• Tidak ada hasil yang ditemukan

PERANCANGAN DAN PERFORMANSI SISTEM PENYIRAM TETES TEKANAN FLUIDA RENDAH DENGAN HEAD

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "PERANCANGAN DAN PERFORMANSI SISTEM PENYIRAM TETES TEKANAN FLUIDA RENDAH DENGAN HEAD"

Copied!
9
0
0

Teks penuh

(1)

PERANCANGAN DAN PERFORMANSI SISTEM PENYIRAM TETES TEKANAN

FLUIDA RENDAH DENGAN HEAD KONSTAN UNTUK TANAMAN CABAI

RAWIT (Capsicum frutescens L.) PADA POLYBAG PLASTIK

Design and performance test of droplet system of watering with low pressure fluid in constant head for (capsicum fruitescens L) in polybag

Joko Sumarsono1, Cahyawan Catur Edi Margana1, Nurlaela Mardani 1

1

Program Studi Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pangan dan Agroindustri Universitas Mataram

E-mail: [email protected]

ABSTRACT

The objective of this study were to determine the level of distribution uniformity of droplet in plant watering in dryland and to determine the effective ways in watering so that the using of water is efficient. Experimentaly in the field was used in the method. This study was devided into three stages, they were preparation, design and assembly, and performance test.The parameters of study were including parameters in main channel, distribution channel, the uniformity of emitter and parameters of the needs of water. Results show that velocity (v), pressure (P), Reynold number (Re) and Head total (Ht) were constant for generative fase while water discherge per emitter wasnot constant. Laminer flow (Re<2000) take place at emitter with the value of 367.34 while turbulence(Re>3500) occured at the main channel with the value of 68532939.7. The uniformity emitter value for this droplet system was good base on the criteria of the uniformity level droplet by ASAE of 84%.

Key word :drip irrigation, uniformityof emitter

ABSTRAK

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui tingkat keseragaman distribusi tetesan dalam pemberian air pada tanaman lahan kering serta menentukan cara yang efektif dalam penyiraman sehingga tidak terlalu boros dalam penggunaan air. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental di lapangan. Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap yaitu tahap persiapan, perancangan dan perakitan, uji performansi. Parameter penelitian meliputi parameter pada saluran utama, parameter pada saluran distribusi, keseragaman emitter, parameter kebutuhan tanaman. Dari data hasil pengukuran menunjukkan besar nilai kecepatan (v), tekanan (P), Bilangan Reynold (Re), dan head total (Ht) konstan pada pengukuran fase generative, sedangkan nilai debit per emitter tidak konstan. sifat aliran air laminer (Re<2000) terjadi pada emitter yaitu sebesar 367,34 dan pada saluran distribusi sebesar 60313380,67, sedangkan sifat aliran turbulen (Re>3500) terjadi pada saluran utama sebesar 68532939,7. Nilai keseragaman emitter (EU) pada alat irigasi tetes ini tergolong baik berdasarkan kriteria tingkat keseragaman tetesan sistem irigasi tetes menurut ASAE yaitu 84%.

Kata kunci : Irigasi tetes, Keseragaman Emitter (EU)

PENDAHULUAN

Di Indonesia, pemanfaatan air untuk pembangunan pertanian menempati urutan pertama, mencapai 75%. Air untuk pertanian

digunakan untuk mengairi lahan sawah. Pengairan pada lahan kering masih sangat terbatas, padahal upaya ini penting untuk meningkatkan produktivitas lahan.

(2)

adalah penyiraman air yang terlalu berlebihan. Kadar air di dalam tanah menjadi lebih banyak dibandingkan kadar makanan, berakibat pada tanaman itu menjadi kekurangan makanan dan akhirnya menjadi layu, rusak dan kemudian mati.

Irigasi tetes dapat menjadi pilihan untuk meningkatkan produktivitas lahan (Anonim, 2008a). Irigasi tetes yang lebih dikenal sebagai drip atau tricle irrigation merupakan salah satu metode pemberian air ke tanaman pada zona perakarannya melalui suatu alat yang disebut emitter baik yang tunggal maupun berbentuk selang berlubang (drip line) (Prabowo at al, 2004).

Dengan sistem penyiraman irigasi tetes menggunakan penampung yang dapat dikontrol akan lebih efisien dalam menggunakan tenaga kerja sehingga dapat mengurangi nilai biaya. Keuntungannya dengan sistem ini sedikit menggunakan air, air tidak terbuang percuma, dan penguapan pun bisa diminimalisasi (Suhaya, 2008).

METODOLOGI PENELITIAN

Bahan dan Alat

Bahan : air, pupuk dan tanaman cabai rawit (Capsicum frutescens L.) Alat : satu set alat penyiram sistem tetes (dirakit sendiri), tower air, gelas penampung, gelas ukur, polybag, selang, alat pengatur tetesan, jaringan pipa, kran otomatis, stop kran, mistar, dan pemantau tinggi air.

Tahapan Penelitian

Penelitian Pendahuluan

Melakukan penelitian pendahuluan dengan dua perlakuan yaitu 1) bukaan kran 45˚ 2) bukaan kran 90˚. Setiap perlakuan diulang 10 kali, diatur head fluida konstan. Dianalisis menggunakan t-test dengan tingkat kepercayaan 95%. Kemudian dipilih bukaan kran dengan keseragaman yang paling tinggi sebagai dasar perancangan.

Tahap Perancangan dan Perakitan

Membuat rancangan sistem penyiram tetes mencakup perancangan skema tata letak (lay-out) perpipaan.

Tahap Uji Performansi

Metode eksperimentnya yaitu mengukur rata-rata kebutuhan air dengan 2 (dua) perlakuan yaitu 1) Kebutuhan air tanaman (162,21 ml/hari) fase vegetatif 2) Kebutuhan air tanaman (278,91 ml/hari) fase generatif. Setiap perlakuan diulang 10 (sepuluh) kali, diatur head fluida konstan. Dianalisis menggunakan t-test dengan tingkat kepercayaan 95%.

Parameter Penelitian :

Parameter pada saluran utama : Debit saluran utama

Debit saluran utama dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :

...1) dimana:

Q = Debit aliran (m3/s) V = Kecepatan aliran (m/s) A = Luas penampang aliran (m2)

Kecepatan aliran fluida pada pipa (V, m/det) Kecepatan aliran fluida dihitung dengan persamaan colebrooke (Victor, 1986):

,

, ……...2)

dimana:

k = kekasaran efektif dinding dalam pipa

(desimal)

D = diameter dalam pipa (m)

Re = Bilangan Reynold (non dimensi)

f = faktor gesekan (desimal)

Tekanan (P)

Tekanan pada saluran distribusi diperoleh melalui persamaan Bernoulli:

...3) dimana :

P = Tekanan (Pa)

γ = Berat jenis air (kg/m3) V = Kecepatan aliran (m/s) g = Percepatan gravitasi (m/s2) Z = Ketinggian muka air tujuan (m) Hl = Head Losses (m)

(3)

Bilangan Reynold (Re)

...4) dimana:

Re = Bilangan Reynold (non dimensi) ρ = Massa jenis fluida (kg/m3) V = Kecepatan fluida (m/s2)

= Viscositas (kekentalan) fluida (Pa.s) D = Panjang geometri (m)

Pada Re < 2300, aliran bersifat laminer Pada Re > 4000, aliran bersifat turbulen

Pada Re = 2300-4000, terdapat daerah transisi dimana aliran dapat bersifat turbulen atau laminer tergantung pada kondisi pipa dan aliran (Sularso, 2007).

Parameter pada saluran distribusi :

Kecepatan aliran fluida pada pipa (V, m/det) Kecepatan aliran fluida dihitung dengan persamaan colebrooke (Victor, 1986)

,

, ...5)

Debit aliran (Q, m3/det)

Debit saluran utama dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 1.

Tekanan (P)

Nilai tekanan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 3.

Head losses pada pipa distribusi

Head losses dapat ditentukan dengan persamaan 6 :

...6)

dimana:

Hl = head losses (m)

f = faktor gesekan (non dimensi) L = panjang pipa (m)

D = diameter pipa (m)

g = percepatan gravitasi (m/s2) Bilangan Reynold (Re)

Bilangan Reynold pada saluran distribusi dihitung menggunakan persamaan 4.

Keseragaman emitter

Keseragaman pemberian air dari setiap emitter pada keseluruhan sistem irigasi tetes dinyatakan dengan Keseragaman Emisi (Emission Uniformity, EU) yang dihitung menggunakan persamaan 7 :

...7)

dimana:

Eu = Keseragaman emisi (%)

qn = Debit rata-rata dari 25 % debit terendah (l/jam)

qa = Debit rata-rata dari keseluruhan emitter (l/jam)

Parameter kebutuhan tanaman : Evapotranspirasi tanaman (ETo)

Ditentukan dengan menggunakan program Cropwat atau metode Penman-Monteith. Input data yang digunakan yaitu data iklim 10 tahun terakhir (2000-2009) yang diperoleh dari BMG Selaparang.

Kebutuhan air tanaman cabai

Kebutuhan air tanaman (Evapotranspirasi, ETc) ditentukan dengan persamaan 8 :

ETc = Kc x Eto...8)

dimana:

ETc = Kebutuhan air tanaman, (mm/hari) Kc = Faktor koefisien tanaman (non dimensi) ETo = Evapotranspirasi acuan, (mm/hari) Luas media tanam (polybag)

………...………... 9) dimana:

A = Luas media tanam (cm2) r = Jari-jari media tanam (cm)

Analisis Data

Data yang telah diperoleh dianalisis menggunakan beberapa pendekatan yaitu pendekatan matematik dan pendekatan statistik:

1. Pendekatan Matematik

Pendekatan matematik dilakukan dengan menggunakan GW Basic yang selanjutnya

(4)

diselesaikan dengan menggunakan program exel.

2. Pendekatan statistik dilakukan dengan menggunakan Statgraph 3.0 dengan analisis Two-Sample Comparison.

Start

Lay-out sistem : P1,V1,Z1, Beda tinggi Z2-Z1= 5 m

Kecepatan aliran air dihitung dengan menggunakan

pers.Colebrooke

A

100

Log-out sistem penyiram dan kc, EU, ETo, ETcrop, Qemitter, kapasitas penyiraman, tinggi tanaman, dan jumlah daun, Bilangan Reynold (Re), Kecepatan aliran fluida (V), kehilangan energi.

Perakitan Luas pipa (A)

Q = A .V

Belokan pipa, head pipa utama (m), head pipa lateral (m) dan

head ujung akhir (m)pipa. Analisis data

2 2

kecepatan aliran fluida, Log-out Head Losses (Hf), Evaporasi Tetapan Evapotranspirasi Tanaman (ETcrop), Bilangan Reynold (Re), Debit Keluaran pipa (Q), Keseragaman Emiter (EU). Hitung Eto (Penman Monteith ) Aplikasi Cropwat Koefisien tanaman, kc A

Stop

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

jenis pipa PVC Dipilih rata-rata volume penyiraman yang optimal

Analisis hasil

Penelitian pendahuluan dengan dua perlakuan:bukaan kran

45˚dan 90˚

Uji performansi pada pendahuluan dengan bukaan kran ½ (45°)

(5)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan data klimatologi wilayah Mataram selama 10 tahun terakhir sejak tahun

2000-2009, maka dengan bantuan program CROPWAT diperoleh nilai Evapotranspirasi Potensial (ETo), seperti pada Tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1. Data rata-rata klimatologi wilayah Kota Mataram selama tahun 2000-2009

Bulan Min Temp (°C) Max Temp (°C) Relatif humidit y (%) Kec. Angin (km/hari) Penyinaran Matahari (jam) Rad (MJ/m?/ hari) ETo (mm/ hari) Januari 24,5 31,3 82 268 4,5 16,8 4,08 Februari 31,3 31,5 81 354 4,4 16,8 4,63 Maret 24,3 31,4 82 311 4,9 17,1 4,3 April 23,5 31,7 83 268 5,6 17 4,04 Mei 22,8 31,9 80 268 6,5 16,8 4,11 Juni 21,9 31,1 79 268 6,2 15,5 3,85 Juli 21 30,9 77 268 6,6 16,4 4,04 Agustus 21,1 31 76 268 6,6 17,7 4,34 September 22,8 31,6 76 311 6,2 18,6 4,76 Oktober 23,5 31,4 77 268 6,2 19,4 4,74 November 24,2 32,3 81 268 5,6 18,5 4,52 Desember 24,5 31,7 80 268 4,3 16,4 4,23

Berdasarkan hasil perhitungan menggunakan program Cropwat terlihat bahwa nilai ETo setiap bulannya sangat bervariasi yang menyebabkan kebutuhan air tanaman tiap bulannya berbeda-beda. Di samping itu, besarnya kebutuhan air tanaman juga dipengaruhi oleh faktor koefisien tanaman (kc) yang nilainya berbeda-beda pada setiap fase pertumbuhan. Untuk keperluan desain digunakan kc dengan nilai yang lebih tinggi agar tidak terjadi kekurangan air selama fase pertumbuhan.

Data hasil pengukuran laju infiltrasi pada tanah yang digunakan untuk penelitian diperoleh nilai rata-rata infiltrasi sebesar 25,2 mm/jam. Data laju infiltrasi ini juga dapat digunakan untuk menduga kapan suatu run-off akan terjadi bila suatu jenis tanah telah menerima sejumlah air tertentu baik melalui curah hujan ataupun irigasi dari suatu tandon air di permukaan tanah.

Tanaman akan menghasilkan produksi maksimum jika kebutuhan airnya terpenuhi dengan maksimal mulai dari saat tanam sampai panen tergantung fase pertumbuhannya. Hasil penelitian sebelumnya (Soemarno, 2004) mengemukakan bahwa kalau kekurangan air terjadi selama periode tertentu dalam musim

pertumbuhan tanaman, respon hasil terhadap kekurangan air sangat beragam tergantung pada tingkat kepekaan tanaman pada periode tersebut. Pada umumnya tanaman sangat peka terhadap kekurangan air selama awal pertumbuhannya, pembungaan dan awal fase pembentukan hasil sehingga produksinya kurang maksimal.

Penanaman cabai dimulai pada tanggal 10 Juli 2010, dengan kebutuhan air tanaman pada fase vegetatif adalah 162,21 ml/hari. Pada fase generatif sekitar 80 HST pada bulan Oktober (fase generatif), kebutuhan air tanaman cabai adalah 278,91 ml/hari.

Keseragaman emitter

Nilai keseragaman tetesan merupakan persentase yang diperoleh dari pengukuran debit pada tiap emiter per hari pada fase vegetatif dan generatif. Tingkat keseragaman tetesan dapat dilihat pada Gambar 2. Debit keluar pada tiap-tiap emitter tidak sama namun mendekati seragam. Pada fase vegetatif rata-rata keseragaman emitter 85% sedangkan pada fase generatif rata-rata keseragaman emitter 84%

(6)

Gambar 2. Grafik tingkat keseragaman

emitter pada pada fase vegetatif dan generatif tanaman cabai

Besarnya nilai rata-rata keseragaman irigasi pada aplikasi jaringan irigasi ini lebih besar dari 80%, ini berarti nilai keseragaman debit keluar emiter sudah memenuhi kriteria keseragaman yang baik menurut ASAE. Hal ini menunjukkan bahwa jaringan irigasi tetes mampu mendistribusikan air yang cukup merata pada tiap-tiap emiter dalam setiap perlakuan. Namun apabila nilai keseragaman irigasi tetes <50%, maka jaringan irigasi tetes dinilai tidak layak karena pendistribusian air tidak merata yang pada akhirnya akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Prabowo et al, 2004).

Parameter pada alat

Dalam rangka mempermudah analisis perhitungan, berdasarkan skema alat irigasi tetes dibagi dalam tiga sub sistem yaitu sub sistem saluran utama, sub sistem saluran distribusi dan sub sistem emitter.

Secara teknis, head losses diperlukan dalam analisis mekanika fluida dari suatu aliran. Dalam penelitian ini dilakukan perhitungan head losses mayor dan minor pada setiap sub sistem. Head losses mayor terjadi akibat panjang dan ukuran diameter, serta kekasaran absolut bahan di dalam pipa yang diperoleh melalui pendekatan numerik dengan persamaan colebrooke yang diselesaikan dengan menggunakan analisis numerik Newton-Raphson melalui bahasa program GW Basic.

Head losses minor adalah kerugian akibat belokan, pengecilan mendadak dan penggunaan keran. Besarnya nilai head losses minor sesuai dengan jenis belokan dan bahan yang digunakan diperoleh dari (Sularso, 2007). Untuk belokan pipa θ=90° dalam penelitian ini digunakan koefisien (f, non dimensi) 1,129,

sambungan T dengan f=0,55 dan sambungan drat dengan f=1,3. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil pengujian pada parameter alat Parameter Saluran utama Saluran distribusi Kecepatan (V, m/s) 4,419878 1,944888* Tekanan (P, Pa) 242396,648 311104,15 Bilangan Reynold

(Re, non dimensi)

60313380,67 (turbulen) 68532939,7 (turbulen) Debit (Q,ml/det) 0,04 0,02 Head losses (Hl, m)

mayor 1,0195E-06 6,127E-07

minor 1,39 5,529

Keterangan : debit diambil dari total volume penyiraman per hari dan dibagi dua saluran yang sama

Berdasarkan Tabel 2, debit diatur sesuai dengan debit yang dibutuhkan oleh tanaman. Pada dasarnya pada irigasi tetes, kecepatan aliran, tekanan dan debit aliran yang digunakan relatif kecil dan konstan. Kecepatan aliran pada saluran utama yaitu 4,419878 m/s lebih besar dibandingkan dengan kecepatan aliran pada saluran distribusi sebesar 1,944888 m/s.

Pada penelitian ini besarnya tekanan udara luar (Pu) 1 atm atau setara dengan 101325 Pa sehingga dapat dicari besarnya tekanan pada emitter (PE1) sebesar 101714,42 Pa. Besarnya tekanan pada emitter 2 (PE2) juga dapat dicari setelah dikurangi head losses dan tegangan permukaan (σ) serta dijumlahkan dengan tegangan kapiler. Sehingga diperoleh (PE2) sebesar 101714,35. Begitu seterusnya sampai emitter ke-7. Tekanan pada emitter harus lebih besar dari tekanan udara luar sehingga emitter dapat mengalirkan air dengan debit tertentu per hari. Berikut hasil pengujian parameter pada sub sistem emitter dapat dilihat pada Tabel 3.

Hasil pengujian parameter pada emitter terdapat nilai tekanan yang bervariasi dimana semakin menjauhi saluran utama nilainya semakin berkurang. Hal ini disebabkan adanya head losses akibat pertambahan panjang pipa pada saluran distribusi. Tekanan pada emitter nilainya harus lebih tinggi dari tekanan udara luar yakni 101325 Pa atau setara dengan 1 atm sehingga air masih mampu menetes dan dapat berjalan dengan baik.

0 50 100 150 1 2 3 4 5 6 7 8 ke se ra ga m an em it te r ulangan

ke-Gambar 2. Grafik tingkat keseragaman

emitter pada pada fase vegetatif dan generatif tanaman cabai

Besarnya nilai rata-rata keseragaman irigasi pada aplikasi jaringan irigasi ini lebih besar dari 80%, ini berarti nilai keseragaman debit keluar emiter sudah memenuhi kriteria keseragaman yang baik menurut ASAE. Hal ini menunjukkan bahwa jaringan irigasi tetes mampu mendistribusikan air yang cukup merata pada tiap-tiap emiter dalam setiap perlakuan. Namun apabila nilai keseragaman irigasi tetes <50%, maka jaringan irigasi tetes dinilai tidak layak karena pendistribusian air tidak merata yang pada akhirnya akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Prabowo et al, 2004).

Parameter pada alat

Dalam rangka mempermudah analisis perhitungan, berdasarkan skema alat irigasi tetes dibagi dalam tiga sub sistem yaitu sub sistem saluran utama, sub sistem saluran distribusi dan sub sistem emitter.

Secara teknis, head losses diperlukan dalam analisis mekanika fluida dari suatu aliran. Dalam penelitian ini dilakukan perhitungan head losses mayor dan minor pada setiap sub sistem. Head losses mayor terjadi akibat panjang dan ukuran diameter, serta kekasaran absolut bahan di dalam pipa yang diperoleh melalui pendekatan numerik dengan persamaan colebrooke yang diselesaikan dengan menggunakan analisis numerik Newton-Raphson melalui bahasa program GW Basic.

Head losses minor adalah kerugian akibat belokan, pengecilan mendadak dan penggunaan keran. Besarnya nilai head losses minor sesuai dengan jenis belokan dan bahan yang digunakan diperoleh dari (Sularso, 2007). Untuk belokan pipa θ=90° dalam penelitian ini digunakan koefisien (f, non dimensi) 1,129,

sambungan T dengan f=0,55 dan sambungan drat dengan f=1,3. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil pengujian pada parameter alat Parameter Saluran utama Saluran distribusi Kecepatan (V, m/s) 4,419878 1,944888* Tekanan (P, Pa) 242396,648 311104,15 Bilangan Reynold

(Re, non dimensi)

60313380,67 (turbulen) 68532939,7 (turbulen) Debit (Q,ml/det) 0,04 0,02 Head losses (Hl, m)

mayor 1,0195E-06 6,127E-07

minor 1,39 5,529

Keterangan : debit diambil dari total volume penyiraman per hari dan dibagi dua saluran yang sama

Berdasarkan Tabel 2, debit diatur sesuai dengan debit yang dibutuhkan oleh tanaman. Pada dasarnya pada irigasi tetes, kecepatan aliran, tekanan dan debit aliran yang digunakan relatif kecil dan konstan. Kecepatan aliran pada saluran utama yaitu 4,419878 m/s lebih besar dibandingkan dengan kecepatan aliran pada saluran distribusi sebesar 1,944888 m/s.

Pada penelitian ini besarnya tekanan udara luar (Pu) 1 atm atau setara dengan 101325 Pa sehingga dapat dicari besarnya tekanan pada emitter (PE1) sebesar 101714,42 Pa. Besarnya tekanan pada emitter 2 (PE2) juga dapat dicari setelah dikurangi head losses dan tegangan permukaan (σ) serta dijumlahkan dengan tegangan kapiler. Sehingga diperoleh (PE2) sebesar 101714,35. Begitu seterusnya sampai emitter ke-7. Tekanan pada emitter harus lebih besar dari tekanan udara luar sehingga emitter dapat mengalirkan air dengan debit tertentu per hari. Berikut hasil pengujian parameter pada sub sistem emitter dapat dilihat pada Tabel 3.

Hasil pengujian parameter pada emitter terdapat nilai tekanan yang bervariasi dimana semakin menjauhi saluran utama nilainya semakin berkurang. Hal ini disebabkan adanya head losses akibat pertambahan panjang pipa pada saluran distribusi. Tekanan pada emitter nilainya harus lebih tinggi dari tekanan udara luar yakni 101325 Pa atau setara dengan 1 atm sehingga air masih mampu menetes dan dapat berjalan dengan baik.

8 9 10

vegetatif generatif

Gambar 2. Grafik tingkat keseragaman

emitter pada pada fase vegetatif dan generatif tanaman cabai

Besarnya nilai rata-rata keseragaman irigasi pada aplikasi jaringan irigasi ini lebih besar dari 80%, ini berarti nilai keseragaman debit keluar emiter sudah memenuhi kriteria keseragaman yang baik menurut ASAE. Hal ini menunjukkan bahwa jaringan irigasi tetes mampu mendistribusikan air yang cukup merata pada tiap-tiap emiter dalam setiap perlakuan. Namun apabila nilai keseragaman irigasi tetes <50%, maka jaringan irigasi tetes dinilai tidak layak karena pendistribusian air tidak merata yang pada akhirnya akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Prabowo et al, 2004).

Parameter pada alat

Dalam rangka mempermudah analisis perhitungan, berdasarkan skema alat irigasi tetes dibagi dalam tiga sub sistem yaitu sub sistem saluran utama, sub sistem saluran distribusi dan sub sistem emitter.

Secara teknis, head losses diperlukan dalam analisis mekanika fluida dari suatu aliran. Dalam penelitian ini dilakukan perhitungan head losses mayor dan minor pada setiap sub sistem. Head losses mayor terjadi akibat panjang dan ukuran diameter, serta kekasaran absolut bahan di dalam pipa yang diperoleh melalui pendekatan numerik dengan persamaan colebrooke yang diselesaikan dengan menggunakan analisis numerik Newton-Raphson melalui bahasa program GW Basic.

Head losses minor adalah kerugian akibat belokan, pengecilan mendadak dan penggunaan keran. Besarnya nilai head losses minor sesuai dengan jenis belokan dan bahan yang digunakan diperoleh dari (Sularso, 2007). Untuk belokan pipa θ=90° dalam penelitian ini digunakan koefisien (f, non dimensi) 1,129,

sambungan T dengan f=0,55 dan sambungan drat dengan f=1,3. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil pengujian pada parameter alat Parameter Saluran utama Saluran distribusi Kecepatan (V, m/s) 4,419878 1,944888* Tekanan (P, Pa) 242396,648 311104,15 Bilangan Reynold

(Re, non dimensi)

60313380,67 (turbulen) 68532939,7 (turbulen) Debit (Q,ml/det) 0,04 0,02 Head losses (Hl, m)

mayor 1,0195E-06 6,127E-07

minor 1,39 5,529

Keterangan : debit diambil dari total volume penyiraman per hari dan dibagi dua saluran yang sama

Berdasarkan Tabel 2, debit diatur sesuai dengan debit yang dibutuhkan oleh tanaman. Pada dasarnya pada irigasi tetes, kecepatan aliran, tekanan dan debit aliran yang digunakan relatif kecil dan konstan. Kecepatan aliran pada saluran utama yaitu 4,419878 m/s lebih besar dibandingkan dengan kecepatan aliran pada saluran distribusi sebesar 1,944888 m/s.

Pada penelitian ini besarnya tekanan udara luar (Pu) 1 atm atau setara dengan 101325 Pa sehingga dapat dicari besarnya tekanan pada emitter (PE1) sebesar 101714,42 Pa. Besarnya tekanan pada emitter 2 (PE2) juga dapat dicari setelah dikurangi head losses dan tegangan permukaan (σ) serta dijumlahkan dengan tegangan kapiler. Sehingga diperoleh (PE2) sebesar 101714,35. Begitu seterusnya sampai emitter ke-7. Tekanan pada emitter harus lebih besar dari tekanan udara luar sehingga emitter dapat mengalirkan air dengan debit tertentu per hari. Berikut hasil pengujian parameter pada sub sistem emitter dapat dilihat pada Tabel 3.

Hasil pengujian parameter pada emitter terdapat nilai tekanan yang bervariasi dimana semakin menjauhi saluran utama nilainya semakin berkurang. Hal ini disebabkan adanya head losses akibat pertambahan panjang pipa pada saluran distribusi. Tekanan pada emitter nilainya harus lebih tinggi dari tekanan udara luar yakni 101325 Pa atau setara dengan 1 atm sehingga air masih mampu menetes dan dapat berjalan dengan baik.

(7)

Tabel 3. Hasil pengujian parameter alat pada emitter

Parameter Emitter

Kecepatan (VE, m/s) 1.97E-05 Tekanan (PE, Pa) : E1 101714.4195

E2 101714.3477 E3 101714.276 E4 101714.2042 E5 101714.1325 E6 101714.0607 E7 101713.989

Bilangan Reynold (Re, non dimensi)

367.3413383 (laminer) Debit (QE, ml/det) 0.003486998 Head losses (HlE, m) :

mayor 5.62E-07

Minor

-Keterangan :

- Nilai tekanan pada emitter, tiap-tiap pipa saluran distribusi terdapat 7 buah emitter. Total jumlah emitter 14 buah.

- Debit yang digunakan adalah debit pada masing-masing emitter

Kecepatan Aliran (V)

Pada emitter, pipa saluran distribusi dan saluran utama berdiameter (D) sama yaitu sebesar 0,0125 m diperoleh kecepatan pada saluran utama sebesar 4,419878 m/s, kecepatan pada saluran distribusi sebesar 1,944888 m/s dan kecepatan pada emitter sebesar 0,0000197 m/s. Kecepatan aliran ini juga sangat berguna untuk keperluan desain.

Kecepatan pada saluran utama lebih besar dibandingkan dengan kecepatan pada emitter dan saluran distribusi. Hal ini dikarenakan pada saluran utama, air mengalir langsung dari penampung tidak dari pompa dengan head 1,5 m. Semakin sempit saluran yang dilewati maka zat cair akan bergerak lebih cepat karena adanya pengaruh tegangan kapiler. Hal ini sesuai dengan hukum Kontuinitas dalam Alexander (2007) yang menyatakan bahwa laju aliran volume atau debit selalu sama pada titik sepanjang pipa/tabung aliran. Ketika penampang pipa mengecil, maka laju aliran fluida semakin meningkat.

Debit Saluran (Q)

Berdasarkan hasil pengukuran, debit pada saluran utama sebesar 0,04 ml/det lebih

besar dibandingkan dengan debit saluran distribusi sebesar 0,02 ml/det. Sedangkan nilai debit pada emitter relatif lebih kecil dari saluran utama dan distribusi yaitu 0,0034869 ml/det.

Dalam pengukuran debit di lapangan ditemui adanya kesulitan dalam pengukuran. Debit per emitter tidak sama yaitu karena adanya perbedaan suhu lingkungan antara pagi hari, siang hari, dan malam hari yang menyebabkan tetesan tiap emitter berbeda.

Bilangan Reynold

Kondisi aliran fluida akan sangat tergantung dari kecepatan aliran fluida, semakin tinggi kecepatan akan mempengaruhi pola aliran, kondisi aliran akan berubah dari laminer menjadi turbulen. Besar yang bisa menghubungkan antara kecepatan aliran (v), kondisi fluida (ρ, ), dan kondisi penampang diameter pipa (D) adalah angka reynold (Re) dapat dilihat pada persamaan 4. Pada penelitian ini diperoleh data Bilangan Reynold sebagai berikut ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Grafik rasio Bilangan Reynold

Nilai Bilangan Reynold pada emitter, saluran distribusi dan saluran utama memiliki nilai yang berbeda-beda, disebabkan karena perbedaan kecepatan pada tiap saluran. Untuk emitter sifat aliran air laminer (Re<2000) yaitu sebesar 367,34 karena kecepatan pada emitter sangat kecil, sedangkan pada saluran distribusi dan pada saluran utama memiliki nilai Re yang sangat tinggi dengan sifat aliran turbulen (Re>3500). Sifat pokok aliran, yaitu apakah alminer atau turbulen, serta posisi relatifnya pada skala yang menunjukkan pentingnya secara relatif kecendrungan turbulen terhadap kecendrungan laminer ditunjukkan oleh Bilangan Reynolds (Victor, 1986).

1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 Re emitter Re distribusi Re Utama Bilangan reynold (Re)

(8)

Kalkulasi matematika pada alat penyiraman sistem tetes tekanan fluida rendah

Kalkulasi matematik untuk penyiraman dengan irigasi tetes tekanan fluida rendah dapat dikembangkan melalui penelitian ini untuk menentukan cara yang efektif dalam

penyiraman. Untuk mengetahui karakter alat, banyak faktor yang dikaji salah satunya yaitu tekanan dengan kecepatan yang relatif kecil dan konstan untuk keperluan desain. Data hasil kalkulasi matematika dapat dilihat pada Tabel 4 berikut:

Tabel 4. Data Hasil Kalkulasi Model Matematika

Input friction factor

(desimal) V(m/s) P (Pa)

viskositas kinematik

(Myu,m2/s) 8,01E-07

Absolute roughness (E,m) 0,000015 Diameter Pipa (D, m): Emitter 0,0025 0,174224878 1,97E-05 101714,42 Distribusi 0.0125 9,64869E-09 1,944888 311104,15 Utama 0,0125 1,03E-08 4,419878 242396,648 Kerapatan(RHO, kg/m3) 993,6 Panjang selang(L, m) 0,25 Grafitasi(g, m/s2) 9,8

Dari hasil analisa perhitungan data diperoleh nilai tekanan dan kecepatan pada emitter sangat kecil dibandingkan dengan saluran utama dan distribusi. Pada dasarnya pada irigasi tetes, tekanan, kecepatan aliran dan debit aliran yang digunakan relatif kecil dan konstan. Persamaan-persamaan yang diperoleh dapat digunakan untuk keperluan scale up, desain, atau perluasan jaringan alat.

Parameter pada tanaman

Buah cabai dipanen pertama kali pada umur 112 hst. Buah cabai dipanen pada tingkat kemasakan 90% yaitu ketika buah berwarna merah atau kuning kemerahan. Total keseluruhan hasil panen tanaman cabai adalah 492,266 g dengan luas areal 8 m2 dan jumlah populasi tanaman 14 buah. Rata-rata produksi per tanaman sebesar 35 g.

KESIMPULAN

1. Penerapan sistem irigasi tetes dengan tekanan fluida rendah menghasilkan debit tanaman yang sesuai dengan kebutuhan air tanaman cabai yang diuji cobakan, yaitu dengan debit total 7 ml/jam atau setara dengan 0,007 liter/jam.

2. Tingkat keseragaman tetesan emitter per tanaman dapat menyebar secara merata pada tanaman sehingga dapat secara teknis dikategorikan baik, berkisar 81 s/d 87%. 3. Untuk keperluan desain dengan tekanan

fluida rendah dapat digunakan pada fase generatif agar tidak terjadi kekurangan air selama proses pertumbuhan dan aliran pada emitter bersifat laminer.

4. Pada sistem penyiram tetes tekanan fluida rendah ini sangat efektif dalam penyiraman sehingga tidak boros dalam penggunaan air.

DAFTAR PUSTAKA

Alexander, 2007. Handbook of Experimental Fluid Mechanics. Springer

Prabowo, A.,Abi Prabowo.,Agung Hendriadi. 2004. Pengelolaan Irigasi Hemat Air di Lahan Kering: Aplikasi Irigasi Tetes dan

Curah. Diakses melalui

http://mekanisasi.litbang.deptan.go.id/en g/index.php?option=com_docman&task =doc_download&gid=21&Itemid=64 [ juni, 2010]

(9)

Soemarno, 2004. Pengelolaan Air Tanah Bagi Tanaman. Diakses melalui http://images.soemarno.multiply.multi plycontent.com/attachment/0/RfuGmg oKCpkAAG53XHc1/pengelolaan%20 air%20untuk%20tanaman.DOC?nmid =22307046.[ 2 Desember 2009] Suhaya, D. 2008. Irigasi Tetes, Cara Efisien

Menyiram Tanaman. Diakses melalui http://dedesuhaya.blogspot.com/2008/0

6/irigasi-tetes-cara-efisien-menyiram.html [02 Desember 2009] Sularso., dan Haruo, T. 2007. Pompa dan

Kompresor. PT. Pradya Pramita. Jakarta.

Gambar

Gambar 1. Diagram Alir Penelitianjenis pipa PVC
Tabel  3.  Hasil  pengujian  parameter  alat pada emitter Parameter Emitter Kecepatan (V E , m/s) 1.97E-05 Tekanan (P E , Pa) : E1 101714.4195 E2 101714.3477 E3 101714.276 E4 101714.2042 E5 101714.1325 E6 101714.0607 E7 101713.989

Referensi

Dokumen terkait

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan kajian kinerja jaringan irigasi tetes untuk budidaya Bunga Kastuba (Euphorbia phulcherrima) dengan sistem hidroponik di PT Saung

Hal ini dapat saja terjadi karena nilai yang dihasilkan adalah kecepatan rata-rata perhitungan debit dibagi dengan besarnya luas aliran total. 4.5 Produksi

Hal ini dapat saja terjadi karena nilai yang dihasilkan adalah kecepatan rata-rata perhitungan debit dibagi dengan besarnya luas aliran total. 4.5 Produksi

Optimalisasi nilai rata-rata efesiensi total perbandingan volume kebutuhan air terhadap volume air intake pada daerah Irigasi Jambo Aye adalah 81% dan Alue Ubay 69%, ini

Hasil simulasi dalam Jurnal ini menunjukkan bahwa jaringan dengan penyeimbang beban memiliki nilai rata-rata delay 26,55% lebih baik dibanding tanpa penyeimbang beban

Berdasarkan latar belakang tersebut penulis mencoba untuk membuat model aliran debit rendah dengan menggunakan tandon buatan yang kemudian disalurkan melalui pipa

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya debit dan kehilangan tinggi tekanan (headloss) dengan menggunakan metode Hardy-Cross dengan persamaan Darcy-Weisbach pada

Nilai rata-rata semua atribut memiliki nilai rata-rata diatas skala 2,5 berarti atribut atribut yang akan dipakai dalam perhitungan Model kano dan perancangan aplikasi tidak