II.
TINJAUAN PUSTAKA
A.
Jarak Pagar (
Jatropha Curcas
Linn)
Jarak pagar diperkenalkan di Indonesia oleh bangsa Jepang pada tahun 1942. Indonesia memiliki berbagai jenis tanaman jarak antara lain jarak kepyar (Ricinus communis), jarak bali (Jatropha podagrica ), jarak ulung (Jatropha gossypifolia L.) dan jarak pagar (Jatropha curcas). Diantara jenis tanaman jarak tersebut yang memiliki potensi sebagai penghasil minyak bakar (biofuel) adalah jarak pagar (Jatropha curcas) Tanaman jarak pagar termasuk famili Euphorbiaceae. Sebelum diperkenalkan sebagai salah satu tanaman penghasil biodiesel, jarak hanya ditanam di sekitar perkarangan rumah. Umumnya dalam kegiatan budidaya untuk skala usaha, penanaman dilakukan dengan jarak tanam 2 m x 2 m (populasinya 2500 pohon/ ha).
(a) (b)
Gambar 1. Pohon jarak pagar (a) dan jarak tanam pohon jarak pagar (b)
Tanaman jarak berupa perdu dengan tinggi tanaman 1-7 m dan memiliki cabang yang tidak teratur. Batangnya berkayu, silindris bila terluka mengeluarkan getah. Daunnya berupa daun tunggal, berlekuk, bersudut tiga atau lima, tulang daun menjari dengan 5-7 tulang utama, warna daun hijau (permukaan bagian bawah lebih pucat dibanding bagian atas). Panjang tangkai daun antara 4 -15 cm. Bunganya berwarna kuning kehijauan, berupa bunga majemuk berbentuk malai, berkelamin tunggal. Bunga jantan dan bunga betina tersusun dalam rangkaian berbentuk cawan, muncul diujung batang atau ketiak daun. Buah berupa buah kotak berbentuk bulat telur, diameter 2-4 cm dan panjang buah 2 cm berwarna hijau ketika masih muda dan kuning jika matang. Buah jarak terbagi menjadi tiga ruang yang masing-masing ruang diisi satu biji. Biji berbentuk bulat lonjong, bewarna coklat kehitaman dan beracun. Biji inilah yang banyak mengandung minyak dengan rendemen sekitar 35-45% (Hambali, 2006).
Buah jarak yang sudah matang (berwarna kuning) memiliki bulk density, kebundaran (sphericity) dan porositas masing-masing sebesar 0.47 g/cm3, 0.95 dan 50.53%. Koefisien gesek statik buah jarak pada kayu lapis (ply wood) sebesar 0.50, pada baja (steel) 0.64 dan pada stainless steel sebesar 0.46. Sudut diam (angle of repose) merupakan karakteristik dari material yang berupa bulk yang mengindikasikan kohesi (tarik-menarik) antar unit dari material tersebut, buah jarak memiliki angle of repose sebesar 42.91o . (Sirisomboon et al, 2007).
2m
Gambar 2. Buah jarak siap panen (sumber: http://balittri.litbang.deptan.go.id)
Pembentukan buah membutuhkan waktu selama 90 hari dari pembungaan sampai matang. Buah matang tidak serentak dalam artian di suatu rangkaian akan terdapat bunga, buah muda serta buah yang sudah kering (Prihandana, 2006). Biji masak dicirikan dengan kulit buah berubah warna dari hijau muda menjadi kuning kecokelatan atau hitam dan mengering. Ciri lainnya yaitu kulit buah terbuka sebagian secara alami. Ketika kulit buah membuka berarti biji di bagian dalam telah masak. Buah jarak yang sudah mengering memiliki kandungan minyak yang tinggi.
Menurut Silip (2008), tingkat kematangan setiap buah jarak pagar ditentukan oleh perbedaan warna kulit buah. Tingkat kematangan dibagi dalam 8 tingkat warna. Kematangan pada tingkat 1 (buah muda), tingkat 2 (hijau tua), tingkat 3 (lebih hijau dari kuning), tingkat 4 (lebih kuning dari hijau), tingkat 5 (kuning), tingkat 6 (lebih kuning dari cokelat), tingkat 7 (lebih cokelat dari kuning) dan tingkat 8 (cokelat atau hitam).
Menurut Hariyadi (2006), tanaman jarak pagar adalah tanaman yang cukup adaptif terhadap lingkungan tumbuhnya. Tanaman ini dapat tumbuh pada tanah yang kurang subur, tetapi memiliki drainase yang baik, tidak tergenang dan pH 5.6.0. Jarak pagar dapat tumbuh pada ketinggian 0-2000 m dpl, suhu berkisar antara 18-30 oC. Pada suhu rendah (<18oC) akan menghambat pertumbuhan, sedangkan pada suhu tinggi (>35oC) akan menyebabkan daun dan bunga berguguran serta buah kering sehingga menurunkan produktivitasnya. Untuk memperoleh pertumbuhan yang baik disertai produksi dan mutu yang tinggi, jarak pagar harus ditanam pada daerah yang relatif kering dengan intensitas radiasi matahari yang tinggi karena kondisi yang kering dapat meningkatkan kadar minyak biji (Raden, 2008). Curah hujan yang sesuai untuk jarak pagar adalah 625 mm/tahun. Meskipun demikian, jarak pagar tetap dapat tumbuh dengan baik pada curah hujan yang lebih rendah yaitu 300 mm/tahun.
Tanaman jarak pagar mempunyai sistem perkaran yang mampu menahan air dan tanah sehingga tahan terhadap kekeringan serta berfungsi sebagai tanaman penahan erosi. Jarak pagar dapat tumbuh pada berbagai ragam tekstur dan jenis tanah, baik tanah berbatu, tanah berpasir, maupun tanah berlempung atau tanah liat.
B.
Percabangan Jarak Pagar
Raden (2008) mengemukakan tanaman jarak pagar yang ditanam atau tumbuh secara alami yang berasal dari biji mempunyai karakter (1) secara alamiah percabangan (tajuk) yang terbentuk tidak teratur dan tidak produktif, (2) cabang umumnya terbentuk setelah bunga atau buah pertama terbentuk (memiliki 60-70 daun), (3) tinggi pohon mencapai 5-7 m, (4) tunas cabang umumnya terbentuk bersamaan dengan perkembangan reproduktif, (5) bunga muncul pada ujung-ujung pucuk (bunga terminal). Tajuk pohon yang merupakan tempat munculnya buah terbagi menjadi sistem percabangan, daun, batang dan struktur reproduktifnya, yaitu bunga dan buah. Antar bagian
dan antar sub bagiannya saling berhubungan satu dengan yang lainnya melalui pembuluh kayu (xylem) serta pembuluh tapis (floem). Jumlah cabang akan menentukan jumlah bunga, buah dan biji jarak pagar. Sudut rata-rata cabang primer tanaman jarak pagar adalah 40-45o, hal ini menunjukkan bahwa arah tumbuh atau sifat percabangan jarak pagar condong ke atas (patens) dengan jumlah cabang sekunder yang terbentuk 1-3 cabang.
Percabangan jarak pagar terdiri atas cabang primer, cabang sekunder dan cabang terminal. Cabang sekunder adalah cabang yang terbentuk pada cabang primer, sedangkan cabang terminal adalah cabang yang terbentuk pada cabang sekunder yang merupakan tempat tumbuhnya daun, bunga dan buah. Jumlah cabang terminal sangat ditentukan oleh jumlah cabang primer dan sekunder yang terbentuk (Putri, 2009). Tinggi cabang pertama dari permukaan tanah adalah 40-75 cm. Skematis posisi buah dapat dilihat pada Gambar 3.
(a) (b)
Gambar 3. Pembungaan dan buah pada tanaman jarak pagar (a) dan ilustrasi pembentukan bunga dan cabang pada tanaman jarak pagar (b). Tanda bulatan ( ) menunjukkan letak buah. Menurut Raden (2008), posisi cabang yang tumbuh dan berkembang pada tanaman jarak pagar berbentuk spiral dan cabang yang tumbuh bersamaan dengan perkembangan bunga tumbuh secara dikotom. Proyeksi cabang dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Proyeksi posisi cabang jarak pagar. Angka menunjukkan nomor cabang tampak atas dan garis putus-putus menunjukkan arah utara, selatan, timur dan barat
Model tajuk jarak pagar ditentukan berdasarkan panjang cabang relatif dan posisi cabang dari apeks batang utama. Cabang terbentuk sebelum tanaman berbunga dan sesudah tanaman berbunga. Untuk model tajuk tanaman jarak pagar yang tumbuh secara alami lebih kerucut, sedangkan tanaman jarak pagar yang yang dipangkas batang utamanya lebih mendekati kolumnar. Bunga jarak pagar terletak pada bagian terminal, selama perkembangan bunga terjadi pula
3 1 4 6 2 5 1 4 3 2 4 1 3 2 5 45-70 cm
pemebentukan cabang sekunder. Model tajuk tanaman jarak pagar pada umur 2-3 tahun dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Model tajuk jarak pagar, angka (...) menyatakan nomor cabang dan nilai selain dalam kurung menyatakan panjang cabang dan tinggi tanaman dari permukaan tanah dalam cm
Daun jarak pagar dapat bertahan sampai umur 14 minggu dengan posisi dan penyebaran daun yang memiliki filotaksi (pola penyebaran daun) 5/13 yang artinya terdapat 5 garis spiral yang melingkar cabang atau batang dan melewati 13 daun untuk mencapai daun yang tegak lurus dengan daun permulaan dengan sudut antar daun 138o.
C.
Sifat Mekanik Kayu
Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan susunan dinding selnya terdiri dari senyawa-senyawa kimia berupa selulosa (unsur karbohidrat) serta berupa lignin (non-karbohidrat). Semua kayu bersifat anisotropic, yaitu memperllihatkan sifat-sifat yang berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, tangensial dan radial). Hal ini disebabkan oleh struktur dan orientasi selulosa dalam dinding sel, bentuk memanjang sel-sel kayu dan pengaturan sel terhadap sumbu vertikal dan horisontal pada batang pohon.
Menurut Haygreen dan Bowyer (1982) diacu dalam Sulistiawan (2010) sifat kekuatan kayu terhadap perubahan bentuk akibat beban atau gaya luar yang mengenainya sangat ditentukan oleh sifat mekanis kayu. Gaya luar atau beban tersebut dapat berupa tekanan, tarikan atau geseran. Gaya yang timbul oleh gaya luar disebut tegangan (stress) dan gaya ini menimbulkan regangan yang bertendensi untuk merubah bentuk dan ukuran dari benda bersangkutan.
Beberapa sifat mekanik kayu adalah sebagai berikut: (1) keteguhan tarik adalah kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha menarik kayu, (2) keteguhan tekan (kompresi) adalah kekuatan kayu untuk menahan muatan/beban, (3) keteguhan geser adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang membuat suatu bagian kayu tersebut turut bergeser dari bagian lain di dekatnya, (4) keteguhan lengkung (lentur) adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban mati maupun hidup selain beban pukulan, (5) kekakuan adalah kemampuan kayu untuk menahan perubahan bentuk atau lengkungan, kekakuan tersebut dinyatakan dalam modulus elastisitas, (6) keuletan adalah kemampuan kayu untuk menyerap sejumlah tenaga yang relatif besar atau tahan terhadap kejutan-kejutan atau tegangan-tegangan yang berulang-ulang yang melampaui batas proporsional serta mengakibatkan perubahan bentuk yang permanen dan kerusakan sebagian, (7) kekerasan adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya yang membuat takik atau lekukan atau kikisan (abrasi) dan
53 71 63.5 (4 49 (1 (2 (3 32 100 79 (4 (6 (5 105 114 100 21 15 (3 (2) (1 28 50 55 15 133 (5 51 96 (1 (2 38 (3 (4 27 128 120 41
(8) keteguhan belah adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha membelah kayu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik kayu secara garis besar digolongkan menjadi dua kelompok :
a. faktor luar (eksternal): pengawetan kayu, kelembaban lingkungan, pembebanan dan cacat yang disebabkan oleh jamur atau serangga perusak kayu.
b. faktor dalam (internal): berat jenis, cacat mata kayu dan serat miring. Tegangan Lentur
Tegangan yang disebabkan oleh momen lentur disebut sebagai tegangan lentur dapat dilihat dari Gambar 6.
Gambar 6. Balok yang diberi beban mengalami kompresi dan tegangan (sumber: http://www.mathalino.com)
Dapat dilihat bahwa efek dari momen lentur pada balok menyebabkan lengkungan serat balok pada jarak y dari sumbu netral, serat yang direntangkan sebesar cd. Semakin kecil lengkungann dari balok, maka bcd sama dengan segitiga Oba. Sehingga regangan pada serat ini dapat dirumuskan menjadi:
(1) dimana hukum Hooke, ε = σ/ E, sehingga
; (2)
yang menunjukkan bahwa tegangan sebanding dengan jarak y dari sumbu netral.
Gambar 7. Penampang balok yang mengalami lenturan (sumber: http://www.mathalino.com)
Besarnya gaya yang terjadi pada penampang balok merupakan turunan luas permukaan pada jarak y dari sumbu netral.
Resultan dari semua momen yang terjadi pada sumbu netral harus seimbang dengan momen lentur pada penampang ini.
(4) (5) dimana , sehingga: atau (6) subtitusi , sehingga: diperoleh (7)
Sehingga tegangan maksimum merupakan,
(8) Keterangan :
E = Modulus Young (modulus elastisitas) (N/m2) M = momen lentur (Nm)
I = momen Inersia (untuk balok berpenampang lingkaran ) (m4) c = jarak dari sumbu netral ke serat terluar (permukaan netral) (m)
ρ = jari-jari kelengkungan balok (m)
ε = regangan (m/m)
σ = fb = tegangan (N/m2)
Momen Lentur
Penentuan gaya geseran dan aksila pada sebuah irisan balok melengkapi dua syarat statika yang harus dipenuhi oleh segmen. Gaya-gaya ini memenuhi persamaan Σ Fx = 0 dan Σ Fy = 0. Syarat keseimbangan statik yang tinggal untuk persoalan planar adalah Σ Mz = 0. Pada umumnya ini dipenuhi hanya dengan membentuk sebuah kopel atau momen perlawanan dalam (internal resisting moment) pada luas penampang dari irisan untuk menghadapi momen yang disebabkan oleh gaya-gaya luar. Momen perlawanan dalam tersebut haruslah bekerja dalam arah yang berlawanan dengan momen luar untuk memenuhi persamaan Σ Mz = 0. Demikian pula dari persamaan yang sama diperoleh bahwa besar momen perlawanan dalam adalah sama dengan momen luar. Momen-momen ini cenderung untuk melenturkan balok dalam bidang beban-beban dan yang biasanya diartikan sebagai momen lentur (bending moment) dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Balok yang diberi beban (W) tepat di tengah balok (sumber: http://www.mathalino.com)
Dari gambar di atas besarnya momen lentur yang terjadi pada titik tengah balok tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut:
(9)
dimana, M, momen lentur (Nm); W, beban/gaya yang diberikan (N); l, panjang balok (m)
Gaya-gaya yang bekerja pada sistem kantilever dapat dilihat pada Gambar 9. Besarnya momen yang terjadi dapat diperoleh dengan rumus berikut:
(10)
Gambar 9. Balok yang diberi beban (P) pada sistem kantilever. (sumber: http://web.ipb.ac.id/~lbp/kulon/diktat) Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan di bawah batas elastis sehingga benda akan kembali ke bentuk semula apabila dilepaskan, grafik perbandingan dan regangan dapat dlihat pada Gambar 10 . Kayu merupakan benda orthotropis yang memiliki tiga buah modulus elastisitas, yang dilambangkan dengan EL, ER, dan ET. Lambang EL, ER, dan ET berturut- turut merupakan modulus elastistas sepanjang arah longitudinal, radial dan tangensial kayu. Ketiga konstanta modulus elastistas ini diperoleh melalui pengujian tekan, namun khusus EL yang diperoleh dari pengujian lentur. EL yang diperoleh melalui pengujian lentur sederhana dengan beban tunggal di tengah bentang (one point loading) masih mengandung defleksi sebesar ± 10% untuk memperoleh EL murni (Green et al. 1999). Menurut Mardikanto (2009), modulus elastisitas merepresentasikan kekakuan material dalam menahan lenturan yang terjadi akibat beban. Nilai modulus elatisitas yang besar menggambarkan sifat kekakuan yang besar, dimana kayu tidak mudah berubah bentuk akibat pembebanan.
Gambar 10. Grafik hubungan tegangan dan regangan dari baja dengan karbon medium (sumber: http://www.mathalino.com)
Pada balok yang diberikan beban (load) pada titik tengah terjadi defleksi dari balok dimana besarnya defleksi maksimum yang terjadi pada pusat balok diperoleh dengan rumus:
∆ (11)
Sedangkan pada balok dengan sistem kantilever menghasilkan defleksi maksimum dengan rumus berikut :
∆ (12)
D.
Pemanenan
Dalam pemanenan buah-buahan terdapat beberapa hal yang menjadi perhatian yaitu, waktu panen, metode pemanenan dan kualitas pemanenan karena umumnya buah-buahan yang dipanen diharapkan memiliki penampilan yang menarik dan tingkat kematangan yang sesuai dengan kebutuhan konsumen.
Tanaman jarak pagar sudah dapat dipanen mulai umur 4-5 bulan setelah tanam dan dapat dipanen terus-menerus sampai umur 50 tahun. Jika ditanam pada kondisi optimal jarak pagar dapat dipanen 3 sampai 4 kali dalam setahun. Kriteria buah yang dapat dipanen sangat tergantung pada jenis pemanfaatannya. Untuk pemanfaatan sebagai benih, buah jarak pagar yang dipanen harus sudah matang dengan kulit buah berwarna kuning. Sedangkan untuk bahan pembuat biodiesel, buahnya dipilih yang bewarna cokelat kehitaman. Ciri lainnya yaitu kulit buah terbuka secara alami, karena ketika kulit buah terbuka menunjukkan bahwa biji dibagian dalam telah masak. Menurut Srivastava (1993), kerja fungsional yang dibutuhkan untuk sebuah alat panen adalah proses pelepasan, pengontrolan, penyeleksian dan transportasi. Pada pemanenan buah-buahan diperlukan mekanisme untuk melepaskan buah dari batang utama. Mekanisme pelepasan ini dapat dilakukan dalam beberapa cara, yaitu: 1) Melepaskan buah secara langsung dari cabang dengan menggunakan tangan, gunting atau alat pemetik yang dapat memotong dan memetik, hal ini merupakan cara konvensional dalam pemanenan namun cara ini didahului dengan proses penyeleksian sehingga pemanenan sesuai dengan yang diinginkan (Gambar 11). Metode ini sulit dilakukan untuk tanaman yang memiliki ketinggian lebih dari tinggi manusia sehingga memerlukan alat bantu seperti galah pemetik atau menggunakan elevator untuk mengangkat tubuh pemanen (Gambar 12); 2) Menggetarkan batang utama sehingga buah lepas dan ditampung, umumnya cara ini digunakan untuk memanen buah dari tanaman yang berbentuk pohon misalnya apel dan ceri (Gambar 13). Pemanenan dengan mekanisme ini memiliki kecenderungan untuk merusak tanaman; 3) Mengoncangkan cabang-cabang tanaman sehingga buah akan terlepas dan kemudian ditampung. Mekanisme ini lebih efektif karena tidak merusak tanaman dan dapat menyeleksi buah yang dipanen, selain itu dapat digunakan untuk memanen buah dari tanaman yang berupa perdu, semak belukar dan pohon. Pemanenan buah jeruk di Amerika menggunakan mekanisme tersebut.
(a) (b)
Gambar 11. Cara panen konvensional (a) dan alat panen konvensional (b) (sumber: http://www.life.com dan http://www.hobbyfarms.com)
Gambar 12. Alat panen alpukat di Meksiko (elevator) (sumber: http://www.fao.org)
(a) (b)
Gambar 13. Alat panen apel di Eropa (a) dan alat panen ceri di Kanada
(sumber: http://www.engine.kubota.ne.jp dan http://www.cherrycountryconnection.com)
Gambar 14. Alat panen jeruk di Amerika (sumber: http://teleoscope.blogspot.com)
Mekanisme dengan menggoncangkan cabang-cabang tanaman dapat juga disebut dengan metode penyisiran. Metode ini dapat diaplikasikan dari satu sisi tanaman atau dari dua sisi dimana tanaman akan dilewati oleh alat panen dapat dilihat pada Gambar 14. Saat ini telah dikembangkan alat panen buah jarak dengan mekanisme ini dimana tanaman jarak akan dilewati oleh alat panen ini. Dengan pertimbangan tinggi tanaman tertentu dan tetap (Gambar 15).
Jarak pagar memiliki persentase berat kernel rata-rata 65% dan sisanya merupakan berat kulit dengan kisaran 35%. Buah jarak memiliki berat rata-rata 2.1 gr, sementara biji jarak memiliki berat 0.53-0.86 gram (Makkar et al. 1997 diacu dalam Kusumayanti 2008).
Di Indonesia, cara pemanenan buah jarak dilakukan secara manual dengan memetik buah yang telah masak dengan tangan atau gunting. Produktivitas penuh tanaman jarak terjadi pada umur 5 tahun dengan kemampuan menghasilkan 5-6 kg biji/ tanaman/ tahun. Produksi akan stabil setelah tanaman berumur lebih dari 5 tahun. Dengan tingkat populasi tanaman antara 2500 pohon/ ha,
maka tingkat produktivitas antara 5-10 ton biji/ ha. Jika rendemen minyak sebesar 35% maka setiap ha lahan dapat diperoleh 2.5-5 ton minyak/ ha/ tahun (Hambali, 2006).
Gambar 15. Alat panen jarak yang telah dikembangkan di Amerika (sumber: http://www.kotakeittio.fi dan http://www.oxbocorp.com)
