yang
dibutuhkan sebagai berikut:
a. Fungsi untuk melakukan pemotongan dan pengolahan tanah pertama dan
sekaligus mencampurkan pupuk dalam tanah dikerjakan oleh pisau rotari.
b. Fungsi sebagai tempat dudukan rotor penjatah, hopper pupuk dikerjakan
oleh rangka utama yang dipasang pada dek rotari tiller.
c. Untuk menghubungkan dan memutuskan tenaga putar dari poros roda
traktor ke rotor penjatah digunakan transmisi sproket dan rantai melalui
poros antara yang dilengkapi sepasang clutch geser.
d. Untuk menyalurkan pupuk dari hopper digunakan saluran pupuk.
e. Untuk menampung pupuk digunakan hopper.
f. Fungsi mengatur penjatahan pupuk sesuai dengan kebutuhan dosis
pemupukan dikerjakan oleh rotor penjatah.

Metering device pupuk

Arah pergerakan traktor
Hopper
pupuk

Unit
penanam

Sumber torsi yang dimanfaatkan

Rotary tiller

Gambar 13 Rancangan konsep mesin penanam dan pemupuk jagung terintegrasi

18
Analisis Desain Struktural
Rangka Alat
Rangka utama alat terbuat dari besi plat dengan tebal 6 mm. Modifikasi
rangka dilakukan mengikuti bentuk dek rotari traktor. Posisi lubang poros
disesuaikan dengan posisi tempat poros antara yang akan dipasang. Jarak antar
poros disesuaikan dengan desain letak aplikator pupuk dan unit penanam jagung.
Rangka utama didesain tidak terpasang permanen dengan dek belakang traktor
sehingga dapat dilepas dan dipasang kembali.

Gambar 14 Rangka utama

Rotor Penjatah
Rotor penjatah didesain sesuai dengan karakteristik pupuk yang digunakan
serta kebutuhan pupuk untuk tanaman jagung. Dimensi rotor penjatah didesain
sesuai dengan jarak tanam jagung yang digunakan yaitu 75 cm. Rotor yang
digunakan pada penelitian kali ini adalah rotor dengan tipe edge cell (Gambar 15).
Jumlah sudu rotor adalah 6 buah yang disesuai dengan rumah rotor pada hopper
yang tersedia.

Gambar 15 Rotor penjatah
Desain rotor penjatah aplikator pupuk disesuaikan dengan jenis pupuk yang
akan digunakan. Jenis pupuk yang diaplikasikan oleh aplikator pupuk yang didesain
adalah NPK dengan dosis 150 kg/ha untuk pemupukan pertama. Pupuk
diaplikasikan pada jarak tanam 20 cm x 75 cm. Untuk menghitung jumlah pupuk

19
yang harus dijatuhkan per panjang alur tanam digunakan Persamaan 11. Dengan
memasukkan dosis pupuk NPK untuk pemupukan awal dapat diketahui jumlah
pupuk yang harus dijatahkan per meter panjang alur pupuk seperti pada Tabel 2
D a
(11)
Pp1m  p
10
Keterangan:
Pp1m : jumlah pupuk yang dijatahkan per meter panjang alur pupuk (g/m)
Dp : dosis pupuk NPK (kg/ha)
a
: jarak antar baris tanaman (m)
Jumlah pupuk yang harus dijatahkan perputaran rotor penjatah memperhatikan
mekanisme transmisi oleh roda penggerak melalui transmisi rantai dan sprocket.
Jumlah pupuk yang dijatahkan dalam setiap putaran rotor penjatah dengan
Persamaan 12.
P1 put  Pp1m    Drt  1  k rp 

S pa1
S pt



S pp1
S pa2

(12)

Keterangan:
P1put : jumlah pupuk yang harus dijatahkan per putaran rotor penjatah (g)
Drt : diameter roda traktor (m)
a
: jarak antar baris tanaman (m)
krp : tingkat kemacetan roda penggerak (desimal)
Spa1 : jumlah gigi sprocket 1 poros antara
Spa2 : jumlah gigi sprocket 2 poros antara
Spt : jumlah gigi sprocket roda traktor
Spp1 : jumlah gigi sprocket poros pupuk

Tabel 2 Hasil perhitungan penjatahan pupuk per satu putaran rotor
Jenis Pupuk
Dp (kg/ha)
a (m)
Pp1m (g/m)
P1put (g)
NPK
150
0.75
11.25
11.13

Banyaknya butiran pupuk yang dijatahkan dalam satu putaran rotor penjatah
merupakan volume celah dari rotor penjatah (metering device) tersebut. Dengan
mengetahui data kerapatan isi pupuk (g/cm3), volume pupuk yang harus dijatahkan
dalam satu putaran rotor dapat diketahui dengan menggunakan Persamaan 13.
Rotor penjatah pupuk didesain memiliki diameter 3.6 cm dengan jumlah celah
sebanyak 6 celah. Diameter celah rotor didesain sebesar 4.5 mm. Hal ini
disesuaikan dengan diameter rata-rata butiran pupuk NPK, yaitu sebesar 4 mm.
Perhitungan luas celah rotor dapat dilihat pada Lampiran 3.
V1 put 

P1 put

p

(13)

20
Keterangan:
V1put : volume pupuk yang harus dijatahkan per putaran rotor (cm3)
P1put : jumlah pupuk yang harus dijatahkan per putaran rotor penjatah (g)
ρp
: kerapatan isi pupuk (g/cm3)
Adapun perhitungan panjang rotor penjatah pupuk dapat ditentukan dengan
menggunakan Persamaan 14. Panjang rotor pupuk didesain menjadi 10 cm. Hal ini
dilakukan dengan mempertimbangkan kemungkinan penggunaan aplikator pupuk
pada dosis yang lebih besar. Untuk keperluan dosis yang lebih kecil, panjang celah
rotor dapat diperpendek dengan memasang penutup celah yang dapat diatur sesuai
kebutuhan. (Gambar 16).

L

V1 put

Acr  6
Keterangan:
L
: panjang rotor penjatah (cm)
V1put : volume pupuk yang harus dijatahkan per putaran rotor (cm3)
P1put : jumlah pupuk yang harus dijatahkan per putaran rotor penjatah (g)
Acr : Luas satu celah rotor (g/cm3)

(14)

Tabel 3 Hasil perhitungan panjang rotor
Jenis Pupuk
NPK

P1put (g/putaran)
11.13

V1put (cm3)
12.18

Amd(cm2)
0.73

L (cm)
2.77

Rotor penjatah
Selubung rotor

Gambar 16 Rotor dan selubung rotor
Hopper Pupuk
Hopper didesain dengan menggunakan bahan stainless steel yang memiliki
ketebalan 1 mm. Pemilihan bahan stainless steel dilakukan karena bahan stainless
steel cukup kuat dan tahan terhadap karat yang ditimbulkan oleh pupuk. Volume
hopper pupuk maksimal hasil rancangan disesuaikan dengan luas maksimal dek
rotari yang didapatkan yaitu 17769 cm3. Luas lahan yang dapat dipupuk dalam satu
kali mengisi hopper pupuk (A) dapat dihitung dengan Persamaan 15. Luas lahan
maksimal yang dapat dipupuk oleh aplikator disajikan pada Tabel 4.
A

Vhp  n   p
D p  1000

(15)

21
Keterangan:
A
: luas lahan pemupukan sekali mengisi hopper (ha)
Vhp : volume hopper pupuk (cm3)
n
: jumlah unit mesin pemupuk
ρp
: kerapatan isi pupuk (g/cm3)
Dp : dosis (kg/ha)

Tabel 4 Hasil perhitungan luas maksimal sekali pengisian hopper pupuk
Jenis pupuk Vhp (cm3)
NPK
17769

n (unit)
2

ρp (g/cm3)
0.914

Dp (kg/ha)
150

A (ha)
0.2165

Dengan memanfaatkan ruang di atas dek rotari traktor, kapasitas volume
hopper pupuk dapat ditingkatkan menjadi 17.769 liter untuk satu hopper.
Dirancang dua hopper pupuk sehingga kapasitas hopper pupuk dapat ditingkatkan
menjadi 35.538 liter. Hopper pupuk didesain terdapat dua buah yang dipasang
diatas dek kanan dan kiri rotari traktor. Hopper pupuk memiliki kemiringan tertentu
yang didesain dengan mempertimbangkan sudut curah pupuk NPK, yaitu rata-rata
31o. Dengan pertimbangan sudut kemiringan tersebut, hopper pupuk didesain
memiliki kemiringan 45o sehingga pupuk dapat mengalir dengan mudah menuju
rotor penjatah pupuk. Dengan kapasitas maksimal hopper pupuk tersebut, aplikator
pupuk mampu memupuk lahan seluas 2165 m2 dalam sekali mengisi. Adapun
sketsa hopper dapat dilihat pada Gambar 17.

Rumah rotor

Gambar 17 Hopper pupuk penjatah

22
Poros Antara
Rotor penjatah pupuk memanfaatkan tenaga putar poros utama traktor yang
ditransmisikan menggunakan transmisi rantai-sproket melalui poros antara. Bahan
poros yang digunakan adalah baja paduan S45C dengan kekuatan tarik sebesar 58
kg/mm2. Dengan mengetahui nilai torsi dan bahan yang digunakan pada poros
antara, diameter poros antara yang dibutuhkan adalah 25.4 mm. Perhitungan
diameter poros secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 2.
Poros Rotor Penjatah Pupuk
Poros penjatah pupuk mengalami beban puntir yang berasal dari tahanan
potong pupuk saat pupuk terjepit pada celah antara rotor dan rumah rotor. Selain
itu, pada rotor kiri, poros rotor juga mendapat beban puntir dari metering device
benih. Bahan poros yang digunakan adalah bahan stainless steel dengan kekuatan
tarik sebesar 85 kg/mm2. Dengan mengetahui nilai torsi dan bahan poros yang
digunakan pada poros rotor penjatah, diameter poros rotor penjatah pupuk yang
digunakan adalah sebesar 12 mm. Perhitungan diameter poros secara lengkap dapat
dilihat pada Lampiran 2.
Sistem Transmisi
Sistem transmisi yang digunakan pada unit penanam dan pemupuk jagung
adalah rantai-sproket. Rantai yang digunakan adalah rantai nomor 40. Rantai ini
memiliki jarak bagi (pitch) 12.7 mm, batas kekuatan tarik rata-rata (σ) 1950 kg, dan
beban maksimum yang diizinkan (Fu) sebesar 300 kg. Jarak sumbu sproket (C)
untuk poros antara dengan poros rotor penjatah adalah 181.35 mm. Jumlah gigi
sproket yang digunakan adalah jumlah gigi 18 dan 14. Putaran roda traktor adalah
sebesar 12 rpm, sehingga dengan perbandingan transmisi dapat diketahui kecepatan
pada poros rotor pupuk yaitu 24 rpm. Daya yang harus ditransmisikan pada poros
antara adalah sebesar 0.04 kW, pada poros rotor pupuk adalah 0.038 kW. Rantai
dapat digunakan jika memenuhi syarat faktor keamanan (Sf) lebih dari 6, daerah
kecepatan kurang dari 10 m/s, dan beban (F) kurang dari beban maksimum yang
diizinkan. Berdasarkan kriteria tersebut, sistem transmisi rantai sproket yang
digunakan yaitu rantai dengan panjang 45 rantai dari poros antara ke p