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.