Topik 12. Teknologi Irigasi Tetes
Pendahuluan
Tujuan instruksional khusus: mahasiswa mampu menerangkan tentang pengertian dan komponen irigasi tetes, uniformity dan efisiensi irigasi tetes. Merancang irigasi tetes
Bahan Ajar
1. Pengantar
Pemberian air pada irigasi tetes dilakukan dengan menggunakan alat aplikasi (applicator, emission device) yang dapat memberikan air dengan debit yang rendah dan frekuensi yang tinggi (hampir terus-menerus) disekitar perakaran tanaman.Tekanan air yang masuk ke alat aplikasi sekitar 1.0 bar dan dikeluarkan dengan tekanan mendekati nol untuk mendapatkan tetesan yang terus menerus dan debit yang rendah. Sehingga irigasi tetes diklasifikasikan sebagai irigasi bertekanan rendah. Pada irigasi tetes, tingkat kelembaban tanah pada tingkat yang optimum dapat dipertahankan. Sistem irigasi tetes sering didesain untuk dioperasikan secara harian (minimal 12 jam per hari). Gambar 1 berikut memperlihatkan tanaman anggur dan tanaman pisang yang diberi air menurut irigasi tetes.
(A) (B)
Gambar 1. Penerapan irigasi tetes pada tanaman anggur (A) dan tanaman pisang (B)
Irigasi tetes dapat diterapkan pada daerah-daerah dimana: a. Air tersedia sangat terbatas atau sangat mahal
b. Tanah berpasir, berbatu atau sukar didatarkan c. Tanaman dengan nilai ekonomis tinggi
Secara umum, air yang digunakan pada irigasi tetes lebih sedikit dibandingkan dengan metode lainnya. Penghematan air dapat terjadi karena pemberian air yang bersifat local dan jumlah yang sedikit sehingga akan menekan evaporasi, aliran permukaan dan perkolasi. Transpirasi dari gulma juga diperkecil karena daerah yang dibasahi hanya terbatas disekitar tanaman.
b. Meningkatkan pertumbuhan tanaman dan hasil
Fluktuasi kelembaban tanah yang tinggi dapat dihindari dengan irigasi tetes ini dan kelembaban tanah dipertahankan pada tingkat yang optimal bagi pertumbuhan tanaman.
c. Meningkatkan efisiensi dan efektifitas pemberian
Pemberian pupuk atau bahan kimia pada metode ini dicampur dengan air irigasi, sehingga pupuk atau bahan kimia yang digunakan menjadi lebih sedikit, frekuensi pemberian lebih tinggi dan distribusinya hanya di sekitar daerah perakaran.
d. Menekan resiko penumpukan garam
Pemberian air yang terus menerus akan melarutkan dan menjauhkan garam dari daerah perakaran.
e. Menekan pertumbuhan gulma
Pemerian air pada irigasi tetes hanya terbatas di daerah sekitar tanaman, sehingga pertumbuhan gulma dapat ditekan.
f. Menghemat tenaga kerja
Sistem irigasi tetes dapat dengan mudah dioperasikan secara otomatis, sehingga tenaga kerja yang diperlukan menjadi lebih sedikit. Penghematan tenaga kerja pada pekerjaan pemupukan, pemberantasan hama dan penyiangan juga dapat dikurangi.
Sedangkan Kelemahan atau kekurangan dari metode irigasi tetes adalah sebagai berikut: a. Memerlukan perawatan yang intensif
Penyumbatan pada penetes merupakan masalah yang sering terjadi pada irigasi tetes, karena akan mempengaruhi debit dan keseragaman pemberian air. Untuk itu diperlukan perawatan yang intesif dari jaringan irigasi tetes agar resiko penyumbatan dapat diperkecil.
b. Penumpukan garam
Bila air yang digunakan mengandung garam yang tinggi dan pada derah yang kering, resiko penumpukan garam menjadi tinggi.
c. Membatasi pertumbuhan tanaman
Pemberian air yang terbatas pada irigasi tetes menimbulkan resiko kekurangan air bila perhitungan kebutuhan air kurang cermat.
d. Keterbatasan biaya dan teknik
Sistem irigasi tetes memerlukan investasi yang tinggi dalam pembangunannya. Selain itu, diperlukan teknik yang tinggi untuk merancang, mengoperasikan dan memeliharanya.
2. Metoda Pemberian Air Pada Irigasi Tetes
Pemberian air irigasi pada irigasi tetes meliputi beberapa metoda pemberian, yaitu sebagai berikut:
(1) (2)
(3)
b. Irigasi bawah permukaan (sub-surface irrigation). Pada metoda ini air irigasi diberikan menggunakan emitter di bawah permukaan tanah. Debit pemberian pada metoda irigasi ini sama dengan yang dilakukan pada irigasi tetes.
c. Bubbler irrigation. Pada metoda ini air irigasi diberikan ke permukaan tanah seperti aliran kecil menggunakan pipa kecil (small tube) dengan debit sampai dengan 225 l/jam. Untuk mengontrol aliran permukaan (run off) dan erosi, seringkali dikombinasikan dengan cara penggenangan (basin) dan alur (furrow)
d. Irigasi percik (spray irrigation). Pada metoda ini, air irigasi diberikan dengan menggunakan penyemprot kecil (micro sprinkler) ke permukaan tanah. Debit pemberian irigasi percik sampai dengan 115 l/jam. Pada metoda ini, kehilangan air karena evaporasi lebih besar dibandingkan dengan metoda irigasi tetes lainnya.
Irigasi tetes juga dapat dibedakan berdasarkan jenis cucuran air menjadi (Gambar 2): (a) Air merembes sepanjang pipa lateral (viaflo)
(b)Air menetes atau memancar melalui alat aplikasi yang di pasang pada pipa lateral (c) Air menetes atau memancar melalui lubang-lubang pada pipa lateral
Gambar 2. Viaflo (1), alat aplikasi yang dipasang pada lateral (2) dan pipa berlubang (3)
a. Komponen Irigasi Tetes
Sistem irigasi tetes di lapangan umumnya terdiri dari jalur utama, pipa pembagi, pipa lateral, alat aplikasi dan sistem pengontrol seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3. Terdapat berbagai variasi tata-letak (layout) irigasi tetes seperti pada Gambar 4.
1. Unit utama (head unit)
Unit utama terdiri dari pompa, tangki injeksi, filter (saringan) utama dan komponen pengendali (pengukur tekanan, pengukur debit dan katup). Gambar 2.3 komponen unit utama dari suatu sistem irigasi tetes.
2. Pipa utama (main line)
Gambar 3. Komponen irigasi tetes
3. Pipa pembagi (sub-main, manifold)
Pipa pembagi dilengkapi dengan filter kedua yang lebih halus (80-100 μm), katup selenoid, regulator tekanan, pengukur tekanan dan katup pembuang. Pipa sub-utama terbuat dari pipa PVC atau pipa HDPE (high density polyethylene) dan berdiameter antara 50 – 75 mm.
Penyambungan pipa pembagi–pipa utama dapat dibuat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.
4. Pipa Lateral
Pipa lateral merupakan pipa tempat dipasangnya alat aplikasi, umumnya dari pipa polyethylene (PE) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, berdiameter 8 – 20 mm dan dilengkapi dengan katup pembuang.
Penyambungan pipa lateral–pipa pembagi dapat dilakukan dengan berbagai cara seperti pada Gambar 8.
5. Alat aplikasi (applicator, emission device)
Alat aplikasi terdiri dari penetes (emitter), pipa kecil (small tube, bubbler) dan penyemprot kecil (micro sprinkler) yang dipasang pada pipa lateral, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 9, Gambar 10 dan Gambar 11. Alat aplikasi terbuat dari berbagai bahan seperti PVC, PE, keramik, kuningan dan sebagainya.
Alat aplikasi yang baik harus mempunyai karakteristik : 1. Debit yang rendah dan konstan
Gambar 4. Berbagai variasi tata-letak sistem irigasi tetes
Gambar 6. Penyambungan pipa pembagi – pipa utama
Gambar 7. Pipa polyethylene (PE)
Gambar 9. Berbagai jenis emitter
Gambar 10. Bubbler
b. Kebutuhan Air Pada Irigasi Tetes
Sistem irigasi tetes umumnya didesain dan dioperasikan untuk memberikan air irigasi dengan debit yang rendah dan kerap serta membasahi sebagian dari permukaan tanah.
Tanah Yang Terbasahkan
Pergerakan air arah horizontal pada irigasi tetes sangat terbatas. Pada tanah berpasir, walaupun pergerakan arah vertikal masih terus berlangsung, pergerakan air arah horizontal akan mencapai suatu jarak maksimum tertentu. Umumnya daerah yang terbasahkan menyerupai bola lampu (bulb) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12. Area terbasahkan dari irigasi tetes dengan volume tertentu tetapi diberikan dengan debit pemberian yang berbeda adalah hampir serupa seperti yang ditunjukkan oleh Roth (1974) seperti Gambar 13.
Gambar 12. Profil terbasahkan irigasi tetes
Luas daerah terbasahkan oleh sebuah emitter sepanjang bidang horizontal pada kedalaman 30 cm dari permukaan tanah disebut dengan luasan terbasahkan (wetted area, Aw). Nilai Aw tergantung kepada laju dan volume pemberian air, serta textur, struktur, kemiringan dan lapisan-lapisan tanah.
Persamaan empiris untuk menghitung kedalaman dan diameter terbasahkan adalah sebagai berikut:
dimana z : kedalaman terbasahkan, m, w : diameter terbasahkan, m, K1 : koefisien (29.2), Vw : volume pemberian air, l, Ks : konduktivitas jenuh, m/det dan K2 : koefisien (0.031).
Tabel 1 memberikan nilai perkiraan Aw dari emitter standar 4 l/jam pada berbagai kedalaman dan tekstur tanah. Luas terbasahkan pada Tabel 3.1 tersebut berdasarkan kepada bidang persegiempat. Sisi terpanjang merupakan diameter terbasahkan maksimum yang diharapkan (w), dan sisi terpendek merupakan 80 % dari diameter terbasahkan maksimum yang diharapkan (Se’).
Tabel 1. Perkiraan nilai Aw dari emitter dengan debit 4 l/jam
Ekuivalen luas terbasahkan (mxm) Kedalaman dan
tekstur Tanah homogen Tanah semi-berlapis Tanah berlapis Kedalaman 0.75 m
- Kasar Kedalaman 1.5 m
- Kasar
Parameter yang digunakan untuk menyatakan tingkat pembasahan adalah persentase terbasahkan (Pw, wetted percentage), yaitu merupakan nisbah antara luas areal yang terbasahkan (pada kedalaman 15 – 30 cm) dengan luas bayangan tajuk tanaman pada siang hari. Persentase terbasahkan dipengaruhi oleh debit dan volume pemberian air dari setiap alat aplikasi, spasi alat aplikasi dan jenis tanah.
Nilai Pw secara umum berkisar antara 1/3 (33 %) sampai 2/3 (67 %). Pw untuk daerah yang menerima banyak hujan dan tanah bertekstur sedang sampai berat dapat lebih kecil dari 33 %. Pw untuk tanaman yang ditanam renggang diusahakan dibawah 67 % agar daerah antara tanaman cukup kering dan memudahkan perawatan tanaman. Pw dapat mendekati 100 % untuk tanaman yang ditanam rapat dengan spasi lateral kurang dari 1.8 m. Gambar 14 menunjukkan pengaruh tata letak alat aplikasi dengan nilai Pw pada tanaman individual. Nilai Pw dapat dihitung seperti berikut:
100
dimana : Pw : persentase luas tanah yang terbasahkan sepanjang bidang horizontal 30 cm dibawah permukaan tanah (%), Np : jumlah emitter per tanaman, Se : spasi emitter (m atau ft), Sp : spasi tanaman (m atau ft), Sr : spasi barisan tanaman (m atau ft).
Jika Se > Se’ (yaitu merupakan spasi emitter optimum yang besarnya 80 % dari perkiraan diameter terbasahkan, Aw)
b. Untuk sistem lateral ganda:
100
dimana w adalah lebar terbasahkan yang sama dengan diameter lingkaran terbasahkan pada emitter tunggal.
Jika Se < Se’, maka Se’ pada persamaan di atas diganti dengan Se
c. Untuk spray emitter:
dimana As : luas permukaan tanah yang terbasahkan oleh sprayer, m2 atau ft2 dan PS : keliling area terbasahkan, m atau ft.
Jumlah emitter per tanaman tergantung kepada spasi tanaman dan tingkat area terbasahkan. Tabel 2 dapat digunakan sebagai pedoman kasar untuk menentukan spasi emitter.
Tabel 2. Spasi emitter yang disarankan
Debit emitter (l/jam)
2 4 8 Tanah
Spasi yang disarankan (m x m) Ringan
Kebutuhan Air Irigasi Tetes
Pada irigasi tetes, evaporasi ditekan sekecil mungkin, sehingga secara praktis, kebutuhan air tanaman hanya berupa transpirasi. Transpirasi harian pada periode puncak ditentukan dengan persamaan:
[
0.5]
canopy sempurna (mm/hari), dan Pd : persentase dari penutupan permukaan tanah oleh bayangan canopy pada siang hari (%).
Pada saat canopy tanaman sangat sedikit, Pd sama dengan 1 % atau lebih besar dan Td minimum > 0.1 Ud. Bila canopy semakin meningkat, maka nilai Td akan mendekati nilai Ud, sehingga pada saat Pd = 100 %, maka Td = Ud. Tanaman buah-buahan yang matang umumnya mempunyai nilai Pd maksimum = 80 %.
Untuk satu musim, transpirasi tanaman akan menjadi :
[
0.5]
Kebutuhan air irigasi bersih maksimum per pemberian (aplikasi) adalah sama dengan MAD (management allowed deficit) dan dihitung dengan persamaan:
Z
dimana dx : jumlah air irigasi maksimum per aplikasi (mm), Wa : air tersedia di dalam tanah (mm/m) dan Z : kedalaman perakaran (m).
Kebutuhan air irigasi bersih per aplikasi, dn dihitung dengan persamaan:
'
dimana f’ : interval irigasi (hari), fx : interval irigasi maksimum (hari). Penentuan nilai f’ haruslah menghasilkan dn ≤ dx. Sedangkan jika f’ = 1 maka dn = Td.
Kebutuhan air irigasi keseluruhan (gross) per aplikasi haruslah meliputi kehilangan air karena perkolasi yang tak dapat dihindarkan. Akan tetapi perkolasi yang berguna untuk pencucian (leaching) pada daerah arid tidak termasuk kedalam kehilangan air, yang besarnya dihitung dengan :
)
dimana LR : nisbah keperluan pencucian yang berupa nisbah antara kedalaman air untuk pencucian dengan kedalaman air irigasi yang dibutuhkan (ET dan pencucian), dn : kedalaman air irigasi bersih per aplikasi (mm), Dn : kebutuhan air irigasi bersih musiman atau tahunan (mm), Ln : kebutuhan air untuk pencucian per aplikasi (mm), LN : kebutuhan air irigasi musiman atau tahunan (mm), ECw : konduktivitas elektrik air irigasi (dS/m), ECdw : konduktivitas elektrik air perkolasi (dS/m) dan max ECe : konduktivitas elektrik maksimum dimana produksi turun menjadi nol (dS/m).
transpirasi). Nisbah transmisi pada periode puncak (Tr) dan musiman (TR) dijelaskan pada Tabel 3 dan Tabel 5
Gambar 14. Tata letak alat aplikasi dan nilai Pw
Nilai TR yang besar pada zona iklim basah juga mencakup kesulitan penjadwalan irigasi karena hujan. Kebutuhan air keseluruhan ini mencerminkan efisiensi dari sistem irigasi tetes tersebut. Untuk selama satu musim disebut dengan efisiensi musiman (Es) dan dhitung dengan:
- Bila perkolasi musiman sama atau lebih kecil daripada kebutuhan pencucian (TR
EU
E
s=
/12/- Bila perkolasi musiman lebih besar daripada kebutuhan pencucian (TR > 1.0/(1.0-LRt) :
Tabel 3. Nilai Tr pada berbagai kedalaman perakaran dan tekstur tanah
Tekstur tanah Kedalaman perakaran
Sangat kasar Kasar Menengah Halus - Dangkal : < 0.8 m
Kedalaman air irigasi keseluruhan per irigasi (dg) dan per musim (Dg) dalam mm menjadi:
Volume air irigasi (l) keseluruhan per tanaman per hari, G, adalah:
r
sedangkan volume air irigasi keseluruhan dalam satu musim (Vs) dalam ha-m dihitung dengan:
K
A
D
V
s=
g /19/Tabel 4. Nilai ECe beberapa jenis tanaman
Tabel 5. Nilai TR.pada berbagai kedalaman perakaran dan tekstur tanah
Tekstur tanah Zona iklim dan
kedalaman perakaran Sangat kasar Kasar Menengah Halus Kering
- < 0.8 m - 0.8 – 1.5 m - > 1.5 m
1.15 1.10 1.05
1.10 1.10 1.05
1.05 1.05 1.00
1.05 1.05 1.00 Basah
- < 0.8 m - 0.8 – 1.5 m - > 1.5 m
1.35 1.25 1.20
1.25 1.20 1.10
1.15 1.10 1.05
1.10 1.05 1.00
c. Emitter
Tipe Emitter
ditunjukkan pada Gambar 15. Berdasarkan pemasangan di pipa lateral, penetes dapat dibedakan menjadi (Gambar 16) :
a. On-line emitter. On-line emitter di pasang pada lubang yang dibuat di pipa lateral
b. In-line emitter. In-line emitter di pasang pada pipa lateral dengan cara memotong pipa lateral.
Emitter juga dapat dibedakan berdasarkan jarak spasi atau debitnya (Gambar 17), yaitu:
a. Point source emitter. Point source emitter di pasang dengan spasi yang renggang dan mempunyai debit yang relatif besar. Point source emitter dapat dipasang dengan pengeluaran (outlet) tunggal, ganda maupun multi.
b. Line source emitter. Line source emitter dipasang dengan spasi yang lebih rapat dan mempunyai debit yang kecil. Pipa porous dan pipa berlubang juga dimasukkan pada katagori ini.
Emitter berpengeluaran tunggal dapat untuk mengairi areal yang sempit atau di pasang disekitar tanaman yang lebih besar seperti emitter berpengeluaran ganda atau multi. Emitter berpengeluaran ganda umumnya digunakan untuk tanaman perdu dan emitter berpengeluaran multi untuk tanaman buah-buahan. Tanaman dalam baris seperti sayuran lebih sesuai menggunakan line source emitter.
Debit Emitter
Debit emitter dihitung dengan persamaan : a. Untuk orifice emitter :
2
dimana q : debit emitter, l/jam, A : luas penampang orifice, mm2, Co : koefisien orifice (0.6), H : tekanan, m, dan g : percepatan gravitasi, 9.81 m/det2.
b. Untuk long path emitter :
2
dimana D : diameter dalam, mm, L : panjang pipa, m dan f : faktor gesekan (Darcy-Weisbach).
Secara empiris debit aliran dari kebanyakan emitter dinyatakan dengan persamaan :
x
KH
q
=
/22/dimana : q : debit emitter, l/jam, K : koefisien debit, H : tekanan operasi pada emitter, m dan x : eksponen debit.
kemudian nilai K dihitung dengan menggunakan persamaan /24/.
Umumnya, nilai x = 0.5 untuk emitter dengan aliran turbulen (orifice dan nozzle emitter dan sprayer), x = 0 untuk fully compensating emitter, x = 0.7 – 0.8 untuk long path emitter, x = 0.4 untuk vortex emitter dan x = 0.5 – 0.7 untuk tortuous path emitter.
Gambar 15.Skema beberapa tipe emitter: (a) orifice emitter, (b) orifice-vortex emitter, (c) emitter using flexible orifice in series, (d) continuous flow principle for multiple flexible orifice, (e) ball and slotted seat, (f) path emitter small tube, (g) long-path emitter, (h) compensating long-long-path emitter, (i) long-long-path multiple outlet emitter, (j) groove and flop short-path emitter, (k) groove and disc short-path emitter (l) twin wall emitter lateral
Variasi Debit Emitter
(a) (b) qa : debit emitter rata-rata, l/jam.. Nilai v yang disarankan diklasifikasikan seperti pada Tabel 6 berikut.
Gambar 16. In line emitter (a) dan on line emitter (b)
Tabel 6. Klasifikasi v yang disarankan
Tipe emitter v Klasifikasi
Point source < 0.05
Kurang hingga tidak baik
Pada penggunaan emitter yang lebih dari satu untuk setiap tanaman, diterapkan system coefficient of manufacturing variation, vs, yaitu :
p
a
dimana qn’ : debit rata-rata dari 25 % debit terendah (l/jam), qa : debit rata-rata dari keseluruhan emitter (l/jam), dan qmin : debit minimum terendah (l/jam).
Keseragaman emisi (EU) yang disarankan oleh ASAE seperti yang disajikan pada Tabel 7 berikut.
Tabel 7. Keseragaman emisi (EU) yang disarankan
Tipe emitter Topografi EU untuk daerah kering (%) Point source pada tanaman
permanen a
Seragam c Bergelombang d
90 – 95 85 - 90 Point source pada tanaman
permanen atau semi permanen b
Seragam Bergelombang
85 – 90 80 - 90 Line source pada tanaman
tahunan dalam baris
Seragam
Untuk daerah basah (humid) nilai EU lebih rendah hingga 10 %
Penentuan Debit Dan Tekanan Operasi
Untuk menentukan debit emitter rata-rata (qa), terlebih dahulu tentukan suatu debit emitter tertentu qa (l/jam), kemudian dihitung lama pemberian air Ta (jam/hari) dengan persamaan:
Maximum lama pemberian air per hari haruslah < 90 % dari waktu tersedia (24 jam) yaitu kurang dari 21.6 jam/hari. Selain itu, sistem haruslah dioperasikan srcara hampir terus-menerus setidaknya 12 jam/hari.
Jika sistem dibagi menjadi beberapa unit stasiun operasi (Ns), maka lama pemberian air untuk setiap unit menjadi 21.6/Ns jam. Dengan konsep ini, jumlah unit stasiun operasi yang diperlukan dapat ditentukan dan kemudian di tentukan nilai Ta dimana 12 jam/hari < Ta < 21.6 jam/hari. Pengambilan keputusan penentuan qa dan Ta adalah sebagai berikut :
a) Jika Ta ≈ 21.6 jam/hari, gunakan satu stasiun operasi, Ns = 1, pilih Ta ≤ 21.6 jam/hari, dan sesuaikan besar qa
c) Jika 12 < Ta < 18 jam/hari, untuk mendapatkan Ta ≈ 90 %, pilih emitter lain atau jumlah emitter per tanaman yang berbeda. Hal ini akan mengurangi biaya investasi.
Gambar 17. Point dan line source emitter
x
d. Pipa Lateral
Pipa lateral mengalirkan air dari pipa utama dan pipa pembagi ke alat aplikasi. Pipa lateral didesain untuk dapat memberikan variasi debit dari alat aplikasi sepanjang pipa pada tingkat yang dapat diterima. Faktor utama yang menyebabkan variasi debit dari alat aplikasi sepanjang pipa lateral adalah perbedaan tekanan operasi sepanjang pipa karena gesekan, kehilangan minor dan perbedaan elevasi.
Umumnya pipa lateral mempunyai diameter yang konstant. Penggunaan beberapa diameter pipa (semakin mengecil ke arah ujung lateral) dapat menekan biaya investasi, akan tetapi penggunaan lebih dari 2 diameter pipa menjadi tidak praktis.
Banyak sistem mempunyai sepasang pipa lateral, yang memanjang kearah yang berlawanan dari pipa pembagi. Pada lahan dengan kemiringan searah pipa lateral < 3 %, kedua pipa lateral dapat mempunyai panjang yang sama, karena tekanan operasi dikedua ujung pipa lateral relatif sama. Pada lahan dengan kemiringan searah pipa lateral yang besar, pipa lateral menaik (upslope) akan lebih pendek sari pada pipa lateral menurun (downslope).
Hidrolika Pipa Lateral
Kehilangan tekanan karena gesekan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Hazen-William : debit aliran, l/jam, dan C : koefisien (130 – 150).
Kehilangan tekanan karena gesekan pada pipa plastik halus dengan diameter kurang dari 125 mm disederhanakan menjadi :
75
dimana J : gradien kehilangan tekanan, m/100 m, hf : kehilangan tekanan karena gesekan, m, K : konstanta (7.89 x 107), Q : debit aliran, l/det, L : panjang pipa, m, dan D : diameter dalam pipa, m.
Pemasangan emitter pada pipa lateral menyebabkan tambahan kehilangan tekanan dan dihitung dengan :
e
dimana J’ : gradien kehilangan tekanan ekivalen dari pipa lateral dengan emitter, m/100 m, Se : spasi emitter, m, fe : kehilangan tekanan karena pemasangan emitter dan dinyatakan dengan panjang lateral, m.
Kehilangan tekanan pipa lateral dengan pengeluaran (outlet) yang dipasang pada spasi tertentu (hf) dan debit yang sama dari setiap pengeluaran ditentukan dengan:
100
/
'
FL
J
h
f=
/34/dimana F : koefisien reduksi. Karena pipa lateral selalu mempunyai pengeluaran lebih dari 15, maka F = 0.36.
Kehilangan tekanan pada titik-titik tertentu sepanjang lateral ditentukan dengan :
75
dimana hfx : kehilangan tekanan dari titik x sampai ujung pipa (m), x : jarak antara titik x dengan ujung pipa (m), L : panjang pipa lateral (m).
Keller dan Karmelli (1975) menyatakan bahwa kehilangan tekanan di pipa lateral umumnya sebesar 55 % dari kehilangan tekanan total.
Debit pipa lateral rata-rata (Ql) dalam l/menit adalah:
60
dimana N : jumlah emitter sepanjang pipa lateral
Debit emitter rata-rata dan tekanan operasi rata-rata pada pipa lateral sama dengan debit emitter rata-rata dan tekanan operasi rata-rata pada sub unit (qa dan Ha). Akan tetapi tekanan operasi minimum pada ujung pipa lateral (Hn’) lebih besar dari pada tekanan operasi minimum pada sub unit (Hn).
Variasi Tekanan Operasi
Pada pipa lateral, pipa pembagi dan sub unit, tekanan operasi tidak sama pada setiap titik. Gambar 19 memperlihatkan distribusi debit secara skematik pada suatu sub unit irigasi tetes.
Tekanan operasi pada sub unit tersebut berada pada Hn sampai Hm, yang akan menghasilkan debit dari qn sampai qm. Ha merupakan tekanan rata-rata yang memberikan debit emitter rata-rata.
Minimum debit emitter (qn) yang memberikan EU yang sesuai, ditentukan dengan persamaan EU berdasarkan qa yang telah ditentukan. Kemudian hitung tekanan minimal (Hn).
Beda tekanan (ΔHs) rencana yang dibolehkan adalah :
Gambar 18. Kurva hubungan diameter dalam pipa dengan
kehilangan tekanan karena emitter
Untuk mendapatkan keseragaman emisi (EU) yang sesuai, tekanan operasi harus antara Hn dan (Hn + ΔHs). Jika ΔHs yang didapat terlalu kecil untuk mengatasi gesekan dan perbedaan elevasi, dapat ditempuh beberapa cara, yaitu :
- Ganti emitter dengan nilai x, ν atau keduanya yang lebih kecil - Naikkan jumlah emitter per tanaman
- Gunakan emitter lain atau ubah sistem agar diperoleh Ha yang lebih besar
Tekanan di pangkal pipa lateral (Hl) dalam m menjadi :
El
kh
H
H
l=
a+
f+
0
.
5
Δ
/38/dimana k : konstanta (0.75 untuk pipa dengan diameter konstant dan 0.63 untuk pipa dengan dua diameter yang berbeda) dan ΔEl : beda elevasi antara pangkal dan ujung pipa lateral, m.
Kehilangan tekanan total pada pipa lateral (ΔHl) menjadi :
El
H
H
El
h
H
l=
f+
Δ
=
l−
n+
Δ
Gambar 19. Distribusi tekanan pada sub unit
Pemeriksaan Pipa Lateral
Wu (1977) mengembangkan nomogram untuk memeriksa pipa lateral apakah sangat sesuai, sesuai, atau tidak sesuai dengan yang direncanakan seperti Gambar 20. Untuk memeriksa pipa lateral tersebut diperlukan data panjang pipa, tekanan operasi, kehilangan tekanan dan kemiringan lahan.
e. Pipa Pembagi (Manifold)
Pipa pembagi juga merupakan pipa dengan pengeluaran banyak seperti pipa lateral. Pipa pembagi dapat terdiri dari satu, dua, tiga atau empat ukuran pipa. Penggunaan beberapa ukuran pipa dilakukan untuk menekan biaya investasi dan mengendalikan variasi tekanan. Kecepatan aliran di pipa pembagi dibatasi sampai sekitar 2 m/detik. Pipa pembagi dapat dipasang kedua arah (pipa pembagi ganda) atau hanya kesatu arah (pipa pembagi tunggal) dari pipa utama.
Karakteristik Pipa Pembagi
1. Variasi tekanan yang diijinkan
Variasi tekanan yang diijinkan mengikuti persamaan :
l yang diijinkan, m, dan ΔHl : variasi tekanan sepanjang pipa lateral, m.
2. Panjang pipa
Panjang pipa pembagi tunggal :
L
=
(
N
r−
0
.
5
)
S
r /41/Panjang pipa pembagi ganda :
L
p=
(
N
r−
1
)
S
r /42/Dimana L : panjang pipa pembagi tunggal (m), Lp : panjang pipa pembagi ganda (m), Nr : jumlah lateral pada pipa pembagi, dan Sr : spasi lateral (m).
3. Lokasi pipa utama
Pemasukan (intake) dari pipa pembagi ganda diletakkan pada pipa pembagi yang mengarah ke atas (uphill) yang mempunyai tekanan minimum. Untuk pipa pembagi dengan satu ukuran, lokasi pemasukan, Y=x/Lp, merupakan titik tengah dari pipa yang mengarah ke atas dan ke bawah. Sedangkan untuk pipa pembagi dengan beberapa ukuran, lokasi pemasukan ditentukan dengan kurva pada Gambar 21.
dimana Y : lokasi pemasukan terbaik, x/Lp, dan ΔE : perbedaan elevasi mutlak diantara kedua ujung pipa, m
4. Tekanan pemasukan
Tekanan pemasukan untuk subunit persegiempat :
l
ukuran, hf : kehilangan tekanan pada pipa pembagi karena gesekan (m), dan ΔEl : perbedaan elevasi ujung pipa pembagi (+ bila menaik dan – bila menurun) (m).
Gambar 21. Kurva untuk menentukan lokasi pemasukan
Kehilangan Tekanan
Kehilangan tekanan karena gesekan, hf, untuk pipa PVC dapat ditentukan dengan menggunakan kurva seperti pada Gambar 22 atau menggunakan persamaan Hazen-William (persamaan 31)
hf juga dapat ditentukan dengan persamaan :
100
/
JFL
h
f=
/46/dimana J : gradien kehilangan tekanan (Tabel 9) (m/100 m), F : faktor reduksi (Tabel 10) dan L : panjang pipa pembagi.
Gambar 22. Kehilangan tekanan pipa PVC
Untuk sub unit yang tdak persegi empat, kehilangan tekanan pada pipa pembagi ditentukan dengan terlebih dahulu menghitung faktor bentuk, Sf, dengan :
a l c l
f
Q
Q
S
=
(
)
/(
)
/47/Kehilangan tekanan dihitung dengan :
100
/
FL
JF
h
f=
s /48/dimana Fs : faktor penyesuai (Gambar 23).
Secara umum, kehilangan tekanan di pipa pembagi sebesar 45 % dari kehilangan tekanan total (Keller dan Karmeli, 1975).
Tabel 10. Faktor reduksi
Variasi Tekanan
Variasi tekanan pada pipa pembagi, ΔHm, untuk pipa yang mendatar atau menaik (s ≥ 0):
)
100
/
(
L
s
h
H
m=
f+
Δ
/49/dan untuk pipa pembagi yang menurun (s < 0) atau ΔE < hf :
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
=
Δ
100
36
.
0
0
.
1
L
n
s
h
H
m f /50/dimana s : kemiringan pipa pembagi (+ untuk pipa yang menaik dan – untuk pipa yang menurun), dan n : jumlah ukuran pipa yang digunakan.
Kurva Hubungan Ukuran Pipa-Debit-Kemiringan Atau Nisbah Panjang Dengan Tekanan
Wu dan Gitlin (1974, 1975) mengembangkan dua buah kurva hubungan antara ukuran pipa pembagi dengan debit total dan kemiringan pipa (Gambar 24) dan antara ukuran pipa pembagi dengan debit total dan nisbah antara panjang pipa dengan tekanan operasi (Gambar 25).
Gambar 24. Kurva hubungan ukuran pipa pembagi-debit-kemiringan
Gambar 25. Kurva hubungan ukuran pipa pembagi-debit-nisbah panjang dengan tekanan
f. Pipa Utama
Kehilangan tekanan karena gesekan pada pipa utama ditentukan dengan menggunakan persamaan Hazen-William (persamaan 31) berdasarkan debit total yang dibutuhkan. Pada sistem dengan beberapa sub unit (pipa pembagi), total debit pada pipa utama akan berkurang dari satu penggal pipa utama ke penggal pipa berikutnya.
Wu (1975) mengembangkan sebuah nomogram hubungan antara ukuran pipa utama dengan kemiringan garis energi dan debit seperti Gambar 26.
Gambar 26. Nomogram hubungan ukuran pipa-kemiringan garis enersi dan debit
g. Desain Irigasi Tetes
Desain suatu sistem irigasi tetes adalah merupakan integrasi dari komponen-komponen (emitter, katup, filter, pipa dsb.) menjadi satu susunan sistem, yang mampu memasok air kepada tanaman sesuai dengan kebutuhan, pada kondisi tanah, air dan peralatan yang terbatas. Beberapa faktor ekonomi seperti kesesuaian, investasi awal, tenaga kerja, menjadi kendala bagi desain.
Data yang diperlukan untuk desain irigasi tetes meliputi data air dan lahan, data tanah dan tanaman serta data emitter. Data tersebut direkap dalam bentuk tabel data seperti Tabel 11. Untuk mendapatkan desain hidrolika dari jaringan, dilakukan serangkaian perhitungan seperti penentuan spasi emitter, debit emitter rata-rata, tekanan emitter rata-rata, variasi tekanan yang diijinkan dan lama operasi. Perhitungan-perhitungan tersebut seringkali dilakukan secara coba dan salah (trial and error) dan hasilnya direkap pada tabel faktor desain seperti Tabel 12.
Tekanan Dinamik Total (Tdh, Total Dynamic Head)
Tekanan dinamik total (TDH) merupakan tekanan pada titik pemasukan sistem dan merupakan total tekanan yang dibutuhkan untuk :
a) Mengangkat air
b) Kehilangan tekanan pada sistem pemasok
c) Kehilangan tekanan untuk pengendalian sistem (filter, pengukur debit, injektor, dll)
d) Tekanan yang dibutuhkan pada pemasukan pipa pembagi
e) Tekanan yang dibutuhkan untuk mengatasi gesekan dan perbedaan elevasi antara unit utama dengan pipa pembagi
f) Kehilangan tekanan di sub unit (filter, regulator tekanan, dll)
g) Faktor keamanan kehilangan tekanan karena gesekan, umumnya sebesar 10 % dari total kehilangan tekanan
Tabel 11. Data untuk desain
I. PEKERJAAN II. LAHAN DAN AIR
(a) Jumlah petak
(b) Luas lahan – ha A
(c ) Hujan efektif – mm Rn
(d) Air tanah tersisa - mm Ms
(e) Suplai air – l/det
(f) Water storage - ha - m
(g) Kualitas air – dS/m (mmhos/cm) ECw & SAR
(h) Kelas kualitas air
III. TANAH DAN TANAMAN
(a) Tekstur tanah
(b) Air tersedia- mm/m Wa
(c ) Ketebalan tanah – m
(d) Soil limitations
(e) Defisit diizinkan - % MAD
(f) Tanaman
(g) Jarak tanam - m x m Sp x Sr
(h) Kedalaman perakaran - m Z
(i) Persentase area tertutupi - % Pd
(i) ET rata-rata- mm/hari Ud
(k) Kebutuhan air musiman U
(l) Rasio kebutuhan pencucian (leaching) LRt
IV. PENETES
(a) Tipe
(b) Outlet per emiter
(c ) Head tekanan - kPa [m] P [H]
(d) Debit @ H - l/jam q
(e) Eksponen debit x
(f) Koefisien peubah v
(g) Koefisien debit Kd
Tabel 12. Faktor desain
I. PEKERJAAN
II. RANCANGAN PENDAHULUAN
(a) Tata letak penetes
(b) Jarak emiter - m x m Se x Sl
(c ) Jumlah emiter per tanaman Np
(d) Persentase area terbasahi - % Pw
(e) Kedalaman maksimum netto – mm dx (f) Rata-rata transpirasi maksimum - mm/hari Td
(g) Interval maksimum – hari fx
(h) Frekuensi irigasi – hari f’
(i) Kedalaman netto per irigasi - mm dn
(j) Asumsi keseragaman - % EU
(k) Kedalaman gross irigasi - mm d (l) Kebutuhan air gross per tanaman – l/hari G
(m) Waktu irigasi – jam Tg
III. RANCANGAN AKHIR
(a) Waktu irigasi – jam Tg
(b) Interval irigasi– hari * f’
(c ) Kedalaman gross per irigasi - mm d (d) Debit emiter rata-rata - l/jam aa
(e) Tekanan emiter rata-rata - m Ha
(f) Variasi head emiter diizinkan - m ∆Hs (g) Jarak emiter - m x m Se x Sl
(h) Persentase area terbasahi - % Pw
(i) Jumlah stasiun Ns
(j) Kapasitas sistem - L/jam Os
(k) Efisiensi per musim - % Es
(l) Irigasi per musim – ha m v
(m) Operasi per musim – jam at
(n) total head dinamik l - m TDH
(o) Keseragaman aktual - % EU
PERTANYAAN:
(1) Sebutkan kelebihan dan kelemahan irigasi tetes
(2) Bagaimana caranya menghitung uniformity dan efisiensi pada irigasi tetes
(3) Jelaskan mengapa secara teoritis penerapan irigasi tetes cenderung lebih efisien dibanding irigasi tetes maupun irigasi permukaan
(4) Jelaskan persyaratan hidrolika pipa pada desain irigasi tetes untuk memperoleh uniformity yang tinggi
(5) Jelaskan mengapa ada keterkaitan yang erat antara desain irigasi tetes dan rencana pengoperasian jaringan
(6) Sebutkan komponen utama irigasi tetes serta fungsi-fungsinya
(7) Jelaskan kriteria penerapan irigasi tetes dilihat dari aspek agroklimat dan lahan/tanah
Daftar Pustaka
1. Benami, A dan A. Ofen, 1984, Irrigation Engineering, IESP, Haifa
2. Giley, J.R.,-, Bahan Kuliah Irrigation Engineering, Texas A&M University, Texas
3. Jensen, M.E.(ed.), 1980, Design and Operation of Farm Irrigation System, ASAE, Michigan
4. Keller, J. dan R.D. Bliesner, 1990, Sprinkler and Trickle Irrigation, Van Nostrand Reinhold, New York
5. Michael , A. M., 1978, Irrigation, Theory and Practices, Vikas Publishing House PVT.Ltd., New Delhi
6. Phocaides, A., 2000, Technical Hand Book on Pressurized Irrication Techniques, FAO, Rome, Italy.
