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
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 2467.1 cm 3 atau 1666.9 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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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 20-22 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
(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
Gambar 41. Hasil penanaman Gambar 42. Hasil penanaman yang rapi 37
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 0.896 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
4. Hasil Pengujian Berdasarkan pengujian di lahan yang berukuran 15 x 20 m diperoleh data pengujian alat pada Tabel 4 sebagai berikut. Jenis Pengujian Tabel 5. Data hasil pengujian alat Rataan hasil pengujian Kedalaman lubang (cm) 3.65 Penjatahan benih pada lubang tanam (benih/lubang) 1 Penjatahan furadan pada lubang tanam (g/lubang) 0.896 Kecepatan maju (m/s) 0.325 KLE (ha/jam) 0.086 KLT (ha/jam) 0.101 Efisiensi penanaman (%) 85 Kapasitas kerja alat (jam/ha) 11.63 39