ABSTRAK

Alat penyemprot (Sprayer) digunakan untuk mengaplikasikan sejumlah tertentu bahan

kimia aktif pemberantas hama penyakit yang terlarut dalam air ke objek semprot (daun, tangkai,

buah) dan sasaran semprot (hama-penyakit). Efesiensi dan efektivitas alat semprot ini ditentukan

oleh kualitas dan kuantitas bahan aktif tersebut yang terkandung di dalam setiap butiran larutan

tersemprot (droplet) yang melekat pada objek dan sasaran semprot.

Pengalaman di lapangan selama ini menunjukan bahwa kemampuan droplet tersebut

untuk memberantas hama-penyakit sangat terganggu oleh adanya hembusan angin pada saat

penyemprotan (drifted), sehingga kuantitas droplet yang mencapai objek dan sasaran semprot

menjadi kurang efektif. Masalah ini telah diantisipasi melalui sistem penyemprotan dengan

piringan berputar yang mengaplikasikan butiran bermuatan listrik statik, sehingga butiran tersebut

mampu melayang mendekati dan melekat di objek semprot berdasarkan gaya tarik listrik antara

droplet dan objek semprot. Metode ini sudah efektif, namun masih kurang efisien, karena

kuantitas bahan aktif menjadi terlalu berlebih dan cenderung boros (67 butiran/cm2 dengan

diameter butiran 464,1μm). Masalah ini dapat diatasi dengan cara mereduksi volume bahan aktif

serendah mungkin dengan memodifikasi sprayer piringan berputar yang mengaplikasikan dalam

volume butiran bermuatan listrik-statik sangat rendah (ultra low volume droplet) dengan cara

mengontrol kuantitas bahan aktif dan kecepatan piringan berputar. Dengan modifikasi ini pola

penyebaran droplet lebih merata (79 butiran/cm2 dengan diameter butiran 362,1 μm) dan efektif

pada objek semprot, serta terjadi penghematan bahan aktif antara 11-16 persen.

BAB IPENDAHULUAN

I. Latarbelakang

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.

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

Q1 Q2

F = ------------

d2

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 tolakmenolak 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 :

D

E = ---------

2 ∈ 0

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 alat ini,ialah

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 .