SKRIPSI
MEMPELAJARI MODEL RANCANGAN HIDROLIKA
SUB UNIT IRIGASI CURAH DENGAN TEKANAN RENDAH
Oleh :
Syelvia Ikramatunnafsiah
F14050932
2009
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
MEMPELAJARI MODEL RANCANGAN HIDROLIKA
SUB UNIT IRIGASI CURAH DENGAN TEKANAN RENDAH
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
Pada Departemen Teknik Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Syelvia Ikramatunnafsiah
F14050932
2009
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
Syelvia Ikramatunnafsiah. F14050932. Mempelajari Model Rancangan
Hidrolika Sub Unit Irigasi Curah dengan Tekanan Rendah. Di bawah
bimbingan: Prastowo. 2008
RINGKASAN
Faktor penting dalam keberhasilan penerapan sistem irigasi curah adalah
perancangan yang tepat dan efisiensi operasional dari sistem yang dirancang.
Desain irigasi curah dilakukan dengan beberapa tahapan. Perhitungan rancangan
hidrolika sub unit merupakan tahapan kunci dalam proses desain irigasi curah.
Persyaratan hidrolika jaringan perpipaan harus dipenuhi untuk mendapatkan
penyiraman yang seragam.
Jumlah dan spesifikasi sprinkler (pencurah) maupun jenis dan diameter
pipa yang beredar di pasaran sangat beragam. Tahapan rancangan hidrolika sub
unit biasa dilakukan dengan metoda coba-ralat (trial-error method). Hal ini cukup
rumit dan membutuhkan waktu yang tidak sedikit. Maka dibutuhkan suatu metoda
perhitungan rancangan hidrolika sub unit yang sederhana sehingga memudahkan
dan meminimalkan kesalahan dalam perancangan irigasi curah.
Saat ini telah dibangun suatu software untuk rancangan hidrolika sub unit
irigasi tetes oleh Prastowo, et al (2007) yang dikembangkan dengan teknik
komputasi Newton-Raphson dan Jaringan Syaraf Tiruan (JST). 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. Pada penelitian ini, nilai tekanan kerja sub unit
dibatasi untuk tekanan rendah yaitu 1-2 Bar.
Data yang digunakan pada penelitian ini merupakan data sekunder. Data
diperoleh dengan melakukan telaah pustaka baik pada buku-buku literatur, karya
tulis ilmiah, internet, maupun sumber informasi lainnya. Data yang diperoleh
dianalisis dengan metode coba-ralat berdasarkan teori teknik irigasi curah
sehingga diperoleh suatu rancangan hidrolika sub unit irigasi curah. Proses uji
validasi software dilakukan dengan tiga cara, yaitu : a) Membandingkan hasil
perhitungan dengan metode coba-ralat dengan hasil pengolahan data dari software
tersebut; b) Melakukan pembuktian besarnya kehilangan tekanan yang terjadi
dengan menggunakan output pengolahan data dari software sebagai panjang pipa
lateral dan manifold-nya; dan c) Melakukan statistik uji terhadap perbedaan hasil
perhitungan data.
Dari pencarian data yang dilakukan, diperoleh data spesifikasi pencurah
sebanyak 215 buah. Data spesifikasi pencurah yang dicari adalah debit
operasional rata-rata (qa, L/s), tekanan operasional (Ha, m), serta jarak spasi
pemasangan pencurah (y, m). ). Setelah dilakukan substitusi
persamaan-persamaan yang dibutuhkan, didapatkan persamaan-persamaan untuk menghitung panjang
pipa lateral yang dibutuhkan yaitu
×
×
×
×
=
+
+
y
q
D
Ha
N
N
N
7 1.75 75 . 4 75 . 0 75 . 1 75 . 210
89
.
7
11
1443
.
0
5
.
0
3636
.
0
dan persamaan untuk menghitung panjang pipa manifold yang dibutuhkan yaitu
×
×
×
×
=
+
+
y
q
D
Ha
N
N
N
7 1.75 75 . 4 75 . 0 75 . 1 75 . 210
89
.
7
9
1443
.
0
5
.
0
3636
.
0
dengan D = diameter pipa (mm) dan N = jumlah pencurah/lateral atau jumlah
lateral/manifold.
Setelah dilakukan perhitungan dengan metode coba-ralat, terdapat
beberapa data spesifikasi teknis pencurah yang memiliki nilai N < 1. Hal ini
karena diameter pipa tersebut terlalu kecil sehingga kehilangan tekanan yang
terjadi pada pipa melebihi batas yang diijinkan. Terdapat pula hasil perhitungan
untuk panjang pipa yang mencapai nilai lebih dari 6000 m karena debit pencurah
kecil sedangkan tekanan operasionalnya cukup tinggi.
Software Aplikasi Irigasi Tetes dengan Metode JST tidak dapat digunakan
untuk perancangan hidrolika sub-unit irigasi curah tekanan rendah. Hal ini karena
terdapat interval nilai tertentu pada 4 unit lapis masukan (input layer) metode JST
tersebut, yaitu : debit penetes (l/jam), tekanan kerja penetes (m), jarak penetes
(m), dan jarak antar pipa lateral (m).
Setelah dilakukan validasi terhadap software Aplikasi Irigasi Tetes Metode
Newton-Raphson dapat disimpulkan bahwa metode tersebut valid dan dapat
digunakan untuk perancangan hidrolika sub unit irigasi curah dengan tekanan
rendah. Sehingga telah dibangun model rancangan hidrolika sub unit irigasi curah
degan tekanan rendah dalam bentuk tabel dan nomogram. Namun untuk pencurah
dengan jarak spasi lebih besar dari 30 m, metode ini tidak dapat digunakan. Baik
untuk Metode Newton-Raphson maupun JST, masih diperlukan beberapa
perbaikan untuk membangun software serupa untuk perancangan hidrolika sub
unit irigasi curah.
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
MEMPELAJARI MODEL RANCANGAN HIDROLIKA
SUB UNIT IRIGASI CURAH DENGAN TEKANAN RENDAH
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
Pada Departemen Teknik Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
Syelvia Ikramatunnafsiah
F14050932
Dilahirkan pada tanggal 8 Agustus 1989
di Sukabumi
Lulus pada tanggal _______________
Menyetujui,
Bogor, September 2009
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Ir. Prastowo, M.Eng
Dr. Satyanto K. Saptomo, S.TP, MSi.
Mengetahui
Ketua Departemen Teknik Pertanian
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Syelvia Ikramatunnafsiah. Dilahirkan pada
tanggal 8 Agustus 1989 di Kota Sukabumi. Penulis merupakan anak kedua dari
empat bersaudara dari pasangan Drs. Uding Hoerudin, HM. dan Dra. Elih Yuliah,
M.Ag. Penulis menamatkan pendidikan dasar di SDN Kebonjati 1 Kota Sukabumi
pada tahun 2001 kemudian melanjutkan ke SMPN 1 Kota Sukabumi dan tamat
pada tahun 2003. Pada tahun 2005 penulis lulus dari SMAN 3 Kota Sukabumi dan
pada tahun yang sama penulis melanjutkan studi di Departemen Teknik Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor melaluji jalur Ujian Seleksi
Masuk IPB (USMI).
Selama menjadi mahasiswa IPB, penulis pernah menjadi asisten mata
kuliah Mekanika Fluida pada tahun 2007 dan 2008 serta Pendidikan Agama Islam
pada tahun ajaran 2007-2008, dan pada semester genap tahun ajaran 2008-2009.
Penulis pernah menjadi anggota LDK DKM Al-Hurriyyah pada tahun 2005-2006,
menjadi Sekretaris Divisi Sosial Politik BEM Fateta Kabinet Totalitas Pengabdian
pada tahun 2006-2007, dan menjadi Ketua Divisi Keputrian Forum Bina Islami
Fateta (FBI-F) Kabinet Merah Saga pada tahun 2007-2008. Selain itu penulis juga
aktif di organisasi mahasiswa daerah Ikatan Keluarga dan Mahasiswa Sukabumi
(IKAMASI) selama tahun 2005-2009.
Pada tahun 2008 penulis melaksanakan Praktek Lapangan di PTPN VIII
Goalpara Sukabumi dengan judul
Aspek Teknik Tanah dan Air di Kebun Teh
PTPN VIII Goalpara, Sukabumi dan menyelesaikan Tugas Akhir di bawah
bimbingan Dr. Ir. Prastowo, M.Eng dengan judul
Mempelajari Model
Rancangan Hidrolika Sub Unit Irigasi Curah dengan Tekanan Rendah
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT, karena hanya dengan rahmat dan
ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini penulis susun
sebagai penyelesaian pelaksanaan Tugas Akhir guna memperoleh gelar sarjana
Teknologi Pertanian.
Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1.
Dr. Ir. Prastowo, M.Eng. selaku dosen Pembimbing Akademik atas arahan dan
bimbingannya dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
2.
Orang tua penulis, Teh Syalwa, De’ Gina dan De’ Fadli yang telah banyak
memberikan doa dan kasih sayang mereka kepada penulis.
3.
Dr. Satyanto K. Saptomo, S.TP, MSi. selaku dosen pembimbing kedua atas
bantuan dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini.
4.
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S. selaku dosen penguji atas koreksi dan
masukan yang diberikan untuk memperbaiki skripsi ini.
5.
Teman-teman seperjuangan penulis, Mami Lisma, Abang Hadi, dan Indri yang
memberikan dorongan, pencerahan, serta menguatkan penulis dikala
mengalami kebuntuan.
6.
Sahabat-sahabat penulis di Wisma Tiara (Mba Vivi, Mba Dina, Mba Ryant,
Mba Fiya, Mba Nura, Mba Intan, Ega, Uliz, Afnie, Picil, Tati, Tata, dan Qoi)
atas dorongan semangat dan motivasi mereka pada penulis.
7.
My Group Of Heaven atas cinta, dukungan, dan perhatian pada penulis.
8.
Guru Kedewasaan penulis, atas inspirasi dan nasehat yang diberikan dalam
mengarungi samudera kehidupan.
9.
Papa Cecep, atas bantuannya dalam pengembangan software penelitian ini.
10.
Adik-adik penulis tersayang (Nadiyah, Chyntia, Eva, Lili, Hilda, Riska,
Yasmin, Fitri, Atiq, Mae, Santi, Rini, Putri, Venni, Dian, dll.) serta
kakak-kakak terkasih (Ka Chie, Ka Gema, Ka Eka, Bos Shafeeg, Choir, Anas, Lily,
Mba Denok, Fitrah, dll).
11.
Seluruh teman-teman Teknik Pertanian IPB angkatan 41, 42, 43, 44, dan 45
atas dorongan semangat yang telah diberikan.
12.
Saudara-saudara di Forum Bina Islami Fateta (FBI-F) kabinet Merah SAGA
dan kabinet Lingkar Cendekia, Forum Silaturahmi Lembaga Dakwah Kampus
IPB (FSLDKI), dan Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA).
13.
Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu atas dukungan,
motivasi, dan dorongan semangat yang diberikan.
Penulis menyadari keterbatasan kemampuan dalam menyusun skripsi ini.
Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun
dengan harapan dapat memperbaiki skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat
bermanfaat sebagaimana mestinya.
Bogor, September 2009
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...
i
DAFTAR ISI ...
iii
DAFTAR TABEL ...
v
DAFTAR GAMBAR ...
vi
DAFTAR LAMPIRAN ...
viii
I. PENDAHULUAN ...
1
1.1
Latar Belakang ………...…………
1
1.2
Permasalahan ………....………..
4
1.3
Tujuan Penelitian ………....………
4
1.4
Manfaat Penelitian ………....…………..
4
II. TINJAUAN PUSTAKA ...
5
2.1
Irigasi Curah ...
5
2.2
Rancangan Hidrolika Pipa Sub Unit ...
8
2.3
Pencurah ...
13
2.4
Sistem Pakar ...
15
III. METODE PENELITIAN ...
18
3.1
Waktu dan Tempat ...
18
3.2
Kerangka Pemikiran ...
18
3.3
Metode Pengumpulan Data ...
18
3.4
Metode Analisis Data ...
18
3.5
Bahan dan Alat ...
19
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN …...………...
21
4.2 Penggunaan Metode Jaringan Syaraf Tiruan ………...
26
4.3 Penggunaan Metode Numerik (Newton-Raphson) ...
27
4.4 Validasi software Aplikasi Irigasi Tetes untuk Irigasi Curah
27
V. PENUTUP ...
42
5.1
Kesimpulan ………....……….
42
5.2
Saran ………....……...
42
DAFTAR PUSTAKA ...
43
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.
Kriteria kesesuaian lokasi penerapan irigasi curah ...
6
Tabel 2.
Klasifikasi sistem irigasi curah berdasarkan tekanan
operasional pencurah ...
7
Tabel 3.
Koefesien Reduksi (F) untuk Pipa Multi Outlet ……….
11
Tabel 4.
Pedoman untuk menentukan diameter pipa ...
12
Tabel 5.
Spasi maksimum untuk pencurah bertekanan rendah
sampai medium ...
14
Tabel 6.
Karakteristik operasional beberapa tipe pencurah
bertekanan rendah ...
14
Tabel 7.
Interval nilai lapis masukan JST ...
26
Tabel 8.
Nilai regresi kuadrat (R
2) pipa lateral ………
28
Tabel 9.
Nilai regresi kuadrat (R
2) pipa manifold …………...
28
Tabel 10.
Z hitung untuk pipa lateral ………..
36
Tabel 11.
Z hitung untuk pipa manifold ...
37
Tabel 12.
Contoh tabel rancangan hidrolika sub unit irigasi curah
tekanan rendah ...
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.
Alur prosedur desain irigasi curah ...
3
Gambar 2.
Skema jaringan irigasi curah ...
7
Gambar 3.
Skema tata letak pipa sub unit ...
9
Gambar 4.
Tipe pencurah bertekanan rendah ...
15
Gambar 5.
Tampilan program desain hidrolika sub-unit dengan
metode
Newton-Raphson ...
17
Gambar 6.
Tampilan program desain hidrolika sub-unit dengan
metode
JST ...
17
Gambar 7.
Kerangka pemikiran penelitian ...
20
Gambar 8.
Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa lateral diameter 13
mm ...
29
Gambar 9.
Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa lateral diameter 19
mm ...
29
Gambar 10. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa lateral diameter 25
mm ...
30
Gambar 11. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa lateral diameter 32
mm ...
30
Gambar 12. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa manifold diameter 25
mm ...
31
Gambar 13. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa manifold diameter 40
mm ...
31
Gambar 14. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa manifold diameter 50
mm ...
Gambar 15. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa manifold diameter 60
mm ...
32
Gambar 16. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa manifold diameter 75
mm ...
33
Gambar 17. Grafik perbandingan hasil perhitungan metode
coba-ralat dan Newton-Raphson pipa manifold diameter 90
mm ...
33
Gambar 18. Contoh nomogram rancangan hidrolika sub unit irigasi
curah tekanan rendah untuk pipa lateral ...
40
Gambar 19. Contoh nomogram rancangan hidrolika sub unit irigasi
curah tekanan rendah untuk pipa manifold ...
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Contoh brosur spesifikasi pencurah ...
44
Lampiran 2. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa lateral ...
45
Lampiran 3. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa manifold diameter 25 mm ...
50
Lampiran 4. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa manifold diameter 40 mm ...
55
Lampiran 5. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa manifold diameter 50 mm ...
60
Lampiran 6. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa manifold diameter 60 mm ...
65
Lampiran 7. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa manifold diameter 75 mm ...
70
Lampiran 8. Hasil perhitungan metode coba-ralat dan
Newton-Raphson untuk pipa manifold diameter 90 mm ...
75
Lampiran 9. Grafik perbandingan hasil dan persamaan regresi pipa
lateral dan manifold ...
I.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Irigasi secara umum didefinisikan sebagai pemberian air ke dalam tanah
untuk keperluan penyediaan cairan yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman
(Hansen, et al., 1979). Pemberian irigasi bertujuan untuk menambah kekurangan
air dari pasokan hujan untuk pertumbuhan tanaman yang optimum. Selain itu,
irigasi juga bertujan untuk menyediakan perlindungan bagi tanaman terhadap
kekeringan sesaat, untuk mengurangi resiko pembekuan, untuk mencuci garam
dalam tanah, serta membuat lingkungan pertumbuhan menjadi lebih nyaman
dengan mendinginkan tanah dan atmosfir di sekitarnya.
Hansen, et al. (1979) menyebutkan pemberian air irigasi untuk tanaman
secara umum terbagi menjadi empat metoda, yaitu: (a) irigasi permukaan (surface
irrigation), (b) irigasi bawah-permukaan tanah (sub-surface irrigation), (c) irigasi
curah (sprinkle irrigation), dan (d) irigasi tetes (drip atau trickle irrigation).
Pemilihan metoda irigasi tersebut bergantung pada air yang tersedia, iklim, tanah,
topografi, kebiasaan, serta jenis dan nilai ekonomis tanaman.
Irigasi curah dan tetes disebut juga irigasi bertekanan (pressurized
irrigation). Metoda irigasi curah mulai dikembangkan pada tahun 1900-an.
Penerapan sistem irigasi curah untuk lahan pertanian pertama kali adalah pada
penyiraman halaman rumput kota. Sebelum tahun 1920, irigasi curah terbatas
hanya untuk tanaman perkebunan, kebun bibit, dan kebun buah-buahan (Hansen,
et al., 1979). Kini, baik metoda irigasi curah maupun irigasi tetes banyak
digunakan di perusahaan agro-industri. Irigasi curah banyak diterapkan oleh
perkebunan tebu, kopi, nanas, bawang, dan jagung, sedangkan irigasi tetes banyak
diterapkan pada pertanian rumah kaca untuk melon, cabai, bunga krisan, dan
sayuran.
Pada awalnya dibutuhkan biaya investasi cukup tinggi untuk menerapkan
metoda irigasi bertekanan. Namun dengan perhitungan dan penentuan desain yang
akurat, didukung oleh operasional dan pemeliharaan yang tepat, maka penerapan
irigasi bertekanan akan mampu mengurangi biaya pokok budidaya. Hal ini karena
secara teori, efisiensi dari metoda irigasi bertekanan lebih tinggi dibandingkan
irigasi permukaan maupun bawah permukaan.
Menurut Prastowo (2002), sistem irigasi curah lebih efisien dari sistem
irigasi permukaan karena dapat mengurangi kehilangan air berupa perkolasi dan
limpasan (run off). Sistem irigasi tetes lebih efisien dari sistem irigasi curah
karena hanya memberikan air pada daerah perakaran. Sistem irigasi tetes dapat
mengurangi kehilangan air irigasi pada bagian lahan yang tidak efektif untuk
pertumbuhan tanaman. Namun dalam aplikasinya di lapangan, nilai efisiensi
irigasi bertekanan tersebut hanya dapat tercapai bila jaringan irigasi yag dibangun
dapat memberikan air secara seragam dan pengoperasian jaringan irigasi
dilakukan dengan jadwal yang tepat.
Hansen, et al. (1979) menyebutkan faktor penting dalam keberhasilan
penerapan sistem irigasi curah adalah perancangan yang tepat dan efisiensi
operasional dari sistem yang dirancang. Desain irigasi curah dilakukan dengan
beberapa tahapan. Diagram alir prosedur desain disajikan pada Gambar 1. Adapun
faktor-faktor rancangan yang dibutuhkan meliputi sifat fisik tanah, air tanah
tersedia, laju infiltrasi, evapotranspirasi tanaman, curah hujan efektif, dan
kebutuhan air irigasi.
Perhitungan rancangan hidrolika sub unit merupakan tahapan kunci dalam
proses desain irigasi curah. Persyaratan hidrolika jaringan perpipaan harus
dipenuhi untuk mendapatkan penyiraman yang seragam. Pada metoda irigasi
curah, koefisien keseragaman (coefficient of uniformity) harus lebih besar dari
85%. Hal ini karena koefisien keseragaman merupakan parameter yang umum
digunakan untuk mengevaluasi keseragaman penyebaran air. Semakin tinggi
keseragaman penyebaran air maka efisiensi sistem irigasi curah tersebut dapat
dikatakan semakin tinggi. Rancangan dan tata letak sistem irigasi curah harus
teliti agar mendapatkan tingkat efisiensi yang tinggi.
Menyusun nilai faktor-faktor rancangan
Membuat skema lay-out dan menetapkan
luas sub unit dan blok irigasi
Hidrolika pipa:
Perhitungan rancangan
Spesifikasi sprinkler:
•
Nomogram
hidrolika sub unit :
•
qa
Hazen-William;
1. Lateral : panjang,
•
Ha
•
Faktor reduksi
jumlah spriknler
•
Radius penyiraman
(outlet);
per lateral
•
Laju penyiraman
•
K minor losses
2. Manifold : panjang,
•
Koef. keseragaman
jumlah lateral
•
Jarak spasi
per manifold
•
Modifikasi lay-out
•
∆
H pada lateral
Tidak
•
Ubah diameter
≤
11 % Ha
pipa
•
∆
H pada manifold
•
Ganti spesifikasi
≤
9 % Ha
sprinkler
Ya
Finalisasi lay-out (optimalisasi)
Perhitungan TDH dan kapasitas sistem (Qs)
Penentuan :
•
Jenis dan ukuran pompa
•
Jenis dan kekuatan tenaga
•
Penggerak
Pompa/mesin tersedia Tidak
di pasaran/lapangan
Ya
Selesai
1.2 Permasalahan
Jumlah dan spesifikasi sprinkler (pencurah) maupun jenis dan diameter
pipa yang beredar di pasaran sangat beragam. Tahapan rancangan hidrolika sub
unit biasa dilakukan dengan metoda coba-ralat (trial-error method). Hal ini cukup
rumit dan membutuhkan waktu yang tidak sedikit. 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 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 Newton-Raphson 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.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1.
Melakukan validasi software rancangan hidrolika sub unit irigasi tetes yang
telah ada untuk perancangan hidrolika sub unit irigasi curah.
2.
Membangun nomogram dan tabel sebagai suatu model karakteristik rancangan
hidrolika sub unit irigasi curah pada tekanan rendah (1-2 Bar).
1.4 Manfaat Penelitian
Untuk mendukung terciptanya irigasi curah yang efisien, diperlukan suatu
perhitungan rancangan hidrolika sub unit yang akurat. Penelitian ini dimaksudkan
untuk membantu memudahkan perhitungan rancangan hidrolika sub unit irigasi
curah pada tekanan rendah.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Irigasi Curah
Irigasi curah (sprinkle irrigation) disebut juga overhead irrigation karena
pemberian air dilakukan dari bagian atas tanaman terpancar menyerupai curah
hujan (Prastowo, 2002). Air disemprotkan dengan cara mengalirkan air
bertekanan melalui orifice kecil atau nozel. Tekanan biasanya didapatkan dengan
pemompaan. Untuk mendapatkan penyebaran air yang seragam diperlukan
pemilihan ukuran nozel, tekanan operasional, spasing pencurah dan laju infiltrasi
tanah yang sesuai.
Beberapa keuntungan irigasi curah dalam Prastowo (2002) antara lain:
1.
Efisiensi pemakaian air cukup tinggi
2.
Dapat digunakan untuk lahan dengan topografi bergelombang dan kedalaman
tanah (solum) yang dangkal, tanpa diperlukan perataan lahan (land grading).
3.
Cocok untuk tanah berpasir yang laju infiltrasi cukup tinggi.
4.
Aliran permukaan dapat dihindari sehingga memperkecil kemungkinan
terjadinya erosi.
5.
Pemupukan terlarut, herbisida dan fungisida dapat dilakukan bersama-sama
dengan air irigasi.
6.
Biaya tenaga kerja untuk operasi biasanya lebih kecil daripada irigasi
permukaan
7.
Dengan tidak diperlukannya saluran terbuka, maka tidak banyak lahan yang
tidak dapat ditanami, tidak mengganggu operasi alat dan mesin pertanian.
Sedangkan kelemahan sistem irigasi curah di antaranya memerlukan biaya
investasi dan biaya operasional yang tinggi, antara lain untuk operasi pompa air
dan tenaga pelaksana yang terampil. Selain itu, perancanan dan tata letaknya
harus teliti agar diperoleh tingkat efisiensi yang tinggi (Prastowo, 2002).
Sebelum melakukan perancangan sistem irigasi curah, dibutuhkan
informasi faktor-faktor rancangan. Faktor-faktor tersebut meliputi sifat fisik tanah,
air tanah tersedia, laju infiltrasi, evapotranspirasi tanaman, curah hujan efektif,
dan kebutuhan air irigasi.
Sistem irigasi curah dapat digunakan untuk hampir semua tanaman kecuali
padi dan yute, pada hampir semua jenis tanah. Akan tetapi tidak cocok untuk
tanah bertekstur liat halus, dimana laju infiltrasi kurang dari 4 mm/jam dan atau
kecepatan angin lebih besar dari 13 km/jam (Keller, 1990). Beberapa kriteria
kelayakan penerapan dan perencanaan irigasi curah disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Kriteria kesesuaian lokasi penerapan irigasi curah
(Prastowo, 2002)
Kriteria penerapan
Iklim
1. Zona Agroklimat E, D, C3
2. Arah angin tidak berubah-ubah
3. Kecepatan angin kurang dari 4.4 m/s
Lahan
1. Tekstur kasar, solum dangkal, laju infiltrasi tinggi, peka terhadap erosi
2. Jenis tanah Regosol, Rendzina, Litosol, Grumusol, dan Andosol
3. Laju infiltrasi lebih dari 4 mm/jam
4. Luas dan bentuk petakan lahan yang teratur
Sumber air
1. Air tanah, mata air, air permukaan (danau, embung, waduk)
2. Tersedia sumber air yang cukup sepanjang tahun
3. Kualitas air yang bebas kotoran dan tidak mengandung besi (Fe)
Tanaman
1. Jenis tanaman yang dibudidayakan bernilai ekonomis tinggi
Sosial
Ekonomi
1. Motivasi petani tinggi
2. Kemampuan teknis dan finansial petani memadai
3. Kelembagaan usaha tani yang siap
Komponen penyusun irigasi curah adalah (Prastowo, 2002):
1.
Sumber air irigasi, dapat berasal dari mata air, sumber air yang permanen
(sungai, danau, dan sebagainya), sumur, atau suatu sistem suplai regional.
2.
Sumber energi untuk pengairan, dapat berasal dari gravitasi, pemompaan pada
sumber air, atau penguatan tekanan dengan menggunakan pompa penguat
tekanan (booster pump).
3.
Jaringan pipa, terdiri dari:
a.
Lateral, yaitu pipa yang merupakan tempat diletakannya pencurah.
Pipa lateral biasanya tersedia di pasaran dengan ukuran panjang 5, 6 atau
12 meter setiap potongnya. Setiap potongan pipa dilengkapi dengan quick
coupling untuk mempermudah dan mempercepat proses menyambung dan
melepas pipa.
b.
Manifold, yaitu pipa yang merupakan tempat dihubungkannya pipa lateral.
c.
Valve line, yaitu pipa yang merupakan tempat diletakannya katup air.
Skema umum jaringan irigasi curah diperlihatkan pada Gambar 2.
Stasiun pompa
Hydrant
Pipa utama
Pencurah
Lateral
Gambar 2. Skema jaringan irigasi curah (
Prastowo, 2002).
Jenis pipa yang biasa digunakan baik sebagai pipa lateral, manifold,
maupun pipa utama antara lain GIP, PVC, PE, dan Alumunium. Dimensi pipa
yang diperhitungkan dalam perancangan irigasi curah adalah diameter dan
panjangnya. Faktor-faktor yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan jenis pipa
adalah ketebalan, Aw, diameter, dan kemampuan operasional pipa terhadap
tekanan yang bekerja.
Natural
Resources
Conservation
Service
(NRCS)
dari
Idaho
mengklasifikasikan sistem irigasi curah berdasarkan tekanan operasional
pencurah yang digunakan. Klasifikasi tersebut disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Klasifikasi sistem irigasi curah berdasarkan tekanan
operasional pencurah (
NRCS, 2004)
Sistem irigasi curah
Tekanan
(psi)
(Bar)
Tekanan rendah
2.00 – 35.00
0.13 – 2.33
Tekanan sedang
36.00 – 50.00
2.40 – 3.33
Tekanan menengah
51.00 – 75.00
3.40 – 5.00
Tekanan tinggi
> 75.00
> 5.00
Sistem irigasi curah menurut Keller (1990) terbagi menjadi set system
(pencurah memiliki posisi yang tetap) dan continuous-move system (pencurah
dapat dipindah-pindahkan). Tipe irigasi curah yang termasuk set system adalah
hand-move lateral, end-tow lateral, side-roll lateral, side-move lateral, gun and
boom sprinklers, perporated pipe, hose-fed sprinklers, dan orchard systems.
Sistem jenis ini ada yang dipindahkan secara periodik (periodic-move system) dan
ada yang tetap (fixed sprinkler system). Sedangkan yang termasuk
continuous-move system adalah traveling sprinkler, center pivot, dan linear-moving laterals.
Pada aplikasi irigasi curah untuk tanaman tahunan seperti buah-buahan,
seringkali jaringan pipa dan pencurah tetap di tempat dari musim ke musim.
Dalam kasus ini sistim tesebut disebut sebagai sistim permanen. Umumnya pada
sistim permanen jaringan perpipaan ditanam di bawah tanah untuk menghindari
kerusakan dari kendaraan pertanian yang lewat, atau dipasang permanen di atas
tanaman. Sistem irigasi curah yang dianggap paling dapat mereduksi pengaruh
angin, mengurangi biaya energi, dan meningkatkan efisiensi aplikasi adalah
sistem center pivot (Kranz, 2006).
2.2 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 maupun
saluran terbuka atau sungai (http://id.wikipedia.org/wiki/Hidrolika). Perilaku air
yang dipelajari adalah aliran pada saluran tertutup dan terbuka. Hidrolika
dibedakan dalam dua bidang, yaitu hidrostatika yang mempelajari zat cair
keadaan diam, dan hidrodinamika yang mempelajari zat cair bergerak.
Berdasarkan pengertian tersebut, dapat diketahui bahwa rancangan
hidrolika adalah suatu perancangan teknis mengenai perilaku aliran air secara
mikro maupun makro baik pada saluran tertutup maupun pada saluran terbuka.
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 pipa sub unit irigasi curah diperlihatkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Skema tata letak pipa sub unit.
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
2atau bar (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):
P
Kd
q
=
…... (1)
H
Kd
q
=
………... (2)
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).
Nilai debit dan tekanan operasi pencurah dapat diketahui dari data
spesifikasi teknis pencurah yang dibuat oleh setiap pabrikan pencurah.
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:
N
q
Q
l=
a×
... (3)
N
q
Q
Q
m=
l=
lateral×
... (4)
q
a: debit pencurah (l/s);
Q
l: debit pada pipa lateral (l/s);
Q
m: debit pada pipa manifold (l/s);
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
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
7x (Q
1.75/D
4.75) ... (5)
b.
Untuk pipa besar (> 125 mm)
J = 9.58 x 10
7x (Q
1.83/D
4.83) ... (6)
- Tanpa outlet
Hf = J x (L/100) ... (7)
- Dengan multi outlet yang berjarak seragam
Hf = J x F x (L/100) ... (8)
- Untuk sambungan
Hl = Kr x 8.26 x 10
4x (Q
2/ D
4) ... (9)
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/s);
D: diameter dalam pipa (mm);
F: koefesien reduksi;
Kr: koefesien resistansi;
L: panjang pipa (m).
Tabel 3. Koefesien Reduksi (F) untuk Pipa Multi Outlet
(Prastowo, 2002)
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
0,44
10 - 11
0,40
0,37
4
0,49
0,41
12 - 15
0,39
0,37
5
0,46
0,40
16 - 20
0,38
0,36
6
0,44
0,39
21 - 30
0,37
0,36
7
0,43
0,38
30
0,36
0,36
1) Sprinkler pertama berjarak 1 interval dari pipa utama
2) Sprinkler pertama berjarak 1/2 interval dari pipa utama
Koefisien reduksi (F) juga dapat dihitung dengan menggunakan rumus
(Prastowo dan Liyantono, 2002) :
2 5 . 0
6
)
1
(
2
1
1
1
N
b
N
b
F
+
+
−
+
=
... (10)
dengan b : koefisien debit aliran dalam pipa (untuk pipa PVC, b = 1.75).
Banyaknya pencurah dan panjang pipa yang diperlukan didapatkan dengan
persamaan :
y
N
L
=
×
... (11)
L : panjang pipa lateral atau pun manifold yang diperlukan (m);
N : banyaknya jumlah pencurah atau lateral;
y : spasi (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 4
yang didasarkan pada kecepatan aliran dalam pipa lebih kecil dari 1.5 m/S.
Tabel 4. Pedoman untuk menentukan diameter pipa
(Keller, 1990)
Debit
(m
3/jam)
Panjang pipa (m)
< 250 250 - 500 > 500
Diameter pipa (mm)
5
50
50
10
75
75
25
75
75
50
100
100
60
100
125
150
70
100
125
150
80
125
150
150
Kehilangan head pada sub unit (
∆
Ps) dibatasi tidak lebih dari 20% dari
tekanan operasi rata-rata 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 ... (12)
∆
Hl = 0,55
∆
Ps ± Z lateral ... (13)
∆
Hm = 0,45
∆
Ps ± Z manifold ... (14)
∆
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
2.3 Pencurah
Pencurah (sprinkler) berfungsi untuk mengaplikasikan air secara seragam
ke atas permukaan tanah yang dapat digunakan oleh tanaman untuk menghasilkan
buah, biji, atau zat kering. Contohnya adalah tipe pencurah, tipe dan ukuran
orifice, posisi dan jarak spasi pemasangan serta tekanan operasi (Kranz, et al.,
2005). Terdapat dua tipe kepala pencurah untuk mendapatkan semprotan yang
baik, yaitu: a) Kepala pencurah berputar (Rotating head sprinkler), mempunyai
satu atau dua nozel dengan berbagai ukuran tergantung pada debit dan diameter
lingkaran basah yang diinginkan, dan b) Pipa dengan lubang-lubang sepanjang
atas dan sampingnya (sprayline).
Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja pencurah menurut Keller (1990)
adalah angin, laju aplikasi, dan jumlah air irigasi yang diperlukan. Angin akan
mempengaruhi pola sebaran air yang dihasilkan. Untuk mengurangi pengaruh
angin, jarak spasi harus diperkecil dan lateral diletakkan tegak lurus arah angin.
Sebagai pegangan, dapat digunakan Tabel 5 untuk menentukan jarak spasi
berdasarkan kecepatan angin.
Tabel 5. Spasi maksimum untuk pencurah bertekanan rendah
sampai medium
(Keller, 1990)
Kecepatan angin
(km/jam)
Spasi dari diameter pembasahan
Spasi sepanjang lateral
Spasi sepanjang pipa utama
0
50 %
65 %
1-6
45 %
60 %
7-12
40 %
50 %
>12
30 %
30 %
Kranz (2006) menyebutkan beberapa tipe pencurah yang biasa digunakan
pada sistem irigasi curah bertekanan rendah, yaitu impact sprinklers, stationary
pad sprays, dan moving pad sprays (rotating and oscillating pad sprays). Gambar
dari masing-masing tipe pencurah diperlihatkan dalam Gambar 4. Pada Tabel 6,
diperlihatkan karakteristik operasional utama masing-masing tipe pencurah.
Tabel 6. Karakteristik operasional beberapa tipe pencurah
bertekanan rendah
(Kranz, 2006)
Tipe pencurah
Bahan
Lintasan
sudut
Ukuran
butiran air
Tekanan
operasi
(psi)
Radius
pembasahan
(ft)
Impact
Plastik /
kuningan
Tekanan rendah
Plastik
5
−
15
°
Sedang-Besar
20
−
40
55
−
80
Tekanan tinggi
Plastik
10
−
20
°
Sedang-Besar
40
−
80
60
−
150
Penyemprotan 360
°
Moving pads
Rotating pads
Plastik
-12
−
35
°
Sedang-Besar
15
−
45
40
−
75
Oscillating pads
Plastik
12
−
21
°
Sedang-Besar
10
−
40
35
−
60
Nozel
Penyemprotan 360
°
Stationary pads
Fix pad
Plastik
-5
−
15
°
Kecil-Sedang
5
−
30
10
−
40
Gambar 4. Tipe pencurah bertekanan rendah
(Kranz, 2006).
2.4 Sistem Pakar
Oxman (1985) dalam Marimin (2005) menyebutkan bahwa sistem pakar
adalah perangkat lunak komputer (software) yang menggunakan pengetahuan
(aturan-aturan tentang sifat dari unsur suatu masalah), fakta dan teknik inferensi
untuk masalah yang biasanya membutuhkan kemampuan seorang ahli.
Pengetahuan yang digunakan pada sistem pakar terdiri dari kaidah-kaidah (rules)
atau informasi dari pengalaman tentang tingkah laku suatu unur dari suatu gugus
persoalan. Tujuan perancangan sistem pakar adalah untuk mempermudah kerja
atau bahkan mengganti tenaga ahli, penggabungan ilmu dan pengalaman dari
beberapa tenaga ahli, training tenaga ahli baru, penyediaan keahlian yang
diperlukan oleh suatu proyek yang tidak ada atau tidak mampu membayar tenaga
ahli (Marimin, 2005). Karakteristik sistem pakar menurut Waterman (1986) dalam
Marimin (2005) adalah (a) Memiliki domain persoalan yang terbatas; (b)
Memiliki kemampuan memberikan penalaran; (c) Memiliki kemampuan
mengolah data yang mengandung ketidakpastian; (d) Memisahkan mekanisme
inferensi dengan basis pengetahuan; (e) Dirancang untuk dikembangkan secara
bertahap (modular); (f) Keluarannya bersifat anjuran; dan (g) Basis pengetahuan
didasarkan pada kaidah.
Sistem
pakar
semakin
berkembang,
salah
satunya
adalah
dikembangkannya sistem Jaringan Syaraf Tiruan (Artificial Neuran Network).
Marimin (2005) menyebutkan bahwa Jaringan Syaraf Tiruan (JST) adalah suatu
sistem
pemrosesan
informasi
yang
memiliki
karakteristik-karakteristik
menyerupai jaringan syaraf biologi, yaitu hubungan antar neuron (arsitektur),
metode penentuan bobot pada saluran penghubung (training/learning algorithm),
dan fungsi aktivasi yang digunakan.
Software Aplikasi Sub Unit Irigasi Tetes yang telah ada dibangun dengan
metode Newton-Raphson (Newton-Raphson Method) dan JST dengan tujuan
memudahkan perhitungan secara cepat dan relatif mudah pada perancangan
hidrolika sub unit irigasi tetes. Software Aplikasi Sub Unit Irigasi Tetes tersebut
dibangun dengan program delphi.
Metode Newton-Raphson merupakan salah satu metode penyelesaian
akar-akar persamaan non linier f(x)
, dengan menentukan satu nilai tebakan awal
dari akar yaitu x
n. Persamaan dasar metode Newton-Raphson adalah :
)
(x
f'
)
f(x
x
x
n n n 1 n+=
... (15)
Nilai x yang dicari didapatkan dengan melakukan iterasi atas turunan persamaan
non linier tersebut. Iterasi dihentikan jika dua iterasi yang berurutan menghasilkan
hampiran akar yang sama
Pada metode Newton-Raphson, masukan (input) yang diperlukan adalah
debit penetes (l/jam), tekanan kerja penetes (m), jarak penetes (m), dan jarak antar
pipa lateral (m). Keluaran (output) yang dihasilkan adalah panjang maksimum
pipa lateral (m) dan panjang maksimum pipa manifold (m).
Gambar 5. Tampilan program desain hidrolika sub-unit dengan metode
Newton-Raphson.
Sedangkan pada metode JST lapis masukan (input layer) terdiri atas 6 unit
yaitu debit penetes (l/jam), tekanan kerja penetes (m), jarak penetes (m), dan jarak
antar pipa lateral (m), diameter pipa manifold (mm), dan diameter pipa lateral
(mm). Lapis keluaran (output layer) dalam model ini terdiri atas 2 unit, yaitu
panjang maksimum lateral dan manifold (m). Jumlah unit pada lapis tersembunyi
(hidden layer) sebanyak 12 unit, sehingga terdapat 96 pembobot.
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Kegiatan penelitian akan diadakan pada Bulan Juni-Juli 2009. Adapun
tempat pelaksanaannya adalah di Kampus IPB Dramaga Bogor.
3.2 Kerangka Pemikiran
Kerangka pemikiran dari penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 7.
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang digunakan pada penelitian ini merupakan data sekunder. Data
diperoleh dengan melakukan telaah pustaka baik pada buku-buku literatur, karya
tulis ilmiah, internet, maupun sumber informasi lainnya.
3.4 Metode Analisis Data
Data yang diperoleh dianalisis dengan metode coba-ralat berdasarkan
rumus (3) hingga (14) sehingga diperoleh suatu rancangan hidrolika sub unit
irigasi curah. Selain itu, data-data spesifikasi teknis berbagai pencurah yang
diperoleh dianalisis pula dengan menggunakan software Aplikasi Rancangan
Hidrolika Sub-unit Irigasi Tetes yang dikembangkan oleh Prastowo, et. al. (2007).
Hasil analisis data dengan metode coba-ralat tersebut kemudian dibandingkan
dengan hasil analisis data dengan menggunakan software. Proses inilah yang
dinamakan uji validasi software.
Apabila hasil analisis dengan kedua metode tersebut sesuai maka dapat
dikatakan bahwa software tersebut valid untuk digunakan pada perancangan
hidrolika sub unit irigasi curah pada tekanan rendah. Selanjutnya akan dibangun
suatu tabel dan nomogram sebagai model rancangan hidrolika sub unit irigasi
curah dengan tekanan rendah. Namun apabila hasil analisis dengan kedua metode
tersebut tidak atau kurang sesuai maka dapat dikatakan software tersebut tidak
valid untuk digunakan pada perancangan hidrolika sub unit irigasi curah pada
tekanan rendah. Selanjutnya akan dibuat suatu rekomendasi untuk perbaikan
software tersebut sehingga dapat digunakan untuk perancangan hidrolika sub unit
irigasi curah pada tekanan rendah.
3.5 Bahan dan Alat
Adapun bahan dan alat yang digunakan pada penelitian ini adalah :
1.
Seperangkat komputer yang dilengkapi software Microsoft Excel.
2.
Alat tulis
3.
Data spesifikasi teknis pencurah yang ada di pasaran.
4.
Software Aplikasi Irigasi Tetes.
Pengumpulan Data dan Perangkat Analisis
Analisis Data
Interpretasi Hasil Analisis Data
Ya
Tidak
Gambar 7. Kerangka pemikiran penelitian
Debit manifold (l/jam)
Jarak spasi pencurah (m)
Ukuran blok sub
unit (m x m)
Panjang pipa lateral (m)
Panjang pipa manifold (m)
Tabel
Model
rancangan
hidrolika sub
unit irigasi curah
dengan tekanan
rendah
Nomogram
Jarak spasi lateral (m)
Uji validasi
Jumlah pencurah/lateral
Jumlah lateral/manifold
Kehilangan tekanan di
lateral yang diijinkan (m)
Kehilangan tekanan
karena gesekan (m)
Kehilangan tekanan di pipa
manifold yang diijinkan (m)
Tekanan operasi
rata-rata pencurah (m)
Perangkat analisis:
-
Metode coba-ralat
-
Software irigasi tetes
Debit pencurah (l/jam)
Debit lateral (l/jam)
Rekomendasi untuk
modifikasi model
rancanan hidrolika sub
unit irigasi curah
dengan tekanan rendah
φ
pipa manifold (mm)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari pencarian data yang dilakukan, diperoleh data spesifikasi pencurah
sebanyak 215 buah. Data tersebut diperoleh dari penelusuran informasi tentang
pencurah untuk irigasi curah baik dari internet maupun perusahaan tertentu. Jenis
pencurah yang banyak didapat adalah impact sprinkler, rotator sprinkler, big gun,
dan micro sprinkler dengan beragam bentuk nozel dan kemampuan penyiraman.
Beberapa pabrikan pencurah antara lain QIM, Grupo Chamartin, Nelson, Jain
Irrigation Systems Ltd., Hunter Industries, Orbit, Rain Bird, Toro, Netafim, dan
K-Rain.
Data spesifikasi pencurah yang dicari adalah debit operasional rata-rata
(qa), tekanan operasional (Ha), serta jarak spasi pemasangan pencurah. Untuk
jarak spasi, tidak semua pabrikan mencantumkan informasi tersebut. Ada
beberapa pabrikan yang mencantumkan diameter pembasahan pencurah.
Asumsi-asumsi yang digunakan pada penelitian ini antara lain kecepatan angin dianggap 0
km/jam. Pada kondisi tersebut (berdasarkan Tabel 5) diketahui bahwa jarak spasi
yang aman bagi pemasangan pencurah adalah 50 persen dari diameter
pembasahannya. Oleh karena itu, untuk pencurah yang tidak diketahui jarak
spasinya, radius pembasahan (setengah dari diameter pembasahannya) dianggap
sebagai jarak spasinya.
4.1 Perhitungan dengan Metode Coba-Ralat
Selain kecepatan angin dianggap 0 km/jam, asumsi lain yang digunakan
pada perhitungan dengan metode coba-ralat adalah :
a.
Pipa yang digunakan adalah PVC.
b.
Diameter pipa yang digunakan sesuai dengan pipa yang beredar di pasaran,
yakni 13 mm (0.5 inci), 19 mm (0.75 inci), 25 mm (1 inci), 32 mm (1.25 inci),
40 mm (1.5 inci), 50 mm (2 inci), 60 mm (2.4 inci), 75 mm (3 inci), dan 90 mm
(3.5 inci). Seluruh pipa merupakan pipa kecil, yakni berdiameter kurang dari
125 mm.
c.
Elevasi pipa lateral dan manifold terhadap datum dianggap nol (Z = 0).
d.
Jarak spasi pencurah dalam lateral dan spasi lateral dalam manifold seragam.
Berikut adalah perhitungan metode coba-ralat rancangan hidrolika sub unit
irigasi curah dengan tekanan rendah :
Dengan asumsi kedua, gradien kehilangan head (J dalam m/100 m) untuk
pipa kecil (< 125 mm), didapatkan dengan menggunakan persamaan (5). Bila pipa
tersebut multi outlet dengan jarak spasi seragam, maka hf (kehilangan head akibat
gesekan, m) diperoleh dari persamaan (8).
Nilai F berdasarkan persamaan (10) dihitung dengan:
2 5 . 0
