| dc.description.abstract | Alih fungsi lahan pertanian mencapai 60.000 ha/tahun, sementara pemerintah mengupayakan tahun 2015 Indonesia sudah mampu untuk melaksanakan swasembada pangan. Untuk mencapai upaya tersebut pemerintah perlu melakukan pembukaan lahan pertanian yang baru. Pembukaan lahan pertanian yang baru umumnya berupa lahan kering atau lahan basah yang terletak di dataran rendah. Pada musim penghujan area pertanian tersebut akan mengalami kelebihan air. Lahan pertanian yang mempunyai tingkat kandungan air yang tinggi, dapat merusak beberapa jenis tanaman, yang berakibat produksi menurun dan petani menjadi rugi. Cara mengatasi kelebihan kandungan air pada lahan tersebut dapat dilakukan dengan membuat saluran drainase menggunakan bajak mole. Bajak mole ditarik menggunakan traktor empat roda, menggunakan tiga titik gandeng. Permasalahan yang perlu dilakukan bagaimana cara membuat kemiringan saluran drainase mulai 0 % hingga 0.2 % dari panjang lahan agar air dapat mengalir, menuju saluran irigasi. Sehingga diperlukan desain dan pengujian system control kedalaman terprogram untuk mengendalikan kedalaman bajak mole, dan kemiringan saluran drainase. Tujuan yang ingin diperoleh adalah (a) menghasilkan rancangan sistem kontrol untuk pengendalian silinder hidrolik sebagai penggerak bajak mole, pada skala laboratorium, menggunakan mikro kontroller Arduino ATMega 328, (b) memperoleh hasil penguji sistem kontrol, respon waktu (t) sistem control untuk mengendalikan tekanan hidrolik, dan (c) memperoleh kinerja bajak mole saat digunakan untuk membuat saluran dainase mole pada kemiringan 0 % hingga 0.2%, kedalaman 20 hingga 40 cm serta memperoleh simpangan antara setpoint dengan posisi elevasi saluran bajak mole. Metode yang dilakukan terkaitan dengan sistim kontrol hidrolik untuk menggerakkan bajak mole dilakukan dengan dua tahapan, yaitu tahap pertama penelitian indoor terdiri (a) melakukan kajian dan perancangan serta pembuatan kontruksi dudukan bajak mole, mekanik hidrolik meliputi penentuan analis kebutuhan kapasitas motor listrik, analisis kebutuhan pompa hidrolik, analisis kebutuhan silinder hidrolik serta komponen pendukungnnya pada skala laboratorium. (b) menerapkan sistim mikrokontroller Arduino ATMega 328, untuk mengatur bukaan valve selonoid sehingga dapat mengendalikan tekanan dan aliran minyak hidrolik. (c) melakukan pengujian laboratorium hingga memperoleh respon waktu (t) terhadap tekanan silinder hidrolik (p), dan respon waktu (t) terhadap kecepatan (v) silinder hidrolik untuk mencapai kedalaman 40 cm, pada bukaan valve yang bervariasi, mulai dari 15 o hingga 90 o. Metode penelitian tahap kedua out door, meliputi (a) melakukan perancangan dan pembuatan kontruksi meliputi jenis material dan gambar kontruksi untuk meletakkan silinder hidrolik dan bajak mole, agar dapat digandengkan dan ditarik oleh traktor, (b) melakukan pemasangan alat sistim kontrol hidrolik (hasil pengujian in door), meliputi pemasangan sensor pengirim sinyal disisi lapangan, dan pemasangan sensor penerima yang berada pada traktor, serta memasang panel sistem kontrol. (c) mengukur profil permukaan tanah (lahan pertanian) yang akan dijadikan tempat jalur traktor, saat menarik bajak mole, dan (d) melakukan pembuatan saluran drainase menggunakan bajak mole, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2 %, (e) serta mengukur hasil kedalaman bajak mole menggunakan sensor ultrasonic. Penjelasan penelitian tahap satu terdiri dari sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole. Sistem hidrolik bajak mole dibuat dengan tujuan menghasilkan data awal pengujian, meliputi tekanan hidrolik saat digunakan untuk uji tarik dan uji tekan terhadap pegas, dan waktu yang diperlukan untuk mencapai tekanan maksimum pada beberapa sudut bukaan pressure valve yang berbeda, serta daya listrik yang digunakan oleh motor untuk menggerakan pompa hidrolik. Diharapkan hasil data awal tersebut dapat digunakan sebagai acuan dasar untuk menerapkan sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole untuk diaplikasikan membuat saluran drainase. Kegiatan penelitian diawali dengan pembuatan meja untuk tempat menyimpan motor dan pompa hidrolik, beserta tangki minyak hidrolik. Meja dibuat dengan ukuran tinggi 80 cm, lebar 40 cm dan panjang 60 cm. Untuk meletakkan silinder hidrolik dibuat tiang berbentuk seperi gawang, menggunakan besi H (10x10) cm dengan tinggi 180 cm. Posisi hidrolik dipasang pada bagian atas tiang penyangga, dan untuk menarik bajak mole torak piston hidrolik dilopel dengan dua buah besi bulat, dan pada bagian sisi tiang dipasang alat ukur rekaman kekuatan tarik dan alat ukur waktu yang terekan dalam bentuk angka digital. Meja berfungsi tempat meletakkan motor listrik, pompa hidrolik, valve, dan silinder. Pengukuran uji tarik dan uji tekan dilakukan secara manual dengan cara membuka pressure valve yang terdapat pada selonoid, untuk mengatur tekanan hidrolik. Pressure valve dibuka mulai posisi 15o, 30o, 45o, 60o, 75o dan 90o . Sebagai beban digunakan sebuh pegas kereta api. Pengukuran jarak menggunakan sensor jarak yang terekam didalam rekorder, dan pengukuran tekanan hidrolik menggunakan alat ukur pressure gate meter. Parameter yang diamati meliputi hubungan antara tekanan hidrolik terhadap panjang pegas setelah ditarik dan ditekan, hubungan tekanan hidrolik terhadap daya listrik yang diperlukan, serta hubungan waktu respon hidrolik terhadap perubahan jarak pegas saat ditarik dan ditekan. Proses pengujian dilakukan dengan dua keadaan, yaitu keadaan hidrolik digunakan sebagai penekan, dan sebagai penarik. Sebagai beban yang ditekan dan di tarik menggunakan satu (1) set pegas kereta api. Data spesifikasi pegas yang digunakan diperlihatkan pada Lampiran 3. Proses pengujian tekan dilakukan dengan memasang bajak mole secara seri dengan pegas, kemudian diberikan tekanan pada hidrolik mulai terkecil 0 N/m2 hingga 6,897 kN/m2. Proses pengujian tarik dilakukan dengan memasang bagian ujung bawah pegas pada plat penjepit dan bagian ujung atas dihubungkan dengan bajak mole. Untuk mengatur kecepatan aliran fluida digunakan selonoid, yang dapat dibuka atau ditutup valve secara manual, mulai bukaan valve 15o hingga 90o Hasil pengukuran dan pengujian, hubungan antara tekanan hidrolik pada bukaan pressure valve mulai 15o hingga 90o, hubungan antara tekanan hidrolik dan jarak pegas baik ditarik atau ditekan dan hubungan antara daya listrik dan tekanan hidrolik tetap sama. Besar tekanan hidrolik yang diperlukan sebesar 4,310 kN/m2, dengan jarak 26.4 cm, serta daya listrik yang dibutuhkan sebesar 5,177 Watt. Kecepatan respon terbaik berada pada bukaan pressure valve 90o dengan tekanan hidrolik 5,241 kN/m2, waktu yang diperlukan untuk mencapai tekanan selama 1.02 detik, dengan jarak 23.6 cm, dan tekanan yang digunakan untuk menarik pegas sebesar 4,276 kN/m2, pada jarak pegas 73.8 cm serta daya listrik yang dibutuhkan sebesar 5,200 watt Masih dalam penelitian tahap pertama, dilakukan perancangan dan karakteristik respon sistem kontrol elektronik pada sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole, yang merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya. Tujuan penelitian yang diharapkan dapat memperoleh bentuk karakteristik respon motor stepper ketika menggerakan tuas pressure valve untuk membuka dan menututup, mulai bukaan 15o hingga 90o, dan memperoleh prosentase kesalahan yang terjadi antara analisis terhadap bukaan pressure valve. Metode penelitian sama halnya dengan metode sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole. Sebagai pembeda penelitian adalah bagian pendukung utama sistem kontrol hidrolik ditambahkan motor stepper, selonoid dan mikrokontroller dan sesnsor ultrasonic. Pengujian khususnya dilakukan untuk mengetahui karakteristik respon sistem kontrol elektronik dan motor stepper terhadap waktu untuk membuka pressure valve, mulai bukaan valve 15o, 30o, 45o,60o,75o dan 90o. Mengacu hasil penelitian saat pressure valve dibuka secara manual 90o, respon waktu yang diperlukan 1.02 detik untuk mencapai jarak 23.8 cm. Ketika motor stepper dipasang sebagai pengganti secara manual menjadi otomatis menggunakan mikrokontroller, respon motor stepper sangat lambat yaitu 2.98 detik, hal ini berakibat memperlambat bukaan pressur valve , sehingga untuk pengujian lapangan penggunaan bajak mole, motor stepper tidak layak untuk digunakan, karena respon waktu yang lambat. Makin besar sudut bukaan pressure kontrol valve waktu yang diperlukan semakin lama, begitu pula pada hal sebaliknya. Penelitian tahap kedua diawali dengan mendesain dan pengujian transmitter dan reciever sebagai input mikrokontroller untuk menggerakaan hidrolik. Tujuan penelitian yang ingin dicapai mengahasilkan desain sistem transmitter dan reciver, serta memperoleh hasil pengujian alat tersebut untuk digunakan sebagai input data mikrokontroller untuk mengendalikan pergerak hidrolik. Metode penelitian dilakukan dengan pembuatan rangkaian pemancar (transmitter) terdiri dari rangkaian asatble multi fibrator, transistor chooper dan sinar green laser. Rangkaian penerima (reciver) terdiri dari sensor cahaya photodiode, rangkaian pass filter dan penguat sinyal, rangkaian inverter dan nand, serta mikrokontrroler dan pemograman. Rangkaian transmitter terdiri IC 555 bekerja dengan tegangan + 5 volt dc hingga +12 volt dc, frekuensi 1,206 Hz yang dapat ditentukan dengan melalui konfigurasi RC pada multivibrator asbil IC NE555, serta transistor chopper, besarnya level puncak positif dan puncak negatif pada pulsa yang digunakan untuk menggerakan sinar green laser tersebut dapat diatur dengan mengatur potensiometer R3. Berdasarkan hasil penelitian uji laboratorim, Rangkaian transmitter terdiri dari sinar green laser yang akan digunakan sebagai inputan sensor photodiode dimodifikasi dengan menambahkan rangkaian astable multy vibrator dan rangkaian transistor chopper, hingga dihasilkan frekuensi 1,206 Hz, dan jarak sinyal maksimal yang dapat dikirim sejauh 50 meter. Rangkaian receiver terdiri dari sensor photodiode masih dipengenaruhi oleh cahaya yang ada dilokasi, sehingga dibuat filterisasi, dengan cara memasang pass filter dengan frekuensi cutting 600 Hz. Output sinyal dari filter masih lemah sehingga dilakukan penguatan hingga 10 kali dengan menambahkan rangkaian penguat Op-Amp, sehingga tegangan yang dihasilkan untuk penguat sinyal mulai 3,200 mV hingga 4,500 mV pada jarak 50 meter. Output sinyal dari penguat diteruskan ke inverter untuk membalik nilai keadaan dari 1 ke 0 atau sebaliknya, sehingga dapat digunakan oleh nand gate, sebagai inputan mikrokontrroller, yang akan digunakan untuk mengendalikan kerja dua unit relay. Penelitian selanjutnya pembuatan saluran drainase bajak mole pada lahan pertanian bertujuan untuk membuang kelebihan kadar air pada tanah, yang dapat menyebabkan kerusakan bahkan kematian pada beberapa jenis tanaman. Tujuan yang ingin dicapai (a) menghasilkan rancangan alat berupa sistem kontrol terprogram untuk menggerakan silinder hidrolik sebagai penggerak bajak mole, (b) memperoleh sudut kemiringan saluran drainase 0%, 0.1% dan 0.2 % pada kedalaman tertentu. Metode yang dilakukan penentuan lintasan traktor, dilakukan dengan pengukuran lahan pertanian yang akan digunakan untuk pembuatan saluran drainase menggunakan bajak mole. Panjang lahan yang digunakan 30 meter dan lebar 24 meter. Kemudian lebar lahan dibagi menjadi 16 lintasan untuk jalur traktor. Jarak setiap lintasan yang akan dilalui oleh traktor adalah 1,5 meter. Pengaturan lintasan dilakukan dengan membagi lintasan A, B, C dan D digunakan pembuatan saluran drainase tanpa menggunakan sistem kontrol. Lintasan E, F, G dan H digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0%, lintasan I, J, K, dan L digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0.1% dan lintasan M, N, O dan P digunakan untuk kemiringan saluran drainase 0.2 %, menggunakan sistem kontrol. Sebelum pembuatan saluran drainase dilakukan pengukuran profil permukaan tanah. Penentuan lintasan dilakukan untuk menentukan jalur traktor. Setiap lintasan berjarak 1.5 meter. Hal ini dilakukan agar lintasan yang sudah diolah tidak tergilas oleh roda traktor. Lebar roda traktor bagian belakang 1.5 meter. Ketika jalur A telah selesai diolah , traktor akan berpindah kejalur B, maka posisi ban roda sebelah kanan akan menempati posisi roda ban sebelah kiri. Hasil uji lapangan elevasi bajak mole tanpa menggunakan kontroller, pada lintasan A, B, C dan D setpoin yang dinginkan tidak tercapai, karena bajak mole mengikuti profil permukaan tanah, besar simpangan rata-rata yang terjadi antara setpoin dengan posisi bajak mole adalah lintasan A 4.19 cm lintasan B 6.13 cm lintasan C 5.94 cm dan lintasan D 6.88 cm. Hasil pengujian menggunakan sistem kontrol, pada kemiringan 0%, 0.1% dan 0.2% profil permukaan tanah masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika elevasi profil tanah naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set point yang telah ditentukan, tetapi masih terdapat simpangan antara setpoin dengan posisi bajak mole adalah pada lintasan E 1.13 cm lintasan F 0.81 cm lintasan G 1.81 cm lintasan H 1.75 cm pada lintasan I 1.00 cm, lintasan J 0.49 cm lintasan K 0.25 cm dan lintasan L 0.25 cm. Pada lintasan M 1.25 cm, lintasan N 0.56 cm serta pada lintasan lintasan O 0.75 cm lintasan P 1.44 cm Penelitian selanjutnya adalah mengaplikasi sensor ultrasonic dan ATtmega 328 arduino untuk mendeteksi kedalaman bajak mole pada pembuatan saluran drainase mole. Tujuan yang ingin dicapai adalah mengasilkan pengukuran elevasi kedalaman bajak mole secara otomatis serta memperoleh simpangan antara setpoin bajak mole dengan posisi elevasi kedalaman bajak mole Metode penelitian melakukan pengukuran lahan pertanian yang akan digunakan untuk pembuatan saluran drainase menggunakan bajak mole. Panjang lahan yang digunakan 30 meter dan lebar 6 meter. Kemudian lebar lahan dibagi menjadi 4 lintasan untuk jalur traktor. Jarak setiap lintasan yang akan dilalui oleh traktor adalah 1,5 meter. Pengaturan lintasan terdiri lintasan M, N, O dan P. Kemiringan bajak mole diatur sebesar 0,2 %, menggunakan sistem kontrol. Sebelum pembuatan saluran drainase dilakukan pengukuran profil permukaan tanah. Pembuatan drainase mole dilakukan dengan cara mengaktifkan tuas hidrolik traktor sepanjang lintasan. Langkah awal traktor digerakan maju, pada saat bersamaan bajak mole ditekan masuk ke dalam tanah sedalam 20 cm. Kemudian traktor berhenti pada posisi titik awal pengukuran. Pembuatan drainase mole dilakukan pada empat pengujian. Lintasan M, N, O dan P digunakan pada sudut 0.2 %. Pengaturan kemiringan saluran drainase menggunakan hidrolik traktor dengan cara melakukan setting kemiringan pada program system kontrol, hingga diperoleh sudut kemiringan saluran draenase. Pengukuran kedalaman bajak mole menggunakan sensor ultrasonic. Sensor ultrasonic dipasang secara permanen tidak bergerak, sementara objek yang bergerak berupa plat besi yang dipasang secara pararel dengan torak hidrolik. Ketika torak silinder hidrolik digunakan untuk menekan atau menarik bajak mole, maka plat besi ikut bergerak, dan pergerakan tersebut dideteksi oleh sensor, hasil pembacaan sensor dikirim ke mikrokontroller Arduino, dan dapat dibaca secara langsung pada computer. Mengacu hasil pengujian menggunakan sistem kontrol, pada kemiringan 0.2%, profil permukaan tanah masih mempengaruhi posisi kedalaman bajak mole, ketika elevasi profil tanah naik, posisi bajak mole tetap dipertahankan mendekati set poin yang telah ditentukan. Sensor jarak menggunakan ultrasonic dapat mendeteksi kedalaman bajak mole dengan baik, terlihat antara setpoin dengan posisi bajak mole mempunyai simpangan rata-rata pada lintasan M 1.07 cm lintasan N 1.08 cm, pada lintasan lintasan O 0.5 cm dan lintasan P 0.93 cm. Hasil penelitian tahap satu dan tahap dua diperoleh (a) rancangan alat sistem kontrol untuk pengendali sistem hidrolik sebagai penggerak bajak mole, pada skala laboratorium, terdiri dari rangkaian transmitter, rangkaian reciver, rangkaian kontroller serta sistem hidrolik telah dibuat, dan diuji lapangan, hasil uji sebagai berikut, transmitter memancarkan sinyal dalam bentuk sinar green laser sejauh 50 meter, pada frekuensi 1,2 kHz, sensor penerima sinyal sinar green laser menggunakan photodiode dengan ukuran sensor lebar 10 cm dan panjang 45 cm. Sinar cahaya yang telah diterima oleh sensor photodiode, masih mendapat gangguan dari sinar yang ada dilokasi, sehingga dipasang sistem filter menggunakan pass filter, dengan frekuensi cutting di 600 Hz. Sinyal yang diterima oleh sensor photodiode masih sangat kecil, berkisar 0.3 hingga 0.45 volt sehingga harus dilakukan penguatan sinyal Op-Amp menggunakan IC 324, sebesar 10 kali penguatan, mikrokontroller menggunakan ATMega Arduino 328, digunakan untuk memerintahkan operasi 2 unit relay yang akan membuka selonoid valve untuk mengalirkan tekanan hidrolik dari traktor menuju hidrolik bajak mole. Kekuatan tekanan hidrolik diperoleh pada sudut bukaan 90o pressure valve 5,241 kN/m2, pada jarak 26.4 cm dengan respont waktu (t) tercepat mencapai 1.02 detik, dianggap mampu untuk memotong lapisan bawah tanah hingga kedalaman 40 cm, yang mempunyai kekuatan geser tanah 3,389 kg/cm2. | en |
