APLIKASI ALAT PENYEMPROT LISTRIK-STATIK SISTEM BUTIRAN TERKONTROL

1. PENDAHULUAN

Sprayer merupakan alat aplikator pestisida yang sangat diperlukan dalam rangka pemberantasan   dan  pengendalian   hama  &  penyakit  tumbuhan.  Kinerja  sprayer  sangat ditentukan  kesesuaian  ukuran droplet aplikasi yang dapat dikeluarkan  dalam satuan waktu tertentu   sehingga   sesuai   dengan   ketentuan   penggunaan   dosis   pestisida   yang   akan disemprotkan.

Dari  hasil  beberapa  penelitian  menunjukkan   bahwa  jenis  sprayer  yang  banyak digunakan petani di lapangan adalah jenis hand sprayer (tipe pompa), namun hasilnya kurang efektif, tidak efisien dan mudah rusak. Hasil studi yang dilakukan oleh Departemen Pertanian pada tahun 1997 di beberapa tempat di Indonesia menunjukkan bahwa sprayer tipe gendong sering   mengalami   kerusakan.   Komponen-komponen    sprayer   yang   sering   mengalami kerusakan tersebut antara lain : tabung pompa bocor, batang torak mudah patah, katup bocor, paking karet sering sobek, ulir aus, selang penyalur pecah, nozzle dan kran sprayer mudah rusak, tali gendong putus, sambungan las korosi, dsb. (Dirjen Tanaman Pangan, 1977). Di samping  masalah  pada perangkat  alatnya,  masalah  lain adalah kebanyakan  pestisida  yang diaplikasikan tidak sesuai (melebihi) dari dosis yang direkomendasikan dan ini salah satunya disebabkan oleh disain sprayer yang kurang menunjang aplikasi (Mimin, et.al., 1992).

Dari hasil penelitian terdahulu dapat diketahui bahwa kinerja sprayer elektrostatika lebih  baik  dari  tipe  sprayer  lainnya,  namun  perlu  modifikasi  lebih  lanjut  terutama  pada sumber  tenaga  (batere)  dan pola penyebaran  dropletnya  agar pengeluarannya  benar-benar terkontrol, bahan pembawa cairan kontak (media kontak) yang mahal mengingat tidak semua bahan  kimia  dapat  diaplikasikan  dengan  menggunakan  sprayer  elektrostatik.  Kelemahan lainnya  adalah  disain  yang  dibuat  masih  belum  ergonomis  (berat  dan  kurang  flkesibel) sehingga  agak  menyulitkan  dalam operasionalnya  di lapangan.  Di samping  itu rancangan sprayer elektrostatik  ini perlu dimodifikasi  mengingat harga atau biaya produksinya  masih tinggi  bila  dibandingkan  dengan  tipe  sprayer  lainnya  (terutama  jenis  sprayer  gendong  / knapsack sprayer), baik produk lokal maupun impor.

Hasil penelitian  Kusdiana  (1991)  dan Roni Kastaman  (1992)  menunjukkan  bahwa sebenarnya jenis sprayer yang dapat dianggap paling baik dan memenuhi kriteria pemakaian yang diinginkan  oleh pemakai  (umumnya  petani)  adalah sprayer  dari jenis Microner  atau Sprayer Elektrostatik.  Umumnya kriteria yang banyak diutamakan  pemakai adalah kriteria jaminan ketersediaan  suku cadang, keamanan dalam penggunaan  alat, ekonomis, kapasitas dan kepraktisan. Demikian pula kesimpulan dari hasil penelitian Mimin et.al. (1992), yaitu

bahwa   sprayer   yang   paling   baik   dari   segi   kinerja   penyemprotannya   adalah   sprayer elektrostatik dan yang paling buruk sprayer hidrolik.

II. PERMASALAHAN

Ketidakefektifan  dalam penyemprotan  pestisida, khususnya dari sisi ukuran droplet yang disemprotkan  dan jumlah dosis yang dapat diaplikasikan  akan berdampak  tidak saja pada tanaman yang membutuhkan perlindungan dari serangan hama dan penyakit, akan tetapi juga pada lingkungan yang kemungkinan  dapat tercemar oleh bahan kimia beracun karena cara aplikasi yang salah / kurang tepat.

Berdasarkan    hal    tersebut    kiranya    diperlukan    suatu    penelitian    yang    dapat menghasilkan suatu produk rancang bangun sprayer yang dapat bekerja dengan efektif dan efisien.  Untuk  menjawab  persoalan  tersebut  perlu dilakukan  suatu riset berupa  rancangan elektrostatik   piringan   berputar   dengan   sistem   droplet   terkontrol,   kemudian   dilakukan penelitian  untuk  mendapatkan  bahan  kimia  alami  sebagai  media  kontak  larutan  semprot dengan   elektroda   yang   ada   pada   sprayer   sedemikian   rupa,   sehingga   larutan   dapat disemprotkan dengan pola penyebaran droplet yang halus dan dalam jumlah yang terkontrol. Apabila  hal  ini  dapat  dilakukan  akan  menghemat  biaya  penggunaan  bahan  kimia  dan mengurangi resiko penggunaan dosis aplikasi yang berlebihan yang pada akhirnya akan mengurangi  dampak terhadap  lingkungan.  Dengan demikian  hasil akhir dari penelitian  ini diharapkan akan mampu meningkatkan efektifitas dan efisiensi penyemprotan pestisida yang diperlukan  dalam  rangka  pengendalian  hama  dan penyakit  tanaman  terpadu.  Lebih  lanjut berdasarkan kajian ekonomi yang dilakukan pada rancangan hasil penelitian, nantinya akan dibandingkan dengan kinerja alat / sprayer yang prinsip kerjanya analog yang dibuat di luar negeri (produk impor). Dengan demikian akan diketahui kelebihan dan kekurangan sprayer yang  dibuat,  dan infomasinya  sangat  penting  guna  pengembangan  rancangan  lebih  lanjut hingga pada tahapan komersialisasinya.

III. TUJUAN PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan prototipe disain sprayer electrostatic piringan  berputar  dengan  sistem  droplet  terkontrol  yang  lebih  ergonomis,  biaya  produksi yang lebih murah, sistem kontrol droplet yang lebih baik dengan menggunakan piringan berputar, penggunaan batere (sumber tenaga) yang lebih baik dan tahan lama. Di samping itu juga penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan “zat pembawa” pestisida (bahan kimia alami

yang dapat digunakan sebagai media kontak dan bahan pencampur pestisida). Zat pembawa tersebut  dibuat  dari  beberapa  bahan  kimia  nabati  (alkaloid  basa)  yang  dapat  dicampur (feasible)  dengan  berbagai  jenis  pestisida  serta  dapat  meningkatkan  sifat  muatan  listrik. Dengan demikian bahan kimia tersebut dapat diaplikasikan dengan menggunakan sprayer elektrostatik,  yang juga diharapkan dapat berfungsi sebagai perekat dan perata (surfaktan). Bahan kimia alami yang dikembangkan harganya murah dan mudah didapat serta memiliki kinerja yang sama baiknya dengan bahan kimia sejenis yang umumnya merupakan produk import, sehingga dapat mengurangi ketergantungan pada produk luar.

IV. DASAR TEORI

Contolled Droplet Application (CDA) adalah suatu teknik penyemprotan dengan cara mengatur  kerapatan  dan  keseragaman  ukuran  diameter  butiran.  Dengan  kata  lain,  titik beratnya  adalah  pada  ukuran  butiran  untuk  mendapatkan  hasil  semprotan  yang  optimum. Yang menjadi dasar dari metode ini adalah hasil penemuan Bals (1976) yang menggunakan piringan berputar untuk pengabutan (atomization).  Dengan menggunakan piringan berputar sebagai pengganti fungsi nosel akan dihasilkan ukuran butiran yang lebih baik dan memiliki lebar  penyemprotan  yang  lebih  luas.  Untuk  volume  cairan  tertentu,  makin  kecil  ukuran volume  partikel  larutan  keluar  dari  pengabut,   makin  kecil  kebutuhan  volume  larutan pestisidanya (Matthews, 1979). Dengan demikian, bila menggunakan  teknik CDA. volume larutan  pestisida  dapat  menjadi  lebih  sedikit.        Teknik  ini telah  diterapkan  dalam  sprayer micron yang diproduksi oleh Micromax.  Sprayer ini sangat coook untuk daerah sulit air.

Pada pengabut dengan piringan berputar, larutan pestisida yang diletakkan di dalam tabung  cairan  yang  dilengkapi  dengan  kran  yang  dihubungkan  dengan  selang  menuju permukaan  piringan.  Apabila  kran  dibuka  maka  cairan  akan  mengalir  melalui  selang, selanjutnya tetesan cairan yang jatuh di atas piringan itu akan diputar oleh piringan tersebut dengan  adanya  gaya sentrifugal  dari piringan  yang berputar  sehingga  membentuk  butiran cairan semprot.

Matthews (1979) menyatakan tiga cara terjadinya butiran yaitu :

1.   Butiran  tunggal  terlempar  dari tepian  piringan  pada penyemprotan  dengan  volume rendah.

2.   Cairan meninggalkan tepian piringan dalam bentuk benang air yang kemudian pecah menjadi butiran.

3.   Cairan  meninggalkan  tepian  piringan  dalam  bentuk  lembaran  tipis  yang  semakin mengecil,  kemudian  membentuk  benang  air  yang  selanjutnya  terpecah  menjadi butiran.

Pada nosel sentrifugal ukuran butiran yang terbentuk biasanya terdiri atas dua ukuran, yakni butiran utama dan butiran pengikut (satelit).  Butiran pengikut terbentuk dari benang air yang menghubungkan butiran utama dengan cairan pada nosel.  Pada kondisi transisi antara pembentukan butiran tunggal dengan pembentukan benang air, ukuran diameter dan jumlah butiran  bertambah  disebabkan  penurunan  diameter  rata-rata  (Dobrowski  dan  Llyod,  1974 dalam Matthews., 1979).  Butir, semprotan yang dapat dibentuk oleh nosel centrifugal dapat dihitung secara teoritis menggunakan persamaan yang dikemukakan oleh Walton dan Prewet (1949) dalam Matthews (1979), Yang secara sederhana ditulis sebagai berikut:

Konstanta

d     =            ------------------- rpm

Konstanta dipengaruhi oleh disain piringan, tetapi biasanya 500.000.

4.1. Elektrostatik dan Sifatnya

Elektrostatik adalah bagian ilmu listrik yang berkaitan dengan medan listrik yang ditimbulkan  oleh adanya interaksi  muatan-muatan  listrik pada benda dalam keadaan  diam (statis). Berdasarkan pengertian di atas maka sifat-sifat listrik statik (elektrostatik) terdiri atas sifat  dari  muatan-muatan  listrik  serta  sifat  dari  medan  listrik  yang  secara  umum  dapat dinyatakan sebagai berikut :

1.   Menurut Coulomb (1788) dalam Hukum Coulomb, Gaya interaksi antara dua benda titik

F     =   k

Q1         Q2

d 2

yang bermuatan listrik sebanding dengan kuadrat jarak antara kedua muatan

Keterangan

F	=	Gaya interaksi muatan
Q	=	muatan
d	=	jarak antara muatan
k	=	konstanta

Gaya interaksi bekerja pada garis penghubung  antara kedua benda tersebut dan gaya interaksi akan tarik menarik  bila muatan berbeda tanda ( + dan - ); dan akan tolak- menolak bila muatan bertanda sama (+ dan +)  atau ( - dan - ).

2.   Medan  elektrostatik   secara  kualitatif  digambarkan   sebagai  ruang  di  sekitar  gaya elektrostatik   yang  bekerja,  sedangkan  secara  kuantitatif   dalam  membahas   medan digunakan  pengertian  kuat medan yaitu gaya interaksi yang bekerja pada satu-satuan muatan yang kita letakkan pada suatu titik dalam medan gaya ini, pengertian ini berlaku bila  ditinjau  dari  muatan  satu  titik.             Bila  pada  suatu  luas  permukaan  kuat  medan

dicirikan dengan besarnya kerapatan muatan pada permukaan tersebut :

E    =      D

2   ∈ o

Keterangan :

E          = medan listrik

D         = kerapatan muatan

∈ o       = konstanta dielektrik

Sifat dari medan listrik ini dapat diketahui  melalui garis-garis  gaya yang ditimbulkannya, yaitu dalam sebuah medan listrik, garis-garis gaya akan keluar dari atau berakhir pada sebuah muatan.  Biasanya bergerak dari muatan positif ke muatan negatif.  Garis-garis gaya tersebut beraturan dari satu titik muatan positif ke satu titik muatan negatif.

4.2. Aplikasi Elektrostatik

Berdasarkan  sifat-sifat  tersebut,  elektrostatik  dapat  diaplikasikan  ke  dalam  proses pembuatan berbagai jenis alat, antara lain dalam :

1.   Proses    elektrostatik    copier,    yaitu    mesin    kopi    dimana    material    peka    cahaya (photosensitive) dimuati secara listrik menuruti pola asli yang hendak dicopy, kemudian bayangan  yang  terbentuk  dikembangkan  (ditimbulkan)  dengan  serbuk  karbon  halus yang sebelumnya sudah diberi muatan dengan polaritas yang berbeda/berlawanan.

2.   Proses pemurnian secara elektrostatik  yaitu memurnikan  udara atau gas dari kotoran- kotoran dengan cara mengenakan medan elektrostatik pada gas tersebut diantara 2 elektroda, satu elektroda lazimnya positif dibumikan.   Butir-butir kotoran akan tertarik dan menempel pada elektroda yang dibumikan.

3.   Proses  Pembelokkan  elektrostatik,  yaitu proses  pembelokkan  berkas  elektron  dengan sarana medan listrik yang mana medan listrik tersebut dijangkitkan diantara sepasang keping  elektroda   logam.    Bila  seberkas  elektron  dengan  massa  M  ditembakkan sedemikian rupa sehingga melewati dua elektroda yang disusun paralel dimana medan listrik terdapat sehingga garis edar elektron tersebut membentuk parabola.

Larutan  pestisida  yang  terdapat  dalam  tanki,  yang  telah  diberi  muatan  (negatif), dengan tekanan dan kecepatan tertentu disemprotkan sedemikian rupa melalui sebuah lubang pemercik  pengabut  sehingga  menghasilkan  butiran-butiran  semprotan  dengan ukuran yang relatif kecil.   Di kedua sisi pengabut sepasang elektrada ber muatan (positif) dipasangkan sejajar dimana medan listrik dijangkitkan diantaranya.  Hal ini menyebabkan terjadinya gaya tarik menarik antara dua konduktor (cairan semprot dan elektroda) dan cairan semprot yang telah dimuati tersebut setelah pecah akan membentuk butiran - butiran yang seluruhnya bermuatan negatif, terjadi tolak menolak diantara butiran tersebut.   Floating terhadap tanah mengakibatkan  gaya  tolak  menolak  antara  butiran-butiran  negatif  dengan  tanah  tersebut. Proses tersebut di atas merupakan penyebab terjadinya pembelokan.

Selain peristiwa proses pembelokan elektrostatik di atas maka butiran-butiran semprot yang secara terus menerus keluar dari lubang pemercik melewati sepasang elektroda yang bermuatan listrik akan mengalami pembelokan dengan garis-garis edar membentuk parabola, sebab saat butiran berada di antara elektroda tersebut, gaya F atau (medan listrik E x muatan Q)  Newton  akan  bekerja  tegak  lurus  terhadap   arah  gerak  butiran  semprot   sehingga

menimbulkan percepatan sebesar F/m atau E Q/m m dtk –2 .

Jika butiran-butiran tersebut dijadikan subjek terhadap percepatan, pada waktu t detik akan

2

δ   =   1     EQ    t

2    m

menyebabkan perpindahan sejauh σ dengan persamaan sebagai berikut:

dimana t     =  L/U

Dengan mengetahui jarak perpindahan, maka sudut peuibelokan dapat diketahui.

Keterangan:	E = medan listrik	Q = muatan cairan
	L = panjang elektroda	U = kecepatan pengeluaran cairan
	m = massa butiran semprot	= jarak perpindahan butiran

V. METODE DAN HASIL PERANCANGAN ALAT PENYEMPROT (SPRAYER)

5.1. Metode Perancangan

Pada  penelitian  ini  akan  dirancang  suatu  model  prototipe  alat  sprayer  Piringan Berputar Sistem Droplet Terkontrol dengan Elektrostatic Charging Sprayer. Penelitian pendahuluan menggunakan metode analisis survey deskriptif dengan tujuan untuk mengumpulkan  data  dan informasi  yang  berkaitan  dengan  alat sprayer  dan  kemungkinan model alat yang dapat dikembangkan.  Dalam kegiatan ini jjuga mencangkup pengumpulan informasi yang berkaitan dengan alat sprayer piringan berputar yang sudah pernah dikembangkan.  

a. Kerapatan Butiran dan Rata-rata Diameter Butiran yang Dihasilkan Alat Semprot

Tabel 1. Hasil Pengukuran Kerapatan Butiran dan Rata-rata Diameter Butiran

Perlakuan	Bagian Tanaman Cabai	Rata-rata jumlah butiran/cm2	Rata-rata diameter butiran (μm)
Alat semprot tanpa efek nabati	Bagian atas	71	42,716
Alat semprot tanpa efek nabati	Bagian tengah	62	53,292
Alat semprot tanpa efek nabati	Bagian bawah	69	43,225
Alat semprot dengan efek nabati (2 cc/l)	Bagian atas	97	36,737
Alat semprot dengan efek nabati (2 cc/l)	Bagian tengah	69	27,827
Alat semprot dengan efek nabati (2 cc/l)	Bagian bawah	69	44,077
Alat semprot pestisida biasa	Bagian atas	Tak terdeksi	Basah semua
Alat semprot pestisida biasa	Bagian tengah	Tak terdeksi	Basah semua
Alat semprot pestisida biasa	Bagian bawah	Tak terdeksi	Basah semua

Dilihat dari kerapatan butir dan rata-rata diameter butiran semprot (Tabel 1.) dapat diketahui bahwa kinerja (performance) alat semprot dengan listrik statik droplet terkontrol ini menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan alat semprot biasa. Dengan penambahan  efek  nabati  pada  campuran  bahan  aktif  pestisida  relatif  memberikan  hasil kerapatan butir cairan semprot pada tanaman yang lebih baik.

b. Volume Droplet Berdasarkan Lubang Semprot dan Tegangan Input Listrik Statik

Tabel 2. Volume Droplet Menurut Tegangan Input dan Lubang Semprot

Modifikasi Lubang Semprot	Tegangan Input (Volt)	Volume Droplet per Menit
1.   Tanpa jarum	4	70 cc
2.   Dengan jarum panjang lubang besar	4	30 cc
3.   Dengan jarum panjang lubang kecil	4	6,7 cc
4.   Tanpa jarum	6	185 cc
5.   Dengan jarum panjang lubang besar	6	50 cc
6.   Dengan jarum panjang lubang kecil	6	10 cc

Berdasarkan pengujian yang dilakukan dapat diketahui bahwa  makin tinggi tegangan input, volume  droplet  akan makin besar dengan  sesuai dengan  makin besarnya  diameter  lubang semprot (Tabel 2).

c. Kecepatan Piringan Semprot Menurut Tegangan Input Listrik Statik

Untuk kecepatan putaran piringan semprot menurut tegangan input listrik statik yang diaplikasikan,  makin  tinggi  tegangan  input,  putaran  piringan  semprot  makin  besar.  Jenis bahan piringan dalam hal ini menentukan  putaran piringan yang paling maksimum  sesuai dengan peningkatan tegangan inputnya. Pada Tabel 3. diketahui bahwa untuk bahan piringan dari alumunium dengan permukaan kasar memberikan putaran mesin yang lebih besar. Hal ini disebabkan karena berat bahan berpengaruh pada putaran piringan tsb.

Tabel 3. Kecepatan Putaran Piringan Semprot  Menurut Tegangan Input

Modifikasi Piringan Semprot	Tegangan Input (Volt)	Kecepatan Putaran Piringan
1.   Piringan alumunium tebal 2 mm, permukaan kasar	4	1114 RPM
2.   Piringan alumunium tebal 2 mm, permukaan kasar	6	2860 RPM
3.   Piringan alumunium tebal 2 mm, permukaan kasar	12	4183 RPM
4.   Piringan plastik akrilik tebal 2 mm, permukaan halus	4	1492 RPM
5.   Piringan plastik akrilik tebal 2 mm, permukaan halus	6	2250 RPM
6.   Piringan plastik akrilik tebal 2 mm, permukaan halus	12	3422 RPM

d. Karakteristik Kinerja Alat Semprot yang Dibuat

Tabel 4. Karakteristik Kinerja Alat Semprot Listrik Statik Sistem Butiran terkontrol

NO	KARAKTERISTIK KINERJA	PENGAMATAN
1	Kerapatan butir yang dihasilkan	25 – 40 butiran tiap cm2
2	Ukuran butiran	300 – 400 μm
3	Lebar kerja (lebar jangkauan semprot)	175,5 cm
	Sprayer biasa	90,0 cm
4	Penggunaan energi	1,20 kkal/menit
	Sprayer biasa	4,80 kkal/menit

VI. KESIMPULAN

Menurut  hasil  pengembangan  prototipe  alat  semprot  piringan  berputar  yang  telah dibuat dapat dimungkinkan untuk mengatur/mengontrol droplet yang dihasilkan dengan cara mengatur kecepatan putaran piringan (melalui alat khusus)  dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu :

1.   Alat  semprot  yang  dibuat  dapat  diatur  kecepatan   putaran  piringan  semprot  dan banyaknya cairan pestisida yang akan diaplikasikan.

2.   Aplikasi  alat penyemprot  jenis  ini dapat  memperbaiki  lebar  penyemprotan,  kerataan butiran  serta ukuran  butirannya,  sehingga  akan memperluas  keberhasilan  penyebaran butiran semprot sampai ke target (sasaran). Dengan demikian derajat efikasi akan meningkat dan resiko pencemaran lingkungan dapat ditekan.

3.   Kerapatan dan ukuran butirannya lebih baik dan lebih seragam yaitu 25-40 butiran tiap cm dengan ukuran 300-400 μm.

4.   Penyemprotan  yang  dihasilkan  memiliki  lebar  kerja  yang  lebih  lebar  dibandingkan sprayer biasa, sehingga. energi dan waktu penyemprotan menjadi lebih hemat.

5.   Penggunaan energi dari operator lebih hemat dibandingkan sprayer biasa.

DAFTAR PUSTAKA

1.   Dirjen  Tanaman  Pangan. 1977. Laporan    Studi  Inventarisasi  Masalah  Sprayer  di Propinsi Sumatra Utara dan Jawa Tengah.  Desember 1976  -  Maret 1977.  Direktorat Bina Produksi Departemen Pertanian.

2.   Kusdiana. 1992. Rancang  Bangun  Perangkat  Hand  Sprayer  dengan Menggunakan

3.   Pendekatan Rekayasa Nilai. Makalah Seminar Teknik dan Manajemen Industri - ITB.

4.   Lince  Tobing.  1989.  Aplikasi Alat  Sistem  Elektrostatik  pada  Mesin  Penyemprot

Tangan (Knapsack Sprayer). Skripsi. Fakultas Pertanian UNPAD.

5.   Mabbet T, 1990- Focus on Fungicideposit.  Agricultural International 42 (5) : 14 – 16

6.   Matthews, G.A., 1979.  Pesticide Application Methods. Longman inc New York

7.   Mimin Muhaemin, Ade   Moetangad,   Roni   Kastaman, Dedi   Prijatna. 1992. Rancang Bangun  dan  Pengujian Sprayer Elektrostatik Piringan Berputar.  Laporan                      Penelitian. Lembaga Penelitian UNPAD.

8.   Norman, B and Wesly, 1979.   Pesticide   Application Equipment and Technique, Food

and Agriculture Organization of the Rome

9.   Roni  Kastaman.  1992.   Studi  Penerapan  Rekayasa  Nilai  (  Value Engineering  ) dalamDisain    Perangkat                       Alat Sprayer  . Laporan                     Penelitian  . Lembaga   Penelitian UNPAD

10. Roni Kastaman, Tomoo Aoyama.  1995. Study on Selection and design Improvement of

Agricultural     Machinery  in   Indonesia  Using   Value    Engineering Approach. Case Study on Sprayer Design and Selection. Paper on Journal of Agricultural Development Studies. Vol.6 No. 1 October 1995. Japan