PENDAHULUAN Latar Belakang Tanaman tebu untuk keperluan industri gula dibudidayakan melalui tanaman pertama atau plant cane crop (PC) dan tanaman keprasan atau ratoon crop (R). Tanaman keprasan merupakan tanaman tebu yang tumbuh kembali dari jaringan batang tebu yang masih tertinggal dalam tanah setelah tebu ditebang (Barnes 1964). Tanaman keprasan memiliki produktivitas yang lebih rendah dibandingkan dengan tanaman pertamanya. Arifin (1989) melaporkan bahwa hasil tebu keprasan di lahan kering Sumber Lumbu, Kediri, hanya mencapai 67% dari hasil tanaman pertamanya. Marjayanti dan Arsana (1993) mengemukakan bahwa pada tahun giling 1992 hasil tebu keprasan di lahan sawah hak guna usaha PG Jatiroto mengalami penurunan 19.3% untuk tanaman keprasan pertama (R 1 ) dan 27.1% untuk tanaman keprasan kedua (R 2 ), sedangkan di lahan tegalan terjadi penurunan sebesar 12.8% untuk (R 1 ) dan 14% untuk (R 2 ). Rendahnya produktivitas tanaman tebu keprasan disebabkan oleh beberapa hal diantaranya (1) banyaknya bidang lowong pada barisan tanaman tebu sebagai akibat dari tidak tumbuhnya tunas tebu keprasan, (2) perakaran yang semakin dangkal pada tanaman keprasan, dan (3) kurang baiknya perawatan yang diberikan untuk tanaman tebu tersebut. Terdapat beberapa pertimbangan mengapa budidaya tebu keprasan tetap diperlukan meskipun tanaman tersebut memiliki produktivitas yang lebih rendah. Pertama, budidaya tebu keprasan dapat mengurangi biaya untuk pengolahan tanah atau ongkos produksi. Djojosoewardho (1988) mengemukakan bahwa melalui budidaya tebu keprasan kegiatan pengolahan tanah semakin berkurang, kelestarian tanah dapat dipertahankan, dan biaya produksi yang dibutuhkan relatif lebih rendah. Kedua, budidaya tebu keprasan tidak banyak membutuhkan penanaman ulang sehingga dapat menghemat bibit tebu. Menurut Widodo (1991) penggunaan bibit tebu pada budidaya tanaman keprasan semakin hemat, tebu yang tumbuh sudah beradaptasi dengan lingkungan, dan kelestarian tanah dapat terjaga. Ketiga, dengan budidaya tebu keprasan dapat terjadi rotasi dalam pengelolaan lahan. Keempat, pembongkaran ratoon membutuhkan biaya yang cukup tinggi. Santoso (2004) menyatakan bahwa untuk bongkar ratoon setidaknya dibutuhkan biaya Rp 15 juta per hektar.
2 Budidaya tebu keprasan dapat dilakukan hingga beberapa kali mulai dari tanaman keprasan pertama (R 1 ), kedua (R 2 ), ketiga (R 3 ) sampai lebih dari keprasan keempat (R 4 ). Pada umumnya, pabrik gula (PG) di Indonesia melakukan budidaya tebu keprasan hanya tiga kali yakni sampai keprasan ketiga (R 3 ), sedangkan petani melakukan budidaya tebu keprasan lebih dari tiga kali bahkan ada yang sampai sepuluh kali. Rendahnya produktivitas tebu keprasan merupakan pertimbangan utama bagi pabrik gula untuk tidak melanjutkan R 3 menjadi tanaman keprasan keempat (R 4 ), sehingga pembongkaran lahan segera dilakukan setelah tanaman keprasan ketiga (R 3 ) tersebut dipanen atau ditebang. Petani tebu enggan melakukan pembongkaran lahan tebu keprasan dikarenakan faktor biaya yang relatif mahal. Hal tersebut mengakibatkan sebagian besar petani tebu cenderung meneruskan tanaman keprasannya hingga lebih dari tiga kali. Pada tahun giling 2004/2005 luas tebu keprasan di PG Jatitujuh mencapai 4527.30 ha (63.48%) dari luas lahan HGU sebesar 7131.35 ha, sedangkan pada tahun 2005/2006 mencapai 4655.10 ha (65.54%) dari luas lahan HGU sebesar 7102.8 ha (PG Jatitujuh 2005, 2006). Menurut Deptan (2005) luas keseluruhan lahan tebu di Indonesia pada tahun 2004 sebesar 344 793 ha, sedangkan pada tahun 2005 mencapai 367 875 ha. Dengan asumsi bahwa luas lahan tebu keprasan sebesar 65% dari luas keseluruhan lahan tebu, maka luas lahan tebu keprasan di Indonesia mencapai 224 115 ha pada tahun 2004 dan 239 119 ha pada tahun 2005. Pengeprasan tebu merupakan pemotongan sisa-sisa tunggul tebu setelah penebangan yang dilakukan pada posisi tepat atau lebih rendah dari permukaan guludan (Koswara 1989). Pemotongan sisa-sisa tunggul tebu setelah penebangan tersebut penting dilakukan dengan tujuan (1) mengkondisikan agar tunas tanaman keprasan tumbuh dari mata tunas batang tebu yang terdapat di bawah permukaan tanah, (2) membersihkan gulma yang tumbuh pada guludan, (3) meratakan dan merapikan permukaan guludan, dan (4) mempersiapkan agar tanaman keprasan dapat tumbuh dengan baik. Rasjid (1986) diacu dalam Koswara (1989) mengungkapkan bahwa dengan pengeprasan menghasilkan perkecambahan tebu yang nyata lebih baik dari pada yang tidak dikepras.
3 Pengeprasan tebu dapat dilakukan secara manual maupun mekanis. Masalah yang timbul berkaitan dengan pengeprasan manual adalah masalah ketersediaan tenaga kerja untuk pengelolaan lahan tebu. Sutjahjo dan Kuntohartono (1994) mengemukakan bahwa tenaga kerja yang tersedia untuk mengelola lahan tebu hanya tinggal sepertiga dari jumlah tenaga kerja pada masa sebelum tahun 1975 dan diperkirakan pada tahun-tahun mendatang tekanan masalah tenaga kerja tersebut semakin berat, terutama disebabkan oleh semakin terbukanya peluang kerja di sektor industri. Persoalan lain yang dihadapi dalam pengeprasan manual adalah rendahnya keseragaman atau kualitas hasil pengeprasan. Keseragaman bentuk keprasan maupun kedalaman pengeprasan merupakan aspek yang sulit dihasilkan dalam pengeprasan tebu secara manual. Pengeprasan secara mekanis dapat dijadikan sebagai solusi terhadap beberapa persoalan yang timbul dalam pengeprasan manual. Pengeprasan tebu yang dilakukan menggunakan alat dan mesin (alsin) kepras dapat mengurangi jumlah dan peran tenaga kerja dalam melakukan pengeprasan tunggul tebu sehingga masalah ketergantungan kepada kuantitas tenaga kerja dapat teratasi. Penggunaan alsin kepras juga dapat menghasilkan kedalaman pengeprasan yang relatif seragam. Hal tersebut disebabkan pada pengeprasan mekanis menggunakan alsin kepras biasanya dilengkapi dengan komponen atau bagian untuk mengatur kedalaman pengeprasan. Alat kepras mekanis atau stubble shaver (Gambar 1) pernah digunakan oleh beberapa pabrik gula (PG) di Indonesia, terutama PG Jatiroto, Lumajang, Jawa Timur dan PG Jatitujuh, Cirebon, Jawa Barat. Dalam pengoperasiannya di lahan untuk pengeprasan tunggul tebu, stubble shaver tersebut masih menunjukkan kinerja yang belum baik. Hasil wawancara dengan kepala tanaman di PG Jatiroto pada tanggal 26 Mei 2004 menyatakan bahwa mata pisau dari alsin kepras hasil impor tersebut cepat tumpul dan menghasilkan permukaan potong tunggul tebu yang cenderung pecah sehingga alsin kepras jenis rotari (stubble shaver) tersebut tidak dipergunakan lagi.
4 RANGKA (FRAME) DISK COULTER PISAU GEAR BOX POROS VERTIKAL DUDUKAN PISAU (PIRINGAN) Gambar 1 Alat kepras mekanis yang pernah digunakan oleh pabrik gula Jatiroto. Dengan kondisi ketersediaan tenaga kerja untuk pengeprasan tebu secara manual yang semakin terbatas serta masih kurang baiknya kinerja stubble shaver hasil impor sebagai akibat dari ketidaksesuaian antara jenis alat kepras tersebut dengan kondisi lahan di Indonesia, maka diperlukan upaya untuk merancang dan membuat sendiri alat kepras tebu mekanis yang efektif dan efisien. Hingga saat ini upaya tersebut masih belum banyak dilakukan oleh para peneliti maupun praktisi. Rekayasa dan pengembangan alat multi fungsi (AMF) untuk perawatan tanaman tebu keprasan yang dilakukan oleh Darmawan (2004) merupakan salah satu upaya pengembangan alat kepras tebu mekanis yang sesuai dengan kondisi lahan tebu di Indonesia. AMF tersebut terdiri atas alat pemutus akar (coulter), alat kepras, alat pemecah lapisan tanah padat (subtiller), alat pemupukan, dan alat penutup alur pemupukan. Alat kepras yang terdapat pada AMF tersebut masih menggunakan pisau jenis rotari yang melakukan pemotongan relatif tegak lurus terhadap tunggul tebu. Persson (1987) menyatakan bahwa pemotongan sugarpine yang dilakukan secara tegak lurus terhadap serat membutuhkan gaya pemotongan spesifik maksimum sebesar 273 N mm -1, sedangkan secara paralel terhadap serat hanya sebesar 75 N mm -1. Dengan demikian penelitian mengenai metode alternatif dalam pemotongan tunggul tebu yang dapat digunakan sebagai dasar perancangan dan pembuatan alsin kepras tebu yang efektif dan efisien masih sangat diperlukan. Hal baru yang perlu dilakukan dalam upaya perancangan dan pembuatan alsin kepras tebu yang efektif dan efisien adalah mempelajari penerapan metode
5 pemotongan tanah menggunakan piring pengolah tanah (bajak piring dan garu piring) untuk pengeprasan tunggul tebu. Pada pengolahan tanah, piring tersebut berputar akibat interaksi antara tanah dan piring yang memotong tanah, namun untuk pengeprasan tunggul tebu, piring tersebut diputar paksa oleh sumber tenaga putar. Pemanfaatan piring pengolah tanah (bajak piring dan garu piring) untuk pengeprasan tunggul tebu dilakukan dengan pertimbangan bahwa piring pengolah tanah tersebut selain banyak tersedia di pabrik gula juga sudah terbukti handal bekerja pada kondisi tanah yang keras, kering, dan berakar. Ditinjau dari bentuk mata atau bagian tepinya, piring pengolah tanah dapat dibedakan menjadi dua jenis, yakni piring pengolah tanah dengan mata bentuk rata (disk blade-plain) yang disebut bajak piring dan piring pengolah tanah dengan mata bentuk coak (disk blade-notched) yang disebut dengan garu piring. Beberapa parameter penting yang menjadi pertimbangan dalam percobaan pemotongan tunggul tebu menggunakan piring pengolah tanah yang diputar tersebut terdiri atas (1) jenis mata piring, (2) kecepatan maju alat, (3) kecepatan putar piring, (4) sudut kemiringan piring terhadap arah gerakan maju (disk angle), dan (5) sudut kemi-ringan piring terhadap sumbu vertikal (tilt angle). Metode pemotongan dikatakan efektif dan efisien apabila kombinasi parameter percobaan pemotongan tersebut dapat menghasilkan permukaan potong tunggul tebu yang tidak pecah dan tidak tercabut dari tanah, membutuhkan torsi dan gaya pemotongan yang relatif rendah, dan memiliki pertumbuhan tunas yang baik. Tujuan Penelitian 1. Menganalisis kenematika atau gerakan dari piring pengolah tanah (bajak piring dan garu piring) yang diputar untuk mekanisme pemotongan tunggul tebu. 2. Menentukan gaya pemotongan spesifik per luas dan per panjang lintasan pemotongan menggunakan bajak piring dan garu piring untuk memotong tunggul tebu pada empat varietas tebu yang paling dominan di lahan PG Jatitujuh, yakni PA 198, PA 183, Triton, dan PA 022. 3. Mengembangkan model matematika untuk menduga gaya pemotongan pada satu tunggul tebu dan menerapkan model tersebut untuk pendugaan gaya pengeprasan rumpun tebu yang terdiri atas beberapa tunggul tebu dengan diameter dan posisi tunggul yang berbeda.
6 4. Memvalidasi gaya hasil pendugaan menggunakan model matematika dengan gaya hasil pengukuran pada percobaan pengeprasan skala laboratorium. 5. Mengidentifikasi kualitas hasil potongan dan mengamati pertumbuhan tunas tebu hasil percobaan pengeprasan menggunakan bajak piring dan garu piring yang diputar. Hipotesis 1. Gerakan dari sebuah benda kaku dapat didefinisikan sebagai gerakan dari sebuah titik pada benda tersebut, sehingga kurva gerakan dari bajak piring dan garu piring yang diputar untuk pemotongan tunggul tebu dapat dijelaskan melalui analisis kinematika sebuah titik pada mata bajak piring dan garu piring tersebut berdasarkan mekanisme pemotongan yang digunakan. 2. Salah satu faktor yang mempengaruhi kekerasan sebuah batang tebu adalah varietas tebu. Perbedaan varietas dapat mengakibatkan perbedaan struktur mikro atau struktur sel pada batang tebu, sehingga gaya pemotongan spesifik tunggul tebu memiliki nilai yang berbeda berdasarkan jenis varietasnya. 3. Satu rumpun tebu terdiri atas beberapa tunggul tebu dengan posisi dan diameter tunggul yang berbeda. Apabila posisi dan diameter setiap tunggul pada rumpun tebu tersebut diketahui maka luas lintasan dan panjang pemotongan tiap saat dari rumpun tersebut dapat ditentukan, sehingga dengan menggunakan nilai gaya pemotongan spesifik yang telah diperoleh maka model matematika gaya pemotongan satu tunggul dapat digunakan untuk pendugaan gaya pengeprasan rumpun tebu. 4. Gaya pemotongan hasil pendugaan menggunakan model matematika memiliki pola yang tidak jauh berbeda dengan gaya pemotongan hasil pengukuran. 5. Piring pengolah tanah (bajak piring dan garu piring) yang umumnya digunakan untuk memotong tanah dapat digunakan untuk memotong tunggul tebu, sehingga dengan cara diputar paksa, bajak piring dan garu piring tersebut dapat menghasilkan permukaan potong tunggul tebu yang tidak pecah sehingga memiliki pertunasan dan pertumbuhan tebu yang baik. Manfaat Penelitian Hasil penelitian tersebut dapat digunakan sebagai bahan informasi dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya yang berkaitan
7 dengan metode baru dalam pengeprasan tunggul tebu menggunakan piring pengolah tanah (bajak piring dan garu piring) yang diputar paksa. Selanjutnya, hasil penelitian tersebut juga dapat dimanfaatkan sebagai acuan dalam perancangan dan pembuatan alat kepras tebu mekanis jenis baru yang efektif dan efisien dengan sumber tenaga tarik dan putar menggunakan traktor empat roda. Kebaruan (Novelty) Penelitian 1. Bajak piring dan garu piring yang umumnya digunakan untuk mengolah tanah dimanfaatkan untuk pemotongan atau pengeprasan tunggul tebu. 2. Pada pengolahan tanah, bajak piring dan garu piring tersebut berputar akibat interaksi antara tanah dan piring, namun untuk pengeprasan tunggul tebu, bajak dan garu piring tersebut diputar paksa menggunakan sumber tenaga putar. 3. Mekanisme dari alsin kepras tebu menggunakan bajak piring dan garu piring yang diputar tersebut melakukan pemotongan dengan melibatkan sudut kemiringan terhadap sumbu vertikal (tilt angle), sedangkan pada mekanisme alsin kepras yang sudah ada (stubble shaver) tidak melibatkan sudut kemiringan tersebut. 4. Analisis kinematika atau gerakan dari bajak piring dan garu piring untuk mekanisme pemotongan tunggul tebu yang melibatkan parameter kecepatan putar piring, kecepatan maju pemotongan, tilt angle, dan disk angle dilakukan menggunakan pendekatan sebuah titik pada bidang tiga dimensi (x, y, z). 5. Diperoleh nilai gaya pemotongan spesifik tunggul tebu untuk 4 varietas tebu (PA 198, PA 183, Triton, dan PA 022) yang ditentukan berdasarkan hubungan antara gaya pemotongan hasil pengukuran menggunakan bajak piring dan garu piring yang diputar dan luas lintasan pemotongan atau panjang mata piring yang memotong tunggul tebu.