Deskripsi ALAT PENGUKUR BIOMASSA KARBON PADA POHON

Transkripsi

1 1 Deskripsi ALAT PENGUKUR BIOMASSA KARBON PADA POHON Bidang Teknik Invensi Invensi ini berhubungan dengan suatu alat ukur untuk menentukan kandungan biomassa karbon yang tersimpan dalam suatu pohon, alat tersebut disebut Alat Pengukur Biomassa Karbon. Lebih khusus,alat ukur Biomassa ini dirancang berdasarkan data alometrik lokal yang merupakan hubungan antara biomassa karbon, densitas pohon dan diameter pohon. Latar Belakang Invensi Potensi jumlah pohon, baik berupa pohon inti, tiang, pancang dan semai dapat diperoleh melalui konversi potensi karbon. Prediksi biomassa pohon sangat penting untuk menentukan produktivitas pohon, penilaian inventarisasi bahan bakar, penilaian kandungan nutrien, dan evaluasi batang pohon muda sebagai sumber serat di masa depan. Namun salah satu kendala yang dihadapi oleh pemilik HPH untuk tetap memperoleh jaminan penguasaan hutan berhubungan dengan informasi mengenai jumlah karbon yang dimilikinya. Riset mengenai pertumbuhan tubuh pohon di dalam negeri masih belum memenuhi kebutuhan penyusunan dokumen penyerapan karbon sehingga penggunaan rumus umum yang berlaku di negara lain untuk kepentingan skala proyek masih tetap dilakukan di Indonesia. Sejumlah metode estimasi tidak langsung untuk menganalisis cadangan karbon seperti analisis isotropis dan metode inversi berdasarkan pengukuran konsentrasi CO2, remote sensing, analisis tren pertumbuhan dan pemodelan merupakan teknik yang umum digunakan. Tetapi teknik-teknik tersebut memiliki kekurangan dari segi ketidakpastian pada asumsi yang digunakan. Misalnya pada pemodelan inversi, kurang merepresentasikan kesetimbangan karbon pada skala lokal karena metode tersebut bersifat spasial dan temporal (Valentini et al, 00).

2 Invensi pada Paten CN 33473A, mengenai metode pencacahan karbon hutan yang didasarkan pada model proses ekologi, dimana invensi tersebut menyajikan informasi yang komprehensif mengenai kandungan biomassa karbon serta proses ekosistem dalam skala luas yang mempengaruhi ketersediaan karbon. Namun model yang disajikan bersifat kompleks karena memerlukan relatif banyak parameter seperti plot karbon dan nitrogen, indeks jenis luasan daun, parameter-parameter fisiologi respiratori fotosintesis, data statistik curah hujan, temperatur maksimum-minimum, kelembaban relatif dan data harian penyinaran matahari. Lagipula, invensi pada Paten CN 33473A tersebut, penentuan parameter fisiologi respiratori daun merupakan metode pengujian destruktif sehingga merusak pohon tersebut sebagai obyek uji. Kementerian Kehutanan melalui Peraturan Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan No.P.01/VIII- P3KR/12 menyebutkan bahwa prosedur pengukuran diutamakan menggunakan model alometrik yang tersedia di lokasi tempat proyek akan dilaksanakan sesuai dengan jenis/ekosistem yang terdapat di daerah itu. Analisis penskalaan alometrik (allometric scaling analysis) merupakan metode untuk mengkuantisasi aturan main bagi ukuran sistem (system size) berdasarkan fenomena umum yang mengkarakterisasi sistem (Peterson et al, 12). Penerapan analisis penskalaan alometrik untuk menentukan biomassa atau produktivitas suatu jaringan (tissue) pada pohon, menghasilkan hubungan eksponensial antara biomassa dan diameter pohon sehingga untuk menganalisis hubungan kedua parameter tersebut digunakan transformasi logaritmis yang dapat diselesaikan menggunakan metode regresi kuadrat terkecil (least-square regression) (Sprugel, 1983). Tetapi transormasi logaritmis tersebut pada dasarnya merupakan hasil inversi non-linear sehingga untuk menerapkan pendekatan linear pada model semacam itu dipakai metode Levenberg-Marquardt yang merupakan turunan dari metode kuadrat terkecil untuk menghasilkan akurasi tinggi dari hasil penskalaan (Grandis, 09).

3 3 1 Karakteristik alometrik untuk setiap ragam pohon berbeda, misalnya antara spesies yang tinggi dan rendah. Fisiologi dan morfologi daun yang berasal dari spesies dipetrocarpaceae dan spesies lain juga akan menghasilkan karakteristik alometrik yang berbeda (Kohyama et al, 03), sehingga jika tidak disertai dokumen yang memadai mengenai pedoman pemanfaatan pohon, metode alometri yang diterapkan akan menghasilkan akurasi estimasi yang rendah yang dapat berdampak pada rendahnya efisiensi pemanfaatan pohon (Hardiansyah, 11). Berdasarkan uraian-uraian tersebut maka diperlukan Inventarisasi Tegakan Sebelum Penebangan (ITSP) dan Inventarisasi Tegakan Tinggal (ITT) untuk memastikan stok karbon yang dimiliki oleh perusahaan HPH berada di atas ambang minimum. Invensi ini menyediakan suatu alat ukur biomassa karbon yang bersifat langsung dapat mengukurnya, mudah digunakan, portabel, tidak merusak pohon yang sedang menjadi obyek ukur biomassa karbon (non-destruktif), dan skala pembacaan alat ukur didasarkan pada alometrik lokal sehingga dapat menghasilkan akurasi pengukuran yang tinggi. 2 3 Ringkasan Invensi Invensi dari alat ukur biomassa karbon adalah untuk mengukur biomassa karbon suatu pohon yang portable, dapat mengukur secara langsung, dan tidak merusak (nondestructive test) obyek pohon yang diukur. Suatu alat ukur biomassa karbon pohon pada invensi ini dirancang berdasarkan data alometrik lokal yang merupakan hubungan antara biomassa karbon, densitas pohon dan diameter pohon. Suatu alat ukur biomassa karbon pohon sebagaimana sebagaimana invensi ini, terdiri atas: a. Suatu silinder skala (1), yang berfungsi sebagai alur bagi penunjuk berskala; b. suatu gerigi planet, yang berfungsi untuk memastikan silinder bergerak mengelilingi pohon tanpa gerakan slip;

4 4 1 2 c. suatu penunjuk skala (2,), yang berfungsi sebagai penunjuk pergeseran roda berputar sehingga penunjuk skala (2,, 1) menjadi linier; d. suatu track dengan lintasan khusus mengelilingi diameter pohon, yang berfungsi mengkonversi putaran silinder menjadi satuan biomassa karbon; dan e. suatu bagian penutup, yang berfungsi sebagai selubung luar (16) alat ukur agar lebih mudah dibawa dan mudah digunakan saat mengukur. Silinder skala (1) dilengkapi dengan skala penunjuk biomassa karbon dalam satuan kg untuk densitas pohon 0,1 kg/m3 dan tabel konversi (12) yang memuat faktor pengali nilai biomassa karbon untuk densitas pohon yang tidak sama dengan 0,1 kg/m3, dengan bahan silinder terbuat dari PVC dengan panjang 40 cm dan diameter,1 cm yang dilengkapi dengan ulir dengan spasi alur 0,0 cm. Gerigi planet terdiri atas suatu gear berisi komponen-komponen sun yang terbuat dari stainless, planet yang terbuat dari plastik (HDPE), dinding yang terbuat dari plastik (HDPE), planet carrier (4,6) yang terbuat dari stainless, planet gear (7) yang terbuat dari plastik (HDPE), dan gear hub () yang terbuat dari stainless, sun gear (8), serta suatu ulir berupa graphir (3) pada PVC. Penunjuk skala (2,)terdiri atas ball bearing yang terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter as roda,1 cm dan jarum skala yang terbuat dari stainless steel dengan diameter 0,2 cm. Sedangkan rodanya terbuat dari PVC berdiameter,16 cm dan dilengkapi dengan suatu tapak yang terbuat dari besi berdiameter 0, cm yang runcing untuk memastikan gerakan roda merupakan gerak rotasi tanpa adanya gerakan slip. Uraian Singkat Gambar 3 Untuk memudahkan pemahaman mengenai inti invensi ini, selanjutnya akan diuraikan perwujudan invensi melalui gambar-gambar terlampir. Gambar 1, adalah grafik nilai biomassa karbon terhadap putaran silinder

5 1 Gambar 2, adalah detail pada silinder skala (1) pada alat ukur biomassa karbon sesuai invensi ini Gambar 3, adalah konstruksi silinder dan alur skala pada alat ukur biomassa karbon sesuai invensi ini Gambar 4, adalah konstruksi bagian gear pada alat ukur biomassa karbon sesuai invensi ini. Gambar, adalah konstruksi penunjuk skala (2,, 1) pada alat ukur biomassa karbon sesuai invensi ini Gambar 6, adalah konstruksi roda (11) pada alat ukur biomassa karbon sesuai invensi Gambar 7, adalah konstruksi bagian penutup alat ukur pada alat ukur biomassa karbon sesuai invensi ini Gambar 8, adalah konstruksi alat ukur biomassa karbon sesuai invensi ini Gambar 9, adalah tampak samping dari diagram proses pengukuran biomassa karbon Gambar, adalah tampak atas dari diagram proses pengukuran biomassa karbon Gambar 11, adalah diagram sistem mekanis untuk mengkonversi putaran silinder ke besaran Biomassa Karbon (kg) 2 3 Uraian Lengkap Invensi Sebagaimana telah dikemukakan pada latar belakang invensi bahwa alat pengukur biomassa karbon pada pohon dimana skala pembacaan alat ukur didasarkan pada alometrik lokal sehingga dapat menghasilkan akurasi pengukuran yang tinggi, alat ukur mudah digunakan, portabel, dan mengukur secara langsung biomassa karbonnya. Alat pengukur biomassa karbon pohon ini dibuat menggunakan konsep dasar mekanis gerak melingkar sederhana. Hal ini dilakukan karena salah satu parameter fisis dalam allometrik penghitungan biomassa adalah diameter dari pohon sesuai dengan persamaan berikut : B total = 0,3991 ρ total D 2,277 (1) Dengan,

6 Btotal : Biomassa total (kg) 6 D : Diameter pohon (m) Allometrik tersebut diperoleh berdasarkan data (Tabel 1) hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya oleh Hardiansyah (11). Radius Roda (cm) Tabel 1. Hitungan skala Keliling (cm) Putaran roda Jarak tempuh roda Diameter pohon terukur rasio 4:1 Biomassa untuk r 47 % Karbon q (derajat) untuk skala (cm) Langkah-langkah pembuatan alat ukur biomassa karbon pada pohon adalah sebagai berikut: Langkah 1: Membuat interpolasi data (Tabel 1) menggunakan metode Levenberg-Marquardt yang merupakan turunan dari metode kuadrat terkecil. Metode Levenberg-Marquardt dipilih

7 7 karena permasalahan yang dihadapi adalah permasalahan inversi non linier dengan pendekatan linier pada model umum berikut: f(x) = 0,64ax b (2) dengan f(x) : Biomassa karbon sebagai fungsi dari x (diameter) a : densitas pohon (kg/m 3 ) sebagai parameter model pertama b : 2,777 sebagai parameter model kedua x : Diameter pohon (m) 1 Langkah 2: membuat grafik (Gambar 1) yang menunjukkan hubungan biomassa karbon putaran silinder untuk diameter silinder 13 cm. Langkah 3: membuat pemodelan berdasarkan hasil dari langkah 1 dan langkah 2. Hasil pemodelan menunjukkan akurasi yang baik dengan nilai R 2 = Langkah 4: membuat silinder (Gambar 2) untuk mengukur keliling dari tubuh pohon yang sedang dianalisa sesuai dengan persamaan: keliling = πd dengan D adalah diameter silinder. 2 Langkah : membuat silinder besar (Gambar 3) yang berisi gerigi dengan konstruksi bernama gerigi planet dengan rasio 4:1 oleh sebuah tabung berdiameter lebih kecil yang dapat berotasi secara dinamis. Di bagian ini rotasi silinder atas yang menunjukkan keliling lingkaran dikonversi ke dalam besaran diameter pohon. Konversi ini sesuai dengan persamaan: D = keliling pohon π

8 8 Langkah 6: menghubungkan silinder pada langkah 4 dengan silinder pada langkah. 1 Langkah 7: membuat gerigi planet (Gambar 4) yang dihubungkan dengan silinder besar (langkah ). Bagian gear terdiri atas komponen-komponen sun yang terbuat dari stainless, planet yang terbuat dari plastik (HDPE), dinding yang terbuat dari plastik (HDPE), planet carrier (4,6) yang terbuat dari stainless, ring gear (9) yang terbuat dari plastik (HDPE) dan gear hub () yang terbuat dari stainless. Bagian ulir berupa graphir (3) pada PVC Fungsi gerigi planet adalah untuk memastikan silinder bergerak mengelilingi pohon tanpa gerakan slip. Gerakan slip akan mempengaruhi nilai pengukuran karena dapat mengurangi gerakan rotasi silinder yang berakibat berkurangnya akurasi pengukuran. 2 Langkah 8: membuat penunjuk skala (2,). Penunjuk skala (2,, 1) terdiri atas ball bearing yang terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter as roda,1 cm dan jarum skala yang terbuat dari stainless steel dengan diameter 0,2 cm. Bagian ini akan bergeser pada saat roda berputar. Pergeseran terjadi karena putaran roda akan ikut memutar silinder yang telah terdapat alur di permukaannya.penunjuk skala (2,, 1) akan mengikuti pergeseran alur tersebut. Alur akan membuat pergeseran penunjuk skala (2,, 1) menjadi linier. Skala dibuat berdasarkan hasil hitungan menggunakan alometrik yang telah diperoleh sebelumnya. Dengan rasio gear 4 : 1 maka setiap empat putaran roda akan menyebabkan silinder skala (1) berputar satu kali. Untuk keadaan ini, dibuat sebuah skala linier dengan menetapkan jarak geser/alur alat ukur untuk satu putaran silinder skala (1) yang dibuat sesuai dengan Gambar 1 untuk setiap empat putaran roda (Gambar 9).

9 9 Langkah 9: membuat roda (Gambar 6) yang tebuat dari PVC berdiameter,16 cm dan dilengkapi dengan tapak yang terbuat dari besi berdiameter 0, cm. Ukuran total roda adalah 11,16 cm. Bagian ini akan diletakkan di permukaan pohon dan diputar mengelilingi pohon. Tapak yang terbuat dari besi yang runcing diperlukan untuk memastikan gerakan roda merupakan gerak rotasi tanpa adanya gerakan slip. 1 Langkah : membuat bagian penutup (Gambar 7) yang terdiri atas selubung yang terbuat dari PVC berukuran panjang 0 cm dan diameter 7,6 cm, handle (14) yang terbuat dari aluminium, dan roda stabilizer (13) yang terbuat dari PVC dengan diameter 1,77 cm. Bagian selubung dibuat dengan bentuk silinder agar lebih mudah dibawa dan mudah diaplikasikan untuk mengukur. Konstruksi selubung dibuat seringkas mungkin untuk keperluan kalibrasi alat ukur. Roda stabilizer (13) digunakan untuk membuat alat ukur selalu menempuh lintasan yang tegak lurus terhadap tinggi pohon. Langkah 11: menyambungkan semua bagian yang sudah dibuat dalam langkah 4 sampai langkah, hasilnya seperti terlihat pada Gambar 8. 2 Sebagaimana mengacu pada Gambar 11 dan Gambar 12, cara pengukuran biomassa karbon pada pohon dilakukan melalui prosedur sebagai berikut: alat ukur diletakkan pada posisi vertikal di permukaan pohon (pada jarak 1 cm dari tanah atau setinggi dada). Sisi luar yang bergerigi dari silinder ditempelkan pada tubuh pohon untuk kemudian dijalankan sepanjang jalur di sisi pohon. Langkah ini dilakukan hingga menempuh satu putaran penuh atau sepanjang lintasan tubuh pohon. Nilai Biomassa karbon yang terbaca pada alat ukur adalah nilai biomassa karbon yang memiliki densitas pohon

10 0,1 gr/cm 3. Jika densitas pohon yang dianalisa tidak sama dengan nilai tersebut, maka : Biomassa Karbon seharusnya = Nilai pembacaan alat ukur x x densitas pohon Konversi tersebut sudah tersedia pada tampilan skala di alat ukur. Pembuatan alur bagi penunjuk skala (2,, 1) dilakukan dengan pertimbangan aspek ergonomis, yaitu dimensi alat ukur dibuat minimum untuk hasil pengukuran maksimum (Gambar 11) Untuk mengakomodasi hal tersebut, variabel bebas yang sangat menentukan adalah panjang alat ukur dan diamater pohon yang dapat terukur. Jika panjang skala pada alat ukur yang diinginkan adalah x, dan diameter maksimum yang diinginkan untuk dapat terukur adalah D maka 1 persamaan (1) dapat dituliskan ulang sebagai: x ρ skala = 0,3991D 2,277 Langkah berikutnya adalah menentukan jarak tempuh penunjuk skala (2,, 1) pada setiap satu putaran yang dibuat oleh silinder pengukur/skala. Karena penggunaan alat ukur memanfaatkan sistem gerigi dengan rasio tertentu, misal m : 1, maka spasi/ jarak tempuh penunjuk skala (2,, 1) ditentukan oleh persamaan berikut : 2 x i = 0,3991ρ skala ( imk π ) 2,277, i = 1,2, dengan K adalah jarak tempuh yang dilalui oleh silinder bergerigi dan i menyatakan jumlah putaran yang telah ditempuh.

11 11 Klaim Suatu alat ukur biomassa karbon pada satu pohon dengan sifat pengukuran langsung dan tidak merusak (nondestructive test) obyek pohon yang diukur, terdiri atas: Suatu silinder skala, gerigi planet, suatu penunjuk skala, roda, track lintasan khusus mengelilingi diameter pohon dan bagian penutup. 2. Suatu silinder skala sebagaimana pada klaim 1, dilengkapi dengan skala penunjuk biomassa karbon dan tabel konversi. Silinder skala berbentuk silinder dengan bahan terbuat dari PVC dengan panjang 40 cm dan diameter,1 cm yang dilengkapi dengan ulir dengan spasi alur 0,0 cm. 3. Skala penunjuk sebagaimana pada klaim 2, adalah skala penunjuk biomassa karbon dalam satuan kg untuk densitas pohon 0,1 kg/m3. 4. Tabel konversi sebagaimana pada klaim 2, yang memuat faktor pengali nilai biomassa karbon untuk densitas pohon yang tidak sama dengan 0,1 kg/m3,. Suatu gerigi planet sebagaimana pada klaim 1, terdiri atas suatu gear berisi komponen-komponen sun yang terbuat dari stainless, planet yang terbuat dari plastik (HDPE), dinding yang terbuat dari plastik (HDPE), planet carrier yang terbuat dari stainless, ring gear yang terbuat dari plastik (HDPE), dan gear hub yang terbuat dari stainless, serta suatu ulir berupa graphir pada PVC 6. Suatu penunjuk skala sebagaimana pada klaim 1, terdiri dari ball bearing dan jarum skala. 7. Ball bearing sebagaimana pada klaim 6, terbuat dari stainless steel dengan ukuran diameter as roda,1 cm. 8. Jarum skala sebagaimana pada klaim 6, terbuat dari stainless steel dengan diameter 0,2 cm. 9. Suatu roda sebagaimana pada klaim 1, terbuat dari PVC berdiameter,16 cm dan dilengkapi dengan suatu tapak yang terbuat dari besi berdiameter 0, cm yang runcing

12 12 1 untuk memastikan gerakan roda merupakan gerak rotasi tanpa adanya gerakan slip.. Suatu bagian penutup sebagaimana pada klaim 1, terdiri atas komponen-komponen suatu selubung yang terbuat dari PVC berukuran panjang 0 cm dan diameter 7,6 cm, 11. Suatu bagian penutup sebagaimana pada klaim, dilengkapi dengan handle/pegangan dan roda stabilizer. 12. Handle sebagaimana pada klaim 11 terbuat dari alumunium. 13. Roda stabilizer sebagaimana pada klaim 11 terbuat dari PVC dengan diameter 1,77 cm untuk membuat alat ukur selalu menempuh lintasan yang tegak lurus terhadap tinggi pohon dengan konstruksi selubung dibuat ringkas untuk keperluan kalibrasi alat ukur. 2

13 13 Abstrak ALAT PENGUKUR BIOMASSA KARBON PADA POHON 1 2 Suatu alat ukur biomassa karbon pohon pada invensi ini dirancang berdasarkan data alometrik lokal yang merupakan hubungan antara biomassa karbon, densitas pohon dan diameter pohon. Alat ini dapat menentukan biomassa karbon pohon secara langsung, tidak merusak pohon yang sedang menjadi obyek pengukuran (non-destructive test), mudah dalam penggunaan dan dapat dibawa (portabel). Alat ukur biomassa karbon pohon pada invensi ini terdiri atas suatu silinder skala (1), yang berfungsi sebagai alur bagi penunjuk berskala, suatu gerigi planet yang berfungsi untuk memastikan silinder bergerak mengelilingi pohon tanpa gerakan slip, suatu penunjuk skala (2,, 1) yang berfungsi sebagai penunjuk pergeseran roda berputar sehingga penunjuk skala (2,, 1) menjadi linier, suatu track dengan lintasan khusus mengelilingi diameter pohon, yang berfungsi mengkonversi putaran silinder menjadi satuan biomassa karbon, dan suatu bagian penutup, yang berfungsi sebagai selubung luar (16) alat ukur agar lebih mudah dibawa dan mudah digunakan saat mengukur. Pada alat pengukur biomassa karbon ini terdapat skala penunjuk biomassa karbon dalam satuan kg untuk densitas pohon 0,1 kg/m3 dan tabel konversi (12) yang memuat faktor pengali nilai biomassa karbon untuk densitas pohon yang tidak sama dengan 0,1 kg/m3.

14 14 Gambar 1 0,37 cm 1,42 cm 2,71 cm 4,3 cm,72 cm 7,39 cm 9,1 cm Gambar 2

15 Gambar Gambar 4

16 16 11 Gambar Gambar Gambar 7

17 Gambar pohon pohon Gambar 9 Gambar