II. TINJAUAN PUSTAKA A. DRAINASE MOLE Pembuatan saluran drainase merupakan salah satu kegiatan utama pada waktu menyiapkan suatu lahan pertanian. Tanaman membutuhkan cukup air untuk pertumbuhannya tetapi bila persediaan air untuk tanaman berlebih akan mengganggu pertumbuhan tanaman. Saluran drainase dibuat untuk membuang kelebihan air pada suatu lahan pertanian maupun lahan yang lainya. Sampai saat ini telah dikenal berbagai macam jenis drainase. Menurut Kalsim (2002), berdasarkan peruntukannya drainase dapat dibagi kedalam empat bagian, yaitu: (1) Drainase lahan pertanian, (2) Drainase perkotaan, (3) Drainase lapangan terbang, (4) drainase lapangan olah-raga. Berdasarkan sifatnya drainase diklasifikasikan menjadi drainase alami (natural drainage) dan drainase buatan (man-made drainage). Berdasarkan sasaran pengendaliannya, drainase dibedakan menjadi drainase permukaan (surface drainage) dan drainase bawah permukaan (sub-surface drainage). Drainase permukaan menitik beratkan pada pengendalian genangan air di atas permukaan tanah, sedangakan drainase bawah permukaan menitik beratkan pada kedalaman air tanah di bawah permukaan tanah. Drainase bawah permukaan tanah adalah dasar dari kebanyakan pekerjaan drainase lahan. Salah satu drainase bawah permukaan yang sering diaplikasikan adalah drainase mole. Drainase mole merupakan metode yang sangat efektif utuk mendrainase tanah. Drainase mole merupakan saluran bulat yang berada dibawah permukaan tanah yang dibuat oleh mole plow. Drainase mole akan bekerja baik pada tanah dengan kandungan mineral tanah liat minimal 30%. Drainase mole tidak akan baik pada tanah dengan kandugan mineral tanah liat kurang dari 25% (Smart dan Herbertson, 1992). Drainase mole umumnya cocok untuk tanah liat berat dengan konduktivitas lambat. Tujuan utamanya bukan untuk mengendalikan kedalaman air tanah yang biasanya sudah cukup dalam, akan tetapi untuk membuang kelebihan air dari permukaan lahan atau dari lapisan olah yang 5
semula membentuk suatu parched water table. Air mengalir ke mole melalui celah dan rekatan-rekatan yang terbentuk dalam pembuatan mole (Kalsim, 2002). Kondisi yang paling disukai untuk terjadinya moling ketika lapisan kedalaman mole pada kondisi plastis tetapi tanah diatasnya cukup kering untuk dihancurkan oleh mole plow. Kemiringan saluran mole ridak dapat dibedakan dari kemiringan permukaan tanah selama operasi berlangsung. Tergantung dari kesetabilan liat tanah mole beroperasi pada kedalaman 45 cm sampai 60 cm dibawah permukaan tanah. Drainase kolektor sebaiknya berjarak sedekat-dektnya 20 m pada liat yang stabil dan bahkan sampai berjarak 40 m (Smart dan Herbertson, 1992). Menurut Kalsim (2002), umumnya efektifitas drainase mole ditentukan oleh berbagai faktor. Faktor-faktor tersebut yaitu sifat tanah yang menentukan stabilitas tanah, kondisi kelembaban tanah selama konstruksi alat dan metode konstruksi yang digunakan, kecepatan aliran air dalam saluran mole, dan laju pengendapan pada saluran mole. Kerugian drainase mole adalah saluran tidak disokong, sehingga ada kemungkinan tertimbun yang kelak harus dibuat lagi pada interval tertentu. Walaupun demikian drainase mole mepunyai biaya pembuatan yang lebih murah dan hasilnya lebih efektif daripada sistem closely spaced field drainage (Smart dan Herbertson, 1992). Saluran mole Gambar 3. Retakan yang terbentuk pada drainase mole (Smart dan Herbertson, 1992). 6
B. MOLE PLOW Menurut Smart dan Herbertson (1992), mole plow mempunyai tiga bagian utama. Bagian pertama adalah bingkai yang kuat atau beam yang meluncur sepanjang permukaan luar tanah. Bagian kedua adalah blade yang yang menempel secara vertikal pada ujung beam.tebal blade biasanya adalah 2.54 cm. Blade ini berfungsi untuk memotong tanah dengan kedalaman maksimum 91.44 cm. Bagian ketiga berupa batang baja bulat yang panjangnya bervariasi mulai dari 38.1 cm sampai 91.44 cm dan diameternya bervariasi mulai dari 2.54 cm sampai 15.24 cm. Batang baja bulat ini dinamakan mole yang berfungsi untuk membuat lubang di bawah tanah. Syarat-syarat mole yang baik dapat diringkas sebagai berikut. Mole harus dapat menghasilkan 8.89 cm lubang yang bersih dan bundar dengan kedalaman 66.04 cm. Untuk melakukan ini mole harus dipasang dengan baik dengan paralel pada gagang diatasnya. Diameter minimal mole adalah 7.62 cm (Cooper, 1965). beam blade mole expander Gambar 4. Mole plow (Smart dan Herbertson, 1992). 7
C. GETARAN Secara umum ada dua tipe getaran yaitu free vibration dan forced vibration. Ketika sistem dipindahkan dari posisi keseimbangan statiknya keposisi yang berbeda kemudian dilepaskan maka akan menimbulkan free vibration. Frekuensi dari free vibration tergantung dari massa dan kekakuan sistem (James et al., 1994). Forced vibration terjadi ketika sistem dipengaruhi oleh satu atau beberapa tipe eksitasi eksternal yang mana menambah energi kepada sistem. Pada umumnya, amplitudo getaran tergantung frekuensi natural dari sistem. Komponen frekuensi menentukan exciting force (gaya penggetaran). Amplitudo dari forced vibration dapat menjadi sangat panjang ketika frekuensi dari eksitasi diterapkan pada frekuensi natural dari sistem. Pada kondisi ini akan terjadi tegangan dan regangan yang memungkinkan menyebabkan kerusakan mesin dan struktur. Itu sebabnya sangat penting bagi para designer untuk dapat menentukan frekuensi natural dari sistem dengan percobaan dan pemodelan matematik (James et al., 1994). ω m mesin pegas daspot Gambar 5. Skema forced vibration dan free vibration. Getaran pada suatu struktur dapat diakibatkan oleh efek dari gaya kelembaman. Gaya kelembaman adalah gaya yang disebabkan oleh percepatan. Gaya ini sering disebut juga gaya dinamis. Dalam mesin-mesin berkecepatan tinggi percepatan dan gaya kelembaman yang dihasilkan dapat 8
menjadi sangat besar dalam hubungannya dengan gaya statis yang menghasilkan kerja yang bermanfaat (Martin, 1985). Sumber getaran dengan eksentrisitas massa berputar umumnya digunakan pada mesin penggetar pohon untuk pemanen buah. Karena desain penggetar ini memanfaatkan inersia massa yang berputar maka harus jelas bahwa amplitudo yang dihasilkan dari getaran terkait dengan massa relatif dari perputaran massa penggetar inersia dan dari massa batang atau pohon yang digetarkan. Frekuensi getaran juga sangat penting, tetapi biasanya jauh lebih mudah untuk memonitor dan mengontrolnya. Terdapat pula hal penting yang harus diperhatikan pada pengoperasian penggetar pohon ini. Selama proses akselerasi penggetar tersebut dapat dioperasikan pada satu frekuensi dengan amplitudo yang berbeda-beda pada suatu getaran. Gambar 4 menunjukan suatu unit pembangkit getaran yang digunakan pada penggetar pohon. Penggetar ini memiliki massa pemutar eksentris yang ditunjukan pada posisi 2, yang mana pada tengahnya memiliki gyration coincident pada posisi 1 yang berputar bersamaan. Eksentrisitas tersebut dikendalikan oleh silinder hidrolik yang ditunjukan pada posisi 3 (Sirvastava et al., 1993). 2 1 3 Gambar 6. Variable eccentricity mass shaker (U.S. Patent #4,776,156). 9
D. TAHANAN TARIK Tahanan tarik merupakan besarnya gaya tahanan tanah terhadap implemen, disebut juga draft. Besarnya draft berbeda-beda dipengaruhi oleh jenis tanah, kadar air, kedalaman olah, lebar olah, dan bentuk serta berat implemen. Bertambahnya kandungan air tanah akan mengakibatkan draft berkurang hingga mencapai titik terendah dan kemudian akan naik kembali dengan bertambahnya kandungan air (Martin dan McColly, 1955). Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya draft pada implemen bajak yaitu lebar bajak, panjang bajak, kelengkungan bajak, ketajaman bajak, dan gesekan tanah dengan alat (adhesi). Martin dan McColly (1955) menyatakan bahwa draft dan tenaga yang dikehendaki pada mesin pertanian harus diketahui untuk menentukan jenis traktor yang digunakan agar sesuai dengan beban yang dapat ditarik oleh traktor tersebut. Oleh karena itu, draft merupakan salah satu faktor yang menentukan besarnya tenaga atau daya traktor yang dibutuhkan untuk menarik implemen tersebut. Menurut Kuipers (1993), besarnya tenaga tarik efektif dari traktor untuk menarik sebuah alat sangat tergantung pada kemampuan roda penggerak (bagian belakang) untuk mentransfer tenaga mesin yang dihasilkan (brake horse power) menjadi tenaga tarik, dan ini tergantung pada lapisan permukaan tanah untk menghasilkan tahanan yang cukup (gesekan internal dan kohesi) terhadap roda-roda yang sedang slip. Tenaga tarik efektif yang dihasilkan suatu mesin umumnya hanya setengah dari jumlah tenaga yang dikeluarkan oleh mesin tersebut. Disamping itu terjadi kehilangan tenaga dalam gesekan transmisi (10% sampai 15%), kehilangan tenaga pada waktu teraktor mengatasi tahanan gelinding (rolling resistance), dan slip roda. Kesanggupan sebuah traktor untuk merubah secara efektif mesin menjadi tenaga tarik sangat tergantung pada berat traktor dan luas bidang kontak roda-tanah (Kuipers, 1983). Kadar air tanah juga sangat berpengaruh pada tahanan tarik implemen pengolah tanah. Menurut Lal dan Shukla (2004), kekuatan tanah meningkat 10
dengan menurunya kadar air tanah. Pengeringan tanah meningkatkan kekuatan melalui peningkatan kapilaritas kohesi. Tahanan tarik mole plow biasanya dinyatakan dalam komponen gaya horizontal dan gaya vertikal. Gaya horizontal menunjukan besarnya tahanan tarik mole plow pada arah depan sedangkan gaya vertikal menunjukan tahanan tarik mole plow pada arah samping. Tabel 1 menunjukan besarnya komponen gaya horizontal, gaya vertikal dan momen acting dari mole plow. Tabel 1. Horizontal, vertical force component, and moments acting on various components of mole plough (Malik et al., 1986) Treatment Horizonatal force (kn) Vertical force (kn) Moments acting (knm) T1 16.46 3.63 12.83 T2 16.46 4.14 12.34 T3 15.86 3.74 12.12 T4 18.01 4.77 13.24 E. PENGGUNAAN GETARAN PADA ALAT PENGOLAH TANAH Hasil penelitian menunjukan bahwa dampak pengolahan tanah yang menggunakan getaran dengan kombinasi yang sesuai dengan parameter diatas, dapat menurunkan tahanan tarik mencapai 50-57% jika dibandingkan dengan alat yang sama tanpa getaran. Efek penggunaan parameter di atas tidak tetap, tetapi secara umum telah ditemukan bahwa penurunan tahanan tarik akan meningkat jika terjadi peningkatan kecepatan getar atau frekuensi getar, dan akan menurun jika terjadi kecepatan maju (Verma, 1969 dalam Kepner et al., 1972). Radite, et al (1997) melakukan penelitian mengenai rekayasa awal prototip bajak singkal tergetar membalik di tempat dengan memanfaatkan PTO sebagai sumber tenaga putar. Berbeda dengan bajak singkal konvensional, pada prototip bajak singkal ini bagian pemotong tanah dan singkal dipisahkan. Bagian singkal tidak digetarkan, sedangkan pemotong 11
tanah digetarkan. Berdasarkan hasil pengujian menunjukan bahwa pemilihan amplitudo getaran (a), frekuensi getaran (f) dan kecepatan operasi (v) yang tepat dapat menurunkan draft pembajakan lebih dari 50 persen. Secara umum meningkatnya rasio kecepatan β berakibat pada menurunya darft pembajakan. Namun demikian meningkatnya amplitudo getaran akan membutuhkan peningkatan rasio kecepatan β (β = 2πfa/v) yang lebih besar untuk mendapatkan draft yang sama. Taufik (2001) melakukan penelitian tentang rancang bangun mekanisme penggetar untuk bajak subsoiler getar dengan dua bilah bajak. Mekanisme penggetar berupa kombinasi poros eksentrik dengan batang pengubah arah gerak yang menggetarkan bagian bilah bajak secara bolakbalik kearah depan dan belakang. Tenaga yang digunakan adalah putaran poros PTO dari traktor. Bajak subsoil getar ini dapat menurunkan tahanan tarik sampai dengan 50% pada jenis tanah liat dengan kedalaman olah 30 cm. Berdasarkan hasil pengujian, tahanan tarik yang dihasilkan menurun, akan tetapi kedalaman olahnya kurang dalam. Selain itu getaran yang diteruskan ke badan traktor yang dihasilkan oleh penggetaran bilah bajak subsoil cukup besar. Efektifitas penggunaan getaran pada subsolier dipengaruhi oleh kecepatan maju dan kedalaman pengolahan. Pada kecepatan maju pengolahan yang rendah, efektifitas penggunaan getaran dalam menurunkan tahanan tarik menjadi lebih tinggi. Kedalaman olah berpengaruh terhadap tinggi rendahnya tahanan tarik yang dihasilkan. Tahanan tarik cenderung lebih tinggi pada saat kedalaman olah tinggi (Radite et al., 2003). Hidayat (2006) melakukan penelitian untuk mengembangkan desain bajak subsoil getar prototip-1 agar dapat bekerja pada kedalaman olah 35 cm di PG Jatitujuh yaitu desain bajak subsoil getar dengan pemupuk mekanis untuk budidaya tebu lahan kering (SIGAP prototip-2), dengan adanya tambahan konstruksi pemupuk maka batang penggetar diletakan di depan. Hal ini dimaksudkan agar penggetar dapat bergerak bebas, sehingga tidak terganggu lubang pupuk yang diletakan dibelakang chisel. Mekanisme penggetar memakai sistem empat batang hubung tipe engkol lengan ayun 12
dengan jarak engkol 3.5 cm, mengakibatkan sudut angkat maksimum sayap penggetar bagian kanan adalah 20 dan minimum 5. Sedangkan pada bagian kiri sudut angkat sayap maksimum adalah 21 dan minimum 3. Jadi amplitudo yang terjadi pada sayap penggetar bagian kanan 7 cm dan bagian kiri 6.5 cm. Berdasarkan hasil pengujian tahanan tarik yang dihasilkan dengan penggetaran subsoil menurun sampai 30% pada kedalaman olah rata-rata 37 cm. Hasil pengujian di PG Jatitujuh mampu mencapai kedalaman olah rata-rata 41 cm. Sigit (2009) melakukan penelitian tentang modifikasi bajak subsoiler getar dengan pemupuk mekanis (SIGAP) utuk budidaya tebu lahan kering. Hasil pengujian di Kebun Percobaan Leuwikopo IPB, Bogor pada kadar air tanah rata-rata 41.1% menunjukan bahwa efek penggetaran dengan sayap penggetar pada bajak subsoil dapat menurunkan tahanan tarik secara nyata dibanding dengan bajak subsoil tanpa getar. Dengan penggetaran, tahanan tarik turun pada kisaran 6.1% sampai 29.9% dengan rata-rata 14.6%. F. DESAIN (PERANCANGAN) Menurut Harsokoesoemo (1999) perancangan adalah kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produk yang keberadaannya dibutuhkan oleh masyarakat untuk meringankan hidupnya. Perancangan terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan, oleh karena itu perancangan kemudian disebut sebagai proses yang mencakup seluruh kegiatan yang terdapat dalam proses perancangan tersebut. Kegiatan-kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Salah satu deskripsi proses perancangan adalah deskripsi yang menyebutkan bahwa proses perancangan terdiri dari fase-fase seperti terlihat pada Gambar 7. Menurut Harsokoesoemo (1999), proses perancangan dianggap dimulai dengan diidentifikasikannya kebutuhan produk yang diperlukan masyarakat. Berawal dari diidentifikasikannya kebutuhan produk tersebut maka proses perancangan berlangsung. Hasil analisis masalah yang utama adalah pernyataan masalah atau prblem statement tentang produk baru. Pernyataan masalah tersebut 13
belumlah berupa solusi/produk-baru, tetapi mengandung keteranganketerangan tentang produk yang akan dirancang Spesifikasi produk mengandung keinginan-keinginan pengguna/bagian pemasaran tentang produk yang akan dibuat. Spesifikasi produk merupakan dasar dan pemandu bagi perancang dalam merancang produk dan spesifikasi produk tersebut akan menjadi tolak ukur pada evaluasi hasil rancangan dan evaluasi produk yang sudah jadi. Spesifikasi produk mengandung beberapa hal, yaitu : (1) kinerja harus dapat dicapai produk, (2) kondisi lingkungan yang akan dialami produk, (3) kondisi operasi lain, (4) jumlah produk yang akan dibuat, (5) dimensi produk, (6) berat produk, (7) ergonomik, (8) keamanan dan safety, (9) harga produk (Harsokoesoemo, 1999). Konsep produk adalah solusi-solusi alternatif dari masalah dalam bentuk skema. Masalah dalam hal ini adalah produk baru, yang dipandang sebagai masalah perancangan yang memerlukan solusi. Fase ini dalam perancangan dikenal dengan fase pencarian konsep-konsep produk yang memenuhi fungsi dan karakteristik produk, sebagaimana tercantum dalah spesifikasi produk. Pada fase perancangan produk, solusi alternatif dalam bentuk skema dikembangkan lebih lanjut menjadi produk atau benda teknik yang bentuk, material dan dimensi komponen-komponennya telah ditentukan. Jika terdapat lebih dari satu solusi alternatif, maka harus ditentukan satu solusi akhir yang terbaik melalui proses pemilihan solusi terbaik. Solusi terbaik tersebut dituangkan dalam bentuk general arrangement drawing atau gambar susunan umum. Sebelum terpilih solusi akhir, fase ini memberi umpan balik ke fase sebelumnya yaitu fase analisis masalah dan perencanaan proyek. Proses iteratif seperti ini bisa terjadi diantara fase-fase dalam suatu proses perancangan (Harsokoesoemo, 1999). Produk hasil fase perancangan produk haruslah dapat spesifikasi produk, yaitu dapat memenuhi fungsinya, mempunyai karakteristik yang harus dipunyai dan dapat melakukan kinerja atau performance seperti yang disyaratkan. Untuk memudahkan evaluasi tersebut, maka dapat dibuatkan 14
sebuah atau beberapa prototipe, yang secara fisik dapat diuji untuk mengetahui apakah fungsi, karakteristik dan kinerjanya memenuhi persyaratan. Jika pembuatan prototipe fisik mahal, maka dibuat prototipe pada komputer dan kemudian dilakukan simulasi. Gambar hasil rancangan produk terdiri dari : (1) gambar skema komponen produk lengkap dengan bentuk geometrinya, dimensi, kekasaran/kehalusan permukaan material, (2) gambar susunan, (3) spesifikasi yang memuat keterangan-keterangan yang tidak dapat dimuat pada gambar dan (4) bill of materials. Kebutuhan Analisis masalah, spesifikasi produk, dan perancangan proyek Perancangan konsep produk Perancangan produk Evaluasi produk hasil rancangan Dokumen untuk pembuatan produk Gambar 7. Diagram alir proses perancangan (Harsokoesoemo, 1999). 15