I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Irigasi adalah faktor yang sangat menentukan dalam kegiatan pertanian. Pada mulanya kegiatan irigasi hanya sebatas

Transkripsi

1 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Irigasi adalah faktor yang sangat menentukan dalam kegiatan pertanian. Pada mulanya kegiatan irigasi hanya sebatas mengairi lahan dengan air saja tanpa mempedulikan berapa air yang sebenarnya dibutuhkan oleh lahan dan tanaman. Dewasa ini di seluruh belahan dunia mulai terjadi krisis air bersih sehingga penggunaan air bersih harus dilakukan sebijaksana mungkin. Air bersih kini lebih diprioritaskan untuk minum dan pemenuhan kebutuhan rumah tangga lainnya sehingga penggunaan air tawar bersih untuk sektor lainnya seperti pertanian harus dibatasi. Salah satu sistem irigasi yang hemat dalam penggunaan air adalah irigasi bertekanan. Sistem irigasi bertekanan yang mulai berkembang dan digunakan dalam pertanian di Indonesia yaitu irigasi curah dan tetes. Sistem irigasi bertekanan memiliki keunggulan dalam efisiensi pemakaian air dan dapat digunakan pada daerah yang relatif bergelombang khususnya untuk sistem irigasi curah. Dalam proses perancangan irigasi bertekanan, banyak faktor yang harus diperitungkan agar dihasilkan debit siraman yang seragam pada tiap emtiter. Model rancangan hidrolika sub unit irigasi tetes telah dibangun oleh Prastowo, et al (2007) dalam bentuk tabel dan nomogram. Selain dalam bentuk tabel dan nomogram, kriteria hidrolika sub unit irigasi tetes juga telah dikembangkan dalam bentuk program komputer dengan tehnik komputasi numerik dan aplikasi jaringan saraf tiruan. Model rancangan sub-unit irigasi tetes tersebut berguna untuk mempermudah perhitungan dalam proses perancangan hidrolika sub unit irigasi tetes. Seperti halnya dengan irigasi tetes pengembangan model rancangan hidrolika sub unit untuk irigasi curah juga sangat diperlukan, melihat semakin banyaknya penggunaan sistem irigasi curah pada pertanian-pertanian di Indonesia. Pengguanaan pencurah dalam pertanian di Indonesia semakin lama semakin bekembang. Irigasi curah biasannya digunakan pada lahan pertanian dengan kemiringan tidak seragam seperti didaerah perbukitan dan juga banyak digunakan di taman-taman kota ataupun lapangan golf. Pencurah juga digunakan pada salah satu sistem hidroponik kultur air yaitu sistem aeroponik yang sekarang ini banyak

2 digunakan oleh petani-petani sayur di Indonesia. Oleh karenanya dari program komputer untuk irigasi tetes yang sudah ada tersebut, diharapkan dapat dikembangkan pula model karakteristik rancanagan hidrolika sub unit irigasi curah. B. Permasalahan Jumlah dan spesifikasi pencurah maupun jenis dan diameter pipa yang beredar di pasaran sangat beragam. Oleh karena itu, tahapan rancangan hidrolika sub unit biasa dilakukan dengan metoda coba-ralat (trial-error method). Hal ini cukup rumit dan membutuhkan waktu yang tidak sedikit, terlebih bagi para pemula. Kesalahan pada perhitungan rancangan hidrolika sub unit akan membuat desain sistem menjadi tidak tepat dan tentu akan mempengaruhi nilai koefisien keseragaman penyiraman serta efisiensi sistem secara keseluruhan. Maka dibutuhkan suatu metoda perhitungan rancangan hidrolika sub unit yang sederhana sehingga memudahkan desain irigasi curah dan meminimalkan kesalahan perancangan. Saat ini telah dibangun suatu software untuk rancangan hidrolika subunit irigasi tetes oleh Prastowo, et al (2007). Software tersebut dikembangkan dengan teknik komputasi numerik dan jaringan syaraf tiruan. Namun belum ada software sejenis untuk perancangan hidrolika sub unit irigasi curah. Oleh karena itu diperlukan suatu pengujian terhadap validitas software tersebut untuk mengetahui kemampuan software tersebut bila diaplikasikan pula pada perancangan hidrolika sub unit irigasi curah. Bila software tersebut diketahui valid maka dibuat tabel dan nomogram sebagai model karakteristik rancangan hidrolika sub unit irigasi curah. Bila software tersebut diketahui tidak valid maka dibuat rekomendasi untuk perbaikan software tersebut sehingga dapat digunakan untuk perancangan hidrolika sub unit irigasi curah pada tekanan tinggi dan buat tabel serta nomogram dari hasil perhitungan manual yang sesuai dengan ketentuan.

3 C. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah: 1. Menguji validasi dari software yang telah dikembangkan untuk model rancangan hidrolika sub unit irigasi tetes terhadap model rancangan sub unit irigasi curah dengan tekanan tinggi (4-7 Bar). 2. Mengembangkan model rancangan hidrolika sub unit irigasi curah dengan tekanan tinggi (4-7 Bar) dalam bentuk Tabel dan Nomogram. D. Manfaat Penelitian Dari penelitian ini akan dihasilkan model rancangan sub unit irigasi curah dengan tekanan tinggi yang dapat digunakan untuk mempermudah perancangan jaringan perpipaan irigasi curah.

4

5 b. Sistem Portabel, merupakan sistem irigasi curah dimana dalam pengoperasiannya, pipa utama, pipa leteral dan pompa dapat dipindahpindahkan (Pillsbury dan Degan, 1968). Agar lebih memudahkan dalam proses pemindahan, komponen sistem irigasi dibuat dari aluminium atau plastik. Dengan sistem ini pemberian tambah air yang dibutuhkan oleh suatu lahan pertanian dengan cepat dapat dilaksanakan (Benami dan Ofen 1984, diacu dalam skripsi Ikadawanto 1993). c. Sistem semi-portabel, mempunyai pipa utama yang ditanam dalam tanah sehingga bersifat permanen, pipa lateral merupakan komponen yang dapat dipindah-pindahkan disepanjang pipa utama. Pipa lateral terbuat dari aluminium yang dilengkapi dengan quick couple yang melengkapi dengan klep. d. Sistem solid-set, pada sistem ini perpindahan lateral dibatasi. Lateral diletakkan pada lahan tepat saat musim tanam dan hanya pada musim tersebut. Sistem ini banyak digunakan pada lahan yang banyak membutuhkan waktu irigasi yang pendek dan berulang kali (Michael, 1978). Umumnya digunakan pada kebun-kebun buah serta perusahaan perkebunan dimana terdapat kekurangan tenaga kerja (Binami dan Ofen 1984, diacu dalam skripsi Ikadawanto 1993). Sesuai dengan kapasitas dan luas areal yang diairi sistem irigasi sprinkler dibagi menjadi tiga yaitu farm system, field system, dan incomplete farm system (Benami dan Ofen 1984, diacu dalam skripsi Ikadawanto 1993). a. Sistem farm, dimana sistem irigasi curah dirancang untuk luas lahan dan merupakan satu-satunya fasilitas untuk pemberian air. b. Sistem field, dimana sistem irigasi curah dirancang untuk dipasang dibeberapa lahan pertanian dan biasanya dipergunakan untuk pemberian air pendahaluan pada petak persemaian. c. Sistem incomplete farm, dimana sistem irigasi curah dirancang untuk dapat diubah menjadi sitem field dan sebaliknya. Sedangkan klasifikasi sistem irigasi sprinkler berdasarkan pencurahannya dibedakan menjadi tiga yaitu pencurah dengan nozel, pencurah dengan pipa performansi, dan pencurah dengan pipa berputar.

6 Partowijoto (1974), mengklasifikasikan sistem irigasi curah berdasarkan tekanan operasional unit pompa yang digunakan. Klasifikasi tersebut disajikan pada tabel 1. berikut ini. Tabel 1. Klasifikasi system irigasi sprinkler berdasarkan tinggi rendahnya tekanan air Sistem irigasi curah Tekanan (Kg/cm 2 ) Tekanan rendah Tekanan sedang Tekanan tinggi Tekanan sangat tinggi >7.00 Sedangkan berdasarkan tekanan air yang lebih terperinci menurut USDA disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Klasifikasi system irigasi sprinkler berdasarkan tekanan air menurut USDA Sistem irigasi curah Tekanan (Kg/cm 2 ) Tekanan rendah Tekanan sedang Tekanan menengah Tekanan tinggi Tekanan hidrolik Tekanan pipa performansi Tekanan undertree low angle G. Pencurah Tekanan Tinggi Pencurah (sprinkler) berfungsi untuk mengaplikasikan air secara seragam ke atas permukaan tanah yang dapat digunakan oleh tanaman untuk menghasilkan buah, biji, atau zat kering. Beberapa karakteristik kinerja pencurah dapat mempengaruhi keserasian tampilan tempat tertentu dari suatu kondisi lahan. Contohnya adalah tipe pencurah, tipe dan ukuran orifice, posisi dan jarak spasi pemasangan serta tekanan operasi (Kranz, et al., 2005).

7

8 2. Rain-gun Gambar 3. Rain-gun Sistem Ini menggunakan sprinkler putar besar yang bekerja pada tekanan tinggi mengairi areal yang luas. Umumnya pencurah dipasang pada alat angkut bergerak sinambung memotong lahan selama beroperasi dan disebut travelers. Akhir-akhir ini menjadi sangat populer karena biaya modal per hektar relatif rendah dan kebutuhan tenaga lebih kecil. Rain-guns umumnya beroperasi pada tekanan tinggi 5-10 bar, dengan debit m 3 /jam. Dalam satu setting mampu mengairi areal lebar 100 m dan panjang 400 m (sekitar 4 ha) laju aplikasi berkisar antara 5 35 mm/jam. Gun sprinkler biasanya beroperasi secara individu dari pada di sepanjang lateral (Keller, 1990). H. Rancangan Hidrolika Pipa Sub Unit Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia, rancangan diartikan sebagai sesuatu yang sudah dirancang atau hasil dari kegiatan merancang. Selain itu, rancangan juga disetarakan pengetiannya dengan rencana atau program. Hidrolika adalah salah satu cabang teknik sipil yang mempelajari perilaku aliran air secara mikro maupun makro, pada aliran di saluran tertutup (misalnya pipa) maupun saluran terbuka atau sungai ( Menurut Qudus (2002), kata hidrolika berasal dari bahasa Yunani, Hydor, yaitu cabang ilmu teknik yang mempelajari perilaku air dalam keadaan diam dan bergerak. Perilaku air yang dipelajari adalah aliran pada saluran tertutup dan terbuka. Hidrolika dibedakan dalam 2 (dua) bidang, yaitu hidrostatika yang

9 mempelajari zat cair keadaan diam, dan hidrodinamika yang mempelajari zat cair bergerak. Rancangan hidrolika pipa sub unit merupakan perancangan teknis hidrolika pipa pada suatu sub unit. Artinya, perilaku air yang dianalisis akan mengasilkan dimensi pipa yang sesuai untuk suatu sub unit. Keller (1990) menyebutkan sub unit adalah area yang dialiri dari setiap tekanan atau titik aliran yang telah diatur. Suatu area irigasi dapat terdiri atas beberapa sub unit, bergantung pada desain tata letak area irigasi tersebut. Contoh skema tata letak dan komponen irigasi curah diperlihatkan pada Gambar 4. pipa manifold lateral n valve pipa utama lateral 2 lateral 1 lateral 3 Gambar 4. Skema dan tata letak pipa sub-unit Dalam suatu perancangan sistem irigasi curah, kondisi klimatik harus diperhatikan. Salah satu dari faktor klimatik tersebut adalah angin. Kecepatan angin pada area yang akan disirami mempengaruhi nilai keseragaman penyiraman dan juga penentuan overlap dan besar spasi pencurah. Berikut adalah tabel penentuan overlap pada setiap kondisi kecepat angin yang berbeda:

10 Tabel 3. Penentuan Overlap Berdasarkan Perbedaan Kec. Angin No Rata-rata Kec. Angin Max. Spasi Sprinkler % diameter basahan % diameter basahan % diameter basahan 4 >13 30% diameter basahan Beberapa parameter yang diperhitungkan dalam perancangan hidrolika pipa antara lain: 1. Tekanan (Head) Dalam pengertian umum, tekanan adalah pengukur energi yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem irigasi curah dan secara spesifik didefinisikan sebagai gaya yang bekerja seragam pada suatu luasan tertentu dengan satuan N/m 2. Seringkali dinyatakan dalam kn/m 2, atau bar dimana 1 bar = 100 kn/m 2 = 1 kgf/cm 2 = 14,5 lbf/in 2. Satuan lainnya yang sering dipakai adalah psi (pound per square inch atau lbf/in 2 ) dalam unit Imperial, dan kilogram gaya per cm 2 (kgf/cm 2 ) dalam unit Eropa. Tekanan dalam pipa dapat diukur dengan alat Bourdon gauge. Di dalam alat ini terdapat suatu tabung lengkung berbentuk oval yang berusaha untuk meregang jika di bawah tekanan. Tabung ini dihubungkan dengan skala pengukur tekanan. Insinyur perencana sering menyatakan tekanan dalam satuan tinggi air (head of water) karena lebih nyaman untuk digunakan. Jika pengukur Bourdon digantikan dengan tabung vertikal, tekanan air menyebabkan air dalam tabung akan naik. Tingginya kenaikan air ini digunakan sebagai pengukur tekanan dalam pipa. Dalam SI unit: Head air (m) = 0,1 x Tekanan (kn/m 2 ), atau Head air (m) = 10 x Tekanan (bar). Pada imperial units : Head air (ft) = 2,31 x Tekanan (psi). 2. Hidrolika Nozel Secara umum hubungan antara tekanan atau head dengan debit pencurah atau nozel ditunjukkan pada persamaan berikut (Prastowo, 2002): q Kd P... /1.1/ q Kd H... /1.2/

11 dimana : q : debit pencurah (l/menit); Kd : koefisien debit nozel sesuai dengan peralatan yang digunakan; P : tekanan operasi pencurah (kpa); H : head operasi pencurah (m). 3. Aliran dalam Pipa Debit adalah banyaknya air yang mengalir dalam suatu satuan waktu (M/T). Pada sistem irigasi curah, variasi debit yang diijinkan adalah < 10 persen. Artinya, perbedaan debit yang terjadi sepanjang aliran dalam pipa harus tidak lebih besar dari 10 persen nilai debit yang dirancang. Debit aliran dalam pipa dapat diketahui dengan rumus: Q Q l m q N.../1.3/ a Q q N.../1.4/ dimana : q a Q l l lateral : debit pencurah (l/detik); : debit pada pipa lateral (l/detik); Q m : debit pada pipa manifold (l/detik); N : banyaknya jumlah pencurah. Jenis pipa dispesifikasikan dengan diameter-dalam (internal diameter) atau diameter luar tergantung pada bahannya, dan tekanan aman (safe pressure). Kehilangan tekanan dalam aliran pipa tergantung pada kekasaran pipa, debit aliran, diameter, dan panjang pipa. Kekasaran pipa akan bertambah seiring tingkat keausan dan umur dari pipa tersebut. Kehilangan energi gesekan pipa dapat dihitung dengan menggunakan rumus : a. Untuk pipa kecil (< 125 mm) J = 7.89 x 10 7 x (Q 1.75 /D 4.75 ).../1.5/ b. Untuk pipa besar (³ 125 mm) J = 9.58 x 10 7 x (Q 1.83 /D 4.83 ).../1.6/ - Tanpa outlet Hf = J x (L/100).../1.7/

12 - Dengan multi outlet yang berjarak seragam Hf = J x F x (L/100).../1.8/ - Untuk sambungan Hl = Kr x 8.26 x 10 4 x (Q 2 / D 4 ).../1.9/ dimana : J: gradien kehilangan head (m/100 m); hf: kehilangan head akibat gesekan (m); hl: kehilangan head akibat adanya katup dan sambungan (m); Q: debit sistem (l/det); D: diameter dalam pipa (mm); F: koefesien reduksi; Kr: koefesien resistansi; L: panjang pipa (m). Tabel 4. Koefesien Reduksi (F) untuk Pipa Multi Outlet Jumlah Outlet F Jumlah Outlet F Ujung 1) Tengah 2) Ujung 1) Tengah 2) 1 1,00 1,00 8 0,42 0,38 2 0,64 0,52 9 0,41 0,37 3 0,54 0, ,40 0,37 4 0,49 0, ,39 0,37 5 0,46 0, ,38 0,36 6 0,44 0, ,37 0,36 7 0,43 0, ,36 0,36 1) Sprinkler pertama berjarak 1 interval dari pipa utama 2) Sprinkler pertama berjarak 1/2 interval dari pipa utama Sumber : Prastowo, F juga dapat dihitung dengan menggunakan rumus (Prastowo dan Liyantono, 2002) :

13 ( b 1) F.../1.10/ 2 b 1 2N 6N dengan b : koefisien debit aliran dalam pipa (untuk pipa PVC, b = 1.75). Selain itu, diketahui bahwa h f J F L /1.11/ sehingga dapat diketahui banyaknya pencurah dan panjang pipa yang diperlukan, karena : L N y.../1.12/ dimana : L N y : panjang pipa lateral atau pun manifold yang diperlukan (m); : banyaknya jumlah pencurah atau lateral; : spasing (interval atau jarak antar pencurah dan pipa lateral) (m) Kehilangan tekanan pada debit tertentu akan lebih besar terjadi pada diameter pipa yang lebih kecil. Kehilangan tekanan akan naik secara cepat dengan bertambahnya debit aliran, khususnya pada dimeter pipa kecil. Kehilangan tekanan bertambah secara linier dengan bertambah panjangnya pipa, jika panjang pipa menjadi dua kali maka kehilangan tekanan juga menjadi dua kali. Diameter pipa ditentukan berdasarkan kehilangan tekanan yang diijinkan, yaitu diameter yang memberikan kehilangan tekanan lebih kecil pada debit aliran yang diinginan. Sebagai pegangan kasar untuk menentukan diameter pipa pada berbagai debit dan panjang pipa dapat digunakan Tabel 3 yang didasarkan pada kecepatan aliran dalam pipa lebih kecil dari 1,5 m/det.

14 Tabel 5. Pedoman untuk Menentukan Diameter Pipa Panjang pipa (m) Debit < > 500 (m 3 /jam) Diameter pipa (mm) Sumber : Kalsim, Kehilangan head pada sub unit ( Ps) dibatasi tidak lebih dari 20% dari tekanan operasi ratarata sistem. Kehilangan head (hf) pada lateral harus Hl, demikian juga halnya pada manifold (pembagi) kehilangan headnya (hf) harus lebih kecil atau sama dengan Hm. Kehilangan tekanan karena gesekan di pipa utama maksimum sebesar 0.41 m/10 m. Tekanan inlet lateral yang tertinggi diambil sebagai outlet manifold pada sub unit. Ps = 20% x Ha.../1.13/ Hl = 0,55 Ps ± Z lateral.../1.14/ Hm = 0,45 Ps ± Z manifold.../1.15/ dimana : Ps : kehilangan head yang diijinkan pada sub unit (m), Hl : kehilangan head yang diijinkan pada lateral (m), Ha : tekanan operasi rata-rata pencurah (m), Hm : kehilangan head yang diijinkan pada manifold (m), Z lateral : perbedaan elevasi sepanjang lateral (m), Z manifold : perbedaan elevasi sepanjang manifold (m), - : elevasi menurun, + : elevasi menaik

15 I. Sistem Pakar Menurut Oxman (1985), sistem pakar adalah perangkat lunak komputer yang menggunakan pengetahuan ( aturan-aturan tentang sifat dari unsur suatu masalah), fakta, dan teknik inferensi untuk masalah yang biasanya membutuhkan kemampuan sorangahli. Tujuan perancangan sistem pakar adalah untuk mempermudah kerja atau menggantikan tenaga ahli, penggabuangan ilmu dan pengalaman dari beberapa tenaga ahli, training tenaga ahli baru, penyediaan keahlianyang diperlukan oleh suatu proyek yang tidak ada atau tidak mampu membayar tenaga ahli. pada prinsipnya sistem pakar tersusun dari beberapakomponen yang mencakup: a. Fasilitas akuisi pengetahuan b. Sistem berbasis pengetahuan (knowledge base system) c. Mesin inferensi (inference engine) d. Fasilitas untuk penjelasan dan justifikasi, dan e. Penghubung antara pengguna dan sitem pakar Menurut Fauset (1994), jaringan saraf tiruan (JST) adalah suatu sitem pemrosesan informasi yang memilki karakteristik-karakteristik menyerupai jaringan syaraf biologi. Menurut Rao & Rao (1993), JST adalah suatu grup pemrosesan elemen-elemen (neuron) dimana suatu subgroup (layer) melakukan komputasi yang independen dan meneruskan hasilnya ke subgroup berikutnya. Kelebihan dan kekurangan JST antara lain: Kelebihan: 1. JST dapat melakukan apa yang tidak dapat linear program lakukan 2. Ketika terjadi kegagalan pada salah satu elemen dari JST, dapat di teruskan tanpa ada masalah pada dasarnya 3. JST tidak memerlukan pemrograman ulang 4. Dapat diterapkan pada beberapa aplikasi 5. Dapat diterapkan tanpa menimbulkan masalah Kekurangan: 1. JST membutuhkan pelatihan untuk mengoperasikannya 2. Arsitektur dari JST berbeda dengan arsitektur dari mikroprosesor oleh karena itu dibutuhkan penyesuaian

16

17

18 mungkin skala linear, logarithmic atau ada beberapa hubungan lebih kompleks. Timbangan yang lurus berguna untuk perhitungan relatif sederhana, tetapi untuk perhitungan lebih kompleks, rumit atau mudah melentur skala mungkin perlu digunakan. Penggunaan yang sederhana sebuah string tegang atau lurus tepi ditempatkan, sehingga kontak yang dikenal dua nilai pada baris. Terbaik yang diperlukan adalah membaca di baris lain. Hal ini memungkinkan perhitungan satu variabel ketika dua lainnya diketahui. Kadang-kadang tambahan baris ditambahkan yang sederhana konversi salah satu variabel lain.