III METODE PENELITIAN

Transkripsi

1 III METODE PENELITIAN 3.1 WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni hingga bulan Agustus 2010 di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, Leuwikopo, IPB. 3.2 PARAMETER YANG DIUKUR DALAM PENGUJIAN Parameter-parameter yang akan diukur dalam pengukuran kinerja traktor tangan pada penelitian ini meliputi: a. Tenaga tarik traktor (drawbar power) Data yang dibutuhkan adalah gaya tarikan bersih yang terukur atau drawbar pull (kn) pada load cell dan kecepatan maju rata-rata traktor uji (m/s). b. Efisiensi lapang Data yang dibutuhkan antara lain kecepatan maju traktor tangan saat beroperasi di lahan (m/s), lebar kerja alat (m), luas areal yang diolah (ha), dan waktu kerja yang dibutuhkan untuk mengolah suatu areal (jam). c. Konsumsi bahan bakar Data yang dibutuhkan adalah jumlah bahan bakar (liter) per satuan waktu yang dibutuhkan oleh engine penggerak traktor tangan Huanghai DF-12L untuk mengolah suatu petakan lahan menggunakan bajak singkal. 3.3 BAHAN DAN ALAT Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bahan bakar petrodiesel komersial Biosolar (dengan kandungan 95% petrodiesel dan 5% biodiesel) yang diperoleh dari SPBU (untuk selanjutnya disebut dengan B5) dan biodiesel minyak sawit (B100) yang diperoleh dari Balai Rekayasa Disain dan Sistem Teknologi (BRDST), BPPT. Karakteristik dari kedua bahan bakar tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.1. Kedua bahan bakar tersebut kemudian dicampur pada konsentrasi 20% biodiesel B100 dan 80% B5 (disebut dengan B20), B40, B60, dan B80. Bahan bakar B5, biodiesel minyak sawit (B100), dan campuran dari kedua bahan bakar tersebut disajikan pada Gambar 3.1. Tabel 3.1 Karakteristik bahan bakar Parameter Satuan B5 B100 Densitas pada 40 o C kg/m Viskositas kinematik pada 40 o C cst Nilai kalor MJ/kg

2 Gambar 3.1 Komposisi bahan bakar yang diuji Alat 1. Alat yang diuji a. Alat yang diuji yaitu traktor tangan Huanghai DF-12L sedangkan traktor roda empat Yanmar YM330T) berperan sebagai traktor beban. Kedua traktor tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.2. Spesifikasi dari kedua traktor tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.2. Gambar 3.2 Traktor uji Huanghai DF-12L (sebelah kiri) dan traktor beban Yanmar YM330T (sebelah kanan) Model engine Spesifikasi Tabel 3.2 Spesifikasi traktor uji dan traktor beban Huanghai DF-12L (traktor uji) S195N Yanmar YM330T (traktor beban) Jenis engine diesel, horizontal 4-tak diesel, 4-tak Jumlah silinder 1 Bore stroke (mm) Rasio kompresi 20:01 Konsumsi bb. spesifik (g/kw.h) 250 Rated power/rpm 13 hp/2000 rpm 33 hp/2200 rpm Gigi transmisi 3 gigi maju, 2 gigi mundur 8 gigi maju, 2 gigi mundur Ukuran ban karet depan belakang Berat traktor

3 b. Implemen untuk mengolah tanah: bajak singkal (tunggal). Gambar 3.3 Bajak singkal (kiri: tampak depan, kanan: tampak samping) 2. Alat ukur a. Sensor dan instrumen akuisisi data hasil pengukuran untuk mengetahui besar drawbar, dapat dilihat pada Gambar 3.4. Instrumen untuk mengukur drawbar traktor tersebut terdiri atas: satu unit load cell (Kyowa, LT-5TSA71C), satu unit pencatat handy strain meter (UCAM-1A), dan kabel sensor. Gambar 3.4 Instrumen untuk mengukur drawbar traktor b. Peralatan pengukuran kondisi tanah, terdiri atas: - Perlengkapan pengambil sampel tanah (ring sample sebanyak 10 buah), penetrometer (Kiya Seishakwo SR-2), cangkul, jangka sorong, timbangan, oven pengering, dan kantong plastik. Gambar 3.5 Penetrometer beserta perlengkapannya 19

4 - Peralatan pengukuran pengoperasian, kecepatan maju, dan kedalaman pembajakan terdiri atas: stop watch, tachometer digital, pita ukur, patok, satu buah mistar ukur stainless steel (60 cm). c. Alat untuk mengukur konsumsi bahan bakar: satu buah gelas ukur (ukuran 500 ml). Pengujian kinerja tarik traktor tangan Huanghai DF-12L dilakukan di lintasan beton dan lintasan rumput. Sedangkan untuk pengujian kinerja traktor tangan Huanghai DF-12L dalam pengolahan tanah (kegiatan membajak) dilakukan pada petakan lahan seluas 30 m 2 untuk masingmasing bahan bakar. 3.4 PROSEDUR PENELITIAN Tahapan dari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.6. Mulai Persiapan bahan dan alat, lintasan uji, dan lahan Pengukuran pendahuluan kecepatan maju traktor dan kalibrasi load cell Pengujian kinerja traktor tangan Perhitungan dan analisis data Selesai Gambar 3.6 Bagan tahapan penelitian Persiapan Bahan dan Alat, Lintasan Uji, dan Lahan Sebelum dilakukan pengujian kinerja traktor tangan Huanghai DF-12L, terlebih dahulu diperiksa kondisi traktor baik traktor uji (Huanghai DF-12L) maupun traktor beban (Yanmar YM330T). Hal ini bertujuan agar saat pengujian tidak timbul kesalahan baik teknis maupun non teknis. Kondisi traktor tangan yang diperiksa yaitu ketersediaan bahan bakar, oli, air radiator, serta pengecekan sistem transmisi. Untuk traktor beban diperiksa ketersediaan bahan bakar, oli, air radiator, indikator rpm engine dll. Lintasan uji baik beton maupun rumput sebelum pengujian terlebih dahulu dibersihkan dari ranting, dedaunan, maupun sampah. Rumput pada lintasan rumput dirapikan dengan memotong rata rumput tersebut. Gambar 3.7 menunjukkan lintasan yang digunakan untuk pengujian kinerja tarik traktor tangan Huanghai DF-12L. 20

5 Gambar 3.7 Lintasan uji (kiri: lintasan berumput, kanan: lintasan beton) Lahan yang akan diolah pada penelitian ini sebelumnya sudah dibajak dan kemudian dilakukan pemadatan dengan tujuan mendapatkan keseragaman dari segi kepadatan tanahnya. Setelah itu, sebelum pengujian kinerja traktor dalam mengolah tanah dilaksanakan, dilakukan pengamatan kondisi lahan pada tempat pengujian yaitu: kadar air dan kerapatan isi tanah, dan tahanan penetrasi tanah. Penjelasan untuk masing-masing ukuran kondisi lahan tersebut adalah sebagai berikut: Kadar Air dan Kerapatan Isi Tanah Menurut Setiawan dkk. (2002), kadar air tanah merupakan jumlah air yang tersedia di dalam pori tanah dalam massa tertentu yang nilainya dapat berubah pada setiap kedalaman. Nilai yang dapat berubah pada setiap kedalaman disebabkan kadar air tanah merupakan bagian tanah yang tidak stabil, mudah bergerak dan berpindah tempat setiap saat. Perubahan kadar air tanah dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan penetrasi dan kerapatan isi tanah (bulk density). Kadar air tanah pada lahan diukur dengan mengambil sampel tanah pada lintasan uji dengan ring sampel (pada penelitian ini, pengambilan sampel tanah dilakukan pada sepuluh titik pengukuran secara acak pada kedalaman cm). Sampel tersebut ditimbang (diperoleh massa tanah basah + ring sampel) kemudian dikeringkan dalam oven selama 24 jam dengan suhu 105 o C. Sampel tanah yang telah dikeringkan kemudian ditimbang kembali (diperoleh massa tanah kering + ring sampel). Kadar air dan kerapatan isi tanah untuk seluruh sampel dihitung. Kadar air tanah dihitung menggunakan rumus berikut (Setiawan dkk., 2002): KA = mtb mtk 100% mtk (3) dengan, KA = kadar air basis kering (%) mtb = massa tanah basah (g) mtk = massa tanah kering (g) Kerapatan isi tanah dapat dihitung menggunakan rumus (Setiawan dkk., 2002): ρd = mtk Vt (4) dengan, ρd = kerapatan isi tanah (g/cm 3 ) Vt = volume tanah dalam ring sampel (cm 3 ) 21

6 Tahanan Penetrasi Tanah Besarnya tahanan penetrasi tanah dapat diukur menggunakan penetrometer yang dilengkapi dengan penampang kerucut. Luas penampang kerucut yang digunakan adalah 2 cm 2 dengan sudut kerucut 30 o, karena lahan percobaan merupakan lahan kering. Pengukuran tahanan penetrasi tanah pada lintasan rumput dilakukan pada enam titik pengukuran masing-masing pada kedalaman 0-5 cm, 5-10 cm, dan cm. Sedangkan pada lahan yang diolah, pengukuran tahanan penetrasi dilakukan pada enam belas titik pengukuran masing-masing pada kedalaman 5-10 cm, cm, dan cm. Penetrasi tanah dihitung menggunakan persamaan (Setiawan dkk., 2002): Cl = 98 fp Ak (5) dengan, Cl = penetrasi tanah (kpa) fp = gaya penetrasi terukur pada penetrometer ditambah massa penetrometer (kgf) Ak = luas penampang kerucut (cm 2 ) Pengukuran Pendahuluan Kecepatan Maju Traktor & Kalibrasi Load Cell Jika kondisi kedua traktor (traktor uji dan traktor beban) siap untuk dioperasikan, selanjutnya dilakukan pengukuran kecepatan maju dari masing-masing traktor. Traktor uji (Huanghai DF-12L) dioperasikan pada transmisi L2 dengan kecepatan putaran engine 2000 rpm. Sedangkan traktor beban dioperasikan pada transmisi L1 pada kecepatan putaran engine 2000 rpm, 1800 rpm, 1600 rpm, 1400 rpm, dan 1200 rpm. Data kecepatan maju dari traktor uji dan traktor beban dapat dilihat pada Lampiran 2. Pengecekan sensor dan instrumentasi akuisisi data hasil pengukuran drawbar dilakukan dengan mengalibrasi load cell dengan cara memberikan beberapa tingkatan beban pada load cell. Beban akan diteruskan ke alat pembaca (handy strain meter) melalui kabel sensor sebagai masukan. Kalibrasi dilakukan dengan cara manggantungkan load cell kemudian diberikan beberapa tingkatan beban; data yang terukur (µε) oleh handy strain meter dicatat. Selanjutnya dilakukan analisis regresi terhadap hubungan antara regangan (µε) dengan berat (kgf). Data kalibrasi disajikan pada Lampiran 2. Pengecekan instrumen ukur harus selalu dilakukan sebelum pengujian di lintasan uji. Apabila instrumen ukur sudah dipasang, kemudian load cell diberi beban tarikan, angka keluaran pada handy strain meter berubah berarti setelan alat sudah benar dan siap untuk digunakan. Sesaat pengukuran akan dimulai, handy strain meter harus selalu di-setting ulang (display handy strain meter menunjukkan 0 µε) Pengujian Kinerja Tarik Traktor Tangan Pada tahap ini dilakukan pengukuran kinerja traktor tangan yang meliputi tenaga tarik (drawbar power), efisiensi lapang, dan konsumsi bahan bakar spesifik. Pengukuran kinerja ini dilakukan pada traktor tangan uji dengan bahan bakar B5, campuran B5 dengan biodiesel minyak sawit (B20, B40, B60, dan B80), maupun biodiesel minyak sawit murni (B100). Dalam hal ini, 22

7 pengujian kinerja traktor dengan bahan bakar B5 adalah sebagai pembanding utama (kontrol). Untuk masing-masing pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali pengulangan. Pada pengujian kinerja tarik traktor tangan (Huanghai DF-12L), pembebanan yang diberikan dari traktor beban (Yanmar YM330T) diatur sedemikaian rupa dengan memanfaatkan daya rem dari perseneling traktor beban (rem gigi). Untuk mengetahui daya tarik untuk tiap tingkat pembebanan putaran mesin traktor beban (Yanmar YM330T) dikurangi dengan skala 200 rpm. Prosedur yang dilakukan ini sesuai dengan Departement of Agricultural Engineering University of Nebraska Lincoln. Drawbar power (DbP) kemudian dihitung dengan menggunakan persamaan (6) (Anami, 2008; Wanders, 1978). Pengujian kinerja traktor tangan Huanghai DF-12L dengan berbagai campuran bahan bakar dalam mengolah tanah pada penelitian ini dilakukan di lahan kering (lahan pertanian). Kegiatan pengolahan tanah yang dilakukan yaitu membajak tanah menggunakan implemen bajak singkal (moldboard plow). Untuk setiap campuran bahan bakar, luas petakan lahan yang diolah (dibajak) adalah 30 m 2. Pola pengolahan tanah yang digunakan pada penelitian ini yaitu metode pembajakan melingkar kontinu (circuitous-rounded corners) yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Metode pembajakan melingkar kontinu merupakan metoda pembajakan yang biasa digunakan petani pada petakan luas. Untuk petakan kecil, metode pembajakan ini kurang praktis karena sering berbelok di bagian tengah lahan yang kecil (Sakai dkk., 1998). Akan tetapi dari segi efisiensi waktu, pola pengolahan tanah menggunakan metode ini cukup efisien karena waktu berbelok juga digunakan untuk mengolah tanah. Gambar 3.8 Pola pembajakan melingkar kontinu (circuitous-rounded corners) (Sakai dkk., 1988) Perhitungan dan Analisis Data Data yang diperoleh dari pengkuran-pengukuran yang dilakukan dianalisis dengan menggunakan persamaan-persamaan. Dengan melakukan analisis data akan diperoleh kesimpulan mengenai perbandingan kinerja traktor tangan yang menggunakan bahan bakar B5, campuran B5 dengan biodiesel minyak sawit murni (B20, B40, B60, dan B80), dan biodiesel minyak sawit murni (B100) untuk beroperasi di lahan Kinerja Tarik (drawbar) dan Slip Pengukuran drawbar bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya tarik horizontal yang dihasilkan roda traksi traktor tangan dengan berbagai tingkatan yang diberikan dari traktor beban 23

8 Yanmar YM330T. Dilakukan untuk beberapa kecepatan dengan menggunakan load cell yang dilengkapi handy strain meter. Pada waktu berjalan, kecepatan maju traktor diukur dengan cara mengukur waktu tempuh traktor pada jarak 10 m (Gambar 3.9). Drawbar power kemudian dihitung menggunakan persamaan berikut ini (Anami, 2008; Wanders, 1978). DbP = Dbpull x v (6) dengan, DbP = tenaga pada drawbar (drawbar power) (Watt) Dbpull = gaya tarik bersih yang terukur (drawbar pull) (N) v = kecepatan rata-rata maju traktor (m/s) * Traktor beban ** Traktor uji Keterangan: * Traktor beban dioperasikan dengan transmisi L1; dengan lima level kecepatan putaran mesin pada kisaran rpm (putaran engine ditingkatngan dengan skala 200 rpm) ** Traktor uji dioperasikan pada kondisi tetap (transmisi L2 pada 2000 rpm) Gambar 3.9 Skema uji unjuk kerja kinerja tarik traktor roda dua Slip roda traksi merupakan selisih antara jarak tempuh traktor saat dikenai beban dengan jarak tempuh traktor tanpa beban pada putaran roda penggerak yang sama. Pengukuran slip roda dapat dilihat pada Gambar Untuk menghitung slip roda traksi digunakan persamaan berikut (Suastawa dkk., 2006): St = 1 Sb So 100 (7) dengan, St = slip roda traksi (%) Sb = jarak tempuh traktor saat diberi pembebanan dalam 5 putaran roda (m) So = jarak tempuh traktor tanpa beban dalam 5 putaran roda (m) Gambar 3.10 Pengukuran jarak tempuh 5 putaran roda 24

9 Kinerja Pengolahan Tanah Seperti dijelaskan sebelumnya, implemen yang digunakan untuk mengolah lahan yaitu bajak singkal. Kapasitas lapang teoritis (KLT) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Suastawa dkk., 2006): KLT = 0.36 v x lp (8) dengan, KLT = kapasitas lapang teoritis (ha/jam) V = kecepatan rata-rata (m/detik) lp = lebar pembajakan rata-rata (m) 0.36 = faktor konversi (1 m 2 /det = 0,36 ha/jam). Untuk menghitung kapasitas lapang pengolahan efektif (KLE) diperlukan data waktu kerja keseluruhan; dari mulai bekerja hingga selesai (WK) dan luas tanah hasil pengolahan keseluruhan (L). Persamaan yang digunakan untuk menghitung KLE adalah sebagai berikut (Suastawa dkk., 2006): KLE = L WK (9) dengan, KLE = kapasitas lapang efektif (ha/jam) L = luas lahan hasil pengolahan (m 2 ) WK = waktu kerja (s). Persamaan yang digunakan untuk menghitung efisiensi lapang (EL) adalah sebagai berikut (Suastawa dkk., 2006): EL = KLE KLT 100% (10) dengan, EL = efisiensi lapang (%) Analisis Keekonomian Implementasi Biodiesel Pada analisis keekonomian implementasi biodiesel untuk traktor tangan akan dibandingkan biaya pokok pengolahan tanah (menggunakan bajak singkal) menggunakan bahan bakar B5, campuran B5 dengan B100 (B20, B40, B60, dan B80), dan B100 (murni biodiesel minyak sawit). Menurut Pramudya dan Nesia (1992), biaya pokok adalah biaya yang diperlukan suatu mesin pertanian untuk setiap unit produk, dalam hal ini yaitu besarnya biaya yang digunakan untuk mengolah satu satuan luas lahan. Persamaan yang digunakan untuk menghitung biaya pokok adalah: BP = BT x + BTT k (11) dengan, BP BT BTT x k = biaya pokok (Rp/ha) = biaya tetap (Rp/tahun) = biaya tidak tetap (Rp/jam) = perkiraan jam kerja dalam satu tahun (jam/tahun) = kapasitas kerja (ha/jam) 25

10 Menurut Pramudya dan Nesia (1992), biaya mesin dan alat pertanian terdiri atas dua komponen, yaitu biaya tetap (fixed costs) dan biaya tidak tetap (variable costs). 1. Biaya tetap (fixed costs) Menurut Pramudya dan Nesia (1992), biaya tetap adalah jenis-jenis biaya yang selama satu periode kerja jumlahnya tetap. Biaya yang termasuk biaya tetap antara lain biaya penyusutan, biaya bunga modal, dan biaya pajak. Berikut adalah penjelasan dari biaya-biaya tersebut: a. Biaya penyusutan (D) Penyusutan adalah penurunan nilai dari suatu alat atau mesin akibat dari pertambahan umur pemakaian (waktu). Biaya penyusutan dihitung menggunakan persamaan berikut (Pramudya dan Nesia, 1992): D = P S N (12) dengan, D P S N = biaya penyusutan (Rp/tahun) = harga alat atau mesin (Rp) = nilai akhir alat atau mesin (Rp) = perkiraan umur ekonomis alat atau mesin (tahun) b. Biaya bunga modal (I) Biaya bunga modal dihitung menggunakan persamaan berikut (Pramudya dan Nesia, 1992): I = i P (N + 1) 2N (13) dengan, I i = biaya bunga modal (Rp/tahun) = tingkat bunga modal (%/tahun) c. Biaya pajak (A) Biaya pajak dihitung menggunakan persamaan berikut (Pramudya dan Nesia, 1992): A = a P (14) dengan, A = pajak tiap tahun (Rp/tahun) a = faktor pajak (% harga awal/tahun) Dengan demikian, besarnya biaya tetap (BT) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Pramudya dan Nesia, 1992): BT = D + I + A (15) 2. Biaya tidak tetap (variable costs) Menurut Pramudya dan Nesia (1992), biaya tidak tetap adalah biaya-biaya yang dikeluarkan pada alat atau mesin yang beroperasi dan jumlahnya bergantung pada jam kerja pemakaian. Biaya tidak tetap terdiri atas biaya perbaikan & pemeliharaan, biaya operator, biaya oli, biaya grease, dan biaya bahan bakar. Berikut ini adalah penjelasan dari biaya-biaya tersebut: a. Biaya perbaikan dan pemeliharaan (PP) Berdasarkan data dan pengalaman, besarnya biaya perbaikan dan pemeliharaan dapat dinyatakan dalam persentase terhadap harga awal suatu mesin pertanian. Besarnya biaya perbaikan dan pemeliharaan untuk traktor roda adalah 1.2% dari harga awal per 100 jam 26

11 (1.2% P/100 jam), sedangkan untuk peralatan pertanian seperti bajak, garu, dan sebagainya diperkirakan 2% (P-S)/100 jam (Pramudya dan Nesia, 1992). b. Biaya operator (OP) Biaya operator biasanya dinyatakan dalam Rp/hari atau Rp/jam. Besarnya biaya operator tergantung pada kondisi lokal. Biaya operator dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Pramudya dan Nesia, 1992): OP = Wop Wt (16) dengan, OP Wop Wt = biaya operator tiap jam (Rp/jam) = upah operator tiap hari (Rp/hari) = jam kerja tiap hari (jam/hari) c. Biaya oli (OL) Besarnya biaya oli bergantung pada banyaknya penggantian oli pada suatu mesin pada beberapa jenis ukuran mesin pada setiap periode tertentu dan harga oli yang digunakan. Kebutuhan oli untuk traktor tangan Huanghai DF 12 L adalah 0.8 liter/hp/liter/100 jam. d. Biaya grease (BG) Besarnya biaya grease didekati menggunakan persamaan berikut (Santosa dkk., 2008): BG = 0.6 OL (17) dengan, BG = biaya grease (Rp/jam) e. Biaya bahan bakar (BB) Biaya bahan bakar traktor untuk pengolahan tanah dihitung menggunakan persamaan berikut: BB = Q HB (18) dengan, BB Q HB = biaya bahan bakar (Rp/jam) = laju konsumsi bahan bakar (liter/jam) = harga bahan bakar (Rp/liter) Dengan demikian besarnya biaya tidak tetap (BTT) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut (Pramudya dan Nesia, 1992): BTT = PP + OP + OL + BG + BB (19) 27