III. METODE PENELITIAN A. WAKTU DAN TEMPAT Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret sampai dengan bulan Desember 2009 bertempat di Bengkel Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian IPB. Pengujian fungsional dilakukan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian IPB di Leuwikopo Darmaga, Bogor. B. ALAT DAN BAHAN Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Alat perancangan dan pembuatan konstruksi Alat perancangan dan pembuatan konstruksi yang digunakan adalah komputer, software CATIA, tang, obeng, kunci pas, kunci ring, palu, jangka sorong atau mikrometer sekrup, las, gerinda, mesin bor, masin bubut dan sebagainya. 2. Alat ukur Alat ukur digunakan untuk mengukur kinerja mesin. Alat ukur yang digunakan adalah timbangan, tachometer, load cell, stopwatch, penggaris stainless steel, pita ukur, patok, dynamic strain-amplipier, wireless logger, komputer (laptop). Fungsi dari tiap alat ukur dapat dilihat pada tabel 2. 3. Alat bantu pengujian Alat bantu pengujian digunakan untuk membantu proses pengujian mole plow getar. Alat bantu pengujian terdiri dari traktor, kabel, saklar, alternator, stabilisator, inverter, mole plow, dan motor listrik. Fungsi dari tiap alat bantu pengujian dapat dilihat pada tabel 3. 16
Nama alat Timbangan Tachometer Load cell (Kyowa, LT- 5TSA71C) Stopwatch Penggaris stainles steel Pita ukur (50 m) Patok Dynamic strain-amplipier Wireless logger Tabel 2. Fungsi alat ukur Fungsi Menimbang massa tanah yang akan dianalisis kadar airnya Mengukur kecepatan putaran motor listrik Mengukur tahanan tarik (draft) mole plow getar Mengukur waktu operasi mole plow getar Mengukur kedalaman olah mole plow getar Mengukur panjang operasi mole plow getar Memberi acuan posisi pada saat pengujian mole plow getar Membaca regangan dari load cell Mengirimkan data yang terbaca di strain-amplipier ke komputer (laptop) Tabel 3. Fungsi alat bantu pengujian Nama alat Fungsi Traktor Menarik mole plow pada saat di lahan Kabel Menyalurkan energi listrik ke motor listrik Saklar Menghubungkan dan memutuskan arus listrik dari listrik PLN ke motor listrik Stabilisator Menstabilkan tegangan listrik yang dihasilkan alternator Inverter (model SA- Mengatur putaran motor listrik 2015B) Mole plow Alat yang akan digetarkan Motor listrik 3 phase 2 hp Sebagai sumber tenaga penggetar 2200 rpm Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah plat besi, as (besi poros), bearing, besi siku, mur baut, ring per, ring plat, fleksibel coupling, clamp, dan sebagainya. 17
C. TAHAPAN PROSES PENELITIAN Tahapan proses penelitian adalah sebagai berikut: 1. Identifikasi masalah Identifikasi masalah merupakan perumusan formal masalah apa yang akan dipecahkan melalui desain. Dalam hal ini permasalahan yang ada adalah bagaimana menurunkan tahanan tarik dari mole plow pada saat dioperasikan di lahan. Karena dengan tahanan tarik yang besar kapasitas pengolahan lahan akan berkurang dan tenaga yang digunakan juga makin besar. Salah satu solusi yang diambil untuk mngurangi tahanan tarik adalah dengan menggetarkan mole plow. Berdasarkan penelitian sebelumnya, getaran dapat menurunkan tahanan tarik implemen saat dioperasikan di lahan. 2. Perumusan dan penyempurnaan konsep desain Pada tahap ini permasalahan yang ada mulai diselesaikan melalui desain konseptual. Desain konseptual meliputi beberapa alternatif desain. Dalam desain konseptual ini mulai mentukan elemen, mekanisme, dan konfigurasi unit penggetar yang memenuhi kebutuhan. Selanjutnya akan dipilih desain konseptual unit penggetar yang paling baik untuk diproses ke tahap selanjutnya. 3. Desain fungsional Desain fungsional meliputi penentuan fungsi-fungsi dari tiap komponen penggetar. 4. Desain struktural Desain struktural meliputi penentuan material/komponen penggetar dan perhitungan analisis teknik desain penggetar. 5. Pengumpulan bahan Pada tahap ini material yang akan digunakan dalam manufakturing unit penggetar mulai dikumpulkan. Material ini meliputi material komponen pengetar, material sambungan motor listrik dan komponen penggetar, dan material sambungan unit penggetar dengan mole plow 18
Mulai Identifikasi masalah Perumusan dan penyempurnaan konsep desain Desain fungsional Analisis desain Desain struktural Pengumpulan bahan Manufakturing Pengujian fungsional Tidak k Berhasil? Ya Pengujian kinerja Evaluasi Gambar 8. Tahapan proses penelitian. 19
6. Manufakturing Manufakturing unit penggetar adalah pembuatan unit penggetar di bengkel. 7. Pengujian fungsional Pengujian fungsional dilakukan untuk melihat apakah unit pembangkit getaran befungsi sesuai fungsinya, yaitu menghasilkan getaran. Apabila unit pembangkit getaran ini tidak berfungsi maka proses desain akan kembali ke tahap manufakturing atau kembali ke perumusan dan penyempurnaan konsep dsain. 8. Pengujian kinerja Pada tahap ini kinerja mole plow yang telah dilengkapi unit pembangkit getaran akan diuji di lahan. Pengujian dilakukan dengan menggunakan traktor roda empat. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya amplitudo getaran, frekuensi getaran, draft, kecepatan maju traktor, dan kedalaman operasi mole plow getar di lahan. D. UJI FUNGSIONAL UNIT PEMBANGKIT GETARAN Uji fungsional prototip dilakukan untuk mengetahui dan memastikan tiap bagian dapat berfungsi dengan baik. Pengujian awal dilakuan untuk pengecekan kondisi mole plow pada saat digetarkan oleh unit pembangkit getaran (penggetar). Motor listrik memutarkan transmisi unit pembangkit getaran di mana kecepatan putarnya diatur oleh inverter. Pada kondisi ini penggetaran dilakukan pada berbagai frekuensi putaran. Pada saat operasi bagian penting yang harus diperhatikan adalah transmisi penggetar. Transmisi penggetar harus diperhatikan apakah sudah kokoh dan berfungsi dengan baik. E. PENGAMATAN KONDISI TANAH 1. Kadar air tanah (soil moisture content) Kadar air tanah (w) merupakan perbandingan antara berat air (Mw) dengan berat butiran (Ms) dalam tanah tersebut. Jumlah kadar 20
air tanah itu berbeda-beda pada setiap kedalaman. Hal ini disebabkan kadar air tanah merupakan bagian tanah yang tidak stabil, mudah bergerak dan berpindah tempat setiap saat. Perubahan kadar air tanah tersebut dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan penetrasi dan kerapatan isi tanah (bulk density). Pengukuran kadar air tanah dapat dilakukan melalui berbagai cara, salah satunya dengan metode gravimetric. Adapun tahapan pengukuran kadar air tanah dengan metode gravimetric adalah sebagai berikut : a. Ambil tanah pada lahan pengujian di empat titik pengukuran secara acak dengan perlengkapan pengambil contoh tanah pada kedalaman 0-10; 10-20; 20-30; 30-40 cm dari atas permukaan tanah. Masing-masing sampel tanah dimasukan ke dalam wadah (ring sampel) sampai penuh kemudian ditutup. b. Contoh tanah (ring + tanah basah) ditimbang, sebelumnya ring sample (ring + tutup) ditimbang terlebih dahulu. c. Keringkan contoh tanah dengan cara memasukannya ke dalam oven pada suhu 105 C selama lebih dari 24 jam. Kemudian timbang berat contoh tanah yang telah dikeringkan (ring + tanah kering). d. Hitung kadar air tanah dengan menggunakan rumus (Lal dan Manoj, 2004) : w Mw Ms 100% Ms di mana : w adalah kadar air tanah basis kering (%) Mw adalah massa tanah basah dalam ring simple (g) Ms adalah massa tanah kering dalam ring simple (g) 2. Tahanan penetrasi tanah Tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer yang dilengkapi dengan penampang kerucut. Luas penampang kerucut 21
yang digunakan adalah 2 cm² dan sudut kerucut 30. Pengukuran dilakukan pada empat titik kedalaman, yaitu 5, 15, 25, dan 35 cm. CI 98Fp Ak di mana : CI merupakan tahanan penetrasi (kpa) Fp adalah gaya penetrasi terukur pada penetrometer ditambah dengan massa penetrometer (kgf) Ak adalah luas penampang (2 cm²) F. PENGUJIAN MOLE PLOW GETAR 1. Pengukuran tahanan tarik Pengukuran tahanan tarik dilakukan dengan cara menggandengkan mole plow getar pada traktor roda empat (disebut traktor II). Selanjutnya traktor II digandengkan pada traktor roda empat lainnya (disebut traktor I) yang akan menarik traktor II. Traktor I merupakan traktor Volvo 60 hp, sedangkan traktor II merupakan traktor Deutzh 70 hp. Load cell dipasangkan pada kawat penarik yang menghubungkan antara traktor I dan traktor II dan dihubungkan dengan strain amplipier. Load cell dipasang di antara traktor dengan tujuan untuk mengetahui besarnya gaya tarik yang terjadi pada saat traktor I menarik traktor II yaitu dengan mengetahui besarnya regangan yang terjadi pada load cell. Besarnya nilai regangan pada load cell diukur dengan strain amplipier. Data dari strain amplipier kemudian ditransfer oleh interface ke komputer (laptop) melalui pesan bluetooth. Data regangan yang terbaca secara otomatik pada laptop berupa tegangan listrik lalu diubah ke dalam mikro strain (με) dengan cara mengalikannya dengan faktor pengali dari hasil kalibrasi. Besarnya regangan yang terjadi pada load cell sama dengan besarnya gaya tarik traktor yang terjadi, yaitu dengan cara mengkonversi nilai regangan yang terukur. Berdasarkan penelitian Sigit (2009), satu mikro strain 22
setara dengan dua kilo gram force (1με = 2 kgf). Tahanan tarik operasi mole plow adalah selisih dari gaya tarik ketika mole plow dioperasikan (dengan beban) dengan gaya tarik ketika mole plow tidak dioperasikan (tanpa beban). Proses pengukuran drfat bisa dilihat pada Gambar 10. Kompuer laptop Wireless data Logger Strain Amp. Mole plow Traktor II Traktor I Load cell Gambar 9. Skema proses pengukuran draft. 2. Pengukuran kecepatan maju Bersamaan dengan pengukuran tahanan tarik traktor, kecepatan maju operasi diukur topwatch. Kecepatan maju operasi dihitung menggunakan rumus : V = s/t Di mana: V adalah kecepatan maju traktor saat pengolahan (m/s) s adalah jarak tempuh (m) t adalah waktu tempuh (s) 3. Pengukuran kedalaman operasi Pengukuran kedalaman operasi aktual didekati dengan cara memasukan penggaris secara tegak lurus ke dalam alur pengolahan 23
sampai ujung penggaris menyentuh dasar alur yang keras. Pengukuran kedalaman operasi ini dilakukan pada lima titik pada masing-masing lintasan. 4. Pengukuran amplitudo getar Pengukuran amplitudo dilakukan di lahan, di mana posisi mole plow getar tergantung di three hitch point traktor dan blade mole plow masuk ke dalam tanah sedalam 40 cm. Pengukuran amplitudo dilakukan pada saat traktor diam. Pengambilan data amplitudo menggunakan kamera digital yang diletakan di belakang mole plow getar. Ketika mole plow getar bergetar simpangannya akan terekam oleh kamera. Penggetaran dilakukan pada beberapa frekuensi putaran motor dan pada berbagai panjang beam mole plow. Data hasil rekaman kamera digital diolah menggunakan software corel paint. Data kemudian dibuka per frame rekaman dan tiap perpindahan frame rekaman dilakukan penandaan pada suatu titik pada mole plow getar. Perpindahan titik tersebut yang akan memperlihatkan amplirudo getar. Kamera Mole plow Traktor II Gambar 10. Skema pengukuran amplitudo getaran. 5. Pengukuran daya penggetaran Pengukuran daya penggetaran dilakukan pada saat penggetaran dilakukan. Arus listrik dan tegangan listrik dari alternator diukur oleh 24
multitester digital. Pengukuran arus dan tegangan dilakukan pada tiap frekuensi penggetaran. Daya listrik diperoleh dari perkalian tegangan dan arus pada masing-masing frekuensi penggetaran. W = η*v*i di mana: W adalah daya listrik/daya penggetaran (Watt) V adalah tegangan (volt) I adalah arus listrik (amper) η adalah factor daya = 0.8 25