III. METODE PENELITIAN A. TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan lahan sawah desa Situ Gede untuk uji fungsional. Penelitian berlangsung pada bulan Agustus 2006 sampai dengan November 2006. B. BAHAN DAN ALAT 1. Bahan Penelitan Bahan yang digunakan untuk membuat alat penyiang bermotor terdiri dari : a. Enjin 3 hp, 2 tak, 6000 rpm, digunakan sebagai sumber tenaga untuk memutar poros utama. b. Reduction gear (worm gear), digunakan untuk mereduksi putaran poros utama dan mengubah arah putaran (90 o ). c. Pipa besi Ø 20 mm, digunakan untuk membuat skid. d. Besi pejal Ø 12 mm, digunakan untuk membuat poros utama. e. Besi pejal Ø 30 mm, digunakan untuk membuat poros roda. f. Plat besi tebal 2 mm, digunakan untuk membuat pisau penyiang. g. Plat besi tebal 5 mm digunakan untuk membuat dudukan enjin pada rangka utama. h. Elektroda las, digunakan untuk merangkai komponen-komponen secara permanen. i. Baut dan mur, digunakan untuk merangkai komponen-komponen yang memiliki hubungan tidak permanen. 2. Alat Penelitian Alat yang digunakan untuk membuat prototipe penyiang bermotor terdiri dari : a. Peralatan bengkel seperti, gurinda, bor listrik, las listrik, ragum dan kunci-kunci. 16
b. Gergaji besi. c. Mesin bubut. d. Penetrometer e. Penggaris siku, meteran, jangka sorong. f. Alat tulis dan Gambar g. Tachometer C. TAHAPAN PENELITIAN Mulai Identifikasi Permasalahan Analisis rancangan Perbaikan Desain Modifikasi Tidak Uji Fungsi & Struktur, optimal? Ya Finishing Mesin Penyiang Gulma Siap Pakai Selesai Gambar 5. Tahapan penelitian 17
1. Identifikasi Masalah Penyiang bermotor dirancang untuk menyiangi gulma pada tanaman padi dengan jarak tanam 20 cm sampai dengan 25 cm. Alat ini dapat digunakan pada penyiangan pertama, yaitu pada saat padi berumur empat minggu setelah penanaman dengan ketinggian padi sekitar 30 sampai 35 cm. Digunakan dua buah roda pencabut sehingga alat dapat seimbang dan dalam satu kali penyiangan dapat menyiangi dua alur sekaligus. Kecepatan maju di lahan sawah direncanakan 2 km/jam, diasumsikan sama dengan kecepatan orang berjalan. Penyiang bermotor ini telah mengalami pengujian secara teknis di lapangan, yang dilakukan oleh perancang terdahulu. Pengujian ini dilakukan secara langsung di lahan sawah dengan tujuan untuk memberikan Gambaran kinerja alat ketika dipakai di lahan langsung (Prabowo, 2005). Hasil yang diperoleh menunjukkan adanya kendala teknis yang dihadapai oleh alat ini. Kendala tersebut meliputi kendala teknis pada sumber tenaga alat yang memberikan efek operasional alat. Penyiang bermotor yang dirancang oleh perancang terdahulu menggunakan enjin bertenaga 1.5 hp (horse power). Tenaga 1.5 hp yang dikeluarkan enjin yang dipakai terasa kurang memadai. Hal ini membuat operasi alat pada saat di lahan kurang baik karena pada saat pisau penyiang menyiangi pada kedalaman lebih dari 3 cm roda penyiang akan berhenti, sehinga alat perlu diangkat supaya roda penyiang kembali berputar. Selain itu, pergerakan alat di lahan sawah juga menjadi perhatian dalam modifikasi ini karena pergerakan alat yang memberikan sebagian faktor kinerja alat saat operasi di lahan. Dengan beroperasinya alat di lahan, alat akan bergerak sesuai dengan rencana operasi. Ketika di lahan, alat dikendalikan oleh operator melalui kemudi. Dengan adanya beban tambahan karena komponen enjin di lahan, alat akan terpengaruh. Tambahan berat menjadi beban tersendiri bagi komponen kaki belakang alat. Kaki belakang ini menjadi tumpuan kemudi saat berbelok dan juga sebagai titik tumpu (fulcrum) untuk menyeimbangkan antara beban 18
gesekan tanah dengan roda pencakar serta beban berat enjin didepan kemudi. Dengan kondisi operasi seperti diatas, kaki belakang (skid) menerima beban yang lebih banyak, akibatnya dengan rancangan tapak kaki awal, kaki belakang tenggelam lebih dalam dan mengganggu gerakan maju alat. Tenggelamnya kaki belakang ini menambah beban kerja operator terhadap alat ini. 2. Analisis Perancangan Analisis perancangan terdiri dari analisis fungsional, yaitu penentuan komponen-komponen yang dibutuhkan dalam pembuatan penyiang bermotor dan analisis struktural yaitu menentukan bentuk dari masing-masing komponen yang sesuai dengan analisis teknik dari masingmasing komponen. Penyiang bermotor terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu : a) rangka utama, b) batang kemudi, c) reduction gear, d) roda penyiang, e) pisau penyiang, f) skid, g) pelampung, h) enjin, i) sistem transmisi. Fungsi komponen utama rancangan penyiang bermotor disajikan dalam Tabel 2. Tabel 2. Fungsi komponen utama rancangan penyiang bermotor No Nama Bagian Fungsi a Rangka utama Dirancang sebagai dudukan komponenkomponen seperti enjin, poros, reduction gear (worm gear), roda penyiang, skid, dan batang kemudi. b Batang kemudi Dirancang sebagai pengendali pada saat alat bekerja dan meletakan tuas pengatur kecepatan enjin. Ketinggian dapat diatur sesuai posisi operator. c Reduction Gear Menggunakan worm gear, dapat mengubah arah putaran (90 0 ) dan mereduksi putaran poros utama dengan perbandingan 20 : 1. d Roda penyiang Dirancang dengan Ø 400 mm agar dapat digunakan untuk penyiangan pertama dengan 19
tinggi tanaman 30-35 cm dan dibentuk segi delapan agar mudah untuk meletakan pisau penyiang. e Pisau Penyiang Dirancang dengan bentuk cakar agar dapat dihasilkan mekanisme pencabutan. f Skid Dirancang untuk menopang alat dan sebagai dudukan pelampung. g Pelampung Dirancang untuk memberikan daya apung agar alat dapat mempertahankan kedalaman kerja roda pencakar dan sebagai pembenam rumput. h Enjin Menyediakan daya untuk memutar roda penyiang. i Sistem Transmisi Menggunakan sistem poros yang dihubungkan langsung ke reduction gear. 3. Modifikasi Modifikasi dilakukan dalam desain memiliki tujuan untuk memperoleh hasil desain yang sudah ada memiliki perubahan kinerja yang lebih baik. Pada alat penyiang gulma yang sudah ada, modifikasi masih dapat dilakukan untuk memberikan peningkatan kinerja. Beberapa hal yang disarankan oleh pembuat alat terdahulu, berkaitan dengan penggantian enjin yang memiliki daya lebih besar untuk meningkatkan kapasitas lapang dan efisiensi lapang, perubahan dalam pemilihan bahan untuk membuat komponen-komponen utama sehingga alat penyiang menjadi lebih ringan dari yang telah ada dan penambahan pelampung. Fokus modifikasi alat penyiang bermotor : a. Penggantian enjin lama dengan enjin baru yang lebih kuat Enjin menjadi komponen pokok dalam operasi alat penyiang gulma ini. Enjin berperan penting dalam menyediakan tenaga penggerak untuk memutar roda pencakar dan juga menggerakkan mesin untuk terus maju. Enjin yang dipakai pada mesin terdahulu tidak mampu 20
menyupali tenaga sesuai dengan yang dibutuhkan. Pada pengujiannya, mesin tidak mampu bergerak dan roda pencakar tidak berputar. Untuk bergerak maju, mesin harus dibantu oleh operator. Hal ini tidak sesuai dengan tujuan desain awal mesin. Mesin ini dirancang untuk dapat bergerak secara semi-otomatis, mesin dapat menangani suplai tenaganya sendiri, tidak menggunakan tenaga dari manusia (operator), dan operator hanya berperan dalam pengendalian dan pengarahan saja. Faktor penting yang memberi pengaruh pada enjin dalam operasi mesin ini adalah kondisi lahan. Lahan sawah lebih bersifat lumpur atau tanah liat, dimana tanah akan memberikan daya hambat terhadap roda penyiang sesuai dengan tingkat kedalaman. Semakin dalam suatu roda penyiang misalnya tenggelam maka akan semakin besar daya tahanannya. Selain itu, tanah dengan kondisi tersebut akan cenderung menempel pada implemen alat dan menambah berat total mesin. Alat penyiang bermotor yang sudah ada memiliki berat yang lumayan. Dengan kondisi mesin tersebut, maka dibutuhkan tenaga yang lebih besar daripada yang direncanakan dalam konsep rancangan. Hal ini perlu dipertimbangkan, karena dalam operasi di lahan, mesin tidak selalu akan beroperasi sesuai dengan yang direncanakan dalam konsep rancangan. Roda pencakar tidak selalu beroperasi pada kedalaman tanah tertentu, putaran roda pencakar tidak selalu konstan, suplai tenaga ke komponen traksi tidak selalu konstan dan kemungkinan berat total mesin bisa bertambah dengan adanya tanah sawah yang menempel semakin banyak. Menyadari perlunya pemenuhan kebutuhan tenaga untuk operasi di lahan, penggantian enjin yang ada dengan enjin yang bisa menyediakan tenaga operasi yang lebih 21
besar menjadi salah satu fokus dalam modifikasi alat penyiang ini. b. Penambahan Pelampung Alat penyiang bermotor yang dirancang oleh Prabowo. (2005), menunjukkan fungsional kerja yang sudah sesuai dengan rancangan. Berhubung berat total mesin yang berat, pada operasi di lahan sawah pada saat pengujian, mesin tersebut cenderung untuk tenggelam lebih dalam, roda pencakar akan cenderung masuk lebih dalam dan enjin penggerak cenderung menerima beban yang semakin bertambah. Supaya mesin dapat terus bergerak maju, operator akan berusaha keras untuk mempertahankan supaya kedalaman kerja roda pencakar tetap dengan mencoba mengangkat bagian roda pencakar bertumpu pada skid. Hal ini merugikan operasi kerja alat penyiang bermotor tersebut. Secara konsep, untuk mengubah kedalaman kerja roda pencakar dapat dilakukan dengan mengurangi berat total mesin. Akan tetapi, hal ini masih belum efektif, karena penggantian mesin baru akan menambah berat total mesin juga. Solusi yang lain adalah dengan menambahkan pelampung. Pelampung dirancang untuk menambah daya apung (floatation) mesin yang mengurangi kedalaman kerja hingga batas kedalaman tertentu. Tingkat apung pelampung salah satunya ditentukan posisi penempatan pelampung. Posisi yang tepat akan memberikan daya apung mesin yang baik dan menambah keseimbangan kerja. Oleh kerena itu pelampung ditempatkan dikaki skid. Kelebihan pelampung ditempatkan dikaki skid yaitu tidak diperlukan penambahkan kaki khusus untuk pelampung, seperti yang ditunjukan pada Gambar 6. Pelampung ditempatkan di belakang selain 22
berfungsi memberi daya apung juga dapat berfungsi sebagai pembenam gulma. Gambar 6. Posisi pelampung di kaki skid. 4. Pengujian Pengujian dilakukan untuk menentukan kemampuan hasil desain yang telah dibuat. Hasil pengujian diharapkan dapat diperoleh hasil yang baik. Pengujian dilakukan di lahan sawah untuk mengetahui kinerja dari alat tersebut. Pada tahap pengujian yang perlu diukur adalah : a. Kapasitas lapang Kapasitas lapang ditentukan dengan mengukur waktu kerja, kecepatan maju rata-rata dan lebar kerja dari alat tersebut. Kapasitas lapang ada dua, yaitu kapasitas lapang teoritis dan kapasitas lapang efektif. Kapasitas lapang teoritis dihitung berdasarkan rumus : ( v Lp) KLT = 0. 36... (1) dimana : KLT = Kapasitas lapang teoritis (ha/jam), v = Kecepatan maju alat (m/detik). Lp = Lebar kerja (m). 0.36 = Nilai konversi dari m 2 /detik ke ha/jam. 23
Kapasitas lapang efektif dihitung berdasarkan rumus : L KLE =... (2) WK dimana : KLE = Kapasitas lapang efektif (ha/jam), L = Luas lahan (ha), WK = Waktu kerja alat (jam). Dari kedua persamaan kapasitas lapang tersebut dapat diketahui besarnya efisiensi lapang (Eff) berdasarkan rumus : KLE Eff = 100%... (3) KLT b. Tingkat keberhasilan penyiangan Tingkat keberhasilan penyiangan dapat diketahui dengan cara membandingkan jumlah gulma yang tercabut dengan populasi gulma awal. untuk mempermudahkan perhitungan dibuat petak-petak contoh yang dapat mewakili keadaan yang sebenarnya. Taksiran tingkat keberhasilan penyiangan dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Gb Gh = 100%... (4) Gp dimana : Gh = Persentase gulma yang tersiang Gb = Jumlah gulma tersiang Gp = Jumlah populasi gulma awal. 24