HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Guludan dan Tunggul Tebu Sisa Panen

Transkripsi

1 HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Guludan dan Tunggul Tebu Sisa Panen Kondisi lahan di PG Jatitujuh setelah penebangan umumnya tertutup oleh serasah atau pucuk-pucuk tebu sisa pemanenan. Serasah tersebut mengakibatkan guludan, tunggul tebu, dan batang tebu yang tertinggal di lahan cenderung tidak terlihat (Gambar 44a). Penutupan lahan dengan serasah sisa-sisa penebangan (Lampiran 7) sengaja dilakukan dengan harapan agar setelah serasah tersebut kering dapat dibakar dengan mudah. Pembakaran serasah dimaksudkan agar tunggul tebu sisa panen yang ketinggiannya mencapai 15- cm dari permukaan guludan (Gambar 44b) mati terbakar sehingga tidak perlu dilakukan pengeprasan. (a) (b) 15 Gambar 44 Serasah sisa penebangan yang menutupi lahan di PG Jatitujuh (a), tunggul tebu sisa penebangan yang relatif masih tinggi (b). Tunggul tebu sisa penebangan di PG Jatitujuh dan PG Jatiroto memiliki ketinggian yang relatif sama yakni sekitar 15- cm dari permukaan guludan. Hal tersebut mengindikasikan bahwa penebangan manual cenderung menyisakan tunggul tebu yang masih tinggi, meskipun dalam kegiatan penebangan tebu tersebut sudah diberlakukan pemberian insentif dan pengawasan. Beberapa tahun terakhir ini PG Jatitujuh tidak melakukan pengeprasan tebu dalam budidaya tebu keprasan. Kegiatan pengeprasan digantikan dengan cara membakar serasah dan sisa penebangan yang menutupi lahan tebu setelah penebangan. Metode tersebut oleh PG Jatitujuh sering disebut dengan istilah cut and go. Penerapan metode cut and go dilakukan dengan pertimbangan bahwa mata tunas tunggul tebu yang terdapat di atas permukaan tanah menjadi kering dan mati akibat panas yang dihasilkan dari pembakaran serasah dan sisa-sisa penebangan, sehingga tunas tanaman keprasan tumbuh dari mata tunas tunggul tebu yang terdapat di bawah permukaan tanah. Kondisi tersebut oleh PG Jatitujuh dianggap identik dengan melakukan pengeprasan.

2 57 Beberapa kelemahan dari metode tersebut diantaranya adalah (1) apabila terjadi hujan yang terus menerus maka serasah atau sisa-sisa penebangan yang menutupi lahan sulit dibakar karena tidak kering, () asap dan abu yang dihasilkan dari pembakaran dapat menimbulkan masalah pencemaran lingkungan, dan (3) pembakaran tersebut membutuhkan pengawasan dan penjagaan yang baik agar pembakaran tidak merambat ke sekitar areal tebu yang belum ditebang. Metode cut and go yang diterapkan di PG Jatitujuh masih banyak menyisakan batang tebu yang berserakan di lahan, pertumbuhan tebu keprasan yang cenderung tidak seragam, dan tunggul-tunggul tebu yang telah dibakar masih terlihat cukup tinggi (Gambar 45a). Kondisi tersebut apabila dibandingkan dengan kondisi lahan di PG Jatiroto yang menerapkan kegiatan pengeprasan secara manual menunjukkan bahwa kegiatan pengeprasan dapat menghasilkan lahan yang bersih dari serasah sisa penebangan (Gambar 45b) dan memiliki pertumbuhan tebu keprasan yang relatif baik dibandingkan dengan di PG Jatitujuh yang tidak melakukan kegiatan pengeprasan (Gambar 45c). (a) (b) (c) Gambar 45 Kondisi lahan dan pertumbuhan tebu hasil cut and go di PG Jatitujuh (a), hasil kepras manual di PG Jatiroto (b), dan pertumbuhan tebu setelah satu bulan kepras manual di PG Jatiroto (c). Profil Guludan Tebu Keprasan Lisyanto et al. (5) mengungkapkan bahwa guludan tebu untuk keprasan pertama (R 1 ), kedua (R ), dan ketiga (R 3 ) di lahan PG Jatitujuh memiliki bentuk dan ukuran yang tidak jauh berbeda. Perbedaannya hanya terletak pada ukuran lebar guludan, yakni guludan untuk R 3 memiliki lebar yang sedikit lebih besar (85 cm) dibandingkan dengan guludan untuk R 1 dan R yang memiliki lebar 8 cm (Gambar 46). Jarak pusat ke pusat (PKP) guludan untuk ketiga tanaman keprasan tersebut sebesar 135 cm, ketinggian guludan dari permukaan juringan cm, dan lebar daerah tunggul yang harus dikepras sebesar 4 cm.

3 58 Gambar 46 Profil guludan tebu R 3 (a) dan untuk R 1 dan R (b) di PG Jatitujuh. Profil guludan untuk tanaman keprasan pertama (R 1 ) di PG Jatiroto memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan guludan untuk R 1 di PG Jatitujuh. Guludan untuk R 1 di lahan PG Jatiroto memiliki jarak pusat ke pusat 1 cm, lebar guludan 5 cm, tinggi guludan 3 cm, dan lebar area tunggul yang harus dikepras sebesar 3 cm (Gambar 47). Dimensi guludan terutama lebar daerah tunggul yang harus dikepras merupakan hal yang sangat penting untuk perancangan pisau dan alat pengeprasan tebu. (a) (b) Gambar 47 Profil guludan tebu untuk R 1 di PG Jatiroto (a) dan di PG Jatitujuh (b). Tahanan Penetrasi Tanah Tahanan penetrasi merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan untuk menunjukkan kekerasan tanah yang dinyatakan dengan cone index (CI) tanah. Lahan tebu di PG Jatitujuh memiliki jenis tanah mediteran atau alvisol. Tabel 1 memperlihatkan data tahanan penetrasi dan cone index guludan tebu untuk R 1, R, dan R 3 di lahan tebu PG Jatitujuh. Guludan untuk R 1 memiliki tahanan penetrasi yang lebih rendah dibandingkan dengan guludan untuk R dan R 3. Pada kedalaman 1 dan 15 cm, guludan untuk R memiliki tahanan penetrasi rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan dengan untuk R 1 dan R 3 (Gambar 48). Pada kedalaman 1 cm, tahanan penetrasi atau CI rata-rata untuk guludan R adalah 4.7 kg cm -, sedangkan untuk R 1 sebesar 3.6 kg cm - dan R 3 sebesar 4.5

4 59 kg cm -. Cone index rata-rata untuk guludan R pada kedalaman 15 cm adalah 7.3 kg cm -, untuk R 1 sebesar 4.1 kg cm -, dan untuk R 3 adalah 6.3 kg cm -. Hal tersebut mengindikasikan bahwa pada kisaran kedalaman antara 5 dan 15 cm, kondisi lahan tebu tersebut semakin padat seiring dengan bertambahnya kedalaman tanah. Tabel 1 Tahanan penetrasi (kg) dan cone index (kg cm - ) untuk R 1, R, dan R 3 di lahan tebu PG Jatitujuh, Cirebon TAHANAN PENETRASI DAN CONE INDEX RATOON KE-1 RATOON KE- RATOON KE-3 Dalam Ulangan ke: Ulangan ke: Ulangan ke: Tanah X CI Dalam X CI Dalam 1 3 Tanah 1 3 Tanah 1 3 X CI 5 cm cm cm cm cm cm cm cm cm Cone index (CI) ditentukan menggunakan persamaan berikut: CI = F A k ; F = tahanan penetrasi (kg) dan A k = luas kerucut yang digunakan ( cm ). Cone Index (kg cm - ) Kedalaman (cm) R-1 R- R-3 Gambar 48 Cone index pada lahan R 1, R, dan R 3 di PG Jatitujuh, Cirebon. Cone index tanah dapat digunakan untuk pendugaan terhadap kemudahan pengoperasian traktor untuk membajak tanah. Pengoperasian traktor dikatakan mudah apabila pada kedalaman 5-15 cm, CI lebih dari 6.5 kg cm - dan dikatakan memungkinkan apabila CI berkisar antara 4. dan 6.5 kg cm -, kemudian dikatakan sulit apabila CI kurang dari 4. kg cm - (Kisu 197; Pitoyo 3). Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa pemanfaatan alat dan mesin pertanian pada lahan PG Jatitujuh sangat memungkinkan karena pada kedalaman 15 cm lahan tersebut memiliki CI rata-rata 5.9 kg cm -.

5 6 Tahanan Geser Tanah Tahanan geser (shear resistance) tanah diukur menggunakan penetrometer SR-, yakni dengan gelang geser (shear ring). Tabel memperlihatkan bahwa pada beban 1-3 kg dengan kedalaman 5 cm, tahanan geser (S) rata-rata untuk R 1 adalah 34.7 kg cm -, R sebesar 3.6 kg cm -, dan R 3 sebesar 3.3 kg cm -. Tabel Tahanan geser (kg cm - ) untuk R 1, R, dan R 3 di lahan tebu PG Jatitujuh pada kedalaman 5 cm TAHANAN GESER PADA KEDALAMAN 5 CM RATOON KE-1 RATOON KE- RATOON KE-3 Beban Torsi ke: Beban Torsi ke: Beban Torsi ke: (kg) X S 1 3 (kg) X S 1 3 (kg) 1 3 X S Nilai tahanan geser (S) dihitung mengunakan rumus sebagai berikut: 3T S = 3 π ( r r 3 1 S = tahanan geser (kg cm - ) T =torsi maksimum (kg cm) r =jari jari luar shear ring (5 cm) r 1 =jari jari dalam shear ring (3 cm) ) Tabel 3 menunjukkan bahwa pada beban 1-3 kg dengan kedalaman 1 cm, tahanan geser (S) rata-rata untuk R 1 adalah 34.1 kg cm -, R sebesar 34.9 kg cm -, dan R 3 sebesar 33.3 kg cm -. Tabel 3 Tahanan geser (kg cm - ) untuk R 1, R, dan R 3 di lahan tebu PG Jatitujuh pada kedalaman 1 cm TAHANAN GESER PADA KEDALAMAN 1 CM RATOON KE-1 RATOON KE- RATOON KE-3 Beban Torsi ke: Beban Torsi ke: Beban Torsi ke: (kg) X S 1 3 (kg) X S 1 3 (kg) 1 3 X S Tahanan geser rata-rata guludan tebu pada beban 1-3 kg dengan kedalaman 5 dan 1 cm untuk tanaman keprasan (R 1, R, dan R 3 ) di PG Jatitujuh pada kadar air rata-rata saat pengukuran 7.4% sebesar 3.98 kg cm -.

6 61 Pengukuran tahanan geser dilakukan hanya pada dua kedalaman yakni 5 cm dan 1 cm dikarenakan pengeprasan secara mekanis akan dilakukan dengan kedalaman pemotongan antara 5 dan 1 cm di bawah permukaan guludan. Telah dikemukakan bahwa pengeprasan tebu merupakan pemotongan sisa-sisa tunggul tebu setelah penebangan yang dilakukan pada posisi tepat atau lebih rendah dari permukaan guludan. Apabila pengeprasan di lapang dilakukan pada posisi lebih rendah dari permukaan guladan dengan kedalaman 5-1 cm, maka parameter tahanan geser tanah tersebut perlu ditambahkan dalam menentukan gaya atau torsi pengeprasan. Gaya Cabut Rumpun Tunggul Tebu Tabel 4 menunjukkan hasil pengukuran gaya yang diperlukan untuk mencabut satu rumpun tunggul tebu pada R 1, R, dan R 3 di lahan PG Jatitujuh. Besarnya gaya cabut tersebut bervariasi dan kemungkinan besar bergantung pada kondisi perakaran, kepadatan tanah, dan jumlah tunggul yang terdapat pada satu rumpun tebu. Rumpun tebu yang memiliki jumlah tunggul antara 5 dan 1 buah membutuhkan gaya cabut dari 5.96 sampai N. Rumpun tebu dengan jumlah tunggul buah membutuhkan gaya cabut sebesar N. Pada lahan untuk ratoon ketiga (R 3 ), rumpun tebu dengan jumlah tunggul 8 buah memiliki gaya cabut yang berbeda yakni N dan N. Perbedaan tersebut diduga disebabkan oleh kondisi tanah dan perakaran tebu, sehingga meskipun memiliki jumlah tunggul yang sama tetapi besar gaya cabutnya berbeda. Tabel 4 Nilai gaya cabut tunggul tebu pada satu rumpun untuk R 1, R, dan R 3 di lahan tebu PG Jatitujuh, Cirebon Jumlah Tunggul RATOON KE-1 RATOON KE- RATOON KE-3 Strain (µs) Gaya Cabut (N) Jumlah Tunggul Strain (µs) Gaya Cabut (N) Jumlah Tunggul Strain (µs) Gaya Cabut (N) Gaya cabut tunggul tebu tersebut dapat digunakan sebagai acuan dalam perancangan mesin kepras agar metode pemotongannya menghasilkan gaya dorong yang lebih kecil dari 5.96 N.

7 6 Gerakan Mata Piring Bentuk Rata (Bajak Piring) Persamaan (15), (16), dan (17) merupakan persamaan gerakan dari sebuah titik pada mata bajak piring yang diputar dengan melibatkan parameter kecepatan putar sudut (ω ), radius bajak piring (R), disk angle (D A ), dan tilt angle (T A ) pada bidang tiga dimensi (XYZ). Persamaan tersebut ditulis kembali secara berurutan sebagai berikut: X = R sinα sinθ cosφ + R cosθ sinφ Y = R cosθ cosφ R sinα sinθ sinφ Z = R cosα sinθ Hasil simulasi dari persamaan tersebut apabila digambarkan dalam bidang dua dimensi yakni XY (dilihat dari atas), bidang XZ (pandangan depan), dan bidang YZ (dilihat dari samping) merupakan sebuah garis mata bajak piring yang berbentuk lingkaran atau elips. Garis mata bajak piring memiliki bentuk lingkaran apabila bajak piring tersebut dilihat dari depan (bidang XZ) dengan posisi T A = o dan D A = o (Gambar 49a). Di samping itu, garis mata bajak piring juga memiliki bentuk lingkaran jika dilihat dari samping (bidang YZ) dengan posisi T A = o dan D A = 9 o, sedangkan pada bidang XY dan XZ garis mata bajak piring digambarkan oleh satu garis lurus (Gambar 49b). (a).3 (b) Bidang XY Bidang YZ Bidang XZ -.3 Bidang XY Bidang YZ Bidang XZ Gambar 49 Garis mata bajak piring berbentuk lingkaran untuk bidang XZ pada T A = o dan D A = o (a) serta untuk bidang YZ pada T A = o dan D A =9 o (b). Garis mata bajak piring memiliki bentuk elips apabila bajak piring tersebut diposisikan pada T A dan D A lebih besar dari o namun kurang dari 9 o (9>T A > dan 9>D A >). Gambar 5 memperlihatkan contoh hasil simulasi bentuk garis

8 63 mata bajak piring pada posisi (9>T A > dan 9>D A >). Pada posisi T A = 15 o dan D A = 35 o garis mata bajak piring untuk ketiga bidang yakni XZ, YZ, dan XY menghasilkan bentuk elips (Gambar 5a). Garis mata bajak piring pada bidang XY untuk T A = 5 o dan D A = 35 o (Gambar 5b) memiliki bentuk elips dengan ukuran yang lebih lebar dibandingkan dengan elips mata bajak pada posisi T A = 15 o dan D A = 35 o. Hal tersebut disebabkan pada T A yang lebih tinggi menghasilkan sumbu minor elips yang lebih besar. Sumbu minor elips pada T A = 15 o adalah.78 m, sedangkan pada T A = 5 o sebesar.19 m. Penyajian gambar pandangan dari bentuk kurva mata bajak piring tersebut ditunjukkan pada Lampiran 8. (a).3 (b) Bidang XY Bidang YZ Bidang XZ -.3 Bidang XY Bidang YZ Bidang XZ Gambar 5 Bentuk elips pada bidang XY, YZ, dan XZ untuk T A = 15 o dan D A = 35 o (a) serta T A = 5 o dan D A = 35 o (b). Gerakan bajak piring yang diputar dan digerakkan maju dengan sudut kemiringan disk angle (D A ) dan tilt angle (T A ) tertentu memiliki kurva gerakan berbentuk spiral atau helicoid. Persamaan yang digunakan untuk mensimulasikan bentuk gerakan sebuah titik pada mata bajak piring tersebut dalam bidang XY pada prinsipnya hampir sama dengan persamaan (15) dan (16), namun karena adanya faktor kecepatan maju (V) maka persamaan tersebut dimodifikasi menjadi sebagai berikut: X = [ R sin α sin( ωt) cos φ + R cos( ωt) sin φ ]+ Vt (31) Y = R cos( ωt ) cos φ R sin α sin( ωt) sin φ (3) Simulasi dari persamaan (31) dan (3) apabila digabungkan dengan hasil simulasi persamaan (15), (16), dan (17) menghasilkan garis mata bajak piring berbentuk elips dan kurva gerakan yang memiliki bentuk spiral. Gambar 51

9 64 menunjukkan salah satu contoh hasil simulasi bentuk gerakan sebuah titik pada mata bajak piring yang digambarkan dalam bidang XY untuk jenis bajak piring bentuk rata, T A = 15 o, D A = 35 o, N = 6 rpm, dan V =.15 m s -1. Kombinasi parameter tersebut menunjukkan bahwa dalam waktu satu detik, bajak piring berputar satu kali dengan feed (f) sebesar.15 m per putaran. Feed merupakan jarak linier yang ditempuh oleh mata bajak piring dalam satu putaran P. Atas Mata Bajak (XY) P. Depan M ata Bajak (XZ) P S.Kanan M ata Bajak (YZ) Locus Mata Bajak (XY) Gambar 51 Bentuk kurva dari gerakan sebuah titik pada mata bajak piring (piring bentuk rata) dalam bidang XY dengan T A = 15 o, D A = 35 o, N = 6 rpm, dan V =.15 m s -1. Feed dalam pemotongan dipengaruhi oleh beberapa faktor yakni: kecepatan maju pemotongan (V), jumlah putaran bajak piring (N), dan jumlah mata bajak piring (k). Secara matematis feed (f) dapat dituliskan dengan persamaan (33), sedangkan hasil perhitungan untuk beberapa kombinasi antara V dan N untuk sebuah titik pada mata bajak piring bentuk rata disajikan dalam Tabel 5. 6V f = (m per putaran) (33) kn Tabel 5 menunjukkan bahwa pada kecepatan maju yang lebih tinggi (.3 m s -1 ) dan jumlah putaran pisau (N) yang rendah (5 rpm) menghasilkan f pemotongan yang lebih besar yakni.36. Sebaliknya pada kecepatan maju yang

10 65 lebih rendah (.15 m s -1 ) dan jumlah putaran pisau (N) yang tinggi (1 rpm) menghasilkan f pemotongan yang lebih kecil (.9). Di samping itu, pada dua atau beberapa kombinasi V dan N yang memiliki nilai perbandingan antara V 1 dan V yang sama dengan nilai perbandingan antara N 1 dan N maka menghasilkan f pemotongan yang sama. Perbandingan antara V 1 dan V (.15 dan.3 m s -1 ) dengan N 1 dan N (5 dan 1 rpm) sama yakni.5 sehingga kedua kombinasi tersebut memiliki besar f yang sama yakni.18 m per putaran. Tabel 5 Nilai feed (f) pemotongan dari sebuah titik pada mata bajak piring (piring bentuk rata) untuk dua tingkat peubah kecepatan maju (V) dan jumlah putaran (N) Kecepatan maju alat (V) (m s -1 ) Feed (f) (m per putaran) Jumlah putaran piring (N) (rpm) Besarnya nilai f tersebut juga dapat ditentukan menggunakan gambar hasil simulasi model matematika kurva gerakan pisau (Gambar 5) f = P. Atas Mata Bajak (XY) P. Depan M ata Bajak (XZ) P S.Kanan M ata Bajak (YZ) Locus Mata Bajak (XY) Gambar 5 Feed pemotongan dari sebuah titik pada mata bajak piring sebesar.18 m per putaran untuk T A = 15 o, D A = 35 o, N = 5 rpm, dan V =.15 m s -1.

11 66 Gambar 5 menunjukkan bahwa pada T A = 15 o, D A = 35 o, N = 5 rpm, dan V =.15 m s -1 bajak piring berputar sebanyak 8.3 kali per detik dengan kecepatan sudut (ω ) = 5.36 rad s -1 dan feed (f) sebesar.18 m per putaran. Selanjutnya pada T A =5 o, D A = 45 o, N = 1 rpm, dan V =.15 m s -1 memperlihatkan bahwa bajak piring tersebut berputar sebanyak 16.7 kali per detik atau dua kali lebih besar dari sebelumnya, sedangkan untuk feed (f) memiliki nilai dua kali lebih kecil dari sebelumnya yakni.9 m per putaran (Gambar 53). Hal tersebut terjadi karena pada kecepatan maju (V) yang sama namun N lebih besar maka feed (f) lebih kecil sebagaimana diekspresikan oleh hubungan antara V dan N pada persamaan (33). Di samping itu, besar kecilnya disk angle (D A ) dan tilt angle (T A ) tidak berpengaruh terhadap feed namun memiliki efek terhadap dimensi elips dari mata bajak piring dalam pemotongan. Penyajian gambar pandangan dari bentuk kurva mata bajak piring tersebut (Gambar 53) ditunjukkan pada Lampiran f = P. Atas Mata Bajak (XY) P. Depan M ata Bajak (XZ) P S.Kanan M ata Bajak (YZ) Locus Mata Bajak (XY) Gambar 53 Feed pemotongan dari sebuah titik pada mata bajak piring sebesar.9 m per putaran untuk T A = 5 o, D A = 45 o, N = 1 rpm, dan V =.15 m s -1. Terdapat beberapa pertimbangan mengapa simulasi kurva gerakan mata bajak piring hanya dilakukan untuk bidang XY (tampak atas). Pertama, pada bidang XY tersebut kurva penampang tunggul tebu yang diasumsikan berbentuk

12 67 lingkaran dan penampang garis mata bajak piring yang berbentuk elips tersebut dapat terlihat dengan jelas. Kedua, penentuan titik potong antara kedua kurva pada bidang XY tersebut dapat dilakukan secara mudah. Ketiga, dengan diketahuinya titik potong antara dua kurva maka luas pemotongan setiap saat dapat ditentukan, sehingga model matematika untuk gaya atau torsi pemotongan dapat diselesaikan. Gerakan Mata Piring Bentuk Coak (Garu Piring) Piring bentuk coak atau garu piring yang digunakan memiliki 1 coakan. Persamaan gerakan sebuah titik pada mata garu piring tersebut pada prinsipnya sama dengan persamaan gerakan untuk mata bajak piring (piring bentuk rata) yakni persamaan (15), (16), dan (17). Feed (f) pemotongan untuk tiap mata garu juga ditentukan menggunakan persamaan (33) namun pada kecepatan maju (V) dan jumlah putaran (N) yang sama, kedua jenis piring pengolah tanah tersebut menghasilkan feed (f) yang berbeda. Bajak piring yang melakukan pemotongan secara kontinyu menghasilkan feed yang lebih kecil (mendekati nol) jika dibandingkan dengan garu piring (piring bentuk coak) yang melakukan pemotongan secara bertahap (Tabel 6). Hal tersebut disebabkan pada mata bajak piring memiliki jumlah titik potong yang tak terhingga, sedangkan untuk garu piring atau piring bentuk coak, pemotongan hanya dilakukan oleh 1 coakan yang terdapat pada mata garu piring tersebut. Tabel 6 Nilai feed (f) dari tiap mata garu piring atau piring bentuk coak (k =1) pada dua tingkat peubah kecepatan maju (V) dan jumlah putaran (N) Kecepatan maju (V) dalam m s -1 Jumlah putaran (N) dalam rpm Feed (f) tiap mata garu (m/put) x x x x 1-3 Persamaan yang digunakan untuk mensimulasikan gerakan sebuah titik pada mata garu piring yang berjumlah 1 (k =1) dalam bidang XY pada prinsipnya hampir sama dengan persamaan (31) dan (3). Penentuan urutan mata garu ke-i dengan i = 1 sampai k merupakan langkah penting untuk simulasi kurva gerakan dari setiap mata garu tersebut. Mata garu ke-1 ditentukan dari posisi awal X=, Y=R, dan Z =, sehingga pada kondisi tersebut garu piring memiliki kemiringan T A o dan D A = 9 o. Mata garu yang ke-, ke-3, dan seterusnya ditentukan

13 68 setelah mata garu ke-1 dengan cara menghitung ke arah berlawanan jarum jam. Jadi persamaan untuk simulasi kurva gerakan sebuah titik pada mata garu piring ke-i sampai ke-k untuk bidang XY secara umum dapat dituliskan sebagai berikut: ( i 1) ( i 1) π π X = R sin α sin [ ωt] + R [ t] + Vt k cos φ cos ω k sin φ (34) ( i 1) ( i 1) π π Y = R cos [ ω t] cos φ R sin α sin [ ω t] sin φ (35) k k Gambar 54 menunjukkan contoh hasil simulasi persamaan (34) dan (35) yang digabungkan dengan hasil simulasi persamaan (15), (16), dan (17). Simulasi tersebut dilakukan dengan peubah masukan T A =15 o, D A =45 o, N= 6 rpm, V =.15 m s -1, dan jumlah coakan (k) sebesar 1 buah (Lampiran 1). Feed (f) hasil simulasi yang digambarkan dengan jarak antara kurva gerakan mata garu yang satu dengan yang lainnya sangat kecil yakni sebesar.15 m per mata garu piring P.Atas M ata Garu (XY) P.Depan M ata Garu (XZ) PS.Kanan M ata Garu (YZ) M ata Garu ke-1 M ata Garu ke- M ata Garu ke-3 M ata Garu ke-4 M ata Garu ke-5 M ata Garu ke-6 M ata Garu ke-7 M ata Garu ke-8 M ata Garu ke-9 M ata Garu ke-1 M ata Garu ke-11 M ata Garu ke-1 Gambar 54 Feed pemotongan sebesar.15 m per putaran dari garu piring atau piring bentuk coak, T A = 15 o, D A = 45 o, N = 6 rpm, V =.15 m s -1, dan jumlah coakan pada mata garu piring (k) = 1. Hasil simulasi lainnya dengan N yang lebih besar yakni: T A = 15 o, D A = 45 o, N = 5 rpm, V =.15 m s -1, dan jumlah coakan pada mata garu piring (k) sebesar 1 menghasilkan f yang lebih kecil yakni.15 m per mata garu (Gambar 55).

14 P.A tas M ata Garu (XY) P.Depan M ata Garu (XZ) P S.Kanan M ata Garu (YZ) M ata Garu ke-1 M ata Garu ke- M ata Garu ke-3 M ata Garu ke-4 M ata Garu ke-5 M ata Garu ke-6 M ata Garu ke-7 M ata Garu ke-8 M ata Garu ke-9 M ata Garu ke-1 M ata Garu ke-11 M ata Garu ke-1 Gambar 55 Feed pemotongan sebesar.15 m per putaran dari garu piring atau piring bentuk coak, T A = 15 o, D A = 45 o, N = 5 rpm, V =.15 m s -1, dan jumlah coakan pada mata garu piring (k) =1. Gaya Pemotongan Spesifik Tunggul Tebu Nilai gaya pemotongan spesifik tunggul tebu (σ) sangat bergantung pada kondisi tunggul tebu terutama kadar air, ketajaman dari mata bajak piring atau garu piring, dan kinematika pemotongan. Pendugaan σ dilakukan berdasarkan hubungan antara luas (A T ) atau panjang pemotongan (L T ) dan gaya hasil pengukuran pada pemotongan satu tunggul tebu (F UT ). Luas pemotongan (A T ) dihitung berdasarkan titik potong antara kurva mata bajak piring dan garu piring yang berbentuk elips (R P ) dan kurva tunggul tebu berbentuk lingkaran yang digeser (R T ). Persamaan parametrik untuk mendeskripsikan kurva mata bajak piring dan garu piring yang memiliki bentuk elips dapat diuraikan sebagai berikut: x a + b y = 1 (36) Dalam hal ini x = cosθ dan y = sinθ, sehingga substitusi x dan y ke R P R P persamaan (36) dapat diuraikan sebagai berikut:

15 7 ( R b b P ( R cos θ ) a P cosθ ) ( R + a P + a b sin θ ) b ( R P = 1 sinθ ) = 1 ( RP cosθ ) + a ( RP sinθ ) = a b ( b cos θ + a sin θ ) a b R P = a b R P = ( b cos θ + a sin θ ) 1 a b R P = (37) ( b cos θ + a sin θ ) Persamaan (37) tersebut baru mendeskripsikan kurva elips dengan sumbu mayor berada pada posisi horisontal tanpa disk angle (D A = o dan φ = 9 o ). D A diperoleh dengan cara memutar sumbu Z atau bidang XY dari kurva mata bajak dan garu piring tersebut. Referensi pemutaran kurva elips yang digunakan adalah φ = 9 o - D A, sehingga pada saat D A = 9 o maka φ = o dan pada saat D A = o maka φ = 9 o. Persamaan kurva elips yang diputar menggunakan sistem koordinat polar ditentukan dengan cara mengganti parameterθ pada persamaan (37) dengan parameter λ ( λ D θ ) yang dinyatakan sebagai bertikut: = A 1 a b R P = (38) ( b cos λ + a sin λ a b R P = (39) ( b cos ( DA θ ) + a sin ( DA θ ) Persamaan untuk mendeskripsikan posisi penampang satu tunggul tebu ditentukan berdasarkan persamaan lingkaran yang digeser. Gambar 56 mengilustrasikan referensi posisi penampang satu tunggul tebu sebelum digeser dan setelah digeser beserta beberapa parameter yang relevan. Persamaan untuk lingkaran sebelum digeser (a) yang berpusat di O dan berjari-jari r dinyatakan dengan di C dinyatakan dengan: x + y = r 1, sedangkan untuk lingkaran setelah digeser (b) yang berpusat

16 71 + Y r (4) X = X = x h Y = k ( y) atau Y = y k, sehingga persamaan (4) dapat dituliskan sebagai berikut: X + Y = r ( x h) + ( y k) = r (41) Y (a) O r x P (x,y) y (b) C r P (x,y) Y y k X h x Gambar 56 Referensi posisi penampang satu batang tunggul tebu sebelum digeser (a) dan setelah digeser (b) serta beberapa parameter yang relevan. Dalam penentuan luas pemotongan satu tunggul tebu (Gambar 37), parameter yang terlibat dalam penyusunan persamaan radius lingkaran tunggul tebu dengan sistem polar tersebut diantaranya adalah (1) jarak antara titik referensi (O) dan pusat lingkaran tebu pada sumbu X yang dinotasikan dengan h, () jarak antara titik referensi (O) dan pusat lingkaran tebu pada sumbu Y dinotasikan dengan k, (3) radius batang tunggul tebu (r), (4) sudut antara X dan radius maksimum (β), dan sudut putaran jari-jari (θ ) dengan posisi o dimulai dari sumbu X positif. Ditambahkan bahwa,θ bernilai positif apabila pergeseran dari posisi o memiliki arah berlawanan dengan jarum jam, sebaliknyaθ bernilai negatif jika pergeserannya searah dengan jarum jam. Persamaan radius kurva tunggul tebu menggunakan pendekatan lingkaran yang digeser dengan sistem koordinat polar tersebut secara rinci diuraikan pada Lampiran 11, sedangkan hasilnya adalah sebagai berikut: X R T R T ( h cosθ + k sin θ ) + ( h + k r ) = (4)

17 7 R T 1, = ( h cosθ + k sinθ ) ± ( h cosθ + k sinθ ) 4( h + k r ) R T 1, = ( h cosθ + k sinθ ) ± ( h cosθ + k sinθ ) ( h + k r ) R T = ( h cosθ + k sinθ ) ± ( h cosθ + k sinθ ) ( h + k r 1, ) + R T R T = ( h cosθ + k sin θ ) + ( h cosθ + k sin θ ) ( h + k r ) (43) = ( h cosθ + k sin θ ) ( h cosθ + k sin θ ) ( h + k r ) (44) Gambar 57 memperlihatkan contoh gabungan hasil simulasi persamaan (39) yang mendeskripsikan kurva elips untuk mata bajak piring atau garu piring dan persamaan (43) dan (44) yang menghasilkan kurva lingkaran untuk penampang tunggul tebu. Parameter masukan dalam simulasi tersebut adalah D A =45 o, T A =15 o, R=.35 m, r =.15 m, h =.4 m, dan k = -.75 m (Lampiran 1)..3 Kurva mata piring (elips) Kurva tunggul tebu (lingkaran) -.3 Gambar 57 Contoh hasil simulasi persamaan kurva bentuk elips untuk mata bajak piring atau garu piring dan kurva lingkaran tunggul tebu menggunakan sistem koordinat polar. berikut: Nilai parameter keluaran dari simulasi tersebut dapat diuraikan sebagai

18 73 k.75 tan β = = = ; β = tan 1 ( 1.875) = h.4 sinα = r /[ h + k = [ / 1 ] = 1/ α sin 1 1 = (.1765) = (.75) θ 1 = β + α1 = = θ = β α = = 7.9 ].1765 θ 1 dan θ merupakan batas sudut maksimum dan minimum posisi tunggul tebu dalam sistem koordinat polar. Hal tersebut dapat digunakan sebagai acuan bahwa titik potong antara kurva mata bajak atau garu piring dan kurva tunggul tebu terletak dalam kisaran sudut tersebut. Kurva mata piring yang berbentuk elips tersebut kemudian hanya digambarkan dengan garis kurva yang berpotongan dengan kurva tunggul tebu (Gambar 58). Titik potong antara kedua kurva tersebut ditentukan dengan cara membandingkan besarnya nilai radius kurva mata piring (R P ) dan kurva tunggul tebu (R T ). Titik potong antara dua kurva dalam sistem koordinat polar terjadi apabila R P dan R T tersebut memiliki nilai yang mendekati atau sama. Titik potong yang dihasilkan dari contoh simulasi tersebut terletak pada sudut o yang digunakan sebagai batas atas (θ a ), dan o yang digunakan sebagai batas bawah (θ b) dalam proses integrasi (Lampiran 13)..15 Titik potong kedua kurva.1 Kurva tunggul tebu (-) Garis kurva mata piring Luas potong setiap saat Kurva tunggul tebu (+) Kurva mata piring Garis kurva tunggul tebu Gambar 58 Garis kurva mata piring yang memotong kurva tunggul tebu setiap saat untuk menentukan posisi titik potong kedua kurva.

19 74 Luas pemotongan (A T ) yang dibatasi oleh kurva mata piring yang berbentuk elips (R P ) dan kurva tunggul tebu berbentuk lingkaran (R T ) dapat dihitung melalui pendekatan integrasi sebagai berikut: θ 1 AT = P θ 1 ( R R ) dθ T (45) R P = b cos ( D A a b θ ) + a sin ( D A θ ) 1 = θ θ θ θ 1/ R T ( 1,) ( h cos + k sin ) ± [( h cos + k sin ) ( h + k r )] A T 1 a b θ b DA θ a DA θ 1 cos ( ) + sin ( ) = θ 1 1 ( hcosθ + ksinθ ) ± ( hcosθ + ksinθ ) ( h + k r )) dθ (46) Hasil pendugaan menggunakan persamaan (19) menunjukkan bahwa pada pemotongan satu tunggul tebu varietas PA 198 berdiameter 3. cm menggunakan mata bajak piring, T A = 15 o, D A = 45 o, N = 1 rpm, V = 15 cm s -1, dan kadar air.8% membutuhkan gaya pemotongan spesifik per luas lintasan pemotongan (σ A ) sebesar 1.15 N mm -, C =.99 N, dan koefisien determinasi (R ) sebesar.94. Dengan metode pemotongan yang sama seperti pada varietas PA 198, nilai σ A, C, dan R untuk varietas yang diuji ditunjukkan pada Tabel 7. Tabel 7 Nilai gaya pemotongan spesifik tunggul tebu (σ A ), konstanta (C), dan koefisien determinasi (R ) untuk PA 198, PA 183, Triton, dan PA Varietas tebu Diameter tunggul (cm) σ A dalam (N mm - ) C dalam (N) R PA PA Triton PA Pendugaan terhadap gaya pemotongan spesifik per panjang mata bajak piring yang memotong satu tunggul tebu (σ L ) menggunakan persamaan () menunjukkan bahwa pada pemotongan satu tunggul tebu varietas PA 198 berdiameter 3. cm menggunakan mata piring bentuk rata, T A = 15 o, D A = 45 o, N =

20 75 1 rpm, V = 15 cm s -1, dan kadar air.8% membutuhkan σ L sebesar.94 N mm -1, C=1.7 N, dan koefisien determinasi (R ) sebesar.99. Dengan metode pemotongan yang sama seperti pada varietas PA 198, nilai (σ L ), C, dan R untuk varietas yang diuji ditunjukkan pada Tabel 8. Tabel 8 Nilai gaya pemotongan spesifik tunggul tebu (σ L ), konstanta (C), dan koefisien determinasi (R ) untuk PA 198, PA 183, Triton, dan PA Varietas tebu Diameter tunggul (cm) (σ L ) dalam (N mm -1 ) C dalam (N) R PA PA Triton PA Hasil peneltian tersebut memperlihatkan bahwa gaya pemotongan spesifik tunggul tebu per satuan luas (σ A ) dan per satuan panjang (σ L ) memiliki nilai yang berbeda berdasarkan jenis varietas tebu. Varietas PA 198 memiliki nilai σ A dan σ L yang lebih tinggi dibandingkan dengan tiga varietas uji lainnya. Perbedaan tersebut diduga disebabkan oleh kondisi struktur mikro pada tunggul tebu tersebut, terutama yang berkaitan dengan banyaknya ikatan pembuluh kayu yang terdapat pada tunggul tebu serta banyaknya sklerenkim yang mengelilingi pembuluh pengangkutan tersebut. Gaya pemotongan spesifik per satuan luas (σ A ) yang dihasilkan dari penelitian tersebut memiliki nilai yang berbeda jika dibandingkan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Hutasoit (1978). Hal tersebut disebabkan oleh beberapa faktor, yakni (1) pada penelitian sebelumnya, bagian yang digunakan untuk percobaan adalah ruas ke empat batang tebu dari permukaan tanah, () varietas tebu yang digunakan juga bebeda, dan (3) alat potong yang digunakan pada uji kekerasan tersebut adalah jarum mesin jahit berdiameter.9 mm. Hasil pendugaan gaya pemotongan spesifik pada pemotongan satu tunggul tebu varietas PA 198 berdiameter 3. cm menggunakan mata garu piring (piring bentuk coak), T A = 5 o, D A = 4 o, N = 1 rpm, V = 15 cm s -1, dan kadar air.8% membutuhkan gaya pemotongan spesifik per luas lintasan pemotongan (σ A ) sebesar.8 N mm -, C=. N, dan koefisien determinasi (R ) sebesar.93. Gaya pemotongan spesifik per panjang mata garu piring yang memotong satu tunggul tebu (σ L ) untuk piring bentuk coak tersebut adalah.73 N mm -1, C=.95

21 76 N, dan koefisien determinasi (R ) sebesar.99. Nilai gaya pemotongan spesifik tersebut diperoleh dengan menggunakan selang waktu pergeseran atau pergerakan mata bajak piring dan garu piring pada setiap.4 detik. Dari hasil pendugaan tersebut terbukti bahwa tahanan potong spesifik tunggul tebu (σ) pada pemotongan yang menggunakan garu piring atau piring bentuk coak memiliki nilai yang lebih rendah (.8 N mm - atau.73 N mm -1 ) dibandingkan dengan pemotongan yang menggunakan bajak piring atau piring bentuk rata (1.15 N mm - atau.94 N mm -1 ). Perbedaan nilai tahanan potong spesifik tersebut disebabkan pada pemotongan menggunakan bajak piring, mata bajak tersebut memotong secara kontinyu sehingga menghasilkan gesekan yang lebih besar dibandingkan dengan pemotongan menggunakan garu piring yang melakukan pemotongan secara bertahap atau bergantian sesuai dengan posisi urutan mata garu piring tersebut. Torsi dan Gaya Pemotongan Satu Tunggul Tebu Pola torsi hasil pengukuran dalam pemotongan satu tunggul tebu varietas PA 198 dapat diuraikan menjadi beberapa bagian dalam proses percobaan (Gambar 59a), sedangkan pola gaya pemotongan hasil pengukuran dan hasil pendugaan ditunjukkan pada Gambar 59b. Pada selang waktu percobaan dari sampai.68 detik komputer mulai merekam data, namun motor listrik sebagai sumber gerakan putar belum dihidupkan sehingga torsi masih mendekati nol (a). Pada saat motor listrik dihidupkan dan piring mulai berputar, torsi meningkat secara tajam (81.98 N m) yang kemudian menurun dengan cepat (b). Hal tersebut terjadi akibat dari beban kejut pemutaran piring. Piring yang berputar tersebut kemudian digerakkan maju melalui kereta pembawa yang ditarik oleh traktor. Gerakan luncur yang kurang stabil dari kereta pembawa mengakibatkan torsi sebelum pemotongan berfluktuasi meskipun relatif kecil (c). Fluktuasi tersebut disebabkan oleh kurang presisinya pemasangan rel dan roda kereta pembawa. Pemotongan satu tunggul tebu terjadi ketika mata bajak piring atau garu piring mulai menyentuh tunggul tebu, sehingga torsi kembali meningkat dengan tajam (d). Torsi pemotongan tersebut membentuk kurva normal (setangkup) karena tunggul tebu yang dipotong memiliki penampang mendekati lingkaran, sehingga pada saat mata piring mencapai sekitar garis tengah lingkaran, torsi pemotongan berada pada posisi maksimum. Kereta pembawa masih terus ditarik maju meski-

22 77 pun tunggul tebu tersebut sudah terpotong sehingga torsi pengukuran berfluktuasi kembali (e). Setelah kereta pembawa tersebut berhenti motor listrik baru dimatikan, namun piringan masih memiliki putaran sisa sehingga komputer masih merekam torsi meskipun sangat kecil (f). Gaya pemotongan maksimum hasil pengukuran pada pemotongan satu tunggul tebu varietas PA 198 berdiameter 3. cm menggunakan piring bentuk rata (bajak piring), T A = 15 o, D A = 45 o, N= 1 rpm, dan V = 15 cm s -1 adalah 97.9 N (Gambar 59b). Torsi (N m) a d b c e f Waktu (detik) (a) Gaya Pemotongan (N) 1 (b) Waktu Tempuh (detik) Gambar 59 Pola torsi pengukuran (a) dan gaya pemotongan (b) satu tunggul tebu varietas PA 198 berdiameter 3. cm menggunakan bajak piring, T A = 15 o, D A = 45 o, N= 1 rpm, dan V = 15 cm s -1. Gaya pemotongan satu tunggul tebu untuk varietas yang lain yakni PA 183, Triton, dan PA, ditentukan menggunakan cara yang sama dengan varietas PA 198. Gaya pemotongan maksimum hasil pengukuran untuk varietas PA 183 adalah N (Gambar 6a), sedangkan untuk varietas Triton adalah sebesar N (Gambar 6b). Gaya Pemotongan (N) (a) Waktu Tempuh (detik) Gaya Pemotongan (N) Waktu Tempuh (detik) (b) Gambar 6 Pola gaya pemotongan satu tunggul tebu untuk varietas PA 183 (a) dan Triton (b) menggunakan bajak piring, T A = 15 o, D A = 45 o, N = 1 rpm, V =.15 m s -1, dan kadar air.8%.

23 78 Gambar 61 menunjukkan pola gaya pemotongan hasil pengukuran untuk satu tunggul tebu varietas PA. Gaya pemotongan maksimum hasil pengukuran untuk varietas PA tersebut adalah 59.8 N. 7 Gaya Pemotongan (N) Waktu Tempuh (detik) Gambar 61 Pola gaya pemotongan satu tunggul tebu untuk varietas PA menggunakan bajak piring, T A = 15 o, D A = 45 o, N = 1 rpm, V =.15 m s -1, dan kadar air.8%. Torsi Pengeprasan Rumpun Tunggul Tebu Pengukuran torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu dilakukan berdasarkan susunan kombinasi peubah percobaan (Lampiran 14). Varietas tebu yang digunakan dalam percobaan pengeprasan tersebut adalah PA 198 yang memiliki diameter antara dan 4 cm. Torsi pengeprasan rumpun tebu memiliki pola yang mirip dengan torsi pemotongan pada satu tunggul tebu, namun torsi pengeprasan rumpun tebu tersebut merupakan gabungan dari torsi pemotongan beberapa tunggul tebu yang terdapat pada rumpun tersebut sesuai dengan posisi tunggul tebu. Gambar 6 menunjukkan contoh pola torsi hasil pengukuran pada percobaan pengeprasan empat rumpun tebu dengan masing-masing rumpun terdiri atas tiga tunggul tebu. Tunggul tebu dalam rumpun tersebut diasumsikan dalam posisi tegak, sehingga apabila dilihat dari atas memiliki penampang potong berbentuk lingkaran. Kombinasi perlakuan untuk percobaan tersebut adalah J P1 V N 1 D A3 T A1. Susunan tersebut mengandung pengertian bahwa piring yang digunakan untuk pemotongan tersebut adalah piring pengolah tanah bentuk rata atau bajak piring (J P1 ), kecepatan maju pemotongan.3 m s -1 (V ), putaran bajak piring 5 rpm (N 1 ), disk angle 45 o (D A3 ), dan tilt angle 15 o (T A1 ). Pada saat motor listrik mulai

24 79 berputar torsi awal melonjak hingga mencapai N m yang disebabkan oleh kecepatan putar yang digunakan dalam percobaan relatif rendah yakni N 1 = 5 rpm. Diameter, posisi, dan jumlah tunggul tebu dalam setiap rumpun memiliki efek yang signifikan terhadap besarnya torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu. Torsi Pengeprasan (N m) Rumpun ke-1 Rumpun ke- Rumpun ke-3 Rumpun ke Waktu (detik) Gambar 6 Pola torsi pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 menggunakan bajak piring, T A = 15 o, D A = 45 o, N = 5 rpm, dan V =.3 m s -1. Gambar 63 memperlihatkan contoh pola torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan piring pengolah tanah bentuk coak (garu piring) pada kecepatan maju alat.15 m s -1 (V 1 ), putaran garu piring 1 rpm (N ), disk angle 4 o (D A ), dan tilt angle 5 o (T A3 ). Rumpun tunggul tebu yang digunakan dalam percobaan tersebut terdiri atas empat rumpun. Jumlah tunggul tebu pada rumpun pertama adalah 4 tunggul, rumpun kedua 3 tunggul, rumpun ketiga hanya satu tunggul, dan rumpun keempat berjumlah 6 tunggul. Torsi Pengeprasan (N m) 8 Rumpun Rumpun 7 ke-1 ke Rumpun Rumpun ke- ke Waktu (detik) Gambar 63 Pola torsi pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 menggunakan garu piring (k =1), T A =5 o, D A =4 o, N=1 rpm, dan V=.15 m s -1.

25 8 Pada kecepatan putar piring 1 rpm, torsi awal untuk percobaan tersebut jauh lebih kecil (75.83 N m) dibandingkan dengan torsi awal untuk kecepatan putar piring 5 rpm (133.7 N m). Hasil percobaan tersebut juga menunjukkan bahwa setiap rumpun tunggul tebu memiliki satu atau lebih puncak torsi yang selanjutnya disebut dengan torsi maksimum. Rataan dari sejumlah torsi maksimum dalam setiap percobaan tersebut kemudian digunakan sebagai data torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu. Rataan torsi pengeprasan pada percobaan yang memiliki kombinasi perlakuan J P V 1 N D A T A3 tersebut adalah sebesar 9.84 N m, sedangkan untuk percobaan dengan kombinasi perlakuan J P1 V N 1 D A3 T A1 (Gambar 6) adalah N m. Beberapa contoh pola torsi untuk percobaan pengeprasan rumpun tunggul tebu secara lengkap ditunjukkan pada Lampiran 15. Efek Parameter Pemotongan terhadap Torsi Pengeprasan Tebu Beberapa parameter pemotongan yang digunakan dalam percobaan pengukuran torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu terdiri atas (1) jenis mata piring, () kecepatan maju pemotongan, (3) kecepatan putar piring, dan (4) sudut kemiringan piring yang terdiri atas disk angle dan tilt angle. Efek Jenis Mata Piring Pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan piring pengolah tanah dengan mata piring bentuk coak atau garu piring menghasilkan torsi yang lebih rendah dibandingkan dengan pengeprasan menggunakan piring pengolah tanah dengan mata piring bentuk rata atau bajak piring (Gambar 64). Torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan garu piring memiliki nilai hampir 3 kali lebih kecil dibandingkan dengan torsi pengeprasan menggunakan bajak piring. Rendahnya torsi pengeprasan tunggul tebu yang dihasilkan oleh garu piring tersebut disebabkan oleh pola pemotongan secara bertahap yang dilakukan oleh mata garu piring yang memiliki bentuk coak. Pola pemotongan yang identik dengan menggergaji tersebut membutuhkan gaya tekan atau gaya penetrasi yang lebih rendah dibandingkan dengan pemotongan secara kontinyu menggunakan bajak piring. Coakan pada mata garu piring tersebut juga mengakibatkan gesekan antara mata piring dan permukaan potong tunggul tebu pada saat pemotongan semakin kecil, sehingga torsi pemotongannya juga lebih rendah.

26 Mata Piring Bentuk Rata (Bajak Piring) Mata Piring Bentuk Coak (Garu Piring) Torsi Pengeprasan (N m) V1N1DA1TA1 V1N1DA1TA V1N1DA1TA3 V1N1DATA1 V1N1DATA V1N1DATA3 V1N1DA3TA1 V1N1DA3TA V1N1DA3TA3 V1NDA1TA1 V1NDA1TA V1NDA1TA3 V1NDATA1 V1NDATA V1NDATA3 V1NDA3TA1 V1NDA3TA V1NDA3TA3 VN1DA1TA1 VN1DA1TA VN1DA1TA3 VN1DATA1 VN1DATA VN1DATA3 VN1DA3TA1 VN1DA3TA VN1DA3TA3 VNDA1TA1 VNDA1TA VNDA1TA3 VNDATA1 VNDATA VNDATA3 VNDA3TA1 VNDA3TA VNDA3TA3 Keterangan: Komb. Perlakuan V1N1DA1TA1 V1N1DA1TA V1N1DA1TA3 V1N1DATA1 V1N1DATA V1N1DATA3 V1N1DA3TA1 V1N1DA3TA V1N1DA3TA3 Torsi bajak piring Torsi garu piring Komb. Perlakuan V1NDA1TA1 V1NDA1TA V1NDA1TA3 V1NDATA1 V1NDATA V1NDATA3 V1NDA3TA1 V1NDA3TA V1NDA3TA3 Torsi bajak piring Torsi garu piring Komb. Perlakuan VN1DA1TA1 VN1DA1TA VN1DA1TA3 VN1DATA1 VN1DATA VN1DATA3 VN1DA3TA1 VN1DA3TA VN1DA3TA3 Torsi bajak piring Torsi garu piring Komb. Perlakuan VNDA1TA1 VNDA1TA VNDA1TA3 VNDATA1 VNDATA VNDATA3 VNDA3TA1 VNDA3TA VNDA3TA3 Torsi bajak piring Torsi garu piring Gambar 64 Besarnya torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu yang dihasilkan oleh mata piring bentuk rata atau bajak piring ( ) dan mata piring bentuk coak atau garu piring ( ) pada sejumlah kombinasi perlakuan.

27 8 Efek Kecepatan Maju Kecepatan maju memiliki efek yang signifikan terhadap torsi pengeprasan rumpun tebu. Semakin tinggi kecepatan maju pemotongan maka torsi yang dihasilkan juga semakin besar. Gambar 65 menunjukkan bahwa pada kecepatan maju.3 m s -1, piring bentuk coak atau garu piring menghasilkan torsi pengeprasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan torsi pengeprasan pada kecepatan maju.15 m s -1. Hal tersebut disebabkan pada kecepatan maju yang lebih tinggi menghasilkan feed pemotongan yang lebih besar sehingga gaya dan torsi yang diperlukan untuk pengeprasan juga meningkat. Torsi Pengeprasan (N m) JPN1DA1TA1 JPN1DATA1 JPN1DA1TA JPN1DA1TA3 JPN1DATA JPN1DATA3 JPN1DA3TA3 JPN1DA3TA1 JPN1DA3TA JPNDA1TA1 JPNDATA1 JPNDA1TA JPNDA1TA3 V=.15 m/det JPNDATA JPNDATA3 V=.3 m/det JPNDA3TA3 JPNDA3TA1 JPNDA3TA Gambar 65 Besarnya torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan mata piring bentuk coak (garu piring) dengan kecepatan maju.15 m s -1 ( ) dan.3 m s -1 ( ) pada sejumlah kombinasi perlakuan. Pada piring bentuk rata, efek kecepatan maju pemotongan terhadap torsi pengeprasan memberikan hasil yang kurang konsisten (Gambar 66). Contoh hasil percobaan yang tidak konsisten tersebut diantaranya adalah percobaan dengan kombinasi perlakuan JP 1 V 1 N 1 D A1 T A1 yang menghasilkan torsi pengeprasan lebih tinggi (5.54 N m) dibandingkan dengan kombinasi perlakuan JP 1 V N 1 D A1 T A1 yang menghasilkan torsi pengeprasan sebesar (36.55 N m). Torsi pengeprasan untuk kombinasi perlakuan yang lain yakni JP 1 V 1 N D A3 T A3 adalah N m, sedangkan untuk JP 1 V N D A3 T A3 sebesar N m. Data tersebut menunjukkan bahwa pada kecepatan maju yang lebih rendah (V 1 =.15 m s -1 ) justru menghasilkan torsi pengeprasan yang lebih tinggi. Hal tersebut diduga akibat kurang konsistennya kecepatan maju traktor pada saat percobaan berlangsung dan kurang seragamnya ukuran dan posisi tunggul tebu yang terdapat pada setiap rumpun tebu

28 83 pada percobaan yang menggunakan bajak piring tersebut. Rendahnya tingkat keseragaman antar rumpun tunggul tebu tersebut diindikasikan oleh tingginya nilai simpangan baku (standard deviation) data torsi hasil percobaan. Simpangan baku rata-rata untuk data torsi pengeprasan menggunakan mata piring bentuk rata atau bajak piring adalah 5.5, sedangkan untuk mata piring bentuk coak atau garu piring adalah.9. Torsi Pengeprasan (N m) JP1N1DA1TA1 JP1N1DA1TA JP1N1DA1TA3 JP1N1DATA1 JP1N1DATA JP1N1DATA3 JP1N1DA3TA1 JP1N1DA3TA JP1N1DA3TA3 JP1NDA1TA1 V=.15 m/det JP1NDA1TA JP1NDA1TA3 JP1NDATA1 JP1NDATA V=.3 m/det JP1NDATA3 JP1NDA3TA1 JP1NDA3TA JP1NDA3TA3 Gambar 66 Besarnya torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan mata piring bentuk rata (bajak piring) dengan kecepatan maju.15 m s -1 ( ) dan.3 m s -1 ( ) pada sejumlah kombinasi perlakuan. Efek Kecepatan Putar Pisau Gambar 67 memperlihatkan bahwa pada kecepatan putar piring 1 rpm (N ) menghasilkan torsi pengeprasan yang lebih rendah dibandingkan dengan torsi pengeprasan pada kecepatan putar piring 5 rpm (N 1 ). Torsi Pengeprasan (N m) JPV1DA1TA1 JPV1DA1TA JPV1DA1TA3 JPV1DATA1 JPV1DA3TA1 JPV1DATA JPV1DATA3 N1=5 rpm N=1 rpm JPVDA1TA1 JPV1DA3TA JPV1DA3TA3 JPVDATA1 JPVDA1TA JPVDA1TA3 JPVDA3TA1 JPVDATA JPVDATA3 JPVDA3TA JPVDA3TA3 Gambar 67 Besarnya torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan piring bentuk coak (garu piring) dengan kecepatan putar piring 5 rpm ( ) dan 1 rpm ( ) pada sejumlah kombinasi perlakuan.

29 84 Hasil penelitian tersebut memperkuat penelitian Suharyatun () dan Suastawa et al. (3) yang mengungkapkan bahwa pada kecepatan putar pisau yang yang lebih tinggi menghasilkan torsi pemotongan yang semakin rendah. Hal tersebut disebabkan pada kecepatan putar pisau yang lebih tinggi menghasilkan feed pemotongan yang semakin kecil sehingga torsi yang diperlukan untuk pengeprasan tunggul tebu juga semakin rendah. Efek Disk Angle Disk angle merupakan sudut kemiringan piring terhadap arah gerakan maju pemotongan (bidang XY). Gambar 68 menunjukkan efek disk angle terhadap rataan torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu pada beberapa kombinasi parameter kecepatan maju (V) dan kecepatan putar (N) untuk tiga level tilt angle (T A ) yakni 15 o, o, dan 5 o. Data rataan torsi tersebut secara lengkap disajikan pada Lampiran 16. Pada ketiga tingkatan tilt angle tersebut torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu cenderung meningkat seiring dengan meningkatnya disk angle. Pada disk angle yang lebih tinggi menghasilkan lebar pemotongan yang lebih besar sehingga gaya dorong piring ke arah maju juga semakin besar. Hal tersebut mengakibatkan torsi dan gaya pemotongan juga meningkat. 18 Torsi Pengeprasan (N m) TA=15 TA= TA= Disk Angel (derajad) Gambar 68 Efek disk angle terhadap torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu pada tiga level tilt angle. Hasil tersebut memperkuat penelitian Persson (1987) yang mengungkapkan bahwa pada sudut kemiringan pisau (ANO) yang lebih besar mengakibatkan gaya pemotongan spesifik juga meningkat. ANO tersebut memiliki posisi sudut referensi yang sedikit berbeda dengan disk angle, meskipun kedua sudut

30 85 kemiringan tersebut (ANO dan disk angle) mengandung pengertian yang sama. Referensi ANO pada penelitian yang dilakukan Persson (1987) menempatkan sudut o pada sumbu Y (vertikal), sedangkan untuk disk angle sudut o dimulai dari sumbu X (horisontal). Efek Tilt Angle Tilt angle merupakan sudut kemiringan piring terhadap sumbu vertikal (bidang XZ). Gambar 69 menunjukkan efek tilt angle terhadap torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu pada beberapa kombinasi parameter kecepatan maju (V) dan kecepatan putar (N) untuk tiga level disk angle (D A ) yakni 35 o, 4 o, dan 45 o. Data rataan torsi tersebut secara lengkap disajikan pada Lampiran 17. Pada ketiga tingkatan disk angle tersebut torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu cenderung meningkat seiring dengan meningkatnya tilt angle. Pada tilt angle yang lebih tinggi menghasilkan permukaan kontak antara bagian belakang piring dan permukaan potong tunggul tebu yang semakin besar sehingga gaya untuk mengatasi gesekan juga meningkat. Hal tersebut mengakibatkan torsi dan gaya pemotongan juga semakin meningkat seiring dengan besarnya tilt angle. 18 Torsi Pengeprasan (N m) DA=35 DA=4 DA= Tilt Angel (derajad) Gambar 69 Efek tilt angle terhadap torsi pengeprasan rumpun tunggul tebu pada tiga level disk angle. Hasil tersebut memperkuat temuan Gordon (1941) diacu dalam Kepner et al. (197) yang mengungkapkan bahwa pada pemotongan tanah menggunakan bajak piring dengan disk angle 45 o draft mengalami peningkatan secara linier seiring dengan meningkatnya tilt angle dari 15 o sampai 5 o. Draft yang tinggi mengindikasikan bahwa reaksi tanah untuk melawan gerakan maju dari bajak

31 86 piring tersebut juga tinggi. Hal tersebut dapat ditafsirkan bahwa apabila bajak piring tersebut diputar maka gaya putar yang diperlukan juga semakin meningkat sehingga torsi yang dibutuhkan juga semakin besar. Model Matematika Gaya Pemotongan Satu Tunggul Tebu Model matematika untuk menduga gaya pemotongan satu tunggul tebu (F MT ) varietas PA 198 menggunakan piring bentuk rata (bajak piring) yang diputar terdiri atas F MT berdasarkan luas lintasan pemotongan (A T ) dan panjang mata bajak piring yang memotong tunngul tebu (L T ). Persamaan untuk pendugaan gaya tersebut secara lengkap dinyatakan sebagai berikut: F MT 1 a b 1 cos ( ) sin ( ) θ 1.15 b DA θ + a DA θ = +.99 dθ θ1 1 ( cos sin ) ( cos sin ) ( )) h θ + k θ ± h θ + k θ h + k r (47) F = (48) MT L T Model matematika untuk pendugaan gaya pemotongan satu tunggul tebu varietas PA 198 yang dipotong menggunakan piring bentuk coak atau garu piring dapat dituliskan sebagai berikut: F MT 1 a b θ 1 cos ( ) sin ( ).8 b DA θ + a DA θ = +. dθ θ1 1 ( cos sin ) (( cos sin ) ( )) h θ + k θ ± h θ + k θ h + k r (49) F = (5) MT L T Dalam persamaan tersebut a = sumbu mayor elips (mm), b = sumbu minor elips (mm), h = jarak pergeseran pusat penampang tunggul tebu sejajar sumbu X (mm), k = jarak pergeseran pusat penampang tunggul tebu sejajar sumbu Y (mm), dan r = radius penampang tunggul tebu (mm).

32 87 Perbedaan dari keempat model pendugaan gaya pemotongan tersebut terletak pada nilai tahanan potong spesifik tunggul tebu (σ) dan intersep (C). Pada model pendugaan gaya pemotongan berdasarkan luas pemotongan, piring bentuk rata atau bajak piring memiliki nilai σ = 1.15 N mm - dan C =.99 N, sedangkan yang menggunakan piring bentuk coak atau garu piring nilai σ =.8 N mm - dan C =. N. Model pendugaan gaya pemotongan berdasarkan panjang mata piring yang memotong tunggul tebu (L T ) untuk bajak piring memiliki nilai σ =.94 N mm -1 dan C = 1.7 N, sedangkan yang menggunakan garu piring memiliki nilai σ =.73 N mm -1 dan C =.95 N. Validasi Model Pendugaan Gaya Pemotongan Satu Tunggul Tebu Model matematika untuk menduga gaya pemotongan satu tunggul tebu berdasarkan luas pemotongan (persamaan 47 dan 49) dan panjang mata piring yang memotong tunggul tebu (persamaan 48 dan 5) kemudian digunakan untuk menduga gaya pengeprasan rumpun tunggul tebu (F MR ) yang terdiri atas beberapa tunggul dengan diameter dan posisi yang berbeda. Pada model pendugaan gaya pengeprasan rumpun tungul tebu, luas potong rumpun tunggul tebu (A R ) merupakan gabungan dari luas sejumlah tunggul tebu yang secara bersamaan terpotong oleh mata piring, sedangkan panjang mata piring yang memotong rumpun tebu (L R ) merupakan gabungan dari panjang garis mata bajak piring atau garu piring yang secara bersamaan memotong tunggul tebu. Gambar 7 mengilustrasikan contoh posisi garis mata bajak piring atau garu piring yang berbentuk elips dan posisi penampang tiap-tiap tunggul tebu pada saat pemotongan satu rumpun tunggul tebu. Rumpun tebu tersebut terdiri atas enam tunggul tebu dengan diameter tunggul I= 3.3 cm, II= 3. cm, III = 3.1 cm, IV= 3. cm, V=.5 cm, dan VI= 1.8 cm. Posisi pusat penampang tunggul tebu terhadap titik referensi atau pusat piring diindikasikan oleh nilai h dan k. Posisi tiap-tiap tunggul tebu tersebut dinyatakan sebagai berikut: (1) tunggul I h=89 mm dan k=55 mm, tunggul II h=84 mm dan k=9 mm, tunggul III h=19 mm dan k=5 mm, tunggul IV h=119 mm dan k=9 mm, tunggul V h=163 mm dan k=59 mm, dan tunggul VI h=184 mm dan k=75 mm.

33 88 Y Garis mata piring Posisi garis mata piring saat mulai memotong X Posisi garis mata piring saat pemotongan terakhir Gambar 7 Posisi garis mata piring dan penampang tunggul tebu pada saat pengeprasan rumpun tunggul tebu yang terdiri atas enam tunggul tebu. Hasil pendugaan gaya pemotongan pada pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas tiga tunggul tebu dengan menggunakan piring bentuk rata (bajak piring) berdasarkan luas pemotongan menunjukkan bahwa gaya hasil pendugaan memiliki pola yang mendekati dengan gaya hasil pengukuran (Gambar 71). 14 Garis mata piring 1 Gaya Pemotongan (N) Hasil Pengukuran Hasil Pendugaan Waktu Tempuh (detik) Gambar 71 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan luas pemotongan dan hasil pengukuran pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas tiga tunggul tebu menggunakan bajak piring.

34 89 Diameter tunggul tebu yang digunakan pada pengukuran gaya pemotongan tersebut adalah tunggul pertama 3.5 cm, kedua 3.1 cm, dan ketiga sebesar.7 cm. Pada saat pemotongan hampir melewati tunggul tebu yang pertama, gaya pemotongan tersebut mengalami penurunan. Turunnya gaya tersebut disebabkan oleh semakin kecilnya luas pemotongan pada bagian pinggir tunggul tebu. Namun demikian, penurunan gaya tersebut tidak sampai mendekati nol karena pada saat mata pirring hampir melewati tunggul pertama, mata bajak piring tersebut juga mulai memotong tunggul kedua. Pada saat mata bajak piring melewati setengah (separoh) dari tunggul kedua, mata bajak tersebut mulai memotong tunggul tebu yang ketiga sehingga luas pemotongannya semakin besar dan mengakibatkan gaya pemotongan meningkat secara tajam. Gaya pemotongan mengalami penurunan lagi setelah mata bajak piring melewati tunggul tebu yang kedua dan ketiga. Hasil pendugaan gaya pemotongan pada pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas tiga tunggul tebu dengan menggunakan piring bentuk rata (bajak piring) berdasarkan panjang mata piring yang memotong rumpun tebu menunjukkan bahwa gaya hasil pendugaan memiliki pola yang mendekati dengan gaya hasil pengukuran (Gambar 7). 14 Garis mata piring 1 Gaya Pemotongan (N) Hasil Pengukuran Hasil Pendugaan Waktu Tempuh (detik) Gambar 7 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan panjang pemotongan dan hasil pengukuran pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas tiga tunggul tebu menggunakan bajak piring. Hasil pendugaan gaya pemotongan berdasarkan luas pemotongan pada pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas enam tunggul tebu juga menunjukkan

35 9 pola yang mendekati dengan gaya hasil pengukuran (Gambar 73a). Plot antara gaya hasil pendugaan (x) dan gaya hasil pengukuraan (y) menunjukkan bahwa data (x,y) tersebut memiliki sebaran yang mendekati garis y=x (Gambar 73b). ) Gaya Pe moto ng an ( N (a) Garis mata piring Susunan 1 tunggul tebu Gaya Hasil Pengukuran Gaya Hasil Pendugaan Waktu Tempuh (detik) Gaya Hasil Pengukuran (N) (b) y = x Gaya Hasil Pendugaan (N) Gambar 73 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan luas pemotongan dan hasil pengukuran (a) dan perbandingan antara gaya hasil pendugaan dan hasil pengukuran (b) pada pengeprasan rumpun tunggul tebu varietas PA 198 yang terdiri atas enam tunggul tebu. Pendugaan gaya pemotongan berdasarkan panjang mata piring yang memotong tunggul tebu pada pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas enam tunggul tebu tersebut juga menunjukkan pola yang mendekati dengan gaya hasil pengukuran (Gambar 74). Gaya Pemotongan (N) Garis mata piring Hasil Pengukuran Hasil Pendugaan Waktu Tempuh (detik) Susunan tunggul tebu Gambar 74 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan panjang pemotongan dan hasil pengukuran pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas enam tunggul tebu menggunakan bajak piring.

36 91 Dari hasil pendugaan gaya pemotongan berdasarkan luas lintasan dan panjang mata bajak piring yang memotong rumpun tunggul tebu tersebut dapat ditafsirkan bahwa model matematika yang telah dikembangkan dapat menduga dengan baik terhadap gaya pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas sejumlah tunggul tebu dengan diameter dan posisi yang berbeda. Hal tersebut diindikasikan oleh pola sebaran data gaya hasil model matematika dan hasil pengukuran yang mendekati garis y=x (Gambar 73b). Namun demikian model matematika tersebut masih kurang presisi karena plot antara gaya hasil model dan hasil pengukuran tidak terletak pada posisi satu garis dengan garis y=x. Pendugaan gaya pemotongan berdasarkan luas pemotongan dan panjang pemotongan pada pengeprasan rumpun tebu menggunakan mata piring bentuk coak atau garu piring dilakukan menggunakan persamaan (49) dan (5). Hasil pendugaan berdasarkan luas lintasan pemotongan memiliki pola yang mendekati dengan hasil pengukuran (Gambar 75a), sedangkan pendugaan dengan panjang pemotongan menghasilkan gaya yang lebih rendah dibandingkan dengan hasil pengukuran (Gambar 75b). Rumpun tunggul tebu yang digunakan pada pengukuran tersebut terdiri atas tiga tunggul tebu dengan diameter tunggul pertama.9 cm, kedua 3. cm, dan ketiga sebesar 3.1 cm. Gaya Pemotongan (N) (a) Garis mata piring Hasil Pengukuran Hasil Pendugaan Waktu Tempuh (detik) III II I Gaya Pemotongan (N) Gambar 75 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan luas (a) dan panjang pemotongan (b) dibandingkan dengan gaya hasil pengukuran pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas tiga tunggul tebu menggunakan piring bentuk coak (garu piring). Pendugaan berdasarkan luas pemotongan pada pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas empat tunggul tebu juga memperlihatkan pola yang mendekati (b) Garis mata piring Hasil Pengukuran Hasil Pendugaan Waktu Tempuh (detik) III II I

37 9 antara gaya pemotongan hasil model matematika dan hasil pengukuran (Gambar 76a), sedangkan pendugaan menggunakan panjang pemotongan menghasilkan gaya yang lebih rendah dibandingkan dengan hasil pengukuran (Gambar 76b). Diameter tunggul tebu yang digunakan pada pengukuran tersebut adalah 3.6 cm untuk tunggul pertama, kedua, dan ketiga, sedangkan tunggul tebu yang keempat memiliki diameter sebesar 3. cm. Gaya Pemotongan (N) 9 Garis mata piring 8 I II 7 III IV Hasil Pengukuran 1 Hasil Pendugaan Gaya Pemotongan (N) Garis mata piring Hasil Pengukuran 1 Hasil Pendugaan III I IV II (a) Waktu Tempuh (detik) (b) Waktu Tempuh (detik) Gambar 76 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan luas (a) dan panjang pemotongan (b) dibandingkan dengan gaya hasil pengukuran pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas empat tunggul tebu menggunakan piring bentuk coak (garu piring). Gaya pemotongan hasil pendugaan berdasarkan panjang pemotongan untuk rumpun tebu yang terdiri atas tiga dan empat tunggul tebu memiliki pola yang lebih rendah dibandingkan dengan hasil pengukuran (Gambar 75b dan 76b). Hal tersebut disebabkan oleh nilai gaya pemotongan spesifik yang digunakan dalam pendugaan tersebut (.73 N mm -1 ) sedikit berbeda dengan nilai gaya pemotongan spesifik yang dibutuhkan oleh tunggul tebu dalam rumpun tersebut. Dalam kasus tersebut hasil pendugaan gaya pemotongan dapat mendekati hasil pengukuran apabila gaya pemotongan spesifik yang digunakan sebesar.99 N mm -1. Gaya pemotongan hasil pendugaan berdasarkan luas lintasan pemotongan pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas enam tunggul tebu menggunakan piring bentuk coak atau garu piring juga memiliki pola yang mirip dengan gaya hasil pengukuran (Gambar 77a). Hasil pendugaan tersebut juga menunjukkan bahwa model matematika gaya pemotongan menghasilkan nilai

38 93 dugaan yang lebih besar dibandingkan dengan hasil pengukuran (Gambar 77b). Diameter tunggul tebu yang digunakan pada pengukuran tersebut adalah: tunggul I=3.1 cm, II=.9 cm, III=3. cm, IV=.6 cm, V=.8 cm, dan VI=.5 cm. Gaya Pemotongan (N) Garis mata piring 1 Gaya Hasil Pengukuran Gaya Hasil Pendugaan I II III IV V VI Gaya Hasil Pengukuran (N) 6 y = x (a) Waktu Tempuh (detik) (b) Gaya Hasil Pendugaan (N) Gambar 77 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan luas pemotongan dan hasil pengukuran (a) dan perbandingan antara gaya hasil pendugaan dan hasil pengukuran (b) pada pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan piring bentuk coak (garu piring). Pendugaan gaya pemotongan berdasarkan panjang mata piring yang memotong tunggul tebu pada pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas enam tunggul tebu menggunakan garu piring juga menunjukkan pola yang mendekati dengan gaya hasil pengukuran (Gambar 78). Gaya Pemotongan (N) Garis mata piring 1 Gaya Hasil Pengukuran Gaya Hasil Pendugaan I II III IV V VI Waktu Tempuh (detik) Gambar 78 Pola gaya hasil pendugaan berdasarkan panjang pemotongan dan hasil pengukuran pada pengeprasan rumpun tebu varietas PA 198 yang terdiri atas enam tunggul tebu menggunakan garu piring.

39 94 Hasil validasi tersebut menunjukkan bahwa model pendugaan gaya pemotongan tunggul tebu berdasarkan luas lintasan pemotongan (persamaan 47 dan 49) dan panjang mata piring yang memotong tunggul tebu (persamaan 48 dan 5) yang telah dikembangkan dapat digunakan untuk menduga gaya pemotongan dengan baik pada pengeprasan rumpun tunggul tebu yang terdiri atas sejumlah tunggul tebu dengan posisi dan diameter tunggul yang berbeda. Namun demikiaan model tersebut belum menghasilkan pendugaan yang presisi karena plot antara gaya hasil pendugaan dan hasil pengukuran tidak terletak pada satu garis dengan garis y=x (Gambar 73b dan 77b). Garis y=x ditafsirkan sebagai posisi data gaya pemotongan hasil pendugaan sama dengan hasil pengukuran. Kurang presisinya model matematika tersebut disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya (1) bentuk penampang tunggul tebu dalam model diasumsikan lingkaran sempurna, sedangkan dalam pengukuran tidak demikian, () parameter-parameter lain dalam pemotongan seperti ketajaman, kecepatan maju, dan kecepatan putar masih dianggap sebagai konstanta dan belum diuraikan secara terperinci dalam model matematika tersebut, dan (3) kadar air dan posisi kemiringan tunggul tebu belum dimasukkan sebagai parameter dalam model matematika tersebut. Di samping beberapa kekurangan tersebut, model matematika yang dikembangkan berdasarkan luas pemotongan juga memiliki kelebihan, di antaranya: (1) model pendugaan tersebut mudah diterapkan, yakni dengan diketahuinya diameter, jumlah, dan susunan tunggul tebu maka gaya pengeprasan tunggul tebu sudah dapat ditentukan, () model tersebut telah menjabarkan secara rinci mengenai kinematika dari bajak piring yang diputar dengan melibatkan parameter radius mata piring (R), kecepatan maju pemotongan (V), kecepatan putar piring (N), tillt angle (T A ), disk angle (D A ), jumlah mata atau coakan pada garu piring (k). Identifikasi Hasil Uji Pengeprasan Tunggul Tebu Hasil pengeprasan tunggul tebu menggunakan piring pengolah tanah bentuk rata (bajak piring) yang diputar pada kecepatan maju yang lebih tinggi dan ketinggian potong di atas permukaan guludan menghasilkan permukaan potong yang pecah pada bagian tepi tunggul tebu (Gambar 79). Pecahnya bagian tepi tunggul tebu tersebut disebabkan oleh batang atau tunggul tebu yang terdorong atau terseret oleh gerakan maju bajak piring. Fenomena tersebut hampir identik

40 95 dengan patahnya bagian tepi dari suatu material yang getas pada saat pemotongan dengan cara menggergaji hampir selesai. Gambar 79 Hasil pengeprasan tunggul tebu menggunakan bajak piring pada kecepatan maju yang lebih tinggi (V =3 cm s -1 ) dengan posisi ketinggian potong di atas permukaan guludan. Pengeprasan tunggul tebu menggunakan bajak piring yang diputar dengan kecepatan maju yang lebih rendah (V 1 =15 cm s -1 ) pada posisi ketinggian potong rata dengan permukaan guludan menghasilkan permukaan potong tunggul tebu yang relatif halus dan tidak pecah (Gambar 8). Hal tersebut disebabkan pada kecepatan maju yang lebih rendah tunggul tebu tersebut tidak terseret oleh gerakan maju bajak piring. Gambar 8 Hasil pengeprasan tunggul tebu menggunakan bajak piring pada kecepatan maju yang lebih rendah (V 1 =.15 m s -1 ) dengan posisi ketinggian potong rata dengan permukaan guludan. Hasil pengeprasan rumpun tunggul tebu menggunakan piring pengolah tanah bentuk coak (garu piring) yang diputar secara umum menghasilkan permukaan potong yang tidak pecah namun tidak sehalus yang dihasilkan oleh piring bentuk rata atau bajak piring (Gambar 81). Dalam percobaan pengeprasan

41 96 menggunakan piring bentuk coak atau garu piring tersebut memang terdapat beberapa tunggul tebu yang pecah, tetapi pecahnya tunggul tebu tersebut diduga lebih disebabkan oleh kondisi bahan percobaan yang sebagian sudah terlalu getas. Pengeprasan menggunakan garu piring tersebut pada prinsipnya identik dengan menggergaji sehingga membutuhkan gaya pemotongan yang relatif rendah dan menghasilkan permukaan potong tunggul tebu yang tidak pecah. Gambar 81 Contoh hasil pengeprasan tunggul tebu menggunakan piring bentuk coak atau garu piring dengan jumlah mata garu (coakan) 1 buah. Pertumbuhan Tebu Hasil Uji Pengeprasan Pada umur tanam dari 4 sampai 14 minggu setelah tanam, tebu hasil uji pengeprasan menggunakan piring pengolah tanah yang diputar memiliki laju perkembangan jumlah tunas atau anakan yang relatif rendah, sedangkan pada saat umur tanam mencapai lebih dari 14 minggu, tanaman tersebut menunjukkan laju perkembangan jumlah tunas yang cukup meningkat (Gambar 8). Lambatnya laju pertambahan jumlah tunas tersebut disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya: (1) rumpun tunggul tebu yang diambil dari lahan PG Jatitujuh masih perlu penyesuaian iklim dan lingkungan tumbuh yang lebih lama terhadap lingkungan di daerah Darmaga, Bogor, () pada saat uji pengeprasan, rumpun tebu tersebut mendapat cekaman yang sangat kuat dari pengikat tunggul sehingga memungkinkan terjadi kerusakan pada mata tunas tunggul tebu, (3) rumpun tunggul tebu tersebut merupakan hasil keprasan ketiga di PG Jatitujuh, sehingga setelah pengeprasan di Laboratorium tanaman tebu tersebut merupakan keprasan yang keempat (R 4 ), dan (4) pemupukan pada tanaman tebu tersebut hanya dilakukan satu kali pada saat tebu berumur 4 minggu setelah tanam.

42 Rataan Jumlah Tunas Umur Tanaman (Minggu) Gambar 8 Perkembangan jumlah tunas atau anakan pada tanaman tebu hasil uji pengeprasan menggunakan piring pengolah tanah yang diputar. Parameter laju pertumbuhan tanaman tebu yang yang lain seperti panjang batang, panjang daun, dan tinggi tanaman tebu hasil uji pengeprasan hingga mencapai umur 16 minggu setelah tanam menunjukkan pola perkembangan yang terus meningkat (Gambar 83) Tinggi Tebu Panjang Daun Panjang Batang Satuan Pengukuran (cm) Minggu Setelah Tanam Gambar 83 Perkembangan panjang batang, panjang daun, dan tinggi tanaman tebu hasil uji pengeprasan hingga umur 16 minggu setelah tanam. Gambar 84 menunjukkan kondisi tanaman tebu hasil uji pengeprasan pada saat berumur 6 dan 16 minggu setelah tanam. Pada saat berumur 6 minggu, tanaman tebu tersebut memiliki tinggi yang cenderung tidak seragam (Gambar

43 98 84a). Tinggi tanaman yang relatif seragam terjadi pada saat tebu tersebut telah mencapai umur 16 minggu setelah tanam (Gambar 84b). (a) (b) Gambar 84 Kondisi lapang tanaman tebu hasil uji pengeprasan pada saat berumur 6 minggu (a) dan 16 minggu (b) setelah tanam. Secara umum, terdapat beberapa kombinasi parameter pemotongan yang menghasilkan torsi pemotongan yang relatif rendah dengan permukaan potong tunggul tebu yang tidak pecah. Torsi pemotongan terendah (6.79 N m) pada pengeprasan tebu menggunakan piring pengolah tanah yang diputar dihasilkan oleh kombinasi parameter pemotongan yang terdiri atas jenis mata piring bentuk coak (garu piring), kecepatan putar (N) 1 rpm, kecepatan maju (V).15 m s -1, disk angle (D A ) 35 o, dan tilt angle (T A ) o. Tabel 9 menunjukkan beberapa kombinasi parameter pemotongan yang menghasilkan torsi pemotongan yang relatif rendah pada pengeprasan tebu menggunakan garu piring yang diputar. Tabel 9 Kombinasi parameter pemotongan dari piring bentuk coak (garu piring) yang menghasilkan torsi pemotongan relatif rendah No Uji Kombinasi Parameter Torsi Pemotongan Pemotongan (N m) 47 V 1 N D A1 T A V 1 N D A3 T A V 1 N D A T A V 1 N D A3 T A V N D A3 T A V N D A1 T A 8.9 Apabila dikaitkan dengan kemungkinan penerapannya di lapangan, hasil penelitian tersebut memiliki kapasitas lapangan pengeprasan yang cukup tinggi. Kapasitas lapangan pada pengeprasan tebu tersebut sangat dipengaruhi oleh