ii ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI CURAH (SPRINKLER) JENIS CHALLANGER
Oleh
Khomsin Romadon
Tujuan penelitian rancang bangun sistem irigasi curah (srpinkler) jenis
challanger adalah untuk melakukan analisis hidrolika dan jaringan perpipaan,
penentuan panjang maksimal pada jaringan pipa lateral dan jaringan pipa
manifold. Penentuan jumlah nozel dan jarak maksimal antar nozel dan evaluasi perhitungan jaringan perpipaan dengan data lapangan. Hasil perhitungan volum
bak penampung air yang dibutuhkan sebesar 1,8 m3 dan pompa sebesar 198,798
watt untuk penyiraman dengan luas lahan 448 m2 selama 1 jam penyiraman.
Jaringan pipa lateral yang digunakan berdiameter 13 mm (0,5 inchi), pipa
manifold pipa yang digunakan berdiameter 19 mm (0,75 inchi). Nozel yang
digunakan adalah nozel jenis challanger dengan debit 0,03 l/detik, jangkauan
curahan 4 meter. Hasil penelitian jangkauan curahan pada tekanan 1 bar terjauh
yaitu sebesar 2,69 meter, yang terendah yaitu sejauh 2,20 meter. Jangakauan
curahan pada tekanan 1,5 bar terjauh yaitu sebesar 3,19 meter dan yang terendah
sejauh 2,44 meter. Debit curahan pada tekanan 1 bar tertinggi sebesar 0,016
liter/detik. Dan debit curahan yang terendah yaitu sebesar 0,012 liter/. Pada
tekanan 1,5 bar debit curahan terbesar yaitu 0,021 liter/detik, sedangkan terendah
adalah sebesar 0,014liter/detik. Saran dari penelitian ini untuk irigasi challanger
agar menghasilkan curahan yang maksimal maka jarak antar lateral 6 meter, dan
jarak antar sprinkler 3 meter. Koefisien keseragaman pada tekanan 1 bar adalah
sebesar 82,9%. Sedangkan untuk tekanan 1,5 bar koefisien keseragaman yang
mampu dihasilkan adalah sebesar 93,7%.
ABSTRACT
IRRIGATION SYSTEM DESIGN BULK ( SPRINKLER ) TYPE CHALLANGGER
Oleh: Khomsin Romadon
The research objective of irrigation system design bulk ( sprinkler ) Challanger
type is to analyze the hydraulics and pipeline network , determining the maximum
length of the lateral pipelines and pipeline manifold . Determination of the
number of nozzles and the maximum distance between the nozzle and the
evaluation of pipeline network calculation with field data Results calculated water
tank volume of 1.8 m3 required by 198.798 watts and pump for watering the land
area of 448m2 for 1 hour watering. Lateral pipelines used diameter of 13 mm ( 0.5
inches ) , used pipe manifold pipe diameter of 19 mm ( 0.75 inches ). Nozzles are
used with discharge nozzle type Challanger 0.03 l / sec , range outpouring of 4
meters. Research results outpouring range at 1 bar pressure is equal to 2,69 meters
farthest. Outpouring of research results at a pressure range of 1 bar furthest in the
amount of 2.69 meters , a low of 2.20 meters so far. Jangakauan drink at a
pressure of 1.5 bar farthest that is equal to 3.19 meters and 2.44 meters of the
lowest so far. Outpouring discharge at a pressure of 1 bar high of 0,016 liters /
sec. And the outpouring of the lowest discharge is equal to 0.012 liters / . At a
pressure of 1.5 bar discharge largest outpouring ie 0,021 liters / sec , while the
lowest is equal 0,014liter / sec. Suggestions from this study for irrigation
Challanger to produce an outpouring of the maximum distance between the lateral
6 meters , and the. distance between the sprinkler 3 meters. Uniformity coefficient
at a pressure of 1 bar was 82.9 % . As for the pressure of 1.5 bar are able to
produce uniformity coefficient is equal to 93.7 % .
Keywords : irrigation bulk , bulk irrigation system , irrigation discharge range and
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI
CURAH (
SPRINKLER
) JENIS
CHALLANGER
Oleh:
KHOMSIN ROMADON
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SERJANA TEKNIK PERTANIAN
Pada
Jurusan Teknik Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kalirejo pada tanggal 10 Desember
1989 sebagai anak kelima dari enam bersaudara, dari Bapak
Sutopo dan Ibu Tunsiah
Pendidikan Sekolah Dasar (SD) diselesaikan di SDN1
Wonorejo Kecamatan Penawar Aji Kabupaten Tulang Bawang pada tahun 2001,
Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP PGRI 1 Wonorejo pada tahun
2004, Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Assalam Tanjung Bintang
Lampung Selatan pada tahun 2007.
Pada tahun 2007, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung melalui jalur SMPTN.
Selama menjadi mahasiswa penulis sebagai anggota HIMA TEP, FOSSI FP, ketua
BKLDK Lampung, ketua Gema Pembebasan Lampung, dan Syabab Hizbut Tahrir
Penulis akan mempersembahkan sebuah karya
yang sederhana ini untuk:
Kedua Orang Tua Tercinta dan mertua
Bapak dan Ibu yang telah menjadi inspirasi dan menuntunku
dalam do’a yang tulus sehingga aku dapat memenuhi harapan dan
kebanggaan kalian yaitu dengan menyelesaikan kuliah sarjana
pertanian ini.
Putramu menghaturkan terima kasih yang tak terhingga atas
kasih sayang kepercayaan dan pengorbanan.
Kepada Bapak Slamet dan Ibu sarinah yang telah
mendo’akan dengan tulus,
dan terimakasih atas motivasinya.
Istri Tersayang
Istriku Ika Nurmala Dewi yang saya sayangi karna
Allah. Terimakasih telah mau menjadi pendampingku
yang selalu mensuport dan memotivasiku. Terimakasih
tulus ku persembahkan kepada istri tercinta, dan juga
kepada si kecil yang masih dalam rahimmu.
Kakak dan Adek tercinta
Mbak Siti dan keluarga, mbak nur dan keluarga, mbak nikma dan keluarga, mbak leli dan keluarga serta ahmad syarif udin terimakasih
atas semangat yang kalian berikan, dan do’a tulus dari kalian.
MOTTO
Sekali memulai pantang untuk
berhenti, kecuali jika semua telah usai.
SANWACANA
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena barkat Rahmat,
Hidayah dan Kemurahan-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Rancang Bangun Sistem Irigasi curah (sprinkler) jenis challanger” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.P selaku Dekan Fakultas
Pertanian Universitas Lampung;
2. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P selaku ketua jurusan Teknik Pertanian
Universitas Lampung;
3. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc selaku Pembimbing Akademik dan
sekaligus pembimbing utama atas kesediaanya memberikan bimbingan,
saran dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini;
4. Bapak Ahmad Tusi, S.TP., M.Si selaku Pembimbing kedua atas
kesediaanya memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses
penyelesaian skripsi ini;
5. Bapak Prof. Dr. IR. R.A. Bustomi Rosadi, M.P selaku pembahas kedua
atas kesediaanya memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam proses
penyelesaian skripsi ini;
6. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas
Lampung, terimakasih atas ilmu dan didikannya selama penulis
7. Kepada kedua orangtua tercinta: Bapak Sutopo, Ibu Tunsiah dan kedua
mertua: Bapak Slamet dan Ibu Sarinah yang telah rela mencurahkan peluh, yang namaku selalu ada dalam setiap do’a yang engkau lafazkan, yang selalu mendukung langkah yang aku ambil dalam hidup, aku haturkan
terimakasih yang tak terhingga;
8. Kepada Istriku tercinta: Ika Nurmala Dewi dan sikecil yang masih dalam
kandunganmu. Terimakasih atas kesabaran, pengertian, pengorbanan dan
motivasi yang telah engkau berikan.
9. Kepada kakak-kakak: Mbak Siti dan keluarga, Mbak Nur dan keluarga,
Mbak Nima dan keluarga, Mbak leli dan keluarga dan adek tercinta: Ahmad Syarif Udin. Terimakasih tas do’a dan motivasinya.
10.Kepada teman-teman TEP angkatan 2007.
Hanya Allah sajalah sebaik-baik pemberi balasan atas segala kebaikan mereka
dan penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,
dengan segala kerendahan hati semoga skripsi ini bermanfaat.
Bandar Lampung, 19 Desember 2014
Penulis
iii
2.2.3.Koefisien Keseragaman... 10
2.2.4. Interval, Laju, dan Lama Penyiraman... 11
2.2.5. Spesifikasi Pompa... 15
III. METODE PENELITIAN... 17
3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian... 17
3.2.Bahan dan Alat... 17
3.3.Metode Penelitian... 18
iii
3.3.2.Skema Rancangan Sistem Irigasi Sprinkler... 19
3.3.2.1. Nozel Sprinkler... 19
3.3.2.2. Hidrolika Nozel... 20
3.3.2.3. Hidrolika Perpipaan... 21
3.3.1.3. Pompa dan Sumber Air... 22
3.3.2.Perlakuan... 24
3.3.2.1. Head Loss di Pipa ... 24
3.3.2.2. Perbedaan Tekanan Terhadap Jangkauan Penyiraman ... 24
3.3.3.Pengamatan dan Pengukuran Data... 25
3.3.2.1. Keseragaman Irigasi... 25
3.3.2.2. Analisis dan Evaluasi Rancang Sistem Irigasi Sprinkler... 26
3.3.3.3. Tahapan Desain... 26
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 29
4.1. Desain Sistem Irigasi Curah (Sprinkler) jenis Challanger... 29
4.2. Analisis Hidrolika disepanjang Sistem Jaringan Irigasi Curah 34 4.2.1. Spesifikasi Nozzel Head... 34
4.2.2. Analisis Hidrolika pada Jaringan Lateral... 34
4.2.3. Analisis Hidrolika pada Jaringan Manifold... 35
4.3. Hasil Pengukuran Keseragaman Sistem Jaringan Irigasi Curah. 35 4.3.1. Radius Curahan... 35
4.3.2. Analisis Penurunan Debit Curahan... 39
4.3.3. Debit Curahan Nozel... 42
4.3.4. Analisis Penurunan Debit Curahan... 45
4.3.5. Laju Penyiraman... 47
4.3.6. Keseragaman Irigasi... 47
V. KESIMPULAN DAN SARAN... 49
5.1. Kesimpulan... 49
5.2. Saran... 50
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Teks Halaman
1. Jarak Nozel Berdasarkan Curahan Air di Bawah Kecepata
Angin... 10
2. Hasil Perhitungan Hidrolika pada Pipa Lateral... 30
3. Hasil Perhitungan Hidrolika pada Pipa Manifold... 31
4. Radius Curahan dengan Tekanan 1 bar dan 1,5 bar pada
lateral ke-1... 36
5. Radius Curahan dengan Tekanan 1 bar dan 1,5 bar pada
lateral ke-2... 36
6. Debit Curahan Nozel dengan Tekanan 1 bar dan 1,5 bar pada
lateral ke-1... 42
7. Debit Curahan Nozel dengan Tekanan 1 bar dan 1,5 bar pada
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Teks Halaman
1. Nozel jenis Challanger... 20
2. Skema Rancangan Irigasi Sprinkler... 23
3. Rancangan Bangun Sistem Irigasi Sprinkler... 24
4. Prosedur Desain Irigasi Curah... 28
5. Radius Curahan pada Jaringan Pipa Lateral 1... 37
6. RadiusCurahan pada Jaringan pipa Lateral 2... 37
7. Luas Daerah Pembasahan Irigasi Curah... 39
8. Analisis radius curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk tekanan 1 bar yang terletak pada lateral 1... 40
9. Analisis radius curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk tekanan 1,5 bar yang terletak pada lateral 1... 40
10.Analisis radius curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk tekanan 1 bar yang terletak pada lateral 2... 41
11.Analisis radius curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk tekanan 1,5 bar yang terletak pada lateral 2... 41
12.Debit Curahan dengan Tekanan 1 bar dan 1,5 bar pada Lateral 1... 43
13.Debit Curahan dengan Tekanan 1 bar dan 1,5 bar pada Latera 2... 44
vi
15.Analisis debit curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk
tekanan 1,5 bar yang terletak pada lateral 1... 45
16.Analisis debit curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk
tekanan 1bar yang terletak pada lateral 2... 46
17.Analisis debit curahan terhadap penggunaan 5 nozzel untuk
1
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penyediaan air irigasi yang cukup merupakan suatu hal yang sangat
penting bagi pertumbuhan tanaman. Untuk mendapatkan penyiraman irigasi yang
mudah, efisien serta dapat menghemat penggunaan air maka suatu teknologi
alternatif perlu diterapkan. Salah satu teknologi alternatif itu adalah irigasi curah
(sprinkler).
Sistem irigasi curah (sprinkler) merupakan salah satu teknologi yang dapat
meningkatkan efisiensi dan efektivitas penggunaan air. Pemberian air dengan
menggunakan sistem ini lebih efisien dibanding dengan irigasi permukaan.
Sehingga teknologi ini dapat diterapkan pada lahan yang memiliki luasan kecil
ataupun yang besar (Kartasapoetra dan Mulyani, 1990). Menurut Prastowo (1995)
perhitungan rancangan hidrolika sub unit perpipaan merupakan tahapan kunci
dalam proses desain irigasi curah (sprinkler).
Karena itu, penelitian ini akan merancang sistem jaringan perpipaan irigasi
curah (sprinkler) jenis challenger. Analisa hidrolika perpipaan untuk menentukan besar diameter pipa yang dapat digunakan serta panjang maksimal pipa baik pada
2
1.2. Perumusan Masalah
Perhitungan persyaratan hidrolika jaringan perpipaan harus dipenuhi untuk
mendapatkan penyiraman yang seragam yakni tingkat keseragaman yang dapat
dicapai diatas 85% dari total penyiraman (Kurniati dkk, 2007).
Jumlah dan spesifikasi nozel maupun jenis dan diameter pipa sangat
beragam, maka rancangan hidrolika sub unit akan dilakukan dengan
menggunakan coba-ralat (trial and error). Penelitian ini juga akan merancang
inovasi nozel jenis challenger, modifikasi sistem perpipaan untuk mendapatkan
panjang maksimal pipa pada lateral ataupun manifold, perencanaan sistem
penjadwalan irigasi berdasarkan model rancangan sistem irigasi curah (sprinkler).
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
a) Melakukan analisis hidrolika dan jaringan perpipaan.
b) Penentuan panjang maksimal pada jaringan pipa lateral dan jaringan pipa
utama.
c) Penentuan jumlah dan jarak maksimal nozel jenis challenger pada jaringan
sistem irigasi curah (sprinkler).
d) Evaluasi perhitungan jaringan perpipaan dengan data lapangan.
1.4.Hipotesis
Perancangan sistem irigasi curah (sprinkler) yang tepat akan memberikan
3
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Irigasi Curah
Sistem irigasi bertekanan atau irigasi curah (sprinkler) adalah salah satu metode pemberian air yang dilakukan dengan menyemprotkan air ke udara
kemudian jatuh ke permukaan tanah seperti air hujan (Keller and Bliensner,
2000).
Sistem irigasi curah (sprinkler) ini menggunakan energi tekanan untuk
membentuk dan mendistribusikan air ke lahan. Tekanan merupakan salah satu
faktor penting yang menentukan kinerja sprinkler.
Sistem irigasi curah (sprinkler) merupakan salah satu alternatif metode pemberian air dengan efisiensi pemberian air lebih tinggi dibanding dengan
irigasi permukaan. Sistem ini berbiaya mahal akan tetapi sangat murah dalam
pengoperasiannya (Kartasapoetra dan Mulyani, 1990).
Komponen sistem irigasi curah (sprinkler) terdiri dari pompa, saluran
utama (main line), saluran cabang (sub main), pipa lateral dan mata curah
(sprinkler). Sprinkler digunakan untuk menyemprotkan air dalam bentuk rintikan seperti air hujan ke lahan. Jaring utama, saluran cabang, pipa lateral digunakan
4
Kinerja (performance) irigasi curah (sprinkler) (Larry, 1988) dapat
dinyatakan dengan lima parameter, yaitu debit spinkler (spinkler discharger),
jarak pancaran (distance of throw), pola sebaran air (distribution pattern), nilai pemberian air (application rate) dan ukuran rintikan (droplet size).
2.2. Prosedur Desain Irigasi Curah
2.2.1. Tata Letak
Dalam penentuan tata letak jaringan irigasi curah (sprinkler), terdapat beberapa kriteria yang perlu diperhatikan antara lain adalah:
a. Pemasangan lateral dipasang sejajar dengan kontur lahan dan tegak lurus
dengan arah angin.
b. Harus menghindari pemasangan lateral yang naik sejajar dengan lereng,
karena lebih menghasilkan keuntungan jika pemasangan lateral menurun
ke lereng.
c. Saluran utama atau manifold dipasang naik turun atau sejajar dengan lereng.
d. Pemasangan saluran utama perlu dilakukan bila memungkinkan, sehingga
saluran lateral dapat dipasang di sekeliling.
e. Apabila memungkinkan lokasi sumber air berada ditengah-tengah areal
rancangan. Tata letak yang ideal bergantung pada jumlah sprinkler yang
5
2.2.2. Hidrolika dan Dimensi Perpipaan
Rancangan hidrolika ditujukan untuk menentukan ukuran dimensi pipa
yang digunakan (meliputi diameter pipa dan panjang pipa), maksimum jumlah
nozel per lateral dan lateral per manifold, debit, total kehilangan head, tekanan outlet dan inlet pada lateral dan manifold serta variasi debit yang dihasilkan, yang kemudian digunakan dalam meyempurnakan tata letak dari sistem yang akan
dirancang.
Panjang maksimum lateral dibatasi oleh kriteria hidrolika pipa yaitu total
kehilangan head pada pipa lateral harus lebih kecil atau sama dengan total
kehilangan head maksimum yang diijinkan pada lateral. Begitu pula dengan pipa
manifold, kehilangan head pada pipa manifold harus lebih kecil atau sama dengan
total kehilangan head maksimum yang diijinkan pada manifold (Prastowo,1995).
Kebutuhan total tekanan suatu sistem irigasi curah terdiri atas:
Static head adalah jarak vertikal air yang harus diangkat atau diturunkan antara sumber air dengan titik pengeluaran.
Pressure head adalah perbedaan ketinggian antara pompa dengan hidran tertinggi dan terendah yang mengoprerasikan lateral sepanjang pipa utama
dan pipa sub utama, yang akan memberikan nilai static head maksimum dan
6
Friction head adalah kehilangan head sepanjang pipa utama, manifold, adanya katup dan sambungan.
Velocity head adalah kecepatan aliran dalam suatu sistem irigasi curah,
velocity head jarang melebihi 2,5 m/det, sehingga velocity head jarang yang melebihi 0,3 m/det dan jika terjdi itu dapat diabaikan.
Suction lift atau perbedaan antara elevasi sumber air dan elevasi pompa. Besarnya nilai suction lift ini merupakan akumulasi antara nilai SWL (Static WaterLevel) dengan nilai surutan (drawdown) suatu sumur.
Menurut Keller dan Bliesner (2000), persamaan yang bisa digunakan
untuk menentukan kehilangan tekanan friksi atau friction loss pada bahan plastik
pipa lateral dan pipa manifold sistem irigasi curah (sprinkler) adalah:
a. Untuk pipa kecil (<125 mm)
J = 7,89 x 107 x (Q1,75/D4,75) | 1 |
b. Untuk pipa besar (≥ 125 mm)
J = 9,58 x 107 x (Q1,83/D4,83) | 2 |
c. Tanpa outlet
Hf = J x (L/100) | 3 |
d. Dengan outlet
7
e. Untuk sambungan
Hl = Kr x 8,26 x 104 x (Q2/D2) | 5 |
Keterangan:
J : gradien kehilangan head (m/100 m) hf : kehilangan head akibat gesekan (m)
hl : kehilangan head akibat adanya ketup dan sambungan (m)
Q : debit sistem (l/detik)
D : diameter dalam pipa (mm)
F : koefisien reduksi
Kr : koefisien resistensi
L : panjang pipa (m)
Hidrolika dan dimensi perpipaan yang terjadi dapat ditentukan sebagai berikut:
Sprinkler
Kehilangan tinggi tekanan pada sprinkler menurut Finkel (1982) dalam
Kurniati dkk (2007), yaitu:
| 6 |
Keterangan :
8
Kd: data empiris pada pipa
Qe :debit aliran pada sprinkler (m3/det) D: diameter sprinkler (mm).
Lateral
Debit pada rancangan lateral secara matematis menurut Schwab et.al.
(1981) dalam Kurniati dkk (2007) adalah:
QL = Qn.N | 7 |
Keterangan :
QL : Debit aliran pada lateral (m3/detik)
Qn : Debit aliran pada nozel (m3/detik)
N : Jumlah nozel
Kehilangan tinggi pada lateral adalah sebagai berikut:
| 8 |
| 9 |
Keterangan :
QL : Debit aliran pada lateral (m3/detik)
n : Jumlah sprinkler
Hfl : Head loss lateral (m)
K : Koefisien belokan, sambungan, alat pengatur pipa
9
C : Koefisien kekerasan Hazen-Williams
F : Faktor koreksi untuk pipa
Pipa utama
Perhitungan debit pada rancangan pipa utama secara matematis menurut
dapat di hitung dengan persamaan berikut:
Qm = QL.N | 10 |
Ketrangan :
N : Jumlah lateral pada pipa utama
Qm : Debit aliran pada pipa utama (manifold) (m3/detik) QL : Debit aliran pada lateral (m3/detik)
Sedangkan untuk perhitungan Hf untuk pipa utama sama dengan pada pipa
lateral.
Kerugian belokan dan sambungan pipa
Menurut Sularso (2000) untuk kerugian akibat belokan dan sambungan
pipa secara matematis dapat dihitung menggunakan persamaan :
| 11 |
10
Pemilihan jarak nozel didasarkan pada diameter curahan air, tekanan nozel
dan kapasitas debit nozel. Jarak nozel maksimum berdasarkan curahan air di
bawah kondisi kecepatan angin dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Jarak Nozel Berdasarkan Curahan Air di Bawah Kecepatan Angin
Kecepatan Sumber: Schwab et al. 1981
Menurut Christiansen (1942) dalam Keller dan Bliesner (2000) derajat
keseragaman merupakan salah satu faktor petunjuk efisiensi irigasi terutama
11
biasanya dinyatakan dalam koefisiensi keseragaman dengan mengunakan
persamaan Christiansen (CU).
| 13 |
Keterangan :
CU = koefisien keseragaman (%)
Xi = pengukuran air dari area Overlapping (cc)
X = rata-rata dari pengukuran pada area Overlapping (cc) n = banyaknya Sprinkler yang Overlapping pada suatu area i = 1,2,3,... n.
= Jumlah deviasi absolut dari tiap-tiap pengukuran (cc)
Dalam perancangan sistem irigasi curah, nilai CU yang dianggap baik
adalah lebih besar dari 85% (Merkley dan Allen, 2004).
2.2.4. Interval, Laju dan Lama Penyiraman
Dalam konsep desain yang akan diterapkan pada setiap blok irigasi perlu
dilakukan penentuan kedalaman air irigasi dan interval irigasi. Penentuan
kedalaman pemberian air irigasi digunakan untuk menentukan banyaknya air
irigasi yang harus diberikan, sedangkan interval irigasi yang digunakan dalam
desain adalah interval irigasi yang terpendek. Berikut ini beberapa persamaan
yang digunakan dalam desain adalah:
12
FX = dn/Ud | 15 |
D = dn/(Ea/100) | 16 |
Keterangan :
dx = RAW = kedalaman bersih air irigasi maksimum (mm)
MAD (Management Allowed Defisit) = faktor p = Fraksi kandungan air tanah
tersedia
Nilai dn yang dipilih seharusnya sama atau lebih kecil dari nilai dx. Apabila
nilai dn diganti dengan dengan dx, interval irigasi maksimum fx akan di peroleh.
Dalam rancangan desain irigasi curah, diameter curah nozel
mempengaruhi nilai laju penyiraman, penentuan jarak nozel pada lateral, serta
menentukan luasan lahan yang dapat terairi. Diameter curahan air yang
disemprotkan nozel dan akibat rotasi nozel ditentukan dengan persamaan sebagai
berikut:
| 17 |
Keterangan :
13
d = diameter lubang nozel (mm)
h = tekanan nozel (m)
Laju penyiraman adalah laju jatuhnya air ke permukaan tanah yang
disemprotkan dari lubang nozel. Besarnya laju penyiraman dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut:
| 18 |
keterangan:
I = laju penyiraman rata-rata (mm/jam)
K = faktor konversi sebesar 60
Q = debit sprinkler (l/menit)
Se = jarak sprinkler dalam lateral (m) SI = jarak lateral (m)
Waktu aplikasi pemberian air irigasi adalah waktu yang dibutuhkan untuk
melakukan penyiraman air irigasi sesuai dengan kedalaman air irigasi yang
ditentukan. Untuk derajat keamanan yang masih memungkinkan, waktu aplikasi
sebaiknya tidak melebihi 90% dari total waktu potensial 24 jam yaitu 21,6 jam per
hari. Waktu aplikasi pemberian air irigasi dihitung dengan persamaan berikut:
| 19 |
keterangan:
14
AGD (Actual Gross Depth )= d = kedalaman kotor air irigasi (mm)
I = laju penyiraman rata-rata (mm/jam)
Kebutuhan kapasitas air pada sistem irigasi curah bergantung pada luas
areal yang diirigasi, kedalaman air irigasi yang diberikan dan lama operasi
pemberian air per irigasi, dengan mengikuti persamaan berikut:
| 20 |
Keterangan :
QS = Kapasitas/debit sistem (l/detik)
K = Konstanta sebesar 2,78
A = Luas areal/blok irigasi (Ha)
d = Kedalaman kotor air irigasi (mm)
f = Periode operasi per irigasi atau selang interval irigasi (hari)
t = Rata-rata lama operasi irigasi (jam/hari)
Bila kapasitas sistem yang diperoleh lebih besar dari debit yang tersedia,
maka perlu dilakukan beberapa hal, seperti: pengurangan luas areal, pengurangan
banyaknya tanpa irigasi atau penambahan jam operasi irigasi per hari.
Jumlah nozel yang digunakan dapat ditentukan berdasarkan keadaan areal
dengan menggunakan persamaan berikut:
| 21 |
Keterangan :
15
QS = kapasitas/debit sistem (l/detik)
qa = debit nozel rata-rata (l/detik)
2.2.5. Spesifikasi Pompa
Jenis pompa yang bisa digunakan pada suatu sistem irigasi curah adalah
sentrifugal dan turbin. Keller dan Bliesner (2000) menyatakan bahwa pompa
sentrifugal digunakan apabila debit dan tekanan yang dibutuhkan relatif kecil,
sedangkan pompa turbin digunakan apabila debit dan tekanan yang dibutuhkan
relatif besar.
Karakteristik suatu pompa biasanya ditujukan oleh suatu kurva
karakteristik pompa yang dinyatakan hubungan antara kemampuan menaikkan air
(H), besarnya debit (Q), efisiensi (E), jumlah putaran per menit (N) dan besarnya
tenaga (P). Besarnya tenaga yang diperlukan untuk pemompaan air tergantung
pada debit pemompaan, total head dan efisiensi pemompaan yang secara
matematis ditujukan pada persamaan berikut:
| 22 |
Keterangan :
BHP (Brake Horse Power)= tenaga penggerak (kW)
Q = debit pemompaan (l/detik)
TDH = total dynamic head (m)
C = faktor konversi sebesar 102,0
16
Besarnya total dinamik head (H) dihitung dengan persamaan:
TDH = SH + E + Hf1 + Hm + Hf2 + Hv + He + Hs | 23 |
Keterangan :
SH = beda elevasi sumber air dengan pompa (m)
E = beda elevasi pompa dengan lahan tertinggi (m)
Hf1 = kehilangan head akibat gesekan sepanjang pipa penyaluran dan
distribusi (m)
Hm = kehilangan head pada sambungan-sambungan dan ketup (m) Hf2 = kehilangan head pada sub unit (m), besarnya 20% dari Ha Hv = Velocity head (m), besarnya 0,3 m
He = tekanan operasi emitter (m)
Hs = head untuk faktor keamanan (m), besarnya 20% dari total kehilangan
17
III. METODE PENELITIAN
3.1Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Rekayasa Sumberdaya Lahan dan
Air Jurusan Teknik Pertanian. Dan Lahan Parkir Jurusan Teknik Pertanian di
Fakultas Pertanian, Universitas Lampung pada bulan Juni sampai dengan Juli
2014.
3.2Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah air, pipa PVC (0,5”,
3/4”), sambungan pipa (Tee, elbow, reducer sock,sock drat, dll), lem pipa dan
listrik.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sprinkler jenis
challenger, pompa air, water meter, pressure gage/pengukur tekanan, manometer,
meteran, gergaji besi, wadah penampung, waterpas, gelas ukur 500 ml, stopwatch,
18
3.3 Metode Penelitian
3.3.1 Desain Pendahuluan
Desain pendahuluan dimaksudkan untuk menentukan tata letak, penentuan
spesifikasi sprinkler, spesifikasi pipa manifold dan lateral, spesifikasi pompa dan kapasitas sistem.
a. Spesifikasi sprinkler
Adapun spesifikasi sprinkler yang akan digunakan adalah:
Jenis : Challanger
Tekanan :1-1,5 bar
Kapasitas : 0,03 l/det
Radius penyiraman : 4 meter
Diameter pembasahan : 8 meter
Spasing (jarak antar sprinkler dan lateral) : 4 meter
b. Spesifikasi pipa manifold dan pipa lateral
Panjang maksimum lateral dibatasi oleh kriteria hidrolika pipa, yaitu total
kehilangan head pada pipa lateral harus lebih kecil atau sama dengan total
kehilangan head maksimum yang diijinkan pada lateral yaitu sebesar 11%. Begitu
pula dengan pipa manifold, kehilangan head pada pipa manifold harus lebih kecil
atau sama dengan total kehilangan head maksimum yang diijinkan pada manifold
yaitu sebesar 9%. Jadi total kehilangan head pada sistem jaringan pipa manifold
19
c. Kapasitas sistem
Kapasitas sistem merupakan blok-sub unit irigasi sistem yang terdiri dari
rangkaian bak penampung air, pompa, sistem jaringan perpipaan dan sprinkler
atau nozel.
3.3.2 Skema Rancangan Sistem Irigasi Sprinkler
Rancangan sistem irigasi sprinkler yang akan dibuat seperti pada Gambar
1. Sistem ini memiliki tiga bagian utama, yaitu nozel sprinkler, sistem jaringan perpipaan, pompa dan tenaga penggerak.
3.3.2.1 Nozel Sprinkler
Nozel sprinkler Gambar 1 yang akan digunakan adalah challenger dengan
spesifikasi sebagai berikut :
Tekanan operasional sprinkler : 1-1,5 bar
Kapasitas sprinkler : 0,03 l/detik
20
Gambar 1. Nozel jenis challenger
3.3.2.2Hidrolika Nozel
Secara umum hubungan antara tekanan atau head dengan debit sprinkler
atau nozel dirujukan pada persamaan berikut:
|23|
|24|
Keterangan :
q = debit sprinkler (l/menit)
Kd = koefisien debit nozel sesuai dengan peralatan yang digunakan
P = tekanan operasi sprinkler (kPa)
H = head operasi sprinkler (m)
3.3.2.3 Hidrolika Perpipaan
Sistem jaringan perpipaan terdiri dari pipa utama, manifold, dan lateral. Menentukan dimensi dan panjang pipa digunakan metode coba-ralat seperti yang
tertera pada Gambar 4. Menurut Merkley dan Allen (1990) beberapa persamaan
21
friktion loss pada bahan plastik pipa lateral dan pipa utama sistem jaringan irigasi curah adalah persamaan |1| sampai persamaan |5|.
Kehilangan head pada sub unit (∆Ps ) dibatasi tidak lebih dari 20% dari tekanan operasi rata-rata sistem. Kehilangan head (Hf) pada lateral harus lebih
kecil atau sama dengan ∆HI, demikian juga halnya pada manifold, kehilangan
head (Hf) harus lebih kecil atau sama dengan ∆Hm. Tekanan inlet lateral yang
tertinggi diambil sebagai outlet manifold pada sub unit.
∆Ps = 20% x Ha | 25 |
∆HI = 0,55 ∆Ps±Z lateral | 26 |
∆Hm= 0,45 ∆Ps± Z manifold | 27 |
Keterangan :
∆Ps = kehilangan head yang dijinkan pada sub-unit (m)
Hl = kehilangan head yang dijinkan pada lateral (m)
Ha = tekanan operasi rata-rata sprinkler (m)
∆Hm = kehilangan head yang dijinkan pada manifold (m)
Z lateral = perbedaan elevasi sepanjang lateral (m)
Z manifold = perbedaan elevasi sepanjang manifold (m)
- = elevasi menurun
+ = elevasi menaik
Untuk mendapatkan penyiraman yang seragam sepanjang lateral,
diameter dan panjang pipa serta penempatannya ditentukan sedemikian rupa,
22
yang ditentukan berdasarkan distribusi tekanan dijelaskan dengan persamaan
berikut :
| 28 |
Bila tekanan head rata-rata diambil dari ujung :
Q = ((Pinx/Pex)-1) x 100 |29|
Keterangan :
∆Q = perbedaan debit sprinkler sepanjang lateral (%)
Pin = tekanan pada inlet lateral (m)
Pend = tekanan pada outlet lateral (m)
Pe = tekanan rata-rata pada sprinkler (m)
X = eksponen debit sprinkler
3.3.1.3. Pompa dan Sumber Air
Pompa yang digunakan jenis pompa listrik/PLN. Sumber air irigasi yang
akan digunakan bersumber dari sumur petak, embung atau sumber lainnya. Dalam
penelitian ini akan dianalisis kebutuhan volume kolam penampung berdasarkan
luasan areal yang akan ditanami dan lokasi lahan jauh dari sumber air.
Perhitungan analisis kebutuhan air kolam penampung menggunakan persamaan:
23
Pompa Jangkauan curahan
Pipa Utama Pipa Lateral
keterangan:
Vol = volume kolam/bak penampung
T = waktu irigasi (jam)
Q = debit sprinkler (l/jam)
n = jumlah sprinkler
Gambar rancangan sistem irigasi sprinkler yang akan dibuat adalah
sebagai berikut:
24
Pipa Utama Pipa Lateral
Rancangan sistem irigasi sprinkler yang akan dibuat adalah sebagai
berikut:
Gambar 3. Rancangan Bangun Sistem Irigasi Sprinkler
3.3.2. Perlakuan
3.3.2.1. Head Loss di Pipa
Penentuan besar head loss yang terjadi di sepanjang pipa lateral ataupun
pada pipa manifold secara teoritis menggunakan persamaan |8|. Sedangkan head
loss yang terjadi pada sprinkler menggunakan persamaan |6|. Selanjutnya besarnya
nilai head loss digunakan untuk menentukan besarnya pipa yang akan digunakan.
3.3.2.2. Perbedaan Tekanan Terhadap Jangkauan Penyiraman
Ada dua perbedaan tekanan yang akan diterapkan dalam jaringan sistem
irigasi sprinkler yaitu tekanan 1 bar dan 1,5 bar. Penentuan tekanan dikontrol
dengan menggunakan bypass yang ada pada jaringan pipa utama. Secara teoritis
jika tekanan kecil, besarnya jangkauan penyiraman juga akan kecil. Semakin
besarnya tekanan yang diberikan maka besarnya jangkauan juga akan semakin
besar. Pengaruh besarnya perbedaan tekanan terhadap jangkauan penyiraman
25
Berikut ini adalah prosedur pengambilan data untuk menentukan besarnya
jangkauan penyiraman:
Mesin pompa dihidupkan, dan dibiarkan air curahan selama 5 menit.
Diameter curahan diukur setelah curahan air terlihat membasahi tanah.
Penentuan besarnya tekanan pada sprinkler dilakukan dengan meletakkan
manometer pada pangkal sprinkler, setelah mesin pompa dinyalakan
besararnya tekanan pada sprinkler akan terbaca.
3.3.3. Pengamatan dan Pengukuran Data
3.3.3.1. Keseragaman Irigasi
Pengukuran keseragaman irigasi sprinkler dengan menggunakan
persamaan |13| . Pengujian besarnya keseragaman dilakukan dengan menggunkan
data volume pada wadah penampung. Berikut ini adalah prosedur pengambilan
data untuk menguji keseragaman irigasi sprinkler:
Wadah penampung (cup) diletakkan pada area irigasi dengan jarak antar
wadah 1 meter.
Mesin pompa dihidupkan.
Air curahan dibiarkan mengalir selama 5 menit. Selama proses irigasi
berlangsung, dilakukan pengukuran jarak lebar untuk masing-masing
26
Setelah selesai dilakukan pengukuran volume air yang ditampung dalam
wadah menggunakan gelas ukur.
3.3.3.2. Analisis dan Evaluasi Rancang Sistem Irigasi Sprinkler
Analisis yang dilakukan adalah head loss yang terjadi dalam sistem
perpipaan, analisis hubungan tekanan operasi pompa dengan keseragaman irigasi,
jarak lemparan curahan air, dan tinggi riser serta model desain peletakkan
sprinkler, panjang maksimal pada pipa lateral dan pipa utama/manifold.
Dan selanjutnya data-data ini akan digunakan untuk memberikan masukan
dan batasan perancangan irigasi sprinkler jenis challenger jika sistem ini akan diterapkaan.
3.3.3.3. Tahapan Desain
Desain irigasi curah dilakukan dengan mengikuti diagram alir prosedur
desain seperti pada Gambar 4. Tahapan desain yang harus dilakukan adalah
sebagai berikut:
a. Menyusun rancangan pendahuluan, mencangkup pembuatan skema
tata letak (lay-out) serta penetapan jumlah dan luas-sub unit dan blok irigasi
b. Perhitungan rancangan hidrolika sub-unit dengan mempertimbangkan
karakteristik hidrolika pipa dan spesifikasi sprinkler. Apabila
persyaratan hidrolika sub-unit tidak terpenuhi yaitu ∆H pada lateral
≤11% dari Ha, dan untuk ∆H pada manifold ≤9% dari Ha, alternatif
27
- Modifikasi tata letak
- Mengubah diameter pipa
- Mengganti spesifikasi sprinkler
c. Finalisasi (optimalisasi) tata letak.
d. Perhitungan total kebutuhan tekanan (total dynamic head) dan
kapasitas sistem berdasarkan desain tata letak yang sudah final serta
dengan mempertimbangkan karakteristik hidrolika pipa yang
digunakan
e. Penentuan jenis dan ukuran pompa air beserta tenaga/mesin
penggeraknya.
Adapun jumlah dan spesifikasi sprinkler maupun jenis dan diameter pipa
yang sangat beragam, maka tahapan rancangan hidrolika sub unit harus dilakukan
28
Bagian 2. Hidrolika Pipa
Bagian 3. Pompa
Menyusun Nilai Faktor-faktor rancangan
Membuat skema lay out dan menetapkan luas sub unit dan blok irigai
Perhitungan rancangan hidrolik sub unit; 1. Lateral
a. Panjang
b. Jumlah emiter per paralel 2. Manifold
a. Panjang
b. Jumlah lateral per monifold
a. Modifikasi lay-out b. Ubah diameter pipa c. Ganti spesifikasi emiter
Finalisasi lay-out optimalisasi
Perhitungan TDH dan kapasitas sistem
Penentuan;
a. Jenis dan ukuran pipa
b. Jenis dan kekuatan tenaga penggerak
Bagian 1. Rancangan awal
49
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan
sebagai berikut:
1. Luas lahah/blok yang teririgasi adalah 448 m2 , total sprinkler yang
digunakan 10 buah. Pipa lateral yang digunakan adalah pipa dengan
diameter dalam 13 mm (5 inchi) dan panjang pipa dari masing masing pipa
lateral 20 meter, pipa manifold yang digunakan adalah pipa dengan ukuran diameter dalam 19 mm (7,5 inchi) dengan panjang pipa 8 meter.
Pipa lateral dibuat menjadi dua jaringan, dan masing-masing jaringan pipa
lateral dipasang 5 buah sprinkler.
2. Terdapat perbedaan antara spesifikasi nozle dari pabrik pembuatan dengan
hasil penelitian. Spesifikasi yang dikeluarkan pabrik pembuat nozle jenis
challanger dengan tekanan 1-1,5 bar kapasitas debit sprinkler 0,03 liter/detik dengan radius curahan 4 meter. Dari hasil penelitian
menunjukkan debit sprinkler yang mampu dihasilkan maksimal adalah
sebesar 0,021 liter/detik dengan radius maksimal yang mampu dihasilkan
50
3. Radius curahan pada tekanan 1 bar terjauh sebesar 2,69 meter. dan
terpendek yaitu sebesar 2,20 meter. Radius curahan pada tekanan 1,5 bar
terjauh sebesar 3,19 meter dan yang terendah 2,44.
4. Debit curahan pada tekanan 1 bar terbesar 0,016 liter/detik. Terendah
sebesar 0,012 liter/detik. Pada tekanan 1,5 bar debit terbesar 0,021
liter/detik. Sedangkan yang terendah yaitu sebesar 0,014 liter/detik.
5. Laju penyiraman rata-rata pada jaringan irigasi sprinkler jenis challanger
adalah sepesar 0,07622 mm/jam pada tekanan 1 bar dan 0,089 mm/jam
pada tekanan 1,5 bar.
6. Tingkat keseragaman yang dihasilkan dalam penelitian ini cukup baik,
karena diatas 85%. Besarnya tingkat keseragaman curahan dengan tekanan
1 bar adalah 82,9 %, pada tekanan 1,5 bar adalah 93,7 %.
5.2. Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui model
rancanganan yang pas untuk tiap-tiap jenis tanaman.
2. Perlu dilakukan analisa investasi pembuatan, pengoperasian dan perawatan
mengingat sistem jaringan irigasi curah (sprinkler) memiliki investasi yang
banyak diawal pembuatan.
3. Untuk mendapatkan keseragaman penyiraman dengan menggunkan sistem
DAFTAR PUSTAKA
James, G. Larry. 1988. Principles of Farm Irrigation System Design. New York. USA
Kartasapoetra, A. G. dan M. S. Mulyani. 1990. Teknologi Pengairan Pertanian. Bumi. Aksara. Jakarta
Kasiran. 2006. Teknologi Irigasi Tetes “RO DRIP” untuk Budidaya Tanaman
Sayuran di Lahan Kering Dataran Rendah. Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia Vol. 8 : 26-30
Keller, J. and D, R. Bliensner. 2000. Springkler and Trickle Irrigation. Blackburn Presss.
Kurnati, Evi.,. S. Bambang, dan T. Afrillia. 2007. Desain Jaringan Irigasi Curah (Sprinkler Irrigation) Pada Tanaman Anggrek. Jurnal Teknologi Pertanian, vol.8 (1) : 35-45
Mechram, S. 2008. Penetuan Head Loss Emitter Tipe Selang Kecil dari Bahan Lokal Sepanjang PipaLateral pada Sistem IrigasiTetes. Jurnal Teknologi Pertanian Vol. 9 : 114 – 120
Merkley, and Allen. 2004. Sprinkler & Trickle Irrigation Lecture Notes.state university
Prastowo, B. 1995. Kriteria Pengembangan Irigasi Sprinkler dan Drip. Fateta-IPB. Bogor
Suhardi. 1983. Dasar-dasar Bercocok Tanam. Kanisius. yogyakarta.
Sularso, Haruo, Tahara. 2000. Pompa dan Kompresor: Pemilihan, Pemakaian dan Pemeliharaan. PT Pradnyana Paramitha. Jakarta
52
Umar, S. 2012. Sistem Irigasi Tetes untuk Mengatasi Kekeringan dan
Meningkatkan Produktifitas Tanaman di Lahan Rawa. Jurnal Teknologi Pertanian vol.7: 42-49
