PEMBUATAN ALAT TANAM BENIH JAGUNG (Zea mays) OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI YUNIUS GIRRY WIJAYA F

Transkripsi

1 PEMBUATAN ALAT TANAM BENIH JAGUNG (Zea mays) OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI YUNIUS GIRRY WIJAYA F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011

2 DESIGNING OF MICROCONTROLLER-BASED AUTOMATIC CORN SEED PLANTER Kudang Boro Seminar and Yunius Girry Wijaya Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia. Phone , ABSTRACT Until this time, majority of Indonesian farmers plant seeds by using a dibble (conventional method), that needs extra power, more human operators and is ergonomically inefficient. Therefore, a more precision seedling machine is needed to alter the manually seedling process into mechanically seedling process by using seed planter. A seed planter consists of mechanical component and electronic components. The mechanical component includes draft machine, dibble wheels, a supporting wheel, hopper, a metering device, a drainage tube, a fertilizer plot opener, and a covering hole device. The electronic component includes a metering motor, a micro-controller, a magnet sensors, a motor-driver and a electrical power supply. The design methodology used in this research is based on functional and structural design. Moreover, ergonomic values of the designed seed planter are also condidered based on the Indonesian average anthropometries. This dimension of the seed planter is of 130 cm (length) x 100 cm (width) x 90 cm (height) cm. The length of the connecting rod is 110 cm with a wheel diameter of drill 40 cm. The seed storage capacity of the hopper is 3.0 kg. The metering device diameter is 12 cm. The operating capacity of the croping tool is hours / ha. The proposed seed planter is designed to be operated by a single human operator with pushing power of watts. The enriched feature of the seed planter is precicesness of seeding and and multifunction capabilities (making seed holes, allocating seed & granular pesticide, closing seed holes, producing fertilizing rows). Keyword: seed planter, dibble, metering device, micro-controller

3 Yunius Girry Wijaya. F Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler. Di bawah bimbingan Kudang Boro Seminar RINGKASAN Selama ini para petani Indonesia menanam benih dengan menggunakan tugal (metode konvensional) yang membutuhkan banyak tenaga dan operator serta tidak ergonomis. Sehingga penulis berpikir diperlukan alat tanam benih presisi dan otomatis yang mampu menggantikan pekerjaan menanam yang selama ini dilakukan secara manual dengan bantuan mesin tanam yang ada. Alat tanam yang diusulkan dan dirancang dalam penelitian ini memiliki dua bagian utama yaitu: perangkat mekanis dan perangkat elektronika. Perangkat mekanis terdiri atas rangka alat, roda tugal, roda pembantu, tempat penampungan benih dan furadan, piringan penjatah, tabung penyalur, pembuka alur pupuk dan penutup lubang tanam. Perangkat elektronika terdiri dari motor penggerak metering, mikrokontroler, open gate, sensor magnet, dan sumber listrik DC. Metoda perancangan yang dilakukan adalah proses perancangan baik secara fungsional maupun struktural. Metode awal yang digunakan adalah mengidentifikasi masalah yang ada di lapangan, kemudian menganalisis permasalahan tersebut dan dilanjutkan dengan mengumpulkan ideide sebagai penyelesaian dari masalah tersebut. Kemudian melakukan konsep desain dan analisis desain yang memperhitungkan volume hopper, diameter poros, kebutuhan daya pada alat dan perancangan sistem penjatahan benih. Selain faktor perancangan tersebut nilai ergonomika dari alat juga diperhitungkan dengan mengacu pada antropometri rata-rata manusia Indonesia sebagai acuan dimensi alat. Selanjutnya dilakukan pembuatan prototipe alat dan pengujian di lahan. Sistem penggerak roda tugal adalah daya dorong manusia dengan bantuan mikrocontroller dan sensor magnet yang terpasang oleh dudukan sensor sebagai sistem penjatahan. Harapan dari sistem yang dipakai ini adalah ketepatan pembacaan lubang tugal, penyaluran benih dan furadan ke dalam lubang tanam, menutup lubang tanam dan membuat alur pemupuk. Tenaga masukan untuk komponen elektronika berasal dari accu sedangkan tenaga dorong yang diperlukan untuk mendorong adalah daya dorong manusia sebesar Watt. Dalam pengoperasiannya alat ini hanya membutuhkan satu orang operator saja. Dimensi dari alat ini adalah 130 x 100 x 90 cm. Panjang batang penghubung yang digunakan adalah 110 cm dengan roda tugal diameter 40 cm. Alat ini akan menanam benih dengan jarak tanam cm. Kapasitas total penampung benih (hooper) adalah 3 kg benih dan kapasitas total dari penampung furadan adalah 2 kg. Penjatah benih yang digunakan berdiameter 12 cm dan diameter penjatah furadan 8 cm. Mata tugal didesain dengan bentuk prisma segitiga degan dimensi cm. Diameter roda tugal cm dan panjang poros 100 cm. Kapasitas kerja alat adalah jam/ha dengan kapasitas lapang teoritis ha/jam dan kapasitas lapang efektif ha/jam. Rata-rata kedalaman lubang yang dihasilkan adalah 3.65 cm dan rataan penjatahan benih tiap lubangnya adalah 1 benih/lubang tanam, sedangkan untuk furadan g/lubang tanam. Efisiensi penanaman yang dihasilkan adalah 85 %.

4 PEMBUATAN ALAT TANAM BENIH JAGUNG (Zea mays) OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Oleh YUNIUS GIRRY WIJAYA F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

5 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR Judul Skripsi Nama NIM : Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler : Yunius Girry Wijaya : F Menyetujui, Pembimbing Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc NIP Mengetahui: Ketua Departemen, Dr. Ir. Desrial, M.Eng NIP Tanggal Lulus:

6 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (Zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Skripsi ini adalah keluaran dari program Pre-Mentoring yang dilaksanakan oleh RAMP yang memfasilitasi selama proses pembelajaran dan mendanai dalam pembuatan alat ini sebagai target luaran yang harus dicapai. 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. Bogor, Desember 2011 Yang membuat pernyataan Yunius Girry Wijaya F

7 BIODATA PENULIS Yunius Girry Wijaya. Lahir pada tanggal 8 Juni 1989 di Klaten. Penulis lahir sebagai anak pertama dari empat bersaudara, dari pasangan Bapak Antonius Jarwadi dan Ibu Sumarmi. Pendidikan formal mulai di tempuh di TK BDN II Cilandak Barat, Jakarta Selatan ( ), SDN 01 Pagi Cilandak Barat, Jakarta Selatan ( ), SMPN 68 Jakarta ( ), SMAN 46 Jakarta ( ), dan Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI di Departemen Teknik Pertanian (Teknik Mesin dan Biosistem) Fakultas Teknologi Pertanian ( ). Selama mengikuti perkuliahan, penulis mengikuti berbagai kegiatan termasuk menjadi pengurus Agricultural Engineering Design Club (AEDC) periode sebagai staf publikasi dan sebagai ketua. Selain itu penulis pernah menjadi asisten praktikum Gambar Teknik tahun ajaran ( ), selain itu menjadi wakil ketua Elektro Robotik Club (ERC) periode ( ). Pada tahun 2010, penulis melaksanakan praktik lapangan di Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung, Bandung selama 40 hari kerja dengan topik Aspek Ergonomika Serta Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3) Pada Proses Pengolahan Teh Hitam di Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung. Ditahun berikutnya penulis melakukan penelitian sebagai syarat kelulusan Sarjana Teknologi Pertanian dengan judul Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler.

8 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia dan berkat-nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini berjudul Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler dibuat di bengkel 42 Manufactur Engineering dan diuji coba di laboratorium lapangan Leuwikopo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB, sejak April sampai September Dengan telah selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama pelaksanaan penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini. 2. RAMP sebagai lembaga inovasi yang telah memberikan kepercayaan serta memfasilitasi dan mendanai untuk terciptanya penelitian ini. 3. Dr. Ir. Faiz Syuaib selaku pihak RAMP yang telah membimbing dan mengingatkan segala hal yang berkaitan dengan Pre-Mentoring Program. 4. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr sebagai dosen pembimbing dari RAMP yang telah memberikan masukan dalam penyusunan skripsi ini. 5. Dr. Ir. Wawan Hermawan. M.S dan Ir. Mohamad Solahudin, M.Si sebagai dosen penguji yang telah memberikan masukan dalam penyusunan skripsi ini. 6. Ayah, Ibu, adik dan semua keluarga untuk semua pertolongan, dukungan moril dan materil, kasih sayang, doa, dan semua pengorbanan yang tak ternilai. 7. Huda Fatmawati, Hans Findranov, dan Cecep untuk semua bantuannya selama penulis melaksanakan penelitian. 8. Pak Wana, Mas Firman, Mas Darma, dan Pak Parma serta seluruh civitas Departemen Teknik Mesin dan Biosistem atas bantuan dan kerjasamanya selama melakukan penelitian. 9. Tri yulni yang telah membantu memeriksa dan memberikan masukan dalam tata penulisan skripsi. 10. Rekan rekan Teknik Pertanian angkatan 44 atas bantuan pada saat pengujian alat serta semangat dan motivasinya. Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Bogor, Desember 2011 Yunius Girry Wijaya iii

9 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... vii I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. Budidaya Jagung... 3 B. Mesin Penanam dan Pemupuk Pembuka Alur Penutup Alur Penjatah (Metering Device) Benih Penjatah (Meering Device) Pupuk Kotak (Hopper) Pupuk... 8 C. Perkembangan Rangkaian Elektronika Mikroprosesor dan Mikrokontroler Sensor Magnet Motor DC Motor Driver... 9 D. Ergonomika III. METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian B. Alat dan Bahan Peralatan dan Bahan Pembuatan Alat Alat dan Bahan untuk Pengujian Peralatan Pendukung C. Tahapan Penelitian IV. ANALISA PERANCANGAN A. Rancangan Fungsional B. Rancangan Struktural Rangka Utama Penjatahan Benih dan Furadan (metering device) Kotak (hopper) Benih dan Furadan Roda Tugal Poros Roda Tugal Pembuka Alur Pupuk Sumber Tenaga V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Prototipe Rangka Utama iv

10 2. Roda tugal Hopper Benih dan Furadan Penjatah Benih dan Furadan Tabung Penyalur dan Open Gate Pembuka Alur Pupuk Komponen Elektronika a. Mikrokontroler b. EMS Dual H-bridge 2 A c. Rangkaian Pembagi Tegangan d. Sensor Magnet e. Rangkaian Penguat Op-Amp f. Motor DC Hasil Perancangan Alat B. Kinerja Alat Tanam Benih dan Furadan Kemacetan Metering Device Benih dan Furadan Kinerja Penanaman Kinerja Penjatahan Furadan Hasil Pengujian VI. SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v

11 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Pertumbuhan luas lahan dan produksi jagung... 1 Tabel 2. Data kepemilikan lahan di daeran Cibungbulang, Bogor... 2 Tabel 3. Densitas Berbagai Jenis Jagung... 3 Tabel 4. Data antropometri orang Indonesia persentil Tabel 5. Data hasil pengujian alat vi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Volume ekspor dan impor jagung di Indonesia (Deptan, 2010)... 1 Gambar 2. Tipe pembuka alur (Bainer et al., 1960)... 5 Gambar 3. Mekanisme pembuka alur dan penutup alur (Srivastava et al., 1996)... 6 Gambar 4. Mekanisme penjatahan benih: fluted (a), vertical plate (b), inclined plate (c), doubelrun (d), cup (e), horizontal plate (f), dan belt feed (g) Gambar 5. Piringan penjatah benih jagung : edge drop (atas), flat frop (tengah), dan full drop (bawah)... 7 Gambar 6. Penjatah pupuk: piringan berputar (a), sabuk berputar (b), gravitasi (c), ulir longgar (d), dan roda bintang (e)... 7 Gambar 7. Penjatah pupuk: rotor bercelah (a), ulir rapat (b), dan rol berputar (c)... 8 Gambar 8. Daerah maksimum dan optimum manusia mendorong alat (Herodian et al. dalam Nugroho, 2007) Gambar 9. Bagan alir metode penelitian Gambar 10. Skema rancangan fungsional Gambar 11. Rancangan rangka alat Gambar 12. Rancangan penjatah benih jagung Gambar 13. Rancangan penjatah furadan Gambar 14. (a) desain hopper benih dan (b) desain hopper furadan Gambar 15. Rancangan roda tugal Gambar 16. Rancangan mata tugal Gambar 17. Skema tahanan penetrasi tanah Gambar 18. Rancangan piringan (blade) pembuka alur pupuk Gambar 19. (a) rangka utama (b) roda bantu Gambar 20. Roda tugal Gambar 21. Hopper benih Gambar 22. Hopper furadan Gambar 23. Posisi peletakan hopper benih dan furadan Gambar 24. (a) penjatah benih (b) penjatah furadan Gambar 25. Gambar tabung penyalur dan open gate Gambar 26. Skema pergerakan open gate Gambar 27. Piringan (blade) pembuka alur pupuk Gambar 28. Gambar DT-51 ATMega Gambar 29. Gambar EMS Dual H-bridge 2 A Gambar 30. Rangkaian pembagi tegangan Gambar 31. Sensor magnet Allegro Gambar 32. Posisi magnet Gambar 33. Rangkaian penguat op-amp Gambar 34. Gambar motor DC Gambar 35. Alat tanam benih jagung dan furadan otomatis Gambar 36. Bagian-bagian alat Gambar 37 Rangkaian elektronika Gambar 38. Kemacetan metering device benih Gambar 39. Penjatahan benih jagung vii

13 Gambar 40. Pengujian alat: (a) lebar penanaman, (b) hasil penugalan dan pembuatan alur pupuk, (c) pengujian kedalaman lubang tanam dan alur pupuk, (d) lahan terolah Gambar 41. Hasil penanaman Gambar 42. Hasil penanaman yang rapi Gambar 43. Penjatahan furadan Gambar 44. Hasil keluaran penjatahan furadan viii

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Hasil uji kedalaman penugalan Lampiran 2. Hasil uji kedalaman alur pemupukan Lampiran 3. Hasil uji penjatahan benih pada lubang tanam Lampiran 4. Hasil pengukuran jarak antar lubang tanam Lampiran 5. Hasil pengukuran jarak antara penugalan dengan alur pupuk Lampiran 6. Hasil pengukuran kecepatan maju alat pada lahan diolah Lampiran 7. Hasil pengujian tanpa lahan Lampiran 8. Data dimensi jagung manis hibrida (sweet boy) Lampiran 9. Perhitungan effisiensi lapang Lampiran 10. Rancangan alat ix

15 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Jagung merupakan salah satu sumber energi utama di dunia. Selain untuk memenuhi kebutuhan pangan sehari-hari, jagung juga banyak dimanfaatkan untuk pakan ternak karena memiliki kandungan xantofil yang tinggi dan menjadi sumber energi utama bagi ternak. Petani Indonesia, khususnya didaerah Jawa, menanam jagung untuk kebutuhan pakan ternak sekali dalam setahun. Selain berfungsi sebagai tanaman selingan persawahan pada musim kering, menanam jagung juga dilakukan untuk merileksasikan tanah yang telah ditanami padi selama musim penghujan. Kebutuhan jagung di Indonesia semakin meningkat, akan tetapi lebih dari setengah kebutuhan tersebut didapatkan dari impor. Seperti terlihat pada data-data yang disajikan dalam Gambar 1, volume ekspor lebih kecil dari volume impor dari tahun ke tahun. Padahal produksi jagung mengalami peningkatan setiap tahunnya pada luas lahan yang relatif tetap (Tabel 1). Produksi jagung dalam negeri perlu ditingkatkan untuk mencapai swasembada pangan khususnya jagung. Salah satu upaya dalam peningkatan produksi jagung adalah memperbaiki sistem budidaya jagung. Tabel 1. Pertumbuhan luas lahan dan produksi jagung Tahun Luas (juta ha) Produksi (juta ton) Sumber: Deptan, ,0 Jumlah (juta ton) 1,5 1,0 0,5 0, Tahun Ekspor Impor Gambar 1. Volume ekspor dan impor jagung di Indonesia (Deptan, 2010) 1

16 Untuk memperoleh produktifitas yang tinggi dalam menanam jagung, jarak tanam merupakan salah satu faktor yang memainkan peranan penting. Jarak tanam yang terlalu rapat akan menyebabkan tanaman jagung tumbuh tidak seragam dikarenakan persaingan akar dalam memperoleh makanan lebih besar antara satu sama lain. Namun apabila jarak tanam dibuat terlalu lebar maka akan diperoleh produktifitas yang rendah karena masih ada luas lahan yang tidak dimanfaatkan. Maka dari itu keseragaman jarak tanam dan kedalaman lubang harus sangat diperhatikan dalam proses penanaman jagung. Lahan pertanian di Indonesia pada umumnya berpetak-petak dan sedikit sekali yang memiliki lahan yang luas milik pribadi, sehingga penanaman jagung sebagian besar dilakukan secara manual menggunakan tugal. Proses penugalan merupakan pembuatan lubang tanam dengan menggunakan tongkat kayu, setelah lubang tanam terbuat maka selanjutnya benih dimasukkan ke dalam lubang tersebut dengan tenaga manusia. Tahap penanaman benih membutuhkan waktu dan tenaga yang cukup besar dengan biaya yang tidak sedikit. Hingga kini alat tanam benih jagung yang ada di pasaran diperuntukkan bagi lahan pertanian yang luas hingga mencapai ribuan hektar dan keadaan tanah yang berbeda dengan lahan pertanian di Indonesia. Perbedaan karakteristik alat tanam yang ada menyebabkan petani jagung Indonesia belum berani menggunakan alat tanam jagung yang ada. Tabel 2. Data kepemilikan lahan di daeran Cibungbulang, Bogor Luas Lahan (ha) Jumlah Orang 0,1 0, ,4 0, , Lebih dari 1 7 Sumber: Laporan BP4K 2009 Kecamatan Cibungbulang, Bogor Rancang bangun alat tanam jagung otomatis dimaksudkan untuk memenuhi masalah penanaman seperti kebutuhan tenaga dan operator yang banyak, serta masalah yang timbul dari penggunaan alat tanam yang di gandeng traktor yaitu biaya investasi yang tinggi dan kurang presisinya penanaman benih. Alat tanam otomatis ini dibuat bertenagakan manusia dengan desain yang sederhana dan sesuai dengan karakter lahan jagung di Indonesia. Mekanisme yang diterapkan mencakup sistem pembuat lubang dan penanam benih serta penutupan lubang tanam sehingga dengan energi yang sama dapat diselesaikan tiga pekerjaan secara bersamaan. Penggunaan alat tanam benih jagung ini diharapkan dapat meningkatkan kinerja petani jagung sehingga dapat meraih efisiensi dan efektifitas kerja yang tinggi. Selain itu pemasyarakatan alat ini dimaksudkan untuk meningkatkan antusiasme penduduk Indonesia khususnya petani jagung dalam rangka intensifikasi pertanian dengan pengurangan biaya produksi untuk mencapai keuntungan maksimal. B. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah merancang dan menguji kinerja alat tanam jagung yang otomatis dan presisi dengan berbasis mikrokontroler. 2

17 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Budidaya Jagung Produktivitas jagung sangat dipengaruhi oleh banyak faktor, diantaranya tempat tumbuh atau keadaan tanah dan jarak tanam. Oleh karena itu, agar tanaman jagung dapat tumbuh dengan baik dan tentunya menghasilkan tongkol dan biji yang banyak, maka faktor tersebut perlu diperhatikan. Menurut Purwono dan Hartono (2007), jagung termasuk tanaman yang tidak memerlukan persyaratan tanah yang khusus dalam penanamannya. Jagung dikenal sebagai tanaman yang dapat tumbuh di lahan kering, sawah dan pasang surut. Secara umum ada beberapa persyaratan kondisi yang dikehendaki tanaman jagung antara lain: 1. Jenis tanah yang dapat ditanami jagung antara lain andosol, latosol dan bisa juga Grumosol. Namun pada dasarnya tanah yang akan menjadi media tanam jagung, perlu adanya pengolahan tanah secara baik serta aerasi dan drainase yang baik pula. 2. Keasaman tanah yang sesuai bagi pertumbuhan jagung antara (ph). 3. Tanaman jagung membutuhkan tanah dengan aerasi dan ketersediaan air dalam kondisi baik. Seiring dengan perkembangan teknologi, saat ini banyak beredar jenis jagung. Dalam proses perancangan alat penanam jagung, setidaknya diketahui berat jenis dari jagung tersebut. Karena, akan dirancang pula penampung dari benih jagung maka densitas jagung itu sendiri akan mempengaruhi berapa volume yang akan dirancang. Berikut tabel densitas jagung (dalam gram/cm 3 ). Tabel 3. Densitas berbagai jenis jagung Corn type N Mean High Low SD N Mean High Low SD White Hard endosperm Waxy High Oil Nutrionally enhanced Elevator corn Export corn Sumber : J. White & Lawrence A., Tanah merupakan media atau tempat tumbuh tanaman. Akar tanaman berpegang kuat pada tanah serta mendapatkan air dan unsur hara dari tanah. Sebenarnya pengertian dari kesuburan tanah tidak hanya dikaitkan pada ketersediaan hara tanaman saja tetapi juga keseluruhan sistem tanah beserta fungsinya bagi tanaman. Kesuburan tanah itu sendiri banyak dihubungkan dengan keadaan lapisan olahnya (top soil). Pada lapisan ini, biasanya sistem perakaran tanaman berkembang dengan baik. Untuk itu pengolahan tanah memegang peran penting bagi tumbuhnya tanaman (Purwono dan Hartono, 2007). 3

18 Menurut Puriwigati (2008), seperti halnya lahan pertanian lainnya, untuk menanam jagung harus dilakukan persiapan lahan tanam. Secara umum, ada tiga macam persiapan lahan tanam yang dilakukan oleh petani, antara lain: 1. TOT (Tanpa Olah Tanah) Persiapan lahan tanpa olah tanah biasa dilakukan oleh petani di Bantul karena tanah yang terdapat di daerah tersebut relatif tidak terlalu keras dan berpori. Persiapan lahan TOT ini diawali dengan pembabatan singgang padi dan kemudian dilakukan penyemprotan Herbisida Roundup dosis 3-5 l/ha atau Polaris 6 l/ha untuk meminimumkan pertumbuhan gulma. 2. Minimum Tillage Persiapan lahan dengan minimum tillage hanya dilakukan pengolahan tanah pada jalur tanam sedangkan yang bukan jalur tanam tidak dilakukan pengolahan. Hal ini dilakukan untuk mengurangi biaya pengolahan tanah karena pada umumnya pengolahan tanah dengan minimum tillage ini dilakukan oleh petani dengan menggunakan pacul/cangkul. Pengolahan tanah adalah suatu usaha untuk mempersiapkan lahan bagi pertumbuhan tanaman dengan cara menciptakan kondisi tanah yang siap tanam. Persiapan tanam dengan full tillage ini melakukan pengolahan tanah dilakukan secara menyeluruh pada areal tanam dan biasanya dilakukan dengan pacul atau traktor tangan maupun pembajakan menggunakan hewan ternak. Pengolahan tanah dengan menggunakan traktor tangan atau hewan ternak dilengkapi dengan implemen yang sesuai dengan urutan pengolahannya. Adapun untuk pengolahan tanah primer menggunakan bajak singkal (moldboard plow) dan untuk pengolahan tanah sekunder menggunakan garu paku. Jarak tanam tergantung pada varietas jagung yang akan ditanam. Jarak tanam untuk jagung sangat bervariasi, untuk jagung berumur panen lebih 100 hari sejak penanaman, jarak tanamnya cm (2 tanaman/lubang). Jagung berumur panen hari, jarak tanamnya cm (1 tanaman/lubang). Panen < 80 hari, jarak tanamnya cm (1 tanaman/lubang). Kedalaman lubang tanam antara cm. Untuk tanah yang cukup lembab, kedalaman lubang tanam cukup 2.5 cm. Sedangkan untuk tanah yang agak kering, kedalaman lubang tanam adalah 5 cm (Martodireso dan Suryanto, 2002). B. Mesin Penanaman dan Pemupuk Mesin penanaman adalah peralatan tanam yang menempatkan benih dalam tanah pada suatu pekerjaan yang sama akan menghasilkan barisan yang teratur (Bainer et al., 1960). Sedangkan Smith dan Wilkes (1997) mengartikan alat yang dioperasikan dengan daya yang digunakan untuk menempatkan biji atau bagian tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk perkembangbiakan, produksi pangan, serat, dan pakan. Kinerja alat penanam jagung dipengaruhi oleh keseragaman benih, bentuk hopper bagian bawah, kecepatan piringan penjatah, bentuk dan ukuran lubang penyalur, serta volume hopper. Smith dan Wilkes (1997) mengklasifikasikan alat-alat tanam sebagai berikut: 1. Alat tanam larikan (barisan) Alat tanam gandengan. Alat tanam jenis ini dibagi menjadi tiga, yaitu alat tanam dengan benih dijatuhkan ke dalam lubang (drill), benih dijatuhkan di guludan (hill drop), dan benih dijatuhkan di larikan sempit (narrow row). 4

19 Terpasang di belakang traktor. Alat tanam jenis ini dibagi menjadi tiga, yaitu alat tanam dengan benih dijatuhkan ke dalam lubang (drill), benih dijatuhkan di guludan (hill drop), dan penanaman bibit (transplanter). 2. Alat tanam tabur Alat tanam tabur juga dibagi menjadi tiga, antara lain endgate seeder, narrow and wide-track dan weeder-mulcher, serta pesawat terbang. Alat tanam dan pemupuk memiliki beberapa bagian utama yaitu: pembuka alur, penjatah, penutup alur, dan hopper. 1. Pembuka alur Pembuka alur berfungsi untuk membuka alur tanah dengan bentuk dan ukuran tertentu sehingga benih atau pupuk dapat jatuh ke dalam alur tersebut. Menurut Bainer et al. (1960) ada empat tipe pembuka alur yang biasa digunakan pada alat tanam, yaitu pembuka alur lengkung (curve-runner), pembuka alur lurus (strub-runner), piringan tugal (single-disk) dan piringan ganda (double-disk). Pada gambar 3 ditunjukan keempat tipe pembuka alur tersebut. Dari keempat tipe pembuka alur, tipe pembuka alur lengkung merupakan tipe yang paling umum, sedangkan tipe pembuka alur lurus cocok digunakan untuk tanah yang kasar. Gambar 2. Tipe pembuka alur (Bainer et al., 1960) 2. Penutup Alur Penutup alur berfungsi untuk menutup alur tanam setelah penjatuhan benih. Richey et al. (1961) menjelaskan bahwa penutup alur ini bisa berupa rantai yang diseret (drag chain), piringan penutup (Gambar 4.c), lempeng penutup, sekop penutup dan penutup dengan tekanan roda (Gambar 4.d). 5

20 Gambar 3. Mekanisme pembuka alur dan penutup alur (srivastava et al., 1996) 3. Penjatah (Metering Device) Benih Alat penjatah benih merupakan unit alat penanam yang menentukan hasil dari penanaman. Mekanisme penjatahan menurut Richey et al. (1961) seperti pada gambar 4. Sedangkan tipe-tipe piringan penjatah benih jagung ada tiga jenis, yaitu edge drop, flat frop, dan full drop (Smith dan Wilkes, 1977). Bentuk dari ketiga jenis piringan tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Gambar 4. Mekanisme penjatahan benih: (a) fluted, (b) vertical plate, (c) inclined plate,(d) doubel-run, (e) cup, (f) horizontal plate, dan (g) belt feed (Richey et al, 1961) 6

21 Gambar 5. Piringan penjatah benih jagung: edge drop (atas), flat frop (tengah), dan full drop (bawah) (Smith dan Wilkes, 1977) 4. Penjatah (Metering device) Pupuk Berbagai jenis penjatah telah dikembangkan untuk menghasilkan penjatahan bahan yang konsisten dan seragam. Srivastava et al. (1996) membagi jenis-jenis penjatah pupuk seperti pada Gambar 6 dan Gambar 7 Gambar 6. Penjatah pupuk: (a) piringan berputar, (b) sabuk berputar, (c) gravitasi, (d) ulir longgar, dan (e) roda bintang (Srivastava et al, 1996) 7

22 Gambar 7. Penjatah pupuk: (a) rotor bercelah, (b) ulir rapat, dan (c) rol berputar (Srivastava et al, 1996) 5. Kotak (hopper) Pupuk Mehring dan Cummings dalam Bainer et al., (1960) menyatakan bahwa salah satu faktor penting yang mempengaruhi besarnya keluaran pupuk adalah kemudahan pupuk untuk mengalir yang dipengaruhi oleh higroskopisitas, bentok dan partikel, penggumpalan, berat spesifik pupuk, kelembaban relatif tempat menyimpan, dan kerapatan benda. Sehubungan dengan hal di atas, yang perlu diperhatikan pada pembuatan hopper pupuk adalah sudut repose (sudut curah) pupuk. Hopper pupuk sebaiknya memiliki sudut curah 40 o, pupuk campuran yang lolos pada ayakan 20 mesh akan lebih cocok beradaptasi dengan hopper pupuk (mehring dan Cummings dalam Bainer et al.,1960). Mehring dan Cummings dalam Bainer et al. (1960) juga menemukan bahwa kedalaman pupuk pada hopper pupuk memiliki pengaruh kecil terhadap keluaran dosis pada penjatah tipe sabuk dan auger (kedalaman antara 2-14 inchi). Sedangkan pada penjatah tipe star wheel revolving bottom terdapat sedikit variasi pada kedalaman 3 atau 4 inchi, sedangkan pada kedalaman 2 inchi dosis berkurang sebanyak 8-14%. Satu hal yang paling pentng pada pembuatab hopper pupuk adalah bahan pembuatannya, mengingat pupuk memiliki fase yang korosif,. Sebaiknya hopper pupuk terbuat dari bahan plastik, karet, stainless steel, atau fiberglass (Champbell, 1990). C. Perkembangan Rangkaian Elektronika Menurut Budiharto (2007), komponen elekronika yang biasa digunakan untuk merakit robot dapat menggantikan fungsi dari komponen-komponen alat mekanis. Berbagai macam komponen elektronika yang dapat digunakan seperti: 1. Mikroprosesor dan Mikrokontroler Mikroprosesor ialah suatu chip (rangkaian terintegrasi yang sangat komplek) yang berfungsi sebagai pemroses data dari input yang diterima pada suatu sistem digital. Mikroprosesor paling mudah ditemukan pada komputer/cpu (central Processing Unit). Pada sebuah komputer, terdapat mikroprosesor yang digunakan untuk memproses data dan mengkoordinasikan kerja sebuah komputer, yang dibantu oleh RAM dan ROM. Mikroprosesor ialah CPU yang dipaket menjadi 1 chip, sedangkan mikrokontroler ialah 8

23 keseluruhan komputer yang dibuat dalam 1 chip. Dengan berkembangnya teknologi mikroprosesor 8 bit dan 16 bit muncul kebutuhan agar perangkat elektronika dapat dikemas sekecil mungkin. Untuk mendukung hal tersebut tidak dapat dilakukan oleh mikroprosesor standar. Hal ini karena mikroprosesor membutuhkan komponen eksternal tambahan seperti memori, pengolah analog ke digital, dan perangkat komunikasi serial. Oleh karena itu dikembangkan chip yang di dalam kemasan tersebut sudah terdapat mikroprosesor, I/O pendukung, memori bahkan ADC yang dikenal dengan istilah mikrokontroler. Berbagai macam mikrokontroler yang dapat digunakan mulai dari seri DT-51, DT-AVR, minsyss, dan lainnya, semua tergantung kebutuhan yang dibutuhkan. 2. Sensor Magnet Sensor medan magnet dirancang untuk memberikan tanggapan terhadap intensitas medan magnet yang ada di sekitarnya. Sensor ini memiliki tiga buah terminal. Apabila tidak terdapat medan magnet di dekatnya, tegangan output yang dihasilkan piranti ini besarnya setengah dari catu daya. Apabila kutub magnet yang sesuai dengan bagian muka sensor magnet didekatkan, tegangan output akan naik. Besarnya kenaikan tegangan ini sebangding dengan kekuatan medan magnet yang dihasilkan magnet tersebut. Umumnya sensor magnet membutuhkan catu daya antara V. 3. Motor DC Motor DC atau istilah lain dikenal sebagai dinamo ialah motor yang paling banyak digunakan untuk mobile robot dan alat-alat listrik lainnya. Kelebihan motor DC ialah tidak berisik, dan dapat memberikan daya yang memadai untuk tugas-tugas berat. Motor DC standar berputar secara bebas, berbeda halnya dengan stepper motor yang bergerak sejauh sudut putarnya saja. Biasanya motor DC digerakkan dengan tegangan yang bervariasi tergantung dengan spesifikasinya, tegangan yang digunakan 5V, 12V, dan 24V. 4. Motor Driver Untuk mengetahui berapa banyak putaran, biasanyan digunakan mekanisme feedback menggunakan shaft encoder. Oleh karena itu dibutuhkan apa yang disebut sebagai H-Bridge, yang dapat dipenuhi menggunakan transistor daya. Namun saat ini sudah cukup banyak IC yang berfungsi sebagai H-Bridge dengan arus yang cukup besar. Pulse width modulation atau PWM ialah metode canggih untuk mengatur kecepatan motor dan menghindarkan rangkaian mengkonsumsi daya yang berlebih. PWM dapat mengatur kecepatan motor, karena tegangan yang diberikan dalam selang waktu tertentu saja. PWM ini dapat dibangkitkandengan modifikasi pada software dan program yang dibuat. H-Bridge dan PWM saat ini sudah mudah diperoleh dalam bentuk modul berupa motor driver. Ada dua jenis motor driver yaitu SPC DC yang biasa digunakan untuk kapasitas arus rendah dan EMS yang dapat digunakan sampai 30 A. 9

24 D. Ergonomika Pengeluaran tenaga mekanis untuk jenis pekerjaan harian berkisar antara Watt tergantung dari kondisi iklim atau lingkungan tempat kerja dan kondisi tubuh seseorang. Berdasarkan suatu hasil penelitian, rata-rata pengeluaran tenaga bagi orang Indonesia dewasa sebesar 2200 kkal/8 jam (312 Watt) telah tergolong berat. Dengan asumsi efisiensi tenaga mekanisnya 20%, berarti tenaga mekanis yang dapat dimanfaatkan hanya sebesar 64 Watt (Kusen dalam Wisnubrata, 2003). Interaksi antara manusia dengan alat atau mesin perlu diperhatikan dalam perancangan alat agar diperoleh suatu alat atau mesin yang nyaman untuk digunakan oleh penggunanya. Oleh karena itu, dimensi alat yang dirancang perlu disesuaikan dengan ukuran tubuh pengguna. Gambar 8. Daerah maksimum dan optimum manusia mendorong alat (Herodian et al. dalam Nugroho, 2007) 10

25 Tabel 4. Data anthropometri orang Indonesia persentil 50 No Pengukuran (cm) Pria Wanita 1 Tinggi Tinggi bahu Lebar bahu Tinggi siku Tinggi pinggul Lebar pinggul Panjang tangan Panjang lengan atas Panjang lengan bawah Jangkauan tangan vertikal Jangkuan tangan horizontal Tinggi duduk Tinggi siku Tinggi pinggul Tinggi lutut Panjang paha Tinggi pantat-lantai Sumber: Herodian et al. dalam Nugroho,

26 III. METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan April sampai Agustus 2011 di bengkel 42 Manufacture Engineering untuk pembuatan alat dan Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem untuk pengujian alat. Bagan alir metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 9. B. Alat dan Bahan 1. Peralatan dan Bahan Pembuatan Alat Peralatan pembuatan alat pengujian yang digunakan adalah : a. Komputer (dengan kelengkapan software AutoCAD) b. Mesin potong listrik c. Las listrik d. Mesin bor e. Gergaji besi f. dan peralatan bengkel lainnya. Software AutoCAD digunakan untuk menggambar desain alat. Peralatan bengkel digunakan sebagai alat bantu dalam pembuatan alat. Sedangkan bahan yang digunakan adalah : a. Plat besi b. Besi siku c. Pipa besi d. Mur dan baut e. Akrilik f. Plastik PE g. Dempul dan cat 2. Alat dan Bahan untuk Pengujian Alat dan bahan untuk pengujian yang digunakan adalah: a. Stopwatch b. Penggaris c. Meteran d. Patok e. Tali f. Timbangan digital g. Bibit jagung manis h. Furadan 3GR i. Multitester j. Alat tulis 12

27 3. Peralatan Pendukung Peralatan pendukung lain yang digunakan antara lain kamera digital yang digunakan untuk merekam dan mendokumentasikan pengujian, jangka sorong untuk mengukur diameter benih jagung yang akan dilakukan pengujian, kalkulator yang dipergunakan sebagai alat hitung dan PC yang dipergunakan untuk input data. C. Tahapan Penelitian Tahapan penelitian yang dilakukan merupakan langkah awal dalam merancang dan membangun sebuah alat. Adapun tahapan penelitian yang disajikan dalam Gambar 8 berdasarkan pengembangan konsep perancangan teknik yang terdapat dalam buku Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Mulai Identifikasi Masalah Analisis Masalah Konsep Desain Analisis Desain dan Pembuatan Gambar Kerja Pembuatan Prototipe Uji Fungsional Berhasil ya Uji Kinerja ya Berhasil tidak tidak Modifikasi Modifikasi Selesai Gambar 9. Bagan alir metode penelitian 13

28 Identifikasi Masalah merupakan langkah awal dalam perancangan alat. Pada tahap ini dilakukan identifikasi masalah-masalah yang muncul pada alat dan mesin tanam jagung yang sudah ada sebelumnya. Permasalahan yang sering terjadi pada alat dan mesin tanam yang sudah ada yaitu : 1) Jarak tanam benih yang tidak seragam, 2) roda penggerak tidak mampu memutar metering device dengan baik, 3) sedkit sekali alat dan mesin tanam jagung yang terintegrasi dengan penjatah furadan. Setelah diketahui permasalahan yang ada pada alat penanam dan pemupuk yang sudah ada maka dilakukan analisis permasalahan, dalam tahapan ini dilakukan analisis untuk mendapatkan solusi permasalahan yang sesuai dengan kebutuhan yang diharapkan. Solusi inilah yang akan diterapkan dalam mendesain alat tanam jagung. Setelah dilakukan analisis permasalahan yang ada dan pengumpulan ide-ide pemecahan masalah dengan mempertimbangkan beberapa aspek yang terkait, dilakukan perumusan untuk menghasilkan beberapa konsep desain yang dilengkapi dengan gambar sketsa, analisis teknik, dan perkiraan kapasitas lapangan teoritis. Analisis desain dan pembuatan gambar kerja dilakukan untuk menentukan bahan, ukuran, serta mekanisme bagian-bagian alat yang akan bergerak otomatis. Analisis teknik yang dilakukan meliputi : 1) perhitungan volume hopper, 2) perhitungan diameter poros. Setelah analisis desain selesai, kemudian dibuatlah prototipe mesin penanam jagung dan penjatah furadan. Pembuatan prototipe ini dilakukan di bengkel 42 Manufacture Engineering, Bogor. Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui apakah setiap bagian pada alat telah berfungsi dengan baik. Untuk unit penanaman dan penjatah furadan, yang di uji adalah bagian: hopper, penjatah benih dan furadan, tabung penyalur, mata tugal, pembuka alur pupuk, sensor magnet, dan sistem bukaan klep tabung penjatahan benih dan furadan. 14

29 IV. ANALISA PERANCANGAN Alat tanam jagung ini menggunakan aki sebagai sumber tenaga penggerak elektronika dan tenaga manusia sebagai penggerak alat. Alat ini direncanakan menggunakan jarak tanam 80 x 20 cm dengan harapan penjatahan benih sebanyak 1 benih per lubang pada kedalaman cm. Furadan dengan dosis 5-10 g/m 2 ditempatkan bersamaan dengan jagung pada lubang tanam, serta pembuatan alur pupuk yang berada 5-10 cm dari alur tanam. A. Rancangan Fungsioanal Prototipe alat penanam jagung ini terdiri dari unit penugalan, penjatahan benih dan furadan, pembuatan alur pupuk dan penutup lubang tanam. 1. Penugalan Proses penugalan dilakukan untuk membentuk lubang tanam benih dengan kedalaman cm dengan jarak tanam 20 x 80 cm. 2. Penjatahan benih dan furadan Proses penjatahan benih dan furadan terjadi di dalam hopper masing-masing yang diatur oleh metering device yang berbentuk piringan bercelah yang diputar oleh motor DC. 3. Pembuatan alur pupuk dan lubang tanam Penutupan ubang tanam dilakukan saat piringan pembuka alur pupuk merobek tanah dan bagian dalam tanah yang terangkat oleh piringan akan terseret masuk ke lubang tanam oleh roda penahan rangka hopper. Maju Penugalan lahan Sensor magnet Mikrokontroler Motor driver Metering device berputar Open Gate Penjatahan benih dan furadan Pembukaan alur pupuk dan penutupan lubang tanam Gambar 10. Skema rancangan fungsional 15

30 B. Rancangan Struktural 1. Rangka Utama Rangka utama terbuat dari besi pipa, besi hollow, dan besi plat yang ukurannya bervariasi. Desain rangka yang terdiri dari dudukan poros roda yang terbuat dari besi hollow, dudukan sensor magnet dan dudukan hopper terbuat dari besi plat serta stang kendali yang terbuat dari besi pipa. Stang (kemudi) berbentuk silinder dengan bahan besi pipa. Ukurannya sesuai dengan lebar bahu ergonomis manusia yaitu 40 cm dengan diameter genggaman 4 cm. Gambar 11. Rancangan rangka alat 2. Penjatah Benih dan Furadan (metering device) Penjatah benih yang digunakan adalah penjatah tipe lempeng bercelah yang dipasang pada posisi miring. Lempengan yang digunakan berdiameter 12 cm dan memiliki 8 buah celah berbentuk menyerupai elips dengan lebar celah 8 mm yang disesuaikan dengan rata-rata lebar jagung manis yaitu 6.94 cm serta panjangnya 7.2 cm dan jumlah celah sama dengan banyaknya tugal dalam roda tugal. Harapannya hasil keluaran benih adalah 1 benih per lubang. Penjatah benih ini digerakkan oleh tenaga motor DC yang diberi tegangan 12 V yang dikontrol oleh motor driver. 16

31 Gambar 12. Rancangan penjatah benih jagung Sedangkan penjatah furadan juga menggunakan tipe lempeng bercelah yang terpasang dengan posisi horizontal atau sejajar dengan alas hopper. Lempengan penjatah furadan ini memiliki dimensi diameter total 80 mm, tebal 8 mm dan 4 buah celah yang berbentuk tabung dengan ukuran diameter celah 8 mm. Penjatah furadan ini digerakkan oleh putaran motor DC yang diberi tegangan 12 V yang juga dikontrol oleh motor driver. Hasil yang diharapkan adalah penjatahan furadan dengan dosis 1.6 gram per lubang dengan perhitungan sebagai berikut: D = 100 kg a = 1.6 g Ø80 mm 15 mm Gambar 13. Rancangan penjatah furadan Volume lubang penjatah ditentukan berdasarkan volume furadan yang dijatahkan per lubang tanam. Karena dibutuhkan dosis 1.6 g furadan per lubang tanam, maka volume lubang pada piringan penjatah adalah: V ρf = D ρ f = 1.6 g 1.12 g cm 3 = 1.43 cm 3 17

32 Karena tebal silinder penjatah 0.8 cm, maka diameter lubang adalah: d = Dimana: D = dosis furadan V ρf = volume lubang penjatah furadan d = diameter lubang penjatah furadan 4V lb πt = = 1.5 cm Kotak (hopper) Benih dan Furadan Hopper benih pada alat ini terbuat dari bahan akrilik dengan tebal 3 mm. Bentuk hopper benih ini berbentuk prisma segi lima yanng di bagian sisi miringnya terdapat celah lempengan untuk penjatah benih. Hopper ini terbagi menjadi penutup hopper, dinding hopper benih, dan katup ruang penjatah. Dimensi hopper benih adalah 25 x 15 x 20 cm sedang kan dimensi hopper furadan adalah 250 x 10 x 20 cm. Kebutuhan volume hopper benih dan furadan dapat dihitung menggunakan persamaan (1) dan persamaan (2) (Syafri 2010). Kemiringan bagian penjatah hopper benih sebesar 45 0 dengan membuat sudut kemiringan hopper lebih besar dibanding sudut curah jagung diharapkan jagung yang jatuh ke saluran keluaran lebih lancar. Untuk jagung dengan kadar air 14 % sudut curahnya adalah , 18% sudut curahnya dan jagung dengan kadar air 28% adalah (Panggabean 2008). (a) (b) Gambar 14. (a) desain hopper Benih dan (b) desain hopper furadan V hb A j b 10 p l Keterangan : V hb : volume kotak benih (cm 3 ) A : luas penanaman sekali mengisi kotak benih (1000 m 2 ) J : jumlah benih jagung setiap lubang tanam (1 biji) b : massa per butir benih jagung rata-rata (0.3 g) b 4 18

33 b : kerapatan isi benih (0.676 g/cm 3 ) p : jarak antar barisan tanam (80 cm) l : jarak antar lubang tanam dalam barisan (20 cm) Ukuran volume kotak benih dengan nilai parameter yang direncanakan adalah: V hb V hb cm m g Kebutuhan benih untuk luas 1000 m 2 = 1000/ = 6250 benih Total benih dalam 1 hopper = /0.3 = 5567 benih Volume kotak furadan. Volume kotak furadan dapat ditentukan dengan melihat kebutuhan dosis furadan per hektar, berat jenis furadan, dan efisiensi pengisian furadan. Volume kotak pupuk dapat ditentukan dengan persamaan berikut: V hp A D 104 p Dalam hal ini: V hp : volume kotak pupuk(cm 3 ) A : luas pemupukan sekali mengisi kotak pupuk (1000 m 2 ) D : dosis furadan (100 kg/ha) b : kerapatan isi furadan (1.12 g/cm 3 ) V hp V hp cm 3 m 580 g Kebutuhan furadan untuk luas 1000 m 2 = 1.6 g 6250 lubang = g = 10 kg 4. Roda Tugal Agar tanah dapat terlubangi dengan rapi dan seragam maka diperlukan roda tugal yang bekerja dengan sistem yang continuous dengan jarak mata tugal yang telah disesuaikan jarak tanamnya. Roda tugal dirancang dengan diameter pada velknya cm. Kemudian mata tugal dirancang dengan bentuk prisma segitiga dengan ukuran lebar 5cm dan tinggi 6 cm. Jarak tanam yang diharapkan oleh roda tugal ini adalah 80 x 20 cm dan ke dalam penugalan adalah cm, sehingga volume mata tugal yang menekan tanah sekitar 36 cm 3 seperti pada skema yang di tunjukkan pada Gambar

34 Ø cm cm Gambar 15. Rancangan Roda tugal Gambar 16. Rancangan mata tugal Titik centroid benih Gambar 17. Skema tahanan penetrasi tanah 20

35 5. Poros Roda Tugal Poros roda tugal mengalami pembebaban yang berasal dari beban alat keseluruhan. Dengan adanya pembebanan yang terjadi maka ukuran dan jenis poros tidak boleh sembarangan. Harus melalui perhitungan yang memperhitungkan berbagai aspek, perhitungan diameter poros dengan beban lentur murni: W = 29 kg, g = 80 cm = 800 mm, j = 100 cm = 1000 mm h = 106 cm = 1060 mm, V = m/s = 1.17 km/h, r = cm = mm M 1 = = 1450 kg. mm 4 α V = 0.4, α L = 0.3 M 2 = = 580 kg.mm ɑ = 10 cm = 100 mm, l = 60 mm P = = 8.7 kg Q 0 = /1000 = 9.22 kg R₀ = = kg M 3 = ( ) (100+60) ( /2) = kg.mm Poros pengikut, kelas 1, σ wb = 10 km/mm 2, m = 1 ds ( ) 10 1/3 = mm = 17 mm ς b = ( ) 17 3 = 98.7 kg mm 2 n = 10/9.87 = 1.01, baik Diameter poros berdasarkan perhitungan adalah 17 mm dan untuk mempermudah perakitan digunakan diameter poros 1 inchi = 2.54 cm yang mudah diperoleh. 21

36 6. Pembuka Alur Pupuk Rancangan pembuka alur pupuk ini dibuat berbentuk piringan atau blade yang terletak di belakang hopper. Jarak yang diharapkan untuk membuat alur pupuk adalah 5-10 cm dari alur lubang tanam dan dengan kedalaman 2 5 cm dari permukaan tanah karena pupuk disarankan berada tidak jauh dari permukaan tanah agar lebih mudah diserap oleh akar tanaman. Selain itu piringan pembuka alur pupuk ini dirancang dengan kemiringan 13.6 agar piringan dapat berputar, berobek dan membalik tanah dengan baik, selain itu agar tanah juga menutup lubang tanam dengan sempurna. Perhitungan sudut piringan pada pembuka alur pupuk: 6.5 cm α a = 8.5 cm 8.5 cm 5 cm b = 2 cm α = sin = cm Ø 13 cm Gambar 18. Rancangan piringan (blade) pembuka alur pupuk 22

37 7. Sumber Tenaga Sumber tenaga untuk rangkaian elektronika adalah aki (accu) kering 5Ah., sedangkan sumber tegana dorong alat dari tenaga manusia. Untuk mengetahui besarnya daya listrik yang dibutuhkan untuk mengoperasikan keseluruhan sistem kerja dari kontrol elektronika, maka diperlukannya perhitungan daya listrik yang tersedia oleh aki dan daya yang akan digunakan. Perhitungan kebutuhan kosumsi daya listrik: Daya Aki 12V, 5Ah = 60 W Mikon = 0.02 A, 12V = 0.24 W EMS 2A = 2A, 5V = 10 W Oph-Amp = 0.02 A, 5V = 0.1 W Sensor magnet = A, 5V = W Motor DC MD = 0.06 A, 12V = 0.72 W 4 buah = 2.88 W Motor DC OG = A, 5V = W 2buah = 0.5 W Total daya = = W Ketika daya yang berasal dari aki kering habis maka aki dapat diisi kembali dayanya dengan bantuan charger. Daya charger aki 18 V, 800mA = 14.4 W Daya aki 60 W maka waktu yang dibutuhkan untuk mengisi daya pada aki = 60/14.4 = 4.16 jam Untuk mengetahui besarnya daya yang diperlukan untuk mengoperasikan alat, perlu diketahui terlebih dahulu analisis kebutuhan tenaga dorong yang terjadi ketika alat beroperasi. F d W r F tp F rr Dimana: F rr = tahanan gelinding pada roda tugal (N) F tp = tahanan potong piringan pembuka alur pupuk (N) W r = bobot dinamis roda (N) C rr = koefisien tahanan gelinding F d = gaya dorong yang diperlukan (N) ds = draft per unit area Kecepatan maju operator = 1.17 km/h = m/s Daya manusia laki-laki dewasa (asumsi berat badan 60 kg) = 0.3 Hp = W 23

38 F d = F tp + F rr F rr = C rr W r Dimana Wr dihitung dari kebutuhan untuk menekan tugal (pada roda) menembus tanah hasil olahan. A = 6 cm 6 cm 36 cm 2 t p = 5 kgf 2 cm 2 = 2.5 kgf cm 2 A t = cm2 = 21.6 cm 2 W r = = 108 kgf = 1058 N C rr = N = 317 N F tp dihitung menggunakan persamaan draft per unit area Asumsi tanah gembur yang sudah diolah menggunakan persamaan Sandy Loan Draft per unit area: d s = V = ( ) = N/cm 2 A potong = = 10 cm 2 2 F tp = d s A potong = = N F dorong = F rr + F tp = = N Daya dorong = F dorong v = N m s = 112 Watt Tenaga dorong yang tersedia (tenaga dorong manusia laki-laki dewasa) Watt, sehingga dapat disimpulkan alat dapat didorong. 24

39 V. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Prototipe 1. Rangka Utama Bagian terpenting dari alat ini salah satunya adalah rangka utama. Rangka ini merupakan bagian yang menopang poros roda tugal, hopper benih dan furadan, dudukan kotak komponen elektronika dan sebagai tempat menyambungnya stang kendali. Rangka utama terbuat dari material utama besi dengan berbagai macam bentuk besi seperti besi pipa, besi plat, dan besi hollow yang dilas dan dibentuk sesuai desain. (a) Gambar 19. (a) rangka utama (b) roda bantu (b) 2. Roda Tugal Roda tugal adalah komponen yang berfungsi untuk melubangi tanah. Roda tugal ini terbagi menjadi dua bagian yaitu velk roda dan mata tugal. Velk rodal tugal merupakan velk motor 18 inchi yang digunakan pada sepeda motor dan dimodifikasi pada bagian jari-jari dan bagian lubang porosnya, serta dilapisi bagian luar dengan plat besi sebagai dudukan mata tugal. Roda tugal dirancang untuk mendapatkan hasil penugalan dengan jarak antar lubang tanam 20 cm dan lebar antar barisan 80 cm. Mata tugal dirancang berbentuk prisma segitiga dengan bahan plat besi dengan ketebalan 3 mm. Dimensi mata tugal lebar 6 cm, tinggi 5 cm, dan panjangnya 6 cm dengan penambahan baut pada bagian bawah mata tugal untuk menempelkan pada velk. 25

40 Mata tugal Velk Gambar 20. Roda tugal 3. Hopper Benih dan Furadan Hoper benih dibuat dari bahan akrilik atau mika transparan dengan tebal 3 cm dan kemiringan bagian celah lempengan penjatah 45 o. Akrilik dipotong sesuai desain yang telah dibuat dengan pisau khusus plastik kemudian potongan-potongan disatukan sesuai bentuk dengan lem super. Bahan dasar hopper yang menggunakan akrilik transparan dimaksudkan untuk mempermudah pemantauan ketika benih akan habis saat di lahan. Selain itu juga menghindari terjadinya korosi yang biasa terjadi pada besi plat yang ditakutkan dapat tercampur pada benih dan mengganggu proses perkecambahan benih. Volume hopper benih sekitar cm 3 atau g, sehingga dapat menampung sebesar ±1.65 kg benih. Gambar 21. Hopper benih Hopper furadan dibuat dengan bahan yang sama dengan hopper benih yaitu akrilik transparan. Desain hopper furadan memilik perbedaan di bagian posisi penjatahan furadannya. Posisi penjatahan furadan adalah horizontal sejajar dengan alas hopper. 26

41 Gambar 22. Hopper furadan Hopper furadan Hopper benih Gambar 23. Posisi peletakan hoper benih dan furadan 4. Penjatah Benih dan Furadan Penjatah benih dan pupuk dibuat dari bahan yang tidak mudah berkarat dan mudah dalam pembuatannya. Penjatah ini dibuat dari bahan plastik polietilen/nylon dengan diameter penjatah benih 12 cm dan penjatah furadan 8 cm (Gambar 28). Pada penjatah benih terdapat 8 buah lubang celah berdiameter 8 mm yang dimaksudkan agar mudah mensinkronisasikan tugal dengan penjatahan benih, sehingga ketika tugal melubangi saat itu juga metering device akan menjatah benih. Serta 4 buah lubang celah pada penjatah furadan berdiameter 8 mm, karena lempengan penjatah furadan lebih kecil diameternya dibanding benih maka jumlah lubang penjatah lebih sedikit dan kecepatan putar dari motor DC juga lebih dipercepat. Kedua penjatah ini digerakkan oleh motor DC yang diberi tegangan masing-masing 12 V dengan kecepatan 15 RPM. 27

42 5. Tabung Penyalur dan Open Gate (a) (b) Gambar 24. (a) penjatah benih (b) penjatah furadan Tabung penyaluran benih dibuat dari selang pipa berdiameter 1 inchi dan tabung penyaluran furadan dari bahan selang pipa berdiameter 0.5 inchi. Tabung penyaluran yang digunakan selang pipa yang berbahan karet agar pipa mudah dan fleksibel ketika dibengkokkan, selain itu selang pipa juga mudah dibongkar pasang. Open gate digunakan untuk mengatur jatuhnya benih dan furadan tepat pada lubang tanam. Open gate dibuat dari bahan akrilik transparan yang di tempelkan switch dan sebagai dudukan motor DC penggerak katup. Bahan akrilik dipakai karena bahan ini memiliki koefisien gesek yang cukup kecil agar pergerakan katup tidak tersendat dan berjalan lancar. Open gate terdiri dari dua bagian yaitu dudukan switch dan motor DC serta katup penjatahan. Posisi open gate diletakkan di bagian bawah tabung penyaluran yang dihubungkan dengan baut dan mur. Tabung penyaluran Open gate Gambar 25. Gambar tabung penyalur dan open gate 28

43 (a) Posisi awal open gate (b) Posisi open gate ketika sensor magnet membaca medan magnet (c) Posisi open gate ketika switch membalik arah putaran motor DC Gambar 26. Skema pergerakan open gate 6. Pembuka Alur Pupuk Pembuka alur pupuk terbuat dari besi plat yang ditempa hingga berbentuk cekung seperti piring dengan poros dan dudukannya terbuat dari besi pipa. Pembuka alur pupuk ini berfungsi membelah tanah sebagai tempat diletakkannya pupuk secara manual. Komponen ini terletak di bagian bawah belakang hopper furadan yang terhubung oleh roda belakang. Gambar 27. Piringan (blade) pembuka alur pupuk 7. Komponen Elektronika Untuk mendapatkan hasil yang presisi digunakan komponen elektronika yang bekerja saling terintegrasi. a. Mikrokontroler Komponen utama adalah mikrokontroler yang berfungsi mengontrol seluruh sistem kecuali gaya dorong maju alat, penutup lubang tanam, dan pembuka alur pupuk. Mikrokontroler yang digunakan adalah tipe DT-51 ATMega 8535 yang akan mengontrol sistem open gate pada tabung penyaluran benih dan furadan, putaran motor penjatah benih dan furadan, dan menerima input dari sensor magnet. ATMega 8535 diberikan catu daya 5 V sebagai input, kemudian ATMega 8535 mendapat input berupa tegangan yang berasal dari sensor magnet yang selanjutnya diproses pada IC yang telah diprogram untuk menjalankan motor driver sesuai dengan sistem kerja pada metering device dan open gate. 29

44 Gambar 28. Gambar DT-51 ATMega 8535 b. EMS Dual H-bridge 2 A Selanjutnya adalah komponen motor driver sebagai penghubung driver motor DC dan mikrokontroler, atau dengan kata lain agar perintah dari mikrokontroler dapat diterjemahkan dengan baik oleh motor DC. Motor driver yang digunakan adalah tipe EMS Dual H-bridge 2A yang mampu mengontrol 2 motor sekaligus yang di rangkai pararel maupun seri. EMS ini mengontrol putaran penjatah benih dan furadan, serta putaran pada sistem buka-tutup pada tabung penyaluran benih dan furadan sebelum jatuh tepat pada lubang tanam. Sistem kerja dari EMS ini adalah dengan diberikan catu daya 5 V sebagai input pada driver. EMS ini akan bekerja ketika mendapatkan input perintah yang berasal dari mikrokontroler ketika perintah diproses pada driver selanjutnya driver motor membagi-bagi input perintah yang diberikan mikrokontroler dan driver akan menggerakkan motor DC pada metering device dan open gate berdasarkan program yang telah dibuat. Gambar 29. Gambar EMS Dual H-bridge 2 A c. Rangkaian pembagi tegangan Rangkaian pembagi tegangan ini adalah rangkaian yang berfungsi membagi tegangan yang berasal dari aki kering 12 V. Rangkaian ini akan meneruskan tegangan input 12 V dan akan membagi-bagikan tegangan yang melewati IC seri 78xx sehingga keluaran tegangannya menjadi 5 V, 9 V, atau 12 V berdasarkan keluaran seri IC yang di lewati tegangan input. 30

45 Gambar 30. Rangkaian pembagi tegangan d. Sensor Magnet Sensor magnet berfungsi sebagai penanda penugalan yang terhubung oleh mikrocontroler untuk melakukan perintah pada motor DC pada open gate. sensor yang digunakan adalah sensor magnet Allegro 3144E. Sensor magnet diletakkan di rangka dengan dudukannya yang sejajar dengan magnet yang ditempelkan sejajar pada velk tiap-tiap mata tugal. Gambar 31. Sensor magnet Allegro 3144E magnet Gambar 32. Posisi magnet 31

46 e. Rangkaian penguat Op-Amp Rangkaian penguat ini merupakan rangkaian yang bisa menguatkan tegangan pada masukan serta membalik hasil penguatan tersebut, jadi keluaran dari rangkaian ini akan selalu memiliki polaritas yang berlawananan dengan sinyal masukannya. Rangkaian ini menggunakan komponen IC LM324 dan trimpot 10 kω. Rangkaian ini digunakan sebagai penguat tegangan pada kaki output sensor magnet sebelum menuju mikrokontroler sebagai indikasi pemrogramannya. Gambar 33. Rangkaian penguat op-amp f. Motor DC Motor DC yang digunakan adalah motor DC yang memiliki kecepatan putar sebesar 15 RPM. motor DC berfungsi untuk memutar piringan penjatah benih dan furadan, selain itu juga untuk memutar open gate pada tabung penyaluran benih dan furadan sebelum jatuh di lubang tanam. Sistem kerja motor DC pada metering device yang telah dikontrol akan bergerak atau berputar selama 1 detik setiap sensor magnet membaca medan magnet pada mata tugal, kemudian motor DC akan berhenti berputar atau posisi OFF dalam selang waktu 500 milisecond dan kembali berputar (kondisi ON) saat sensor magnet membaca magnet pada tugal dan situasi ini akan terus berlangsung saat dan kondisi yang sama secara terus menerus. Gambar 34. Gambar motor DC 32

47 8. Hasil Perancangan Alat Hasil perancangan alat tanam jagung otomatis ini berdimensi (130 x 100 x 90) cm dengan panjang stang kendali 110 cm. Gambar 35. Alat tanam benih jagung dan furadan otomatis Hopper furadan Stang kendali Mata tugal Velk roda Hopper benih Rangka dudukan hopper Dudukan sensor magnet Rangka dudukan poros Gambar 36. Bagian - bagian alat 33

48 Kotak mikrokontroler dan EMS Accu kering Kotak pembagi tegangan dan Op- Amp Gambar 37. Rangkaian elektronika B. Kinerja Alat Tanam Benih dan Furadan 1. Kemacetan Metering Device Benih dan Furadan Salah satu masalah yang terjadi pada sistem penjatahan adalah tidak masuknya benih jagung pada celah metering device benih yang menyebabkan adanya kekosongan benih pada beberapa lubang tanam. Pada pengujian alat benih yang digunakan adalah benih jagung manis yang berukuran sedang dan tidak seragam. Benih yang berukuran tidak seragam merupakan faktor utama terjadi kemacetan metering device. Benih yang berukuran kecil terkadang masuk dua buah benih ke dalam celah penjatahan yang menyebabkan penyempitan celah metering device terhadap hopper sehingga terkadang membuat metering device berhenti, selain itu benih yg berukuran terlalu besar terkadang juga tidak masuk ke dalam celah metering device yg membuat kekosongan benih saat penjatahan. Penumpukan benih membuat metering device macet Gambar 38. Kemacetan metering device benih Pada metering device furadan juga terjadi kemacetan yang cukup tinggi, hal ini dikarenakan bentuk furadan yang seperti pasir dan bersifat mengisi ruang kosong sehingga banyak butiran furadan yang masuk ke dalam celah antara hopper dan metering device, sehingga membuat putaran metering device terhambat. Hal ini mengakibatkan penjatahan furadan tidak berjalan lancar dan membuat motor DC dipaksa berputar dengan hambatan yang besar. 34

49 2. Kinerja Penanaman Jarak tanam benih diukur berdasarkan jarak hasil penugalan yang dilakukan oleh mata tugal. Jarak tanam yang dihasilkan sudah memenuhi target capaian yaitu cm, hal ini dikarenakan bentuk roda tugal yang continious dan seragam. Kedalaman lubang tanam berkisar antara 3-5 cm dengan rata rata kedalaman yang dihasilkan 3.65 cm. Pengujian alat di lapangan menghasilkan jumlah tiap lubang berkisar antara 1 2 benih per lubang. Banyaknya benih tiap lubang tanam dipengaruhi oleh ukuran benih dan tingkat keseragaman benih. Celah metering device akan terisi oleh satu benih yang berukuran rata rata, sedangkan benih yang berukuran kecil akan dapat mengisi celah lebih dari satu butir benih. Pengukuran alur pemupukan mendapatkan hasil jarak 4 7 cm dari lubang tanam. Pembuka alur pupuk memiliki perbedaan jarak dikarenakan desain dudukan blade dapat naik turun sehingga blade sedikit bergerak. Hasil penutupan lubang tanam sangat baik, karena seluruh lubang tanam tertutup tanah dari hasil pembukaan alur pupuk yang didorong oleh roda penahan rangka hopper. Gambar 39. Panjatahan benih jagung 35

50 (a) (b) (c) (d) Gambar 40. Pengujian alat (a) lebar penanaman, (b) hasil penugalan dan pembuatan alur pupuk, (c) pengujian kedalaman lubang tanam dan alur pupuk, (d) lahan terolah 36

51 Gambar 41. Hasil penanaman Gambar 42. Hasil penanaman yang rapi 37

52 3. Kinerja Penjatahan Furadan Pengujian dosis furadan di lapangan tidak bisa dilakukan karena furadan sudah beterbaran di tanah. Oleh karena itu pengujian furadan hanya dapat dilakukan pengujian tanpa lahan dan diperoleh dosis penjatahan furadan rata rata perlubang gram, sedangkan sesuai dosis yang seharusnya diberikan adalah 1.6 g per lubang tanam. Hal ini terjadi karena hopper dan metering device kurang presisi dalam proses pembuatannya, sehingga saat proses penjatahan furadan terjadi kemacetan yang dikarenakan furadan mengisi celah samping antara metering device dan hopper sehngga metering device sulit berputar, selain itu juga banyak butir-butir furadan yang keluar dari lubang penjatah saat metering device berputar melalui celah yang ada antara metering device dan hopper yang mengakibatkan dosis tiap lubangnya berkurang. Gambar 43. Penjatahan furadan Gambar 44. Hasil keluaran penjatahan furadan 38