PEMBUATAN ALAT TANAM BENIH JAGUNG (Zea mays)

OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER

SKRIPSI

YUNIUS GIRRY WIJAYA

F14070090

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2011

DESIGNING OF MICROCONTROLLER-BASED AUTOMATIC CORN SEED

PLANTER

Kudang Boro Seminar and Yunius Girry Wijaya Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology,

Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus,

PO Box 220, Bogor, West Java,

Indonesia.

Phone 62 816 4834625, e-mail: kseminar@ipb.ac.id

ABSTRACT

Until this time, majority of Indonesian farmers plant seeds by using a dibble (conventional

method), that needs extra power, more human operators and is ergonomically inefficient. Therefore,

a more precision seedling machine is needed to alter the manually seedling process into mechanically

seedling process by using seed planter. A seed planter consists of mechanical component and

electronic components. The mechanical component includes draft machine, dibble wheels, a

supporting wheel, hopper, a metering device , a drainage tube, a fertilizer plot opener, and a covering

hole device. The electronic component includes a metering motor, a micro-controller, a magnet

sensors, a motor-driver and a electrical power supply.

The design methodology used in this research is based on functional and structural design.

Moreover, ergonomic values of the designed seed planter are also condidered based on the

Indonesian average anthropometries. This dimension of the seed planter is of 130 cm (length) x 100

cm (width) x 90 cm (height) cm. The length of the connecting rod is 110 cm with a wheel diameter of

drill 40 cm. The seed storage capacity of the hopper is 3.0 kg. The metering device diameter is 12 cm.

The operating capacity of the croping tool is 11.63 hours / ha.

The proposed seed planter is designed to be operated by a single human operator with

pushing power of 223.71 watts. The enriched feature of the seed planter is precicesness of seeding and

and multifunction capabilities (making seed holes, allocating seed & granular pesticide, closing seed

holes, producing fertilizing rows).

Keyword: seed planter, dibble, metering device, micro-controller

Yunius Girry Wijaya. F14070090. Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis

Berbasis Mikrokontroler. Di bawah bimbingan Kudang Boro Seminar. 2011

RINGKASAN

Selama ini para petani Indonesia menanam benih dengan menggunakan tugal (metode

konvensional) yang membutuhkan banyak tenaga dan operator serta tidak ergonomis. Sehingga

penulis berpikir diperlukan alat tanam benih presisi dan otomatis yang mampu menggantikan

pekerjaan menanam yang selama ini dilakukan secara manual dengan bantuan mesin tanam yang ada.

Alat tanam yang diusulkan dan dirancang dalam penelitian ini memiliki dua bagian utama yaitu:

perangkat mekanis dan perangkat elektronika. Perangkat mekanis terdiri atas rangka alat, roda tugal,

roda pembantu, tempat penampungan benih dan furadan, piringan penjatah, tabung penyalur, pembuka

alur pupuk dan penutup lubang tanam. Perangkat elektronika terdiri dari motor penggerak metering,

mikrokontroler, open gate, sensor magnet, dan sumber listrik DC.

Metoda perancangan yang dilakukan adalah proses perancangan baik secara fungsional

maupun struktural. Metode awal yang digunakan adalah mengidentifikasi masalah yang ada di

lapangan, kemudian menganalisis permasalahan tersebut dan dilanjutkan dengan mengumpulkan ide-

ide sebagai penyelesaian dari masalah tersebut. Kemudian melakukan konsep desain dan analisis

desain yang memperhitungkan volume hopper, diameter poros, kebutuhan daya pada alat dan

perancangan sistem penjatahan benih. Selain faktor perancangan tersebut nilai ergonomika dari alat

juga diperhitungkan dengan mengacu pada antropometri rata-rata manusia Indonesia sebagai acuan

dimensi alat. Selanjutnya dilakukan pembuatan prototipe alat dan pengujian di lahan.

Sistem penggerak roda tugal adalah daya dorong manusia dengan bantuan mikrocontroller

dan sensor magnet yang terpasang oleh dudukan sensor sebagai sistem penjatahan. Harapan dari

sistem yang dipakai ini adalah ketepatan pembacaan lubang tugal, penyaluran benih dan furadan ke

dalam lubang tanam, menutup lubang tanam dan membuat alur pemupuk. Tenaga masukan untuk

komponen elektronika berasal dari accu sedangkan tenaga dorong yang diperlukan untuk mendorong

adalah daya dorong manusia sebesar 223.71 Watt. Dalam pengoperasiannya alat ini hanya

membutuhkan satu orang operator saja.

Dimensi dari alat ini adalah 130 x 100 x 90 cm. Panjang batang penghubung yang digunakan

adalah 110 cm dengan roda tugal diameter 40 cm. Alat ini akan menanam benih dengan jarak tanam

80 × 20 cm. Kapasitas total penampung benih (hooper) adalah 3 kg benih dan kapasitas total dari

penampung furadan adalah 2 kg. Penjatah benih yang digunakan berdiameter 12 cm dan diameter

penjatah furadan 8 cm. Mata tugal didesain dengan bentuk prisma segitiga degan dimensi 6 × 6 × 5

cm. Diameter roda tugal 45.72 cm dan panjang poros 100 cm.

Kapasitas kerja alat adalah 11.63 jam/ha dengan kapasitas lapang teoritis 0.101 ha/jam dan

kapasitas lapang efektif 0.086 ha/jam. Rata-rata kedalaman lubang yang dihasilkan adalah 3.65 cm

dan rataan penjatahan benih tiap lubangnya adalah 1 benih/lubang tanam, sedangkan untuk furadan

0.896 g/lubang tanam. Efisiensi penanaman yang dihasilkan adalah 85 %.

PEMBUATAN ALAT TANAM BENIH JAGUNG (Zea mays) OTOMATIS

BERBASIS MIKROKONTROLER

SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,

Fakultas Teknologi Pertanian,

Institut Pertanian Bogor

Oleh

YUNIUS GIRRY WIJAYA

F14070090

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul Skripsi : Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis

Mikrokontroler

Nama : Yunius Girry Wijaya

NIM : F14070090

Menyetujui,

Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc

NIP. 19591118 1985 03 1 004

Mengetahui:

Ketua Departemen,

Dr. Ir. Desrial, M.Eng

NIP. 19661201 199103 1 004

Tanggal Lulus:

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Pembuatan Alat

Tanam Benih Jagung (Zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler adalah hasil karya saya

sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada

perguruan tinggi manapun. Skripsi ini adalah keluaran dari program Pre-Mentoring yang dilaksanakan

oleh RAMP yang memfasilitasi selama proses pembelajaran dan mendanai dalam pembuatan alat ini

sebagai target luaran yang harus dicapai. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang

diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain, telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan

dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Desember 2011

Yang membuat pernyataan

Yunius Girry Wijaya

F14070090

BIODATA PENULIS

Yunius Girry Wijaya. Lahir pada tanggal 8 Juni 1989 di Klaten. Penulis lahir

sebagai anak pertama dari empat bersaudara, dari pasangan Bapak Antonius

Jarwadi dan Ibu Sumarmi. Pendidikan formal mulai di tempuh di TK BDN II

Cilandak Barat, Jakarta Selatan (1994-1995), SDN 01 Pagi Cilandak Barat,

Jakarta Selatan (1995-2001), SMPN 68 Jakarta (2001-2004), SMAN 46 Jakarta

(2004-2007), dan Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI di Departemen

Teknik Pertanian (Teknik Mesin dan Biosistem) Fakultas Teknologi Pertanian

(2007-2011). Selama mengikuti perkuliahan, penulis mengikuti berbagai

kegiatan termasuk menjadi pengurus Agricultural Engineering Design Club

(AEDC) periode 2009-2010 sebagai staf publikasi dan 2010-2011 sebagai ketua. Selain itu penulis

pernah menjadi asisten praktikum Gambar Teknik tahun ajaran (2009-2011), selain itu menjadi wakil

ketua Elektro Robotik Club (ERC) periode (2009-2010). Pada tahun 2010, penulis melaksanakan

praktik lapangan di Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung, Bandung selama 40 hari kerja

dengan topik “Aspek Ergonomika Serta Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3) Pada Proses

Pengolahan Teh Hitam di Pusat Penelitian Teh dan Kina (PPTK) Gambung”. Ditahun berikutnya

penulis melakukan penelitian sebagai syarat kelulusan Sarjana Teknologi Pertanian dengan judul “

Pembuatan Alat Tanam Benih Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler”.

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia dan berkat-Nya

sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini berjudul “Pembuatan Alat Tanam Benih

Jagung (zea mays) Otomatis Berbasis Mikrokontroler” dibuat di bengkel 42 Manufactur Engineering

dan diuji coba di laboratorium lapangan Leuwikopo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB,

sejak April sampai September 2011.

Dengan telah selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan

penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Prof. Dr. Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan

bimbingan dan arahan selama pelaksanaan penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini.

2. RAMP sebagai lembaga inovasi yang telah memberikan kepercayaan serta memfasilitasi dan

mendanai untuk terciptanya penelitian ini.

3. Dr. Ir. Faiz Syuaib selaku pihak RAMP yang telah membimbing dan mengingatkan segala hal

yang berkaitan dengan Pre-Mentoring Program.

4. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr sebagai dosen pembimbing dari RAMP yang telah

memberikan masukan dalam penyusunan skripsi ini.

5. Dr. Ir. Wawan Hermawan. M.S dan Ir. Mohamad Solahudin, M.Si sebagai dosen penguji yang

telah memberikan masukan dalam penyusunan skripsi ini.

6. Ayah, Ibu, adik dan semua keluarga untuk semua pertolongan, dukungan moril dan materil, kasih

sayang, doa, dan semua pengorbanan yang tak ternilai.

7. Huda Fatmawati, Hans Findranov, dan Cecep untuk semua bantuannya selama penulis

melaksanakan penelitian.

8. Pak Wana, Mas Firman, Mas Darma, dan Pak Parma serta seluruh civitas Departemen Teknik

Mesin dan Biosistem atas bantuan dan kerjasamanya selama melakukan penelitian.

9. Tri yulni yang telah membantu memeriksa dan memberikan masukan dalam tata penulisan

skripsi.

10. Rekan – rekan Teknik Pertanian angkatan 44 atas bantuan pada saat pengujian alat serta

semangat dan motivasinya.

Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata

terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Bogor, Desember 2011

Yunius Girry Wijaya

iv

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR .................................................................................................................... iii

DAFTAR ISI .................................................................................................................................... iv

DAFTAR TABEL ............................................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................................... vi

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................................. vii

I. PENDAHULUAN ....................................................................................................... 1

A. Latar Belakang ...................................................................................................... 1

B. Tujuan ................................................................................................................... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 3

A. Budidaya Jagung................................................................................................... 3

B. Mesin Penanam dan Pemupuk .............................................................................. 4

1. Pembuka Alur ................................................................................................ 5

2. Penutup Alur.................................................................................................. 5

3. Penjatah (Metering Device) Benih................................................................. 6

4. Penjatah (Meering Device) Pupuk ................................................................. 7

5. Kotak (Hopper) Pupuk .................................................................................. 8

C. Perkembangan Rangkaian Elektronika ................................................................. 8

1. Mikroprosesor dan Mikrokontroler ............................................................... 8

2. Sensor Magnet ............................................................................................... 9

3. Motor DC ...................................................................................................... 9

4. Motor Driver.................................................................................................. 9

D. Ergonomika ........................................................................................................ 10

III. METODE PENELITIAN .......................................................................................... 12

A. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................................. 12

B. Alat dan Bahan ................................................................................................... 12

1. Peralatan dan Bahan Pembuatan Alat .......................................................... 12

2. Alat dan Bahan untuk Pengujian ................................................................. 12

3. Peralatan Pendukung ................................................................................... 13

C. Tahapan Penelitian ............................................................................................. 13

IV. ANALISA PERANCANGAN ................................................................................... 15

A. Rancangan Fungsional ........................................................................................ 15

B. Rancangan Struktural ......................................................................................... 16

1. Rangka Utama ............................................................................................. 16

2. Penjatahan Benih dan Furadan (metering device) ....................................... 16

3. Kotak (hopper) Benih dan Furadan ............................................................. 18

4. Roda Tugal .................................................................................................. 19

5. Poros Roda Tugal ........................................................................................ 21

6. Pembuka Alur Pupuk ................................................................................... 22

7. Sumber Tenaga ............................................................................................ 23

V. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................. 25

A. Pembuatan Prototipe ........................................................................................... 25

1. Rangka Utama ............................................................................................. 25

v

2. Roda tugal.................................................................................................... 25

3. Hopper Benih dan Furadan ......................................................................... 26

4. Penjatah Benih dan Furadan ........................................................................ 27

5. Tabung Penyalur dan Open Gate ................................................................. 28

6. Pembuka Alur Pupuk ................................................................................... 29

7. Komponen Elektronika ................................................................................ 29

a. Mikrokontroler ..................................................................................... 29

b. EMS Dual H-bridge 2 A ....................................................................... 30

c. Rangkaian Pembagi Tegangan ............................................................. 30

d. Sensor Magnet ...................................................................................... 31

e. Rangkaian Penguat Op-Amp ................................................................ 32

f. Motor DC ............................................................................................. 32

8. Hasil Perancangan Alat ............................................................................... 33

B. Kinerja Alat Tanam Benih dan Furadan ............................................................. 34

1. Kemacetan Metering Device Benih dan Furadan ........................................ 34

2. Kinerja Penanaman ...................................................................................... 35

3. Kinerja Penjatahan Furadan......................................................................... 38

4. Hasil Pengujian ............................................................................................ 39

VI. SIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................... 40

A. Simpulan ............................................................................................................. 40

B. Saran ................................................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 41

LAMPIRAN ............................................................................................................................. 42

vi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Pertumbuhan luas lahan dan produksi jagung .......................................................... 1

Tabel 2. Data kepemilikan lahan di daeran Cibungbulang, Bogor .................................................... 2

Tabel 3. Densitas Berbagai Jenis Jagung .......................................................................................... 3

Tabel 4. Data antropometri orang Indonesia persentil 50 ............................................................... 11

Tabel 5. Data hasil pengujian alat ................................................................................................... 39

vii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Volume ekspor dan impor jagung di Indonesia (Deptan, 2010) ................................ 1

Gambar 2. Tipe pembuka alur (Bainer et al., 1960) .......................................................................... 5

Gambar 3. Mekanisme pembuka alur dan penutup alur (Srivastava et al., 1996) ............................ 6

Gambar 4. Mekanisme penjatahan benih: fluted (a), vertical plate (b), inclined plate (c), doubel-

run (d), cup (e), horizontal plate (f), dan belt feed (g). ............................................ 6

Gambar 5. Piringan penjatah benih jagung : edge drop (atas), flat frop (tengah), dan full drop

(bawah) ............................................................................................................................. 7

Gambar 6. Penjatah pupuk: piringan berputar (a), sabuk berputar (b), gravitasi (c), ulir longgar

(d), dan roda bintang (e) ................................................................................................... 7

Gambar 7. Penjatah pupuk: rotor bercelah (a), ulir rapat (b), dan rol berputar (c) ............................ 8

Gambar 8. Daerah maksimum dan optimum manusia mendorong alat (Herodian et al. dalam

Nugroho, 2007) .............................................................................................................. 10

Gambar 9. Bagan alir metode penelitian ......................................................................................... 13

Gambar 10. Skema rancangan fungsional ....................................................................................... 15

Gambar 11. Rancangan rangka alat ................................................................................................. 16

Gambar 12. Rancangan penjatah benih jagung ............................................................................... 17

Gambar 13. Rancangan penjatah furadan ........................................................................................ 17

Gambar 14. (a) desain hopper benih dan (b) desain hopper furadan ............................................... 18

Gambar 15. Rancangan roda tugal .................................................................................................. 20

Gambar 16. Rancangan mata tugal .................................................................................................. 20

Gambar 17. Skema tahanan penetrasi tanah .................................................................................... 20

Gambar 18. Rancangan piringan (blade) pembuka alur pupuk ....................................................... 22

Gambar 19. (a) rangka utama (b) roda bantu ................................................................................. 25

Gambar 20. Roda tugal ................................................................................................................... 26

Gambar 21. Hopper benih ............................................................................................................... 26

Gambar 22. Hopper furadan ............................................................................................................ 27

Gambar 23. Posisi peletakan hopper benih dan furadan ................................................................. 27

Gambar 24. (a) penjatah benih (b) penjatah furadan ....................................................................... 28

Gambar 25. Gambar tabung penyalur dan open gate .................................................................... 28

Gambar 26. Skema pergerakan open gate ....................................................................................... 29

Gambar 27. Piringan (blade) pembuka alur pupuk ......................................................................... 29

Gambar 28. Gambar DT-51 ATMega 8535 .................................................................................... 30

Gambar 29. Gambar EMS Dual H-bridge 2 A ................................................................................ 30

Gambar 30. Rangkaian pembagi tegangan ...................................................................................... 31

Gambar 31. Sensor magnet Allegro 3144 ....................................................................................... 31

Gambar 32. Posisi magnet ............................................................................................................... 31

Gambar 33. Rangkaian penguat op-amp ......................................................................................... 32

Gambar 34. Gambar motor DC ....................................................................................................... 32

Gambar 35. Alat tanam benih jagung dan furadan otomatis ........................................................... 33

Gambar 36. Bagian-bagian alat ....................................................................................................... 33

Gambar 37 Rangkaian elektronika .................................................................................................. 34

Gambar 38. Kemacetan metering device benih ............................................................................... 34

Gambar 39. Penjatahan benih jagung .............................................................................................. 35

viii

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 ......................................................................................................... 37

Gambar 42. Hasil penanaman yang rapi.......................................................................................... 37

Gambar 43. Penjatahan furadan ...................................................................................................... 38

Gambar 44. Hasil keluaran penjatahan furadan .............................................................................. 38

ix

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Hasil uji kedalaman penugalan ................................................................................... 43

Lampiran 2. Hasil uji kedalaman alur pemupukan .......................................................................... 44

Lampiran 3. Hasil uji penjatahan benih pada lubang tanam ........................................................... 45

Lampiran 4. Hasil pengukuran jarak antar lubang tanam ................................................................ 46

Lampiran 5. Hasil pengukuran jarak antara penugalan dengan alur pupuk ..................................... 46

Lampiran 6. Hasil pengukuran kecepatan maju alat pada lahan diolah ........................................... 46

Lampiran 7. Hasil pengujian tanpa lahan ........................................................................................ 47

Lampiran 8. Data dimensi jagung manis hibrida (sweet boy) ......................................................... 48

Lampiran 9. Perhitungan effisiensi lapang ...................................................................................... 49

Lampiran 10. Rancangan alat .......................................................................................................... 50

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Jagung merupakan salah satu sumber energi utama di dunia. Selain untuk memenuhi

kebutuhan pangan sehari-hari, jagung juga banyak dimanfaatkan untuk pakan ternak karena

memiliki kandungan xantofil yang tinggi dan menjadi sumber energi utama bagi ternak.

Petani Indonesia, khususnya didaerah Jawa, menanam jagung untuk kebutuhan pakan ternak

sekali dalam setahun. Selain berfungsi sebagai tanaman selingan persawahan pada musim

kering, menanam jagung juga dilakukan untuk merileksasikan tanah yang telah ditanami padi

selama musim penghujan.

Kebutuhan jagung di Indonesia semakin meningkat, akan tetapi lebih dari setengah

kebutuhan tersebut didapatkan dari impor. Seperti terlihat pada data-data yang disajikan

dalam Gambar 1, volume ekspor lebih kecil dari volume impor dari tahun ke tahun. Padahal

produksi jagung mengalami peningkatan setiap tahunnya pada luas lahan yang relatif tetap

(Tabel 1). Produksi jagung dalam negeri perlu ditingkatkan untuk mencapai swasembada

pangan khususnya jagung. Salah satu upaya dalam peningkatan produksi jagung adalah

memperbaiki sistem budidaya jagung.

Tabel 1. Pertumbuhan luas lahan dan produksi jagung

Tahun Luas (juta ha) Produksi (juta ton)

2000 3.50 9.68

2001 3.29 9.35

2002 3.11 9.59

2003 3.36 10.89

2004 3.36 11.23

2005 3.63 12.52

2006 3.35 11.61

2007 3.36 13.29

2008 4.00 16.32

Sumber: Deptan, 2010

Gambar 1. Volume ekspor dan impor jagung di Indonesia (Deptan, 2010)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2004 2005 2006 2007 2008

Jum

lah

(ju

ta t

on

)

Tahun

Ekspor Impor

2

Untuk memperoleh produktifitas yang tinggi dalam menanam jagung, jarak tanam

merupakan salah satu faktor yang memainkan peranan penting. Jarak tanam yang terlalu rapat

akan menyebabkan tanaman jagung tumbuh tidak seragam dikarenakan persaingan akar

dalam memperoleh makanan lebih besar antara satu sama lain. Namun apabila jarak tanam

dibuat terlalu lebar maka akan diperoleh produktifitas yang rendah karena masih ada luas

lahan yang tidak dimanfaatkan. Maka dari itu keseragaman jarak tanam dan kedalaman

lubang harus sangat diperhatikan dalam proses penanaman jagung.

Lahan pertanian di Indonesia pada umumnya berpetak-petak dan sedikit sekali yang

memiliki lahan yang luas milik pribadi, sehingga penanaman jagung sebagian besar

dilakukan secara manual menggunakan tugal. Proses penugalan merupakan pembuatan

lubang tanam dengan menggunakan tongkat kayu, setelah lubang tanam terbuat maka

selanjutnya benih dimasukkan ke dalam lubang tersebut dengan tenaga manusia. Tahap

penanaman benih membutuhkan waktu dan tenaga yang cukup besar dengan biaya yang tidak

sedikit. Hingga kini alat tanam benih jagung yang ada di pasaran diperuntukkan bagi lahan

pertanian yang luas hingga mencapai ribuan hektar dan keadaan tanah yang berbeda dengan

lahan pertanian di Indonesia. Perbedaan karakteristik alat tanam yang ada menyebabkan

petani jagung Indonesia belum berani menggunakan alat tanam jagung yang ada.

Tabel 2. Data kepemilikan lahan di daeran Cibungbulang, Bogor

Luas Lahan (ha) Jumlah Orang

0,1 – 0,3 411

0,4 – 0,5 258

0,6 – 1 44

Lebih dari 1 7

Sumber: Laporan BP4K 2009 Kecamatan Cibungbulang, Bogor

Rancang bangun alat tanam jagung otomatis dimaksudkan untuk memenuhi masalah

penanaman seperti kebutuhan tenaga dan operator yang banyak, serta masalah yang timbul

dari penggunaan alat tanam yang di gandeng traktor yaitu biaya investasi yang tinggi dan

kurang presisinya penanaman benih. Alat tanam otomatis ini dibuat bertenagakan manusia

dengan desain yang sederhana dan sesuai dengan karakter lahan jagung di Indonesia.

Mekanisme yang diterapkan mencakup sistem pembuat lubang dan penanam benih serta

penutupan lubang tanam sehingga dengan energi yang sama dapat diselesaikan tiga pekerjaan

secara bersamaan. Penggunaan alat tanam benih jagung ini diharapkan dapat meningkatkan

kinerja petani jagung sehingga dapat meraih efisiensi dan efektifitas kerja yang tinggi. Selain

itu pemasyarakatan alat ini dimaksudkan untuk meningkatkan antusiasme penduduk

Indonesia khususnya petani jagung dalam rangka intensifikasi pertanian dengan pengurangan

biaya produksi untuk mencapai keuntungan maksimal.

B. Tujuan

Tujuan penelitian ini adalah merancang dan menguji kinerja alat tanam jagung yang

otomatis dan presisi dengan berbasis mikrokontroler.

3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Budidaya Jagung

Produktivitas jagung sangat dipengaruhi oleh banyak faktor, diantaranya tempat

tumbuh atau keadaan tanah dan jarak tanam. Oleh karena itu, agar tanaman jagung dapat

tumbuh dengan baik dan tentunya menghasilkan tongkol dan biji yang banyak, maka faktor

tersebut perlu diperhatikan.

Menurut Purwono dan Hartono (2007), jagung termasuk tanaman yang tidak

memerlukan persyaratan tanah yang khusus dalam penanamannya. Jagung dikenal sebagai

tanaman yang dapat tumbuh di lahan kering, sawah dan pasang surut. Secara umum ada

beberapa persyaratan kondisi yang dikehendaki tanaman jagung antara lain:

1. Jenis tanah yang dapat ditanami jagung antara lain andosol, latosol dan bisa juga

Grumosol. Namun pada dasarnya tanah yang akan menjadi media tanam jagung, perlu

adanya pengolahan tanah secara baik serta aerasi dan drainase yang baik pula.

2. Keasaman tanah yang sesuai bagi pertumbuhan jagung antara 5.6 – 7.5 (pH).

3. Tanaman jagung membutuhkan tanah dengan aerasi dan ketersediaan air dalam kondisi

baik.

Seiring dengan perkembangan teknologi, saat ini banyak beredar jenis jagung. Dalam

proses perancangan alat penanam jagung, setidaknya diketahui berat jenis dari jagung

tersebut. Karena, akan dirancang pula penampung dari benih jagung maka densitas jagung itu

sendiri akan mempengaruhi berapa volume yang akan dirancang. Berikut tabel densitas

jagung (dalam gram/cm3).

Tabel 3. Densitas berbagai jenis jagung

Corn type 1999 2000

N Mean High Low SD

N Mean High Low SD

White 45 1.34 1.36 1.3 0.02 40 1.34 1.38 1.31 0.02

Hard endosperm 45 1.32 1.36 1.29 0.02 42 1.32 1.37 1.27 0.02

Waxy 34 1.32 1.37 1.26 0.02 29 1.33 1.40 1.30 0.02

High Oil 25 1.26 1.29 1.23 0.02 30 1.28 1.35 1.24 0.03

Nutrionally enhanced 17 1.31 1.34 1.28 0.02 20 1.30 1.33 1.16 0.04

Elevator corn 169 1.30 1.37 1.23 0.02 140 1.29 1.34 1.23 0.02

Export corn 31 1.31 1.34 1.28 0.01 39 1.30 1.34 1.27 0.01

Sumber : J. White & Lawrence A., 2003.

Tanah merupakan media atau tempat tumbuh tanaman. Akar tanaman berpegang kuat

pada tanah serta mendapatkan air dan unsur hara dari tanah. Sebenarnya pengertian dari

kesuburan tanah tidak hanya dikaitkan pada ketersediaan hara tanaman saja tetapi juga

keseluruhan sistem tanah beserta fungsinya bagi tanaman. Kesuburan tanah itu sendiri

banyak dihubungkan dengan keadaan lapisan olahnya (top soil). Pada lapisan ini, biasanya

sistem perakaran tanaman berkembang dengan baik. Untuk itu pengolahan tanah memegang

peran penting bagi tumbuhnya tanaman (Purwono dan Hartono, 2007).

4

Menurut Puriwigati (2008), seperti halnya lahan pertanian lainnya, untuk menanam

jagung harus dilakukan persiapan lahan tanam. Secara umum, ada tiga macam persiapan

lahan tanam yang dilakukan oleh petani, antara lain:

1. TOT (Tanpa Olah Tanah)

Persiapan lahan tanpa olah tanah biasa dilakukan oleh petani di Bantul karena tanah

yang terdapat di daerah tersebut relatif tidak terlalu keras dan berpori. Persiapan lahan

TOT ini diawali dengan pembabatan singgang padi dan kemudian dilakukan

penyemprotan Herbisida Roundup® dosis 3-5 l/ha atau Polaris 6 l/ha untuk

meminimumkan pertumbuhan gulma.

2. Minimum Tillage

Persiapan lahan dengan minimum tillage hanya dilakukan pengolahan tanah pada

jalur tanam sedangkan yang bukan jalur tanam tidak dilakukan pengolahan. Hal ini

dilakukan untuk mengurangi biaya pengolahan tanah karena pada umumnya pengolahan

tanah dengan minimum tillage ini dilakukan oleh petani dengan menggunakan

pacul/cangkul.

Pengolahan tanah adalah suatu usaha untuk mempersiapkan lahan bagi pertumbuhan

tanaman dengan cara menciptakan kondisi tanah yang siap tanam. Persiapan tanam dengan full

tillage ini melakukan pengolahan tanah dilakukan secara menyeluruh pada areal tanam dan

biasanya dilakukan dengan pacul atau traktor tangan maupun pembajakan menggunakan

hewan ternak. Pengolahan tanah dengan menggunakan traktor tangan atau hewan ternak

dilengkapi dengan implemen yang sesuai dengan urutan pengolahannya. Adapun untuk

pengolahan tanah primer menggunakan bajak singkal (moldboard plow) dan untuk pengolahan

tanah sekunder menggunakan garu paku.

Jarak tanam tergantung pada varietas jagung yang akan ditanam. Jarak tanam untuk

jagung sangat bervariasi, untuk jagung berumur panen lebih 100 hari sejak penanaman, jarak

tanamnya 40×100 cm (2 tanaman/lubang). Jagung berumur panen 80-100 hari, jarak

tanamnya 25×75 cm (1 tanaman/lubang). Panen < 80 hari, jarak tanamnya 20×50 cm (1

tanaman/lubang). Kedalaman lubang tanam antara 2.5-5 cm. Untuk tanah yang cukup

lembab, kedalaman lubang tanam cukup 2.5 cm. Sedangkan untuk tanah yang agak kering,

kedalaman lubang tanam adalah 5 cm (Martodireso dan Suryanto, 2002).

B. Mesin Penanaman dan Pemupuk

Mesin penanaman adalah peralatan tanam yang menempatkan benih dalam tanah pada

suatu pekerjaan yang sama akan menghasilkan barisan yang teratur (Bainer et al., 1960).

Sedangkan Smith dan Wilkes (1997) mengartikan alat yang dioperasikan dengan daya yang

digunakan untuk menempatkan biji atau bagian tanaman ke dalam atau di atas tanah untuk

perkembangbiakan, produksi pangan, serat, dan pakan. Kinerja alat penanam jagung

dipengaruhi oleh keseragaman benih, bentuk hopper bagian bawah, kecepatan piringan

penjatah, bentuk dan ukuran lubang penyalur, serta volume hopper. Smith dan Wilkes (1997)

mengklasifikasikan alat-alat tanam sebagai berikut:

1. Alat tanam larikan (barisan)

Alat tanam gandengan. Alat tanam jenis ini dibagi menjadi tiga, yaitu alat tanam

dengan benih dijatuhkan ke dalam lubang (drill), benih dijatuhkan di guludan (hill drop),

dan benih dijatuhkan di larikan sempit (narrow row).

5

Terpasang di belakang traktor. Alat tanam jenis ini dibagi menjadi tiga, yaitu alat

tanam dengan benih dijatuhkan ke dalam lubang (drill), benih dijatuhkan di guludan (hill

drop), dan penanaman bibit (transplanter).

2. Alat tanam tabur

Alat tanam tabur juga dibagi menjadi tiga, antara lain endgate seeder, narrow and

wide-track dan weeder-mulcher, serta pesawat terbang.

Alat tanam dan pemupuk memiliki beberapa bagian utama yaitu: pembuka alur,

penjatah, penutup alur, dan hopper.

1. Pembuka alur

Pembuka alur berfungsi untuk membuka alur tanah dengan bentuk dan ukuran

tertentu sehingga benih atau pupuk dapat jatuh ke dalam alur tersebut. Menurut Bainer et

al. (1960) ada empat tipe pembuka alur yang biasa digunakan pada alat tanam, yaitu

pembuka alur lengkung (curve-runner), pembuka alur lurus (strub-runner), piringan tugal

(single-disk) dan piringan ganda (double-disk). Pada gambar 3 ditunjukan keempat tipe

pembuka alur tersebut. Dari keempat tipe pembuka alur, tipe pembuka alur lengkung

merupakan tipe yang paling umum, sedangkan tipe pembuka alur lurus cocok digunakan

untuk tanah yang kasar.

Gambar 2. Tipe pembuka alur (Bainer et al., 1960)

2. Penutup Alur

Penutup alur berfungsi untuk menutup alur tanam setelah penjatuhan benih. Richey

et al. (1961) menjelaskan bahwa penutup alur ini bisa berupa rantai yang diseret (drag

chain), piringan penutup (Gambar 4.c), lempeng penutup, sekop penutup dan penutup

dengan tekanan roda (Gambar 4.d).

6

Gambar 3. Mekanisme pembuka alur dan penutup alur (srivastava et al., 1996)

3. Penjatah (Metering Device) Benih

Alat penjatah benih merupakan unit alat penanam yang menentukan hasil dari

penanaman. Mekanisme penjatahan menurut Richey et al. (1961) seperti pada gambar 4.

Sedangkan tipe-tipe piringan penjatah benih jagung ada tiga jenis, yaitu edge drop, flat

frop, dan full drop (Smith dan Wilkes, 1977). Bentuk dari ketiga jenis piringan tersebut

dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 4. Mekanisme penjatahan benih: (a) fluted, (b) vertical plate, (c) inclined plate,(d)

doubel-run, (e) cup, (f) horizontal plate, dan (g) belt feed (Richey et al, 1961)

7

Gambar 5. Piringan penjatah benih jagung: edge drop (atas), flat frop (tengah), dan full

drop (bawah) (Smith dan Wilkes, 1977)

4. Penjatah (Metering device) Pupuk

Berbagai jenis penjatah telah dikembangkan untuk menghasilkan penjatahan bahan

yang konsisten dan seragam. Srivastava et al. (1996) membagi jenis-jenis penjatah pupuk

seperti pada Gambar 6 dan Gambar 7

Gambar 6. Penjatah pupuk: (a) piringan berputar, (b) sabuk berputar, (c) gravitasi,

(d) ulir longgar, dan (e) roda bintang (Srivastava et al, 1996)

8

Gambar 7. Penjatah pupuk: (a) rotor bercelah, (b) ulir rapat, dan (c) rol berputar

(Srivastava et al, 1996)

5. Kotak (hopper) Pupuk

Mehring dan Cummings dalam Bainer et al., (1960) menyatakan bahwa salah satu

faktor penting yang mempengaruhi besarnya keluaran pupuk adalah kemudahan pupuk

untuk mengalir yang dipengaruhi oleh higroskopisitas, bentok dan partikel,

penggumpalan, berat spesifik pupuk, kelembaban relatif tempat menyimpan, dan

kerapatan benda.

Sehubungan dengan hal di atas, yang perlu diperhatikan pada pembuatan hopper

pupuk adalah sudut repose (sudut curah) pupuk. Hopper pupuk sebaiknya memiliki sudut

curah 40o, pupuk campuran yang lolos pada ayakan 20 mesh akan lebih cocok beradaptasi

dengan hopper pupuk (mehring dan Cummings dalam Bainer et al.,1960).

Mehring dan Cummings dalam Bainer et al. (1960) juga menemukan bahwa

kedalaman pupuk pada hopper pupuk memiliki pengaruh kecil terhadap keluaran dosis

pada penjatah tipe sabuk dan auger (kedalaman antara 2-14 inchi). Sedangkan pada

penjatah tipe star wheel revolving bottom terdapat sedikit variasi pada kedalaman 3 atau 4

inchi, sedangkan pada kedalaman 2 inchi dosis berkurang sebanyak 8-14%.

Satu hal yang paling pentng pada pembuatab hopper pupuk adalah bahan

pembuatannya, mengingat pupuk memiliki fase yang korosif,. Sebaiknya hopper pupuk

terbuat dari bahan plastik, karet, stainless steel, atau fiberglass (Champbell, 1990).

C. Perkembangan Rangkaian Elektronika

Menurut Budiharto (2007), komponen elekronika yang biasa digunakan untuk merakit

robot dapat menggantikan fungsi dari komponen-komponen alat mekanis. Berbagai macam

komponen elektronika yang dapat digunakan seperti:

1. Mikroprosesor dan Mikrokontroler

Mikroprosesor ialah suatu chip (rangkaian terintegrasi yang sangat komplek) yang

berfungsi sebagai pemroses data dari input yang diterima pada suatu sistem digital.

Mikroprosesor paling mudah ditemukan pada komputer/CPU (central Processing Unit).

Pada sebuah komputer, terdapat mikroprosesor yang digunakan untuk memproses data

dan mengkoordinasikan kerja sebuah komputer, yang dibantu oleh RAM dan ROM.

Mikroprosesor ialah CPU yang dipaket menjadi 1 chip, sedangkan mikrokontroler ialah

9

keseluruhan komputer yang dibuat dalam 1 chip. Dengan berkembangnya teknologi

mikroprosesor 8 bit dan 16 bit muncul kebutuhan agar perangkat elektronika dapat

dikemas sekecil mungkin. Untuk mendukung hal tersebut tidak dapat dilakukan oleh

mikroprosesor standar. Hal ini karena mikroprosesor membutuhkan komponen eksternal

tambahan seperti memori, pengolah analog ke digital, dan perangkat komunikasi serial.

Oleh karena itu dikembangkan chip yang di dalam kemasan tersebut sudah terdapat

mikroprosesor, I/O pendukung, memori bahkan ADC yang dikenal dengan istilah

mikrokontroler. Berbagai macam mikrokontroler yang dapat digunakan mulai dari seri

DT-51, DT-AVR, minsyss, dan lainnya, semua tergantung kebutuhan yang dibutuhkan.

2. Sensor Magnet

Sensor medan magnet dirancang untuk memberikan tanggapan terhadap intensitas

medan magnet yang ada di sekitarnya. Sensor ini memiliki tiga buah terminal. Apabila

tidak terdapat medan magnet di dekatnya, tegangan output yang dihasilkan piranti ini

besarnya setengah dari catu daya. Apabila kutub magnet yang sesuai dengan bagian muka

sensor magnet didekatkan, tegangan output akan naik. Besarnya kenaikan tegangan ini

sebangding dengan kekuatan medan magnet yang dihasilkan magnet tersebut. Umumnya

sensor magnet membutuhkan catu daya antara 4.5-6 V.

3. Motor DC

Motor DC atau istilah lain dikenal sebagai dinamo ialah motor yang paling banyak

digunakan untuk mobile robot dan alat-alat listrik lainnya. Kelebihan motor DC ialah

tidak berisik, dan dapat memberikan daya yang memadai untuk tugas-tugas berat. Motor

DC standar berputar secara bebas, berbeda halnya dengan stepper motor yang bergerak

sejauh sudut putarnya saja. Biasanya motor DC digerakkan dengan tegangan yang

bervariasi tergantung dengan spesifikasinya, tegangan yang digunakan 5V, 12V, dan 24V.

4. Motor Driver

Untuk mengetahui berapa banyak putaran, biasanyan digunakan mekanisme

feedback menggunakan shaft encoder. Oleh karena itu dibutuhkan apa yang disebut

sebagai H-Bridge, yang dapat dipenuhi menggunakan transistor daya. Namun saat ini

sudah cukup banyak IC yang berfungsi sebagai H-Bridge dengan arus yang cukup besar.

Pulse width modulation atau PWM ialah metode canggih untuk mengatur kecepatan

motor dan menghindarkan rangkaian mengkonsumsi daya yang berlebih. PWM dapat

mengatur kecepatan motor, karena tegangan yang diberikan dalam selang waktu tertentu

saja. PWM ini dapat dibangkitkandengan modifikasi pada software dan program yang

dibuat. H-Bridge dan PWM saat ini sudah mudah diperoleh dalam bentuk modul berupa

motor driver. Ada dua jenis motor driver yaitu SPC DC yang biasa digunakan untuk

kapasitas arus rendah dan EMS yang dapat digunakan sampai 30 A.

10

D. Ergonomika

Pengeluaran tenaga mekanis untuk jenis pekerjaan harian berkisar antara 70-150 Watt

tergantung dari kondisi iklim atau lingkungan tempat kerja dan kondisi tubuh seseorang.

Berdasarkan suatu hasil penelitian, rata-rata pengeluaran tenaga bagi orang Indonesia dewasa

sebesar 2200 kkal/8 jam (312 Watt) telah tergolong berat. Dengan asumsi efisiensi tenaga

mekanisnya 20%, berarti tenaga mekanis yang dapat dimanfaatkan hanya sebesar 64 Watt

(Kusen dalam Wisnubrata, 2003).

Interaksi antara manusia dengan alat atau mesin perlu diperhatikan dalam perancangan

alat agar diperoleh suatu alat atau mesin yang nyaman untuk digunakan oleh penggunanya.

Oleh karena itu, dimensi alat yang dirancang perlu disesuaikan dengan ukuran tubuh

pengguna.

Gambar 8. Daerah maksimum dan optimum manusia mendorong alat

(Herodian et al. dalam Nugroho, 2007)

11

Tabel 4. Data anthropometri orang Indonesia persentil 50

No Pengukuran (cm) Pria Wanita

1 Tinggi 161.3 151.6

2 Tinggi bahu 132.6 122.0

3 Lebar bahu 39.6 34.9

4 Tinggi siku 97.8 90.8

5 Tinggi pinggul 93.6 88.8

6 Lebar pinggul 28.9 31.5

7 Panjang tangan 66.7 61.4

8 Panjang lengan atas 34.8 31.5

9 Panjang lengan bawah 44.2 40.7

10 Jangkauan tangan vertikal 72.0 68.0

11 Jangkuan tangan horizontal 60.0 56.5

12 Tinggi duduk 83.2 77.9

13 Tinggi siku 23.0 22.2

14 Tinggi pinggul 18.4 19.0

15 Tinggi lutut 49.5 46.3

16 Panjang paha 44.8 42.1

17 Tinggi pantat-lantai 41.4 39.0

Sumber: Herodian et al. dalam Nugroho, 2007

12

III. METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan pada bulan April sampai Agustus 2011 di bengkel 42

Manufacture Engineering untuk pembuatan alat dan Laboratorium Lapangan Departemen

Teknik Mesin dan Biosistem untuk pengujian alat. Bagan alir metode penelitian dapat dilihat

pada Gambar 9.

B. Alat dan Bahan

1. Peralatan dan Bahan Pembuatan Alat

Peralatan pembuatan alat pengujian yang digunakan adalah :

a. Komputer (dengan kelengkapan software AutoCAD)

b. Mesin potong listrik

c. Las listrik

d. Mesin bor

e. Gergaji besi

f. dan peralatan bengkel lainnya.

Software “AutoCAD” digunakan untuk menggambar desain alat. Peralatan bengkel

digunakan sebagai alat bantu dalam pembuatan alat. Sedangkan bahan yang digunakan

adalah :

a. Plat besi

b. Besi siku

c. Pipa besi

d. Mur dan baut

e. Akrilik

f. Plastik PE

g. Dempul dan cat

2. Alat dan Bahan untuk Pengujian

Alat dan bahan untuk pengujian yang digunakan adalah:

a. Stopwatch

b. Penggaris

c. Meteran

d. Patok

e. Tali

f. Timbangan digital

g. Bibit jagung manis

h. Furadan 3GR

i. Multitester

j. Alat tulis

13

Mulai

Selesai

3. Peralatan Pendukung

Peralatan pendukung lain yang digunakan antara lain kamera digital yang

digunakan untuk merekam dan mendokumentasikan pengujian, jangka sorong untuk

mengukur diameter benih jagung yang akan dilakukan pengujian, kalkulator yang

dipergunakan sebagai alat hitung dan PC yang dipergunakan untuk input data.

C. Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian yang dilakukan merupakan langkah awal dalam merancang dan

membangun sebuah alat. Adapun tahapan penelitian yang disajikan dalam Gambar 8

berdasarkan pengembangan konsep perancangan teknik yang terdapat dalam buku Dasar

Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.

Gambar 9. Bagan alir metode penelitian

Identifikasi Masalah

Analisis Masalah

Konsep Desain

Analisis Desain dan Pembuatan Gambar Kerja

Pembuatan Prototipe

Uji Fungsional

Modifikasi Berhasil tidak

ya

Uji Kinerja

Berhasil Modifikasi tidak

ya

14

Identifikasi Masalah merupakan langkah awal dalam perancangan alat. Pada tahap ini

dilakukan identifikasi masalah-masalah yang muncul pada alat dan mesin tanam jagung yang

sudah ada sebelumnya. Permasalahan yang sering terjadi pada alat dan mesin tanam yang

sudah ada yaitu : 1) Jarak tanam benih yang tidak seragam, 2) roda penggerak tidak mampu

memutar metering device dengan baik, 3) sedkit sekali alat dan mesin tanam jagung yang

terintegrasi dengan penjatah furadan.

Setelah diketahui permasalahan yang ada pada alat penanam dan pemupuk yang sudah

ada maka dilakukan analisis permasalahan, dalam tahapan ini dilakukan analisis untuk

mendapatkan solusi permasalahan yang sesuai dengan kebutuhan yang diharapkan. Solusi

inilah yang akan diterapkan dalam mendesain alat tanam jagung.

Setelah dilakukan analisis permasalahan yang ada dan pengumpulan ide-ide

pemecahan masalah dengan mempertimbangkan beberapa aspek yang terkait, dilakukan

perumusan untuk menghasilkan beberapa konsep desain yang dilengkapi dengan gambar

sketsa, analisis teknik, dan perkiraan kapasitas lapangan teoritis.

Analisis desain dan pembuatan gambar kerja dilakukan untuk menentukan bahan,

ukuran, serta mekanisme bagian-bagian alat yang akan bergerak otomatis. Analisis teknik

yang dilakukan meliputi : 1) perhitungan volume hopper, 2) perhitungan diameter poros.

Setelah analisis desain selesai, kemudian dibuatlah prototipe mesin penanam jagung dan

penjatah furadan. Pembuatan prototipe ini dilakukan di bengkel 42 Manufacture Engineering,

Bogor.

Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui apakah setiap bagian pada alat telah

berfungsi dengan baik. Untuk unit penanaman dan penjatah furadan, yang di uji adalah

bagian: hopper, penjatah benih dan furadan, tabung penyalur, mata tugal, pembuka alur

pupuk, sensor magnet, dan sistem bukaan klep tabung penjatahan benih dan furadan.

15

IV. ANALISA PERANCANGAN

Alat tanam jagung ini menggunakan aki sebagai sumber tenaga penggerak elektronika

dan tenaga manusia sebagai penggerak alat. Alat ini direncanakan menggunakan jarak tanam

80 x 20 cm dengan harapan penjatahan benih sebanyak 1 benih per lubang pada kedalaman

2.5-5 cm. Furadan dengan dosis 5-10 g/m2 ditempatkan bersamaan dengan jagung pada

lubang tanam, serta pembuatan alur pupuk yang berada 5-10 cm dari alur tanam.

A. Rancangan Fungsioanal

Prototipe alat penanam jagung ini terdiri dari unit penugalan, penjatahan benih

dan furadan, pembuatan alur pupuk dan penutup lubang tanam.

1. Penugalan

Proses penugalan dilakukan untuk membentuk lubang tanam benih dengan

kedalaman 2.5-5 cm dengan jarak tanam 20 x 80 cm.

2. Penjatahan benih dan furadan

Proses penjatahan benih dan furadan terjadi di dalam hopper masing-masing

yang diatur oleh metering device yang berbentuk piringan bercelah yang diputar

oleh motor DC.

3. Pembuatan alur pupuk dan lubang tanam

Penutupan ubang tanam dilakukan saat piringan pembuka alur pupuk merobek

tanah dan bagian dalam tanah yang terangkat oleh piringan akan terseret masuk ke

lubang tanam oleh roda penahan rangka hopper.

Gambar 10. Skema rancangan fungsional

Maju

Penugalan lahan

Metering device berputar

Sensor magnet

Mikrokontroler

Motor driver

Penjatahan benih dan furadan

Open Gate

Pembukaan alur pupuk dan penutupan lubang tanam

16

B. Rancangan Struktural

1. Rangka Utama

Rangka utama terbuat dari besi pipa, besi hollow, dan besi plat yang ukurannya

bervariasi. Desain rangka yang terdiri dari dudukan poros roda yang terbuat dari

besi hollow, dudukan sensor magnet dan dudukan hopper terbuat dari besi plat serta

stang kendali yang terbuat dari besi pipa. Stang (kemudi) berbentuk silinder dengan

bahan besi pipa. Ukurannya sesuai dengan lebar bahu ergonomis manusia yaitu 40

cm dengan diameter genggaman 4 cm.

Gambar 11. Rancangan rangka alat

2. Penjatah Benih dan Furadan (metering device)

Penjatah benih yang digunakan adalah penjatah tipe lempeng bercelah yang

dipasang pada posisi miring. Lempengan yang digunakan berdiameter 12 cm dan

memiliki 8 buah celah berbentuk menyerupai elips dengan lebar celah 8 mm yang

disesuaikan dengan rata-rata lebar jagung manis yaitu 6.94 cm serta panjangnya 7.2

cm dan jumlah celah sama dengan banyaknya tugal dalam roda tugal. Harapannya

hasil keluaran benih adalah 1 benih per lubang. Penjatah benih ini digerakkan oleh

tenaga motor DC yang diberi tegangan 12 V yang dikontrol oleh motor driver.

17

Gambar 12. Rancangan penjatah benih jagung

Sedangkan penjatah furadan juga menggunakan tipe lempeng bercelah yang

terpasang dengan posisi horizontal atau sejajar dengan alas hopper. Lempengan

penjatah furadan ini memiliki dimensi diameter total 80 mm, tebal 8 mm dan 4 buah

celah yang berbentuk tabung dengan ukuran diameter celah 8 mm. Penjatah furadan

ini digerakkan oleh putaran motor DC yang diberi tegangan 12 V yang juga

dikontrol oleh motor driver. Hasil yang diharapkan adalah penjatahan furadan

dengan dosis 1.6 gram per lubang dengan perhitungan sebagai berikut:

𝐷 = 100

𝑘𝑔𝑕𝑎

× 0.2 × 0.8

10000= 1.6 𝑔

Gambar 13. Rancangan penjatah furadan

Volume lubang penjatah ditentukan berdasarkan volume furadan yang

dijatahkan per lubang tanam. Karena dibutuhkan dosis 1.6 g furadan per lubang

tanam, maka volume lubang pada piringan penjatah adalah:

𝑉𝜌𝑓=

𝐷

𝜌𝑓

= 1.6 𝑔

1.12 𝑔

𝑐𝑚3 = 1.43 𝑐𝑚3

15 mm

Ø80 mm

18

Karena tebal silinder penjatah 0.8 cm, maka diameter lubang adalah:

𝑑 = 4𝑉𝑙𝑏

𝜋𝑡=

4 × 1.43

3.14 × 0.8= 1.5 𝑐𝑚

Dimana:

D = dosis furadan

Vρf = volume lubang penjatah furadan

d = diameter lubang penjatah furadan

3. Kotak (hopper) Benih dan Furadan

Hopper benih pada alat ini terbuat dari bahan akrilik dengan tebal 3 mm.

Bentuk hopper benih ini berbentuk prisma segi lima yanng di bagian sisi miringnya

terdapat celah lempengan untuk penjatah benih. Hopper ini terbagi menjadi penutup

hopper, dinding hopper benih, dan katup ruang penjatah. Dimensi hopper benih

adalah 25 x 15 x 20 cm sedang kan dimensi hopper furadan adalah 250 x 10 x 20

cm. Kebutuhan volume hopper benih dan furadan dapat dihitung menggunakan

persamaan (1) dan persamaan (2) (Syafri 2010).

Kemiringan bagian penjatah hopper benih sebesar 450 dengan membuat sudut

kemiringan hopper lebih besar dibanding sudut curah jagung diharapkan jagung

yang jatuh ke saluran keluaran lebih lancar. Untuk jagung dengan kadar air 14 %

sudut curahnya adalah 25.110, 18% sudut curahnya 31.63

0 dan jagung dengan kadar

air 28% adalah 36.40 (Panggabean 2008).

(a) (b)

Gambar 14. (a) desain hopper Benih dan (b) desain hopper furadan

lp

jAV

b

bhb

410

Keterangan :

Vhb : volume kotak benih (cm3)

A : luas penanaman sekali mengisi kotak benih (1000 m2)

J : jumlah benih jagung setiap lubang tanam (1 biji)

b : massa per butir benih jagung rata-rata (0.3 g)

19

b : kerapatan isi benih (0.676 g/cm3)

p : jarak antar barisan tanam (80 cm)

l : jarak antar lubang tanam dalam barisan (20 cm)

Ukuran volume kotak benih dengan nilai parameter yang direncanakan adalah:

g

Vhb

1666.9mcm2467.1V

20800.676

100.311000

3

hb

4

Kebutuhan benih untuk luas 1000 m2 = 1000/0.8×0.2 = 6250 benih

Total benih dalam 1 hopper = 1669.9/0.3 = 5567 benih

Volume kotak furadan. Volume kotak furadan dapat ditentukan dengan

melihat kebutuhan dosis furadan per hektar, berat jenis furadan, dan efisiensi

pengisian furadan. Volume kotak pupuk dapat ditentukan dengan persamaan

berikut:

104

p

hp

DAV

Dalam hal ini:

Vhp : volume kotak pupuk(cm3)

A : luas pemupukan sekali mengisi kotak pupuk (1000 m2)

D : dosis furadan (100 kg/ha)

b : kerapatan isi furadan (1.12 g/cm3)

g

Vhp

580mcm858.52V

1041.12

1001000

3

hp

Kebutuhan furadan untuk luas 1000 m2 = 1.6 g × 6250 lubang = 10000 g = 10 kg

4. Roda Tugal

Agar tanah dapat terlubangi dengan rapi dan seragam maka diperlukan roda

tugal yang bekerja dengan sistem yang continuous dengan jarak mata tugal yang

telah disesuaikan jarak tanamnya. Roda tugal dirancang dengan diameter pada

velknya 45.72 cm . Kemudian mata tugal dirancang dengan bentuk prisma segitiga

dengan ukuran lebar 5cm dan tinggi 6 cm. Jarak tanam yang diharapkan oleh roda

tugal ini adalah 80 x 20 cm dan ke dalam penugalan adalah 2.5–5 cm, sehingga

volume mata tugal yang menekan tanah sekitar 36 cm3

seperti pada skema yang di

tunjukkan pada Gambar 16.

20

Gambar 15. Rancangan Roda tugal

Gambar 16. Rancangan mata tugal

Gambar 17. Skema tahanan penetrasi tanah

Ø 45.72 cm

57.72 cm

benih

Titik centroid

21

5. Poros Roda Tugal

Poros roda tugal mengalami pembebaban yang berasal dari beban alat

keseluruhan. Dengan adanya pembebanan yang terjadi maka ukuran dan jenis poros

tidak boleh sembarangan. Harus melalui perhitungan yang memperhitungkan

berbagai aspek, perhitungan diameter poros dengan beban lentur murni:

W = 29 kg, g = 80 cm = 800 mm, j = 100 cm = 1000 mm

h = 106 cm = 1060 mm, V = 0.325 m/s = 1.17 km/h, r = 24.13 cm = 241.3 mm

𝑀1 = 1000 − 800

4× 29 = 1450 𝑘𝑔. 𝑚𝑚

αV = 0.4, αL = 0.3

M2 = 0.4 × 1450 = 580 kg.mm

ɑ = 10 cm = 100 mm, l = 60 mm

P = 0.3 × 29 = 8.7 kg

Q0 = 8.7 × 1060/1000 = 9.22 kg

𝑅₀ = 8.7 1060 +241.3

800 = 14.15 kg

M3 = 8.7 × 241.3 + 9.22 ×(100 + 60) – 14.15 ×(100+60) – (1000 – 800/2)

= 2725.51 kg.mm

Poros pengikut, kelas 1, σwb = 10 km/mm2, m = 1

𝑑𝑠 ≧ 10.2 × 1 × (1450 + 580 + 2725.51)

10

1/3= 16.93 𝑚𝑚 = 17 𝑚𝑚

𝜍𝑏 = 10.2 × 1 × (1450 + 580 + 2725.51)

173 = 98.7

𝑘𝑔𝑚𝑚2

n = 10/9.87 = 1.01, baik

Diameter poros berdasarkan perhitungan adalah 17 mm dan untuk

mempermudah perakitan digunakan diameter poros 1 inchi = 2.54 cm yang mudah

diperoleh.

22

6. Pembuka Alur Pupuk

Rancangan pembuka alur pupuk ini dibuat berbentuk piringan atau blade yang

terletak di belakang hopper. Jarak yang diharapkan untuk membuat alur pupuk

adalah 5-10 cm dari alur lubang tanam dan dengan kedalaman 2–5 cm dari

permukaan tanah karena pupuk disarankan berada tidak jauh dari permukaan tanah

agar lebih mudah diserap oleh akar tanaman. Selain itu piringan pembuka alur pupuk

ini dirancang dengan kemiringan 13.6° agar piringan dapat berputar, berobek dan

membalik tanah dengan baik, selain itu agar tanah juga menutup lubang tanam

dengan sempurna.

Perhitungan sudut piringan pada pembuka alur pupuk:

𝛼 = sin−1 2

8.5 = 13.6°

Gambar 18. Rancangan piringan (blade) pembuka alur pupuk

30 cm Ø 13 cm

5 cm

6.5 cm

8.5 cm

a = 8.5 cm

b = 2 cm

α

23

7. Sumber Tenaga

Sumber tenaga untuk rangkaian elektronika adalah aki (accu) kering 5Ah.,

sedangkan sumber tegana dorong alat dari tenaga manusia. Untuk mengetahui

besarnya daya listrik yang dibutuhkan untuk mengoperasikan keseluruhan sistem

kerja dari kontrol elektronika, maka diperlukannya perhitungan daya listrik yang

tersedia oleh aki dan daya yang akan digunakan. Perhitungan kebutuhan kosumsi

daya listrik:

Daya Aki 12V, 5Ah = 60 W

Mikon = 0.02 A, 12V = 0.24 W

EMS 2A = 2A, 5V = 10 W

Oph-Amp = 0.02 A, 5V = 0.1 W

Sensor magnet = 0.025 A, 5V = 0.125 W

Motor DC MD = 0.06 A, 12V = 0.72 W × 4 buah = 2.88 W

Motor DC OG = 0.025 A, 5V = 0.125 W × 2buah = 0.5 W

Total daya = 0.24 + 10 + 0.24 + 0.125 + 2.88 + 0.5 = 13.845 W

Ketika daya yang berasal dari aki kering habis maka aki dapat diisi kembali

dayanya dengan bantuan charger.

Daya charger aki 18 V, 800mA = 14.4 W

Daya aki 60 W

maka waktu yang dibutuhkan untuk mengisi daya pada aki = 60/14.4 = 4.16 jam

Untuk mengetahui besarnya daya yang diperlukan untuk mengoperasikan alat,

perlu diketahui terlebih dahulu analisis kebutuhan tenaga dorong yang terjadi ketika

alat beroperasi.

Dimana:

Frr = tahanan gelinding pada roda tugal (N)

Ftp = tahanan potong piringan pembuka alur pupuk (N)

Wr = bobot dinamis roda (N)

Crr = koefisien tahanan gelinding

Fd = gaya dorong yang diperlukan (N)

ds = draft per unit area

Kecepatan maju operator = 1.17 km/h = 0.325 m/s

Daya manusia laki-laki dewasa (asumsi berat badan 60 kg) = 0.3 Hp = 223.71 W

Fd

Ftp Frr

Wr

24

Fd = Ftp + Frr

Frr = Crr × Wr

Dimana Wr dihitung dari kebutuhan untuk menekan tugal (pada roda) menembus

tanah hasil olahan.

A = 6 cm × 6 cm 36 cm2

𝑡𝑝 = 5 𝑘𝑔𝑓

2 𝑐𝑚2= 2.5

𝑘𝑔𝑓𝑐𝑚2

𝐴𝑡 = 3

5× 36 𝑐𝑚2 = 21.6 𝑐𝑚2

𝑊𝑟 = 21.6 × 2 × 2.5 × 2 = 108 𝑘𝑔𝑓 = 1058 𝑁

𝐶𝑟𝑟 = 0.3 × 1058 𝑁 = 317 𝑁

Ftp dihitung menggunakan persamaan draft per unit area

Asumsi tanah gembur yang sudah diolah menggunakan persamaan Sandy Loan

Draft per unit area:

ds = 2.8 + 0.013V = 2.8 + (0.013 × 1.17) = 2.815 N/cm2

𝐴𝑝𝑜𝑡𝑜𝑛𝑔 = 5 × 2

2× 2 = 10 𝑐𝑚2

𝐹𝑡𝑝 = 𝑑𝑠 × 𝐴𝑝𝑜𝑡𝑜𝑛𝑔 = 2.815 × 10 = 28.15 𝑁

𝐹𝑑𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 = 𝐹𝑟𝑟 + 𝐹𝑡𝑝 = 317 + 28.15 = 345.15 𝑁

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 = 𝐹𝑑𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 × 𝑣 = 345.15 𝑁 × 0.325 𝑚𝑠 = 112 𝑊𝑎𝑡𝑡

Tenaga dorong yang tersedia (tenaga dorong manusia laki-laki dewasa) 223.71 Watt,

sehingga dapat disimpulkan alat dapat didorong.

25

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) (b)

Gambar 19. (a) rangka utama (b) roda bantu

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.

26

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 45o. 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 cm3 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.

Mata tugal

Velk

27

Gambar 22. Hopper furadan

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.

Hopper

furadan

Hopper

benih

28

(a) (b)

Gambar 24. (a) penjatah benih (b) penjatah furadan

5. Tabung Penyalur dan Open Gate

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.

Gambar 25. Gambar tabung penyalur dan open gate

Tabung

penyaluran

Open gate

29

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.

(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

30

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.

31

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

Gambar 32. Posisi magnet

magnet

32

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

33

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

Gambar 36. Bagian - bagian alat

Hopper

furadan

Stang

kendali

Mata tugal

Velk roda

Hopper

benih

Rangka

dudukan

hopper

Dudukan

sensor

magnet

Rangka

dudukan

poros

34

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.

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.

Kotak

mikrokontroler

dan EMS

Accu kering

Kotak

pembagi

tegangan

dan Op-

Amp

Penumpukan

benih

membuat

metering

device macet

35

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

36

(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

37

Gambar 41. Hasil penanaman

Gambar 42. Hasil penanaman yang rapi

38

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

39

4. Hasil Pengujian

Berdasarkan pengujian di lahan yang berukuran 15 x 20 m diperoleh data pengujian alat pada

Tabel 4 sebagai berikut.

Tabel 5. Data hasil pengujian alat

Jenis Pengujian 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

40

VI. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

1. Alat tanam benih jagung dan furadan telah berhasil dibuat dan diuji coba. Alat ini

digerakkan oleh satu orang operator dan sumber tenaga accu sebagai penggerak

komponen elektronika.

2. Hasil penanaman jagung rapi dan presisi sesuai dengan jarak tanam 20 x 80 cm.

3. Penjatahan furadan kurang seragam dan pesisi dikarenakan kemacetan pada metering

device.

4. Kapasitas lapangan teoritis alat adalah 0.101 ha/jam, kapasitas lapangan efektif 0.086

ha/jam, serta efisiensi lapangan 85%.

B. Saran

Untuk memperbaiki kemacetan pada metering device furadan sebaiknya menggunakan

jenis metering device tipe rotor atau menggunakan tipe penjatahan lain yang memiliki tingkat

gesekan dengan butiran pupuk dan dinding hopper lebih kecil. Ditambahkan penjatah pupuk

agar semakin efisien dalam penanaman. Selain itu perlu pengembangan mikrokontroler yang

lebih canggih untuk penambahan LCD dan mempermudah pengaturan jarak tanam ketika

ingin mengubah jarak tanam. Selain itu perlu adanya kajian pada aspek biaya atau ekonomi

teknik dan waktu ekonomis alat.

41

DAFTAR PUSTAKA

Bainer RR, Kepner RA, and Barger EL. 1960. Principles of Farm Machinery. New York: Jhon Wiley

& Sons Inc.

Budiharto W. 2007. Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo.

Campbell JK. 1990. Dibble Stick, Donkeys, and Diesel Machines in Crop Production. Manila,

Philiphines: International Rice Research Institute.

Departemen Pertanian. Basis Data Statistik Pertnian. Query Indikator. 2010.

http://database.deptan.go.id/bdsp/newind.asp. [12 februari 2011]

Dieter GE. 2000. Engineering Design: A Material and Processing Approach. 3rd

edition. McGraw-

Hill Companies, Inc. United States.

Gill WR, Berg GEB. 1967. Soil Dynamics in Tillage and Traction. Agricultural Reaserch Service

Department of Agriculture. United States.

Hutagalung B. 2005. laporan Praktek Kerja Magang Industri Perakitan Corn Planter JB/TS 1199 di

PT General Agromesin Lestaari. Laporan Magang. Program Studi Manajer Alat Dan Mesin

Pertanian. Fateta. Institut Pertanian Bogor.

White J dan Lawrence A. 2003. CORN: Chemistry and Technology. 2nd

ed. American Assosiation of

Cereal Chemists, Inc. St. Paul, Minesota, USA.

Munayo AW. 2010. “CO Seeder” Alat Tanam Benih Presisi dan fleksibel.

Nugroho BD. 2007. Rancangan dan Uji Fungsional Aplikator Pupuk Granular Tipe Tugal untuk

Tanaman Buah.

Nurdin, et al. 2008. Pertumbuhan dan Hasil Jagung yang Dipupuk N, P, dan K pada Tanah Vertisol

Isimu Utara Kabupaten Gorontalo. Gorontalo

Puriwigati A. 2008. Pengelolaan Lapangan, Pengolahan dan Pemanfaatan Limbah pada Produksi

Benih Jagung Hibrida di PT. Branita Sandhini, Monsanto Indonesia. Laporan PL. Fateta. IPB.

Purwono dan Hartono R. 2007. Bertanam Jagung Unggul. Penebar Swadaya. Jakarta.

Richey CB, Jacobuson P and Hall CW. 1961. Agricultural Engineer’s Hand Book. Mc Graw Hill.

New York.

Saripudin EY. 2007. Analisis Parameter Rancang Bangun Roda Besi Bersirip dengan Mekanisme

Sirip Berpegas. Skripsi. Fateta. IPB.

Sembiring EN. 1996. Analisis Tahanan Olah (Draft) Lempeng Datar Pengolah Tanah pada Bak Uji

Pengolahan Tanah. Disertasi. Program Pasca Sarjana. IPB.

Srivastava AK, Goering CE, dan Rohrbach RP. 1996. Engineering Principles of Agricultural

Machines. ASAE. Michigan.

Smith HP dan Wilkes LH. 1977. Farm Machinery and Equipment. Mc Graw Hill. New Delhi.

Subandi IM dan Blumenschein A. 1988. Koordinasi Program Penelitian Nasional: Jagung. Pusat

Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan, Badan Penelitian dan Pengembangan

Pertanian. Bogor.

Sularso dan Suga K. 2004. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Pradnya Paramita.

Jakarta.

Syafri E. 2010. Desain Mesin Penanam Jagung Terintegrasi dengan Penggerak Traktor Roda Dua

[tesis]. Program Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor.

Wisnubrata R. 2003. Desain Uji Performasi Tugal Semi-Mekanis Penanam dan Pemupuk Kedelai

(pupuk granular) untuk Lahan Kering.

42

LAMPIRAN

2

Lampiran 1. Hasil Uji Kedalaman Penugalan

Lintasan Kedalaman Lubang Rata-

rata

(cm) 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 Penugalan 4 3.6 4.5 3.5 3 3.5 3.7 4 4.3 4 3 3 3.3 3.5 4 2.9 4 3.4 3.8 3.63

2 Penugalan 3.6 4 3.5 4 4 2.8 3.9 3.5 4.5 3.5 3.6 3.9 3.6 4.5 4 4.5 4 3.8 3.7 4.00

3 Penugalan 4 4 3.7 4 3.6 4.9 3.1 3.7 3 3.5 4 4 3.5 4 5 3.2 2.7 2.5 2.2 4,00

4 Penugalan 3.5 2.8 2.8 3.2 3 3.5 3 3.5 2.9 3.3 2.8 2.8 2.9 3 3 4 2.5 3 4 3.29

5 Penugalan 3.2 3.2 3 2.2 2.8 3 4 3.6 3 4 2.5 3.3 3 3.5 3 3 3.5 4.2 3 3.22

6 Penugalan 6 5 5 4 5 4.5 4 5.5 6 4.5 3.5 5 5.5 4.5 4.5 4 3.5 4 4.5 4.80

7 Penugalan 5 3 4 3 4 4 3 3 4 4 3 4 3 5 5.5 5.5 6 4.5 5 3.94

8 Penugalan 5 5 5.5 4 5 4 5 3 4 4 4 4 3.5 4 3 4 3.5 3.5 4 4.13

9 Penugalan 3.5 3.5 3 4 4 3 3.5 3 4 3 3 4.5 4 3 3 4 4 3.5 3 3.43

10 Penugalan 2.5 3.3 3 3 3.5 3.5 3.5 4 3 2.5 3 4 4 3 4 3 3.5 4.5 3.5 3.40

Rata-rata 3.78

Deviasi rataan seluruh lubang 0.49

43

1

Lampiran 2. Hasil uji Kedalaman Alur Pemupukan

Lintasan Kedalaman Titik Rata-

rata

(cm) 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 Pupuk 3 3.6 3.5 3.5 3 3.5 3.7 4 4.1 3.8 3.5 3.4 3.5 3.2 4 3.9 5 4.4 3.8 3.80

2 Pupuk 4.6 4 3.5 4.3 4.2 2.8 3.9 3.5 5.5 3.8 3.6 3.9 3.6 4.5 4.1 3.5 4.1 3.8 3.7 4.00

3 Pupuk 4.2 4.5 3.7 4.2 3.9 4.9 3.5 3.7 3.8 3.4 4.1 4.2 3.5 4 6 3.6 3.7 3.5 3.2 5.00

4 Pupuk 3.9 3.8 4.2 3.2 3.6 3.4 3.3 3.5 3.9 3.8 3.8 3.8 3.9 3.9 3.5 4.6 3.5 3.3 4.5 3.57

5 Pupuk 4.2 3.8 3.7 3.2 3.8 4 5 3.6 3.4 4.5 3.5 3.8 3.5 3.5 3.5 3.7 3.5 4.2 3.7 4.50

6 Pupuk 4 5.5 5.4 4.6 5.4 4.5 4.5 5.5 5.3 4.5 4.5 5.4 5.5 4.5 4.5 4.4 3.8 4.4 5.5 4.00

7 Pupuk 4,4 3.4 4 3.6 3.8 4 3.4 3.3 3.8 3.8 2.7 4..1 3.5 4.9 5 5.3 4.4 4.5 5.2 4.35

8 Pupuk 3.9 4.2 4.5 4.1 4.2 4.2 4.4 3.8 4 4 4 4 3.5 4 3.9 4.2 3.8 3.5 3,8 3.97

9 Pupuk 3.5 3.5 3.6 4 4 3.3 3.5 3 3.8 3.3 3.5 4.5 4 3.4 3.7 4.1 4.2 3.5 3 3.60

10 Pupuk 2.5 3,3 3.3 3.3 3 2.9 2.5 2.6 2.7 2.5 3.7 4 3.5 3.1 3.4 3.3 3.5 4.5 3.5 3.43

Rata-rata 4.07

Deviasi rataan kedalaman alur pupuk 0.48

44

2

Lampiran 3. Hasil uji penjatahan benih pada lubang tanam

Lintasan Letak

biji

Lubang Jumlah Prosentase

(%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

1 dalam 1 1 2 0 1 2 2 1 0 1 1 0 0 2 1 0 0 2 1 13 65

luar 2 1 5

2 dalam 2 1 0 1 2 0 1 1 0 2 1 1 1 2 2 1 1 1 15 75

luar 1 1 2 10

3 dalam 1 1 1 1 0 0 0 2 1 2 2 1 1 1 1 1 0 2 1 14 70

luar 2 1 5

4 dalam 1 2 1 1 2 1 1 0 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 17 85

luar 1 2 2 10

5 dalam 1 1 1 2 1 1 0 1 0 1 2 2 0 1 0 1 1 1 14 70

luar 1 2 2 10

6 dalam 1 2 2 1 0 1 0 1 1 2 1 2 1 1 0 1 2 2 15 75

luar 1 1 2 10

7 dalam 1 1 2 1 0 1 2 2 1 1 1 0 1 0 2 1 1 1 15 75

luar 2 1 2 10

8 dalam 0 1 1 1 1 1 2 0 0 1 2 1 1 2 1 2 1 1 15 75

luar 1 2 2 10

9 dalam 1 2 1 1 0 1 2 1 2 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 16 80

luar 1 1 5

10 dalam 1 1 2 1 1 0 1 1 2 0 1 2 1 2 1 1 1 2 16 80

luar 2 1 2 10

Rata- rata benih di dalam 75.0

Rata- rata benih diluar 8.5

Rata- rata benih tidak terjatah metering device 16.5

45

1

Lampiran 4. Hasil pengukuran jarak antar lubang tanam

lintasan Lubang Rata-

rata 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 20 20 21 22 21 20 20 22 20 20 20.60

2 20 21 20 20 21 21 22 20 22 21 20.80

3 20 20 21 22 21 20 20 22 20 20 20.60

4 20 21 20 20 21 21 22 20 22 21 20.80

5 20 20 21 22 21 20 20 22 20 20 20.60

6 20 21 20 20 21 21 22 20 22 21 20.80

Rata-rata jarak antar lubang keseluruhan 20.70

Deviasi jarak antar lubang keseluruhan 0.11

Lampiran 5. Hasil pengukuran jarak antara penugalan dengan alur pupuk Lintasan Titik sampel Rata-

rata 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 4.2 4.2 4.3 4.2 5 5 4.6 4.5 4.5 4.7 5.0

2 4.4 5.2 5.5 5.4 5 4.8 5.2 5.3 5.3 5.4 5.0

3 4.8 5 5.2 4.8 4.8 4.8 5 5.3 5 5 5.0

4 5 5.8 6.2 6.3 6.7 7 7 7 6.5 6.3 6.5

5 5 4.8 4.6 4.4 4.8 5 5.3 5.7 6 6.2 5.3

6 4.5 4.6 4.5 4.4 4.8 4.6 4.8 5 5.2 5 5.0

Rata-rata jarak antara penugalan dengan alur pupuk 5.3

Deviasi jarak antara penugalan dengan alur pupuk 0.6

Lampiran 6. Hasil pengukuran kecepatan maju alat pada lahan diolah

Lintasan Jumlah

Penugalan

Waktu (detik) Panjang lintasan

(m)

Kecepatan maju

(m/detik)

1 101 57 20 0.351

2 101 49 20 0.408

3 101 68 20 0.294

4 101 49 20 0.408

5 101 65 20 0.307

6 101 58 20 0.345

Rata- rata 0.325

46

2

Lampiran 7. Hasil pengujian tanpa lahan

a. Hasil Uji keluaran benih tanpa

lahan

b. Hasil uji keluaran furadan tanpa

lahan

Urutan Penugalan Berat pupuk (gram)

1 0.93

2 0.88

3 0.87

4 0.92

5 0.85

6 0.81

7 1.01

8 0.89

9 0.79

10 0.96

11 0.88

12 0.93

13 0.89

14 0.91

15 0.92

Rata-rata 0.89

Urutan Penugalan Jumlah benih (biji)

1 1

2 1

3 1

4 2

5 1

6 1

7 1

8 2

9 1

10 1

11 -

12 1

13 1

14 2

15 1

16 1

17 1

18 1

19 -

20 1

21 1

22 1

23 1

24 -

25 -

26 1

27 1

28 1

29 1

30 1

Rata-rata 1

47

1

Lampiran 8. Data dimensi jagung manis hibrida (sweet boy)

No Tebal (mm) Lebar (mm) Panjang (mm)

1 3.5 7.7 8.3

2 3.3 7.7 8.4

3 2.5 6.8 6.8

4 3.2 7.6 7.8

5 2.9 6.6 6.2

6 4.6 7.8 8.5

7 3.6 7.6 7.5

8 3.8 7.3 7.3

9 3.6 7.2 8.2

10 3.4 7.5 7.4

11 3.6 7.3 7.5

12 3.5 7.5 7.8

13 3.7 6.8 6.7

14 2.2 6.5 6.3

15 3.6 6.9 7.3

16 3.4 6.1 7.3

17 3.4 7.6 7.7

18 3.4 7.8 7.4

19 3.4 7.5 6.3

20 3.1 6.8 6.8

21 2.9 5.7 5.8

22 3.0 5.4 5.9

23 3.0 5.3 5.2

24 3.0 5.7 6.1

25 3.6 6.3 7.7

26 3.7 6.5 7.8

27 2.7 7.4 5.7

28 3.7 7.5 6.8

29 3.2 7.0 6.6

30 3.5 6.8 7.7

31 2.7 7.8 5.9

32 2.7 5.5 5.3

33 3.2 7.9 7.7

34 3.6 7.8 7.7

35 3.2 7.5 7.8

36 3.5 6.6 7.0

37 3.9 6.5 7.7

38 3.9 7.8 7.7

39 3.3 6.4 7.6

40 3.4 6.8 8.0

41 3.4 6.9 7.4

42 3.0 6.5 7.4

43 3.6 7.7 7.6

44 2.0 6.1 6.2

45 3.6 6.6 7.8

46 3.6 6.4 7.4

47 2.6 6.6 7.0

48 3.3 7.6 6.7

49 2.5 6.8 8.2

50 3.7 7.0 8.1

Rata- rata 3.3 6.9 7.2

48

2

Lampiran 9. Perhitungan effisiensi lapang

Data:

v rata-rata = 0.352 m/detik

lp rata-rata = 0.8 m

L = 0.016 ha

WK = 11 menit = 0.186 jam

Perhitungan:

KLT = 0.36 x v x lp

= 0.36 x 0.352 m/detik x 0.8 m

= 0.101 ha/jam

KLE = 𝐿

𝑊𝐾

= 0.016

0.186

= 0.086 ha/jam

Effisiensi lapang = 𝐾𝐿𝐸

𝐾𝐿𝑇

= 0.0.086

0.101 x 100 %

= 85 %

49

1

Lampiran 10. Rancangan alat

50

2

51

3

52

4

53

5

54

6

55

7

56