Karakteristik Kekuatan Tanaman dan Desain Simulasi Baling-baling Drone Sprayer untuk Tanaman Bawang Merah

Abstract

Sapuan udara (downwash) dari drone sprayer dapat merusak tanaman. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk memperoleh karakteristik mekanik daun bawang merah dan merancang baling-baling dan mode pengoperasian drone yang tidak merusak tanaman. Fokus penelitian ini pada dua varietas bawang merah yaitu Batu Ijo dan Birma. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan mengukur karakteristik mekanik yaitu kekuatan dan lenturan dari kedua varietas tanaman bawang tersebut, serta merancang ulang aerodinamika baling-baling agar dampak dari downwash-nya dapat dikurangi. Pengukuran dilakukan pada saat tanaman berumur 3 sampai 8 minggu untuk varietas Batu Ijo dan 9 minggu untuk varietas Birma. Daun bawang akan diukur kekuatannya dengan menarik daun sampai putus dengan cara menempelkan benang pada bagian pangkal daun yang ditarik oleh perangkat force gauge. Kemudian untuk pengukuran lenturannya dengan cara menarik pucuk daun bawang dengan benang yang ditarik sampai menyentuh permukaan tanah. Hasilnya menunjukkan kuat tarik minimum Fmin varietas Batu Ijo 0,24 N dan lenturan minimum Fmin 0,044 N. Sementara untuk kuat tarik minimum Fmin varietas Birma 0,74 N dan lenturan minimum Fmin _ 0,041 N. Model simulasi CFD downwash dengan asumsi konfigurasi bilah comboX6en quad-rotor drone sprayer, diperoleh thrust 200 N untuk dapat terbang hover dan distribusi kecepatan pada rentang 14 m/s – 22 m/s. Ditemukan bahwa dengan menggunakan bilah comboX6en pada distribusi kecepatan 22 m/s dengan kemiringan 90 ̊, kegagalan terjadi pada daun bawang yaitu dengan drag force 0,049 N. Blade element theory digunakan untuk menemukan desain distribusi chord dan twist yang dapat memenuhi kondisi terbang hover yang diperoleh dengan power 870 Watt. Kemudian distribusi chord dan twist akan ditransformasi menggunakan matriks transformasi translasi, rotasi dan dilatasi untuk menghubungkan seluruh titik-titik koordinat airfoil mulai dari root sampai ke tip chord bilah sehingga diperoleh dimensi bilah drone sprayer. Setelah itu dilakukan simulasi CFD untuk memperoleh thrust yang dibutuhkan untuk terbang hover dan untuk mengurangi downwash. Setelah itu dilakukan evaluasi pemilihan airfoil NACA 0012, NACA 0015 dan NACA 4415, dan baling-baling terbaik diuji dalam model CFD. Ditemukan bahwa konfigurasi yang dapat diterima adalah drone sprayer hexa-rotor NACA 4415 throttle 66% dengan konfigurasi baling-baling 8 bilah, dan ketinggian penerbangan yang disarankan adalah 2 m dari tanaman untuk memastikan keseragaman tetesan penyemprotan.