topik 11. teknologi irigasi curah - web.ipb.ac.idweb.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/pdf/topik 11...

Topik 11. Teknologi Irigasi Curah-DKK, AS, PR

Topik 11. Teknologi Irigasi Curah

Pendahuluan

Tujuan instruksional khusus: mahasiswa mampu menerangkan tentang pengertian dan komponen irigasi curah, uniformity dan efisiensi irigasi curah, serta merancang irigasi curah

Bahan Ajar

Bahan ajar terdiri dari: (1) Pendahuluan, (2) Sistem Irigasi Curah, (3) Komponen Irigasi Curah, (4) Sprinkler Berputar, (5) Hidrolika dalam Sistem Irigasi Curah, (6) Rancang Bangun Irigasi Curah. Di dalam File Tambahan Topik 11 tercantum buku dalam pdf berjudul Pressurized Irrigation, FAO, 2000.

1. Pendahuluan

Pada metoda irigasi curah, air irigasi diberikan dengan cara menyemprotkan air ke udara dan menjatuhkannya di sekitar tanaman seperti hujan. Penyemprotan dibuat dengan mengalirkan air bertekanan melalui orifice kecil atau nozzle. Tekanan biasanya didapatkan dengan pemompaan. Untuk mendapatkan penyebaran air yang seragam diperlukan pemilihan ukuran nozzle, tekanan operasional, spasing sprinkler dan laju infiltrasi tanah yang sesuai.

(a) (b)

Gambar 1. Irigasi curah pada tanaman jeruk (a) dan jagung (b)

Cara yang paling sederhana yang sering digunakan untuk irigasi sayuran oleh petani kecil adalah dengan menyiram menggunakan emrat (ebor) seperti diperlihatkan pada Gambar 2. Luas bedengan (petakan) sayuran biasanya hanya sekitar 6 m2 yakni panjang 6 m, dan lebar 1 m. Untuk tanaman berakar pendek (seperti selada, sawi, kangkung, bayam, kenikir, dan sebagainya), pada waktu kondisi cuaca normal irigasi dilakukan satu hari sekali sebanyak 80 liter per petakan (efisiensi ± 35%). Pada waktu hari panas air irigasi diberikan sampai 4 kali per hari dengan total pemberian 320 liter per petakan (efisiensi ± 9%) 1. Sistim ini memerlukan banyak tenaga kerja untuk penyiraman dan

1 Data diambil dari hasil wawancara dengan petani penggarap lahan kosong di kota Bekasi pada bulan Januari 2006.

Teknik Irigasi dan Drainase

1


sumber air harus tersedia berada di dekat kebun. Satu keluarga dengan tenaga kerja 2 orang (istri dan bapak) hanya mampu mengelola kebun seluas 400 – 500 m2.

Gambar 2. Irigasi ebor pada petani sayuran berlahansempit mengelola lahan tidur di kota Bekasi

Kesesuaian irigasi curahIrigasi 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 per jam dan atau kecepatan angin lebih besar dari 13 km/jam.

Keuntungan irigasi curahBeberapa keuntungan irigasi curah antara lain:

a. Efisiensi pemakaian air cukup tinggib. Dapat digunakan untuk lahan dengan topografi bergelombang dan kedalaman

tanah (solum) yang dangkal, tanpa diperlukan perataan lahan (land grading).c. Cocok untuk tanah berpasir di mana laju infiltrasi biasanya cukup tinggi.d. Aliran permukaan dapat dihindari sehingga memperkecil kemungkinan terjadinya

erosi.e. Pemupukan terlarut, herbisida dan fungisida dapat dilakukan bersama-sama

dengan air irigasi.f. Biaya tenaga kerja untuk operasi biasanya lebih kecil daripada irigasi permukaang. Dengan tidak diperlukannya saluran terbuka, maka tidak banyak lahan yang tidak

dapat ditanamih. Tidak mengganggu operasi alat dan mesin pertanian.

Faktor-faktor pembatasBerbagai faktor pembatas penggunaan irigasi curah adalah:

a. Kecepatan dan arah angin berpengaruh terhadap pola penyebaran airb. Air irigasi harus cukup bersih bebas dari pasir dan kotoran lainnyac. Investasi awal cukup tinggid. Diperlukan tenaga penggerak di mana tekanan air berkisar antara 0,5 - 10 kg/cm2.


2


2. Sistem irigasi curah

Berdasarkan penyusunan alat penyemprot, irigasi curah dapat dibedakan :a. Sistem berputar (rotating head system). Terdiri dari satu atau dua buah nozzle

miring yang berputar dengan sumbu vertikal akibat adanya gerakan memukul dari alat pemukul (hammer blade). Sprinkler ini umumnya disambung dengan suatu pipa peninggi (riser) berdiameter 25 mm yang disambungkan dengan pipa lateral. Alat pemukul sprinkler bergerak karena adanya gaya impulse dari aliran jet semprotan air, kemudian berbalik kembali karena adanya regangan pegas. (Gambar 3).

b. Sistem pipa berlubang (perforated pipe system). Terdiri dari pipa berlubang-lubang, biasanya dirancang untuk tekanan rendah antara 0,5 -2,5 kg/cm2, sehingga sumber tekanan cukup diperoleh dari tangki air yang ditempatkan pada ketinggian tertentu (Gambar 4). Semprotan dapat meliput selebar 6 - 15 meter. Cocok untuk tanaman yang tingginya tidak lebih dari 40 - 60 cm.

Gambar 3. Kepala sprinkler berputar dan sistem sprinkler berputar

Gambar 4. Pipa perforasi untuk irigasi bibit kelapa sawit di PT Makin, Jambi

Pada sistim sprinkler terdapat 3 tipe utama yakni (a) sistim berpindah (portable system), (b) sistim solid atau permanen, dan (c) sistim semi-permanen.Sistim Sprinkler Konvensional


3


Sistim sprinkler yang paling awal dirancang adalah sprinkler putar kecil yang beroperasi simultan, mulai populer tahun 1930-an dan masih digunakan sampai sekarang. Sprinkler jenis ini bekerja dengan tekanan rendah sampai medium (2 ~ 4 bar) dan mampu mengairi suatu areal lahan lebar 9 ~ 24 m dan panjang sampai 300 m untuk setiap settingnya (0,3 ~ 0,7 ha). Laju aplikasi bervariasi dari 5 ~ 35 mm/jam.

Sistim Berpindah (portable system)Sistim berpindah manual Sistim berpindah yang sangat sederhana adalah memindahkannya dengan tenaga manusia secara manual. Sistim ini terdiri dari sebuah pompa, pipa utama, lateral dan sprinkler putar. Lateral tetap di suatu posisi sampai irigasi selesai. Pompa dihentikan dan lateral dilepaskan dari pipa utama dan dipindahkan ke posisi lateral berikutnya. Bila irigasi satu blok lahan telah selesai, keseluruhan sistim (lateral, pipa utama dan pompa) dipindahkan ke blok lahan lainnya (Gambar 5).

Gambar 5. Sistem berpindah

Kebanyakan, yang dipindah-pindahkan hanya lateralnya saja, sedangkan pompa dan pipa utamanya tetap. Sistem seperti ini disebut dengan sistim semi-portable.

Lateral dipindahkan dengan tenaga manusia ke posisi berikutnya pada pipa utama. Umumnya lateral berpindah antara satu sampai empat kali per hari tergantung pada “set-time” yang ditetapkan. Lateral berpindah berurutan dari satu posisi ke posisi lain sampai seluruh lahan terairi. Pada sistim ini juga sering digunakan 2 atau lebih lateral bekerja simultan (Gambar 6).

Peletakan sistim pipa dapat bermacam cara. Gambar 7 memperlihatkan alternatif tata-letak dimana pipa utama berada pada satu sisi dari lahan. Perpindahan dengan tenaga manusia memerlukan hari orang kerja (HOK) yang cukup besar, sehingga hanya cocok untuk daerah dimana tenaga kerja manusia tersedia banyak dan tak mahal.


4


.Gambar 6. Sistem sprinkler berpindah

Gambar 7. Penempatan pipa utama di sisi lahan

Sistim Berpindah dengan MesinLaeral-move atau roll-move system. Pada sistem ini, pipa lateral selain untuk mengalirkan air digunakan juga sebagai poros roda berdiameter 1,5 ~ 2,0 m. Roda ditempatkan pada jarak 9 ~ 12 m sehingga lateral dapat mudah didorong dari satu setting irigasi ke setting lainnya dengan menggunakan tenaga gerak motor bakar (internal combustion engine).


5

Satu lateral

Dua lateral


Gambar 8. Sistem berpindah dengan roda

Pada waktu irigasi, lateral tetap pada satu lokasi sampai sejumlah air irigasi selesai diaplikasikan. Pompa dihentikan dan pipa lateral dilepas dari pipa utama, airnya dibuang, kemudian posisi lateral dipindahkan dengan tenaga penggerak. Lateral disambung kembali dengan pipa utama di posisi berikutnya.

Sistim ini cocok digunakan di lahan datar, luas, berbentuk segi empat dengan tanaman rendah dalam barisan. Lateral dipasang melintang barisan tanaman sehingga roda penggerak ditempatkan di antara baris tanaman.

Pergerakan lateral juga dapat berputar mengelilingi suatu poros dan disebut dengan sistem center pivot (Gambar 9).

Gambar 9. Sistem sprinkler center pivot

Mobile rain-gun system (MRS). Sistem ini menggunakan sprinkler putar besar yang bekerja pada tekanan tinggi mengairi areal yang luas.. Umumnya sprinkler dipasang pada alat angkut bergerak sinambung memotong lahan selama beroperasi dan disebut travellers (Gambar 10). Akhir-akhir ini menjadi sangat populer karena biaya modal per hektar relatif rendah dan kebutuhan tenaga kerja lebih kecil.


6


Gambar 10. Traveller

Rain-guns umumnya beroperasi pada tekanan tinggi 5 – 10 bar, dengan debit 40 – 120 m3/jam. Dalam satu setting mampu mengairi areal lebar 100 m dan panjang 400 m (sekitar 4 ha). Laju aplikasi berkisar antara 5 – 35 mm/jam. Tersedia dalam dua tipe (a) Hose-pull system, dan (b) Hose-reel system.

Hose-pull system (HPS) Mesin hose-pull mempunyai rain-gun yang dipasang pada alat angkut beroda. Air dipasok melalui slang feksibel (flexible hose) dengan panjang sampai 200 m dan diameter 50 – 100 mm. Pada tipikal tata-letak HPS pipa utama dipasang melintas pusat lahan dari stasiun pompa (Gambar 11). Suatu jalur sepanjang 400 m dapat diairi pada satu setting meskipun panjang slang feksibel hanya 200 m. Rain-gun carrieage diposisikan pada kondisi start dari jalur pertama. Slang fleksibel (FH) diletakkan sepanjang jalur gerak (travel line) dan disambung ke rain gun dan valve coupler pada pipa utama.

Suatu kabel baja pelurus pada sprinkler carriage ditarik sampai ujung terjauh lapangan dan dipantek kuat ke tanah. Valve coupler perlahan dibuka memulai irigasi. Rain-gun carriage ditarik baik oleh “water motor” dengan tenaga dari aliran air menggunakan piston atau turbin, atau menggunakan motor bakar.

Gambar 11. Tipikal tata letak HPS

Sistim lateral fleksibel (flexible lateral system) Teknik lainnya adalah apa yang disebut dengan sistim lateral fleksibel (flexible lateral system) dimana lateral dapat digulung oleh suatu drum pada akhir irigasi (Gambar12). Sprinkler putar disambungkan ke lateral pada jarak tertentu dengan rangka khusus (sfecial frame). Sprinkler ini berbaring pada waktu lateral digulung, tapi akan berdiri

tegak (pop up) secara vertikal jika pipa lateral sedang beroperasi.


7


Gambar 12. Fleksible lateral

Solid-set atau Sistim PermanenJika jumlah lateral dan sprinkler cukup meliput seluruh lahan, sehingga tak diperlukan peralatan untuk berpindah, maka sistim tersebut disebut sebagai solid-set system (Gambar 13). Untuk tanaman semusim, pipa dan sprinkler dipasang setelah tanam dan tetap di tempat selama musim pertumbuhan dan irigasi. Sesudah panen perlengkapan dibongkar dan disimpan di gudang peralatan untuk digunakan pada musim berikutnya

Gambar 13. Sistem solid/permanen

Jika mengairi tanaman tahunan seperti buah-buahan, maka jaringan pipa dan sprinkler seringkali 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.

Umumnya pada sistim solid atau permanen hanya sebagian dari sistim bekerja secara simultan. Hal ini tergantung pada ukuran pipa dan jumlah air tersedia. Debit aliran disalurkan dari satu blok ke blok lainnya melalui hidran atau katup. Pada kondisi khusus misalnya untuk pencegahan kabut beku (frost) diperlukan operasi simultan di seluruh lahan.

Sistim solid atau permanen ini memerlukan tenaga kerja jauh lebih sedikit daripada sistim bergerak dan juga memerlukan tenaga trampil lebih sedikit. Akan tetapi investasi awalnya lebih besar karena jumlah pipa, sprinkler, dan perlengkapannya akan lebih banyak. Jadi sistim ini hanya cocok untuk daerah yang tenaga kerjanya langka dan mahal.

Sistim Semi-Permanen


8


Beberapa sistim baru dkembangkan akhir-akhir ini untuk memperoleh keuntungan keduanya baik dari sistim berpindah maupun sistim solid-set. Rancangan diarahkan untuk mendapatkan suatu kombinasi baik biaya investasi rendah maupun tenaga buruh yang diperlukan juga rendah. Sistim ini disebut sebagai Semi-Permanen yang terdiri dari (a) Sprinkler-hop system, (b) Pipe-grid system, (c) Hose-pull system dan (d) Hose move system

Sprinkler-hop systemSistim ini dalam beberapa hal menyerupai sistim berpindah (portable), tetapi sprinkler ditempatkan pada posisi selang-seling sepanjang lateral (Gambar 14). Jika sejumlah air irigasi sudah diaplikasikan maka sprinkler dilepas dan dipindah-geserkan atau hopped 2

sepanjang lateral ke posisi berikutnya dengan perioda (lama) irigasi yang sama.

Perpindahan ini dikerjakan tanpa menghentikan aliran di lateral. Setiap penyambungan sprinkler digunakan katup khusus yang otomatis menutup jika sprinkler dicabut. Lateral kemudian dipindahkan ke posisi berikutnya, selanjutnya proses penggeseran (hopping) diulang kembali. Sistim ini menggunakan air dengan laju aplikasi rendah sehingga pipa dan pompa berukuran kecil. Umumnya setiap hari hanya satu kali pindah lateral dan satu kali pindah sprinkler.

Gambar 14. Sprinkler-hop system

Pipe-grid systems

2 Hop: berpindah tempat ke samping dengan menggeser posisi kaki (kamus webster)


9


Sistim ini dalam beberapa aspek hampir sama dengan solid-set system. Pipa lateral diameter kecil sekitar 25 mm digunakan supaya biaya investasi rendah. Pipa lateral dipasang di seluruh lahan dan tetap berada di lokasi selama periode irigasi, sehingga perpindahan pipa lateral antar irigasi dapat dihindarkan. Dua buah sprinkler disambung ke masing-masing lateral. Jika jumlah air irigasi sudah cukup diaplikasikan, maka masing-masing sprinkler dilepas dan dipindahkan sepanjang lateral ke posisi berikutnya. Prosedur ini diulang sampai seluruh lahan terairi. Sprinkler kemudian dipasang lagi pada posisi awal untuk memulai periode irigasi berikutnya. Sprinkler disambung ke lateral menggunakan katup (valves) seperti yang digunakan pada hop-system. Sistim ini mengairi pada laju aplikasi rendah dengan periode lama, seringkali malam hari juga beroperasi. Seperti pada “hop” system perpindahan sprinkler dapat diatur sesuai dengan aktivitas budidaya tanaman lainnya. Suatu tipikal sistim ini beroperasi setiap hari paling tidak dua buah sprinkler berpindah pada setiap lateral. Satu sprinkler berpindah pada siang hari dan yang lainnya pada malam hari (Gambar 15).

Gambar 15. Pipe-grid systems

Sistim tarik-slang (Hose-pull systems) Sistim ini awalnya diciptakan untuk mengairi tanaman di bawah pohon (under-tree) pada perkebunan jeruk, tetapi sekarang banyak digunakan untuk tanaman buah-buahan lainnya dan untuk tanaman dalam barisan. Pipa utama dan lateral dipasang permanen baik di permukaan atau di bawah permukaan tanah. Slang plastik berdiameter kecil digunakan untuk memasok air dari lateral ke satu atau dua buah sprinkler putar. Panjang slang biasanya dibatasi sampai 50 m, mengingat kehilangan energi gesekan yang besar jika slang plastik terlalu panjang. Selama irigasi, dua buah sprinkler diletakkan antara dua baris pohon pada posisi 1-1 dan tetap di situ sepanjang hari. Pada hari berikutnya sprinkler tersebut ditarik ke posisi 2-2, dan seterusnya sampai irigasi selesai (Gambar 16). Penggunaan slang plastik seperti ini dapat mengurangi jumlah lateral permanen, selain itu juga memungkinkan fleksibilitas yang tinggi pada waktu irigasi. Sprinkler dapat dipindahkan ke dekat pohon yang masih muda untuk mencegah pembasahan yang tak perlu di lahan. Meskipun sistim ini relatif lebih kecil biayanya daripada sistim permanen, biasanya masalah akan muncul dengan slang plastik. Slang plastik mudah rusak oleh peralatan mesin pertanian dan jika ditangani secara kasar, selain itu juga cepat rusak jika kena sinar matahari secara terus menerus.


10


Hose move systemSistem lain yang juga menggunakan lateral fleksible adalah sistem hose-move sprinkler. Sistem ini merupakan gabungan dari sistem perpindahan manual, sistem semi permanen dan sistem permanen. Pada sistem ini, sprinkler, yang biasanya dari jenis tekanan rendah sampai sedang, dipasang di atas kaki tiga dan disambungkan ke pipa utama menggunakan slang fleksibel berdiameter 20 – 25 mm dan panjang sampai 30 m. Sprinkler dapat dipindah-pindahkan sepanjang posisi lateral (Gambar 17).

Gambar 16. Sistim tarik-slang (Hose-pull systems)


11


Gambar 17. sistem hose-move sprinkler


12


3. Komponen irigasi curah

Umumnya komponen irigasi curah terdiri dari: (a) pompa dengan tenaga penggerak sebagai sumber tekanan, (b) pipa utama, (c) pipa lateral, (d) pipa peninggi (riser), dan (e) kepala sprinkler (sprinkler head) (Gambar 18).

Gambar 18a. Komponen sistem irigasi curah dengan tenaga motor listrik

Gambar 18b. Komponen sistem irigasi curah dengan tenaga motor bakar


13


Tenaga penggerakSumber tenaga penggerak pompa dapat berupa motor listrik atau motor bakar (internal combustion engine)

Pipa utamaPipa utama (main line) adalah pipa yang mengalirkan air dari pompa ke pipa lateral. Pipa utama dapat dibuat permanen di atas atau di bawah permukaan tanah, dapat pula berpindah (portable) dari satu lahan ke lahan yang lain... Pipa beton tidak cocok untuk tekanan tinggi. Untuk pipa utama yang berpindah, pipa biasanya terbuat dari almunium yang ringan dan dilengkapi dengan quick coupling (Gambar 19). Sedangkan untuk pipa utama yang ditanam, umumnya dipasang pada kedalaman 0,75 m di bawah permukaan tanah. Pipa utama berdiameter antara 75 – 200 mm.

Gambar 19. Pipa almunium dengan quick coupling

Pipa lateralPipa lateral adalah pipa yang mengalirkan air dari pipa utama ke sprinkler. Pipa utama biasanya terbuat dari baja, beton, asbestos cement, PVC atau pipa fleksibel. Pipa lateral ini berdiameter lebih kecil dari pipa utama, umumnya lateral berdiameter 50 – 125 mm, dapat bersifat permanen atau berpindah. 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 (Gambar 20) .

Gambar 20. (a) Pipa fleksibel, (b) Pipa kaku berpindah dengan sambungan pipa cepat (quick coupler), (c) pipa sambungan permanen


14


Kepala sprinkler (sprinkler head)Terdapat dua tipe kepala sprinkler untuk mendapatkan semprotan yang baik yaitu:

a. Kepala sprinkler berputar (Rotating head sprinkler). Kepala sprinkler berputar mempunyai satu atau dua nozzle dengan berbagai ukuran tergantung pada debit dan diameter lingkaran basah yang diinginkan (Gambar 21).

b. Pipa dengan lubang-lubang sepanjang atas dan sampingnya (sprayline) (Gambar 22).

Gambar 21. Kepala sprinkler berputar

Gambar 22. Sprayline


15

Satu nozzle

Dua nozzle

Pop upBig gun


Komponen lain:a. Saringan Saringan diperlukan bila sumber air yang digunakan untuk irigasi sprinkler berupa air permukaan. Saringan harus mampu menahan sisa-sisa tanaman, sampah, biji-biji rumput dan partikel-partikel kecil lainnya.

b. Kolam PengendapanKolam pengendapan diperlukan untuk mengendapkan pasir dan sedimen yang terbawa oleh air yang diambil dari sungai, saluran atau sumur yang bergaram.

c. Pompa Buster (booster pump)Pompa penguat (buster) diperlukan untuk menambah tekanan aliran bila tekanan pompa utama tidak mampu menjangkau tempat yang jauh atau lebih tinggi.

d. Katup SadapKatup sadap diperlukan untuk mengontrol tekanan pada pipa lateral bila perbedaan tekanan aliran antara pipa utama dan pipa lateral cukup besar.

e. Katup Pengontrol AliranKatup pengontrol aliran diperlukan untuk mengatur tekanan dan debit aliran dari setiap sprinkler bila tekanan sepanjang pipa lateral tidak sama. Katup ini tidak diperlukan pada petakan yang datar atau sangat landai.

f. Katup PengamanMerupakan katup untuk menghindarkan tekanan air di dalam pipa yang berlebihan.

g. Tangki InjeksiLarutan pupuk dan kimia lainnya dapat diinjeksikan ke sistem sprinkler melalui tangki injeksi. Sistem injeksi yang diterapkan dapat berupa tangki tertutup atau venturi seperti Gambar 23. 4. Sprinkler berputar

Sprinkler bekerja dengan cara menyemprotkan air bertekanan lewat suatu lubang kecil atau nozzle ke udara. Jet air ini selama perjalanannya akan pecah menjadi butiran air dan jatuh ke tanah atau tanaman. Sprinkler berputar horizontal dan menghasilkan pola pembasahan berbentuk lingkaran. Jarak dari sprinkler ke lingkaran terluar disebut jarak lemparan (throw) atau radius pembasahan. Tipikal sprinkler kecil akan membasahi lahan dengan diameter basah 36 m (Gambar 24).

Sprinkler berputar disebabkan oleh adanya aliran jet air dan beban pegas pada lengan ayun (swing arm). Pada waktu sprinkler beroperasi, lengan ayun bergerak karena jet air dan memukul kepala sprinkler ke satu sisi, kemudian lengan ayun kembali ke posisi semula karena adanya tegangan pegas. Kecepatan putar dikendalikan oleh tegangan pegas (Gambar 25).


16


Gambar 23. Sistem injeksi

Sprinkler dikatagorikan ke dalam jenis tekanan rendah, medium, dan tinggi seperti dideskripsikan dalam Tabel 1. Kriteria utama untuk pemilihan adalah: (1) laju penyiraman, sebagai fungsi dari debit, diameter basah, dan spasing; (2) keseragaman pemakaian air; (3) ukuran butiran air sebagai fungsi dari diameter nozzle dan tekanan operasional; (4) biaya

Gambar 24. Tipikal kepala sprinkler putar


17

a) Tangki tertutup

b) Venturi


Gambar 25. Proses putaran sprinkler dan hubungannya dengan areal pembasahan


18


Tabel 1. Klasifikasi head sprinkler berputar, karakteristik dan kesesuaiannya

Tipe sprinklerGravitasi,

sprinkler di bawah pohon

Sprinkler di bawah pohon, normal

Permanen, over-head

Overheadkecil Tekanan rendah Tekanan Mene-

ngah Tekanan tinggi

Selang tekanan (kg/cm2) 0,7 - 1,0 1 - 2,5 3,5 - 4,5 2,5 - 4,0 1,5 - 2,5 2,5 - 5,0 5 - 10Debit sprinkler (lt/det) 0,06- 0,25 0,06- 0,25 0,2 - 0,6 0,6 - 2,0 0,3 - 1,0 2 - 10 10 - 50Diameter nozzle (mm) 1 - 6 1,5 - 6 3 - 6 6 - 10 3 - 6 40 - 80 20 - 40Diameter semprotan (m) 18 - 30 9 - 24 9 - 18 0,7 54 - 100Selang spasi sprinkler (segi-empat) (m) 0,5 - 1 1 0,67 - 1 0,5 - 1 0,5

Rekomendasi Kecepatan putar sprinkler (rpm)

Kesesuaian

Biasanya menggunakan nozzle tunggal, digunakan di bawah pohon, keseragaman rendah

Biasa digunakan untuk spasi rapat, buah-buahan, nozzle tunggal, putaran rendah

Digunakan untuk buah-buahan, spasing segi-tiga, pemakaian air rendah (1,5 - 3 mm/hari)

Umumnya digunakan untuk aplikasi rendah (3,5 - 6 mm/jam) untuk mengurangi pengaruh angin. Riser tinggi diperlukan untuk buah-buahan dan riser rendah untuk tanaman pangan

2 nozzle dapat digunakan dengan tekanan rendah daripada nozzle tunggal. Diperlukan overlap yang lebih banyak. laju pemakaian air tinggi

Biasanya nozzle tunggal, laju pemakaian air antara 6 - 12 mm/jam, tidak sesuai untuk kondisi berangin

Digunakan pada tanaman rapat. Tidak cocok apabila berangin


1


DebitKecepatan aliran dalam pipa diukur dalam satuan m/det. Sedangkan debit aliran (m3/det) merupakan luas penampang aliran (m2) dikalikan dengan kecepatan (m/det). Untuk sistim sprinkler yang kecil, angka dalam satuan ini sangat kecil sehingga seringkali digunakan satuan m3/jam. Pengukuran debit dari nozzle putar dapat dilakukan dengan cara menyambungkan nozzle dengan slang plastik dan air yang keluar ditampung dalam wadah. Waktu yang diperlukan untuk memenuhi wadah dicatat, dan volume wadah diukur, sehingga debit dapat dihitung (Gambar 26).

Gambar 26. Pengukuran debit yang keluar dari sprinkler

Laju aplikasiLaju siraman dari sekelompok sprinkler disebut laju aplikasi (application rate), dinyatakan dengan satuan mm/jam. Laju aplikasi tergantung pada ukuran nozzle, tekanan operasional, spasi antar sprinkler, dan arah serta kecepatan angin. Setiap pabrik pembuat sprinkler mempunyai informasi mengenai ini. Laju aplikasi harus lebih kecil dari laju infiltrasi tanah, sehingga limpasan (run off) dan erosi percik dapat dicegah. Tabel 2 memberikan contoh karaktersitik dari salah satu pabrik sprinkler.

Tabel 2. Tipikal karakteristik sprinkler

Diameter nozzle (mm)

Tekanan (bar)

Diameter basah (m)

Debit (m3/jam)

Laju aplikasi (mm/jam) untuk spasing (m)

18 x 18 18 x 24 24 x 244 3,0 29 1,02 3,25 3,0 32 1,67 5,2 3,86 3,0 35 2,44 7,5 5,7 4,28 4,0 43 4,96 15,3 11,4 8,610 4,5 48 8,13 25,1 18,9 14,0


1


Ukuran butir air Suatu sprinkler umumnya menghasilkan ukuran diameter butiran air dari 0,5 mm sampai 4,0 mm. Butiran yang lebih kecil umumnya jatuh dekat sprinkler sedangkan yang lebih besar jatuh lebih jauh. Ukuran butir yang besar dapat merugikan pada tanaman (terutama sayuran) dan menyebabkan erosi percik yang akhirnya terjadi pemadatan tanah, sedangkan ukuran butiran yang terlalu kecil akan mudah menguap sehingga banyak air terbuang dan akibatnya efisiensi irigasi menjadi rendah. Ukuran butiran yang diinginkan dapat dikendalikan dengan mengatur ukuran nozzle dan tekanan operasional (Tabel 3)

Tabel 3. Suatu pegangan untuk menentukan nozzledan tekanan pada butiran yang diinginkan

Ukuran nozzle (mm)

Tekanan yang cocok untuk butiran

(bar)

Selang tekanan yang sesuai

(bar)3,0 – 4,5 2,00 2,75 – 3,504,5 – 6,0 2,75 3,50 – 4,25

6,0 – 19,0 3,50 4,25 – 5,00

Tekanan operasi.Peformansi suatu sprinkler akan baik jika mengikuti tekanan operasi yang disarankan oleh pabrik pembuatnya. Jika tekanan operasi lebih kecil atau lebih besar dari yang direkomendasikan maka akan terjadi penyimpangan kinerja seperti pada Gambar 27. Jika tekanan terlalu rendah maka jet air tak mudah pecah sehingga sebagain besar air jatuh jauh dari sprinkler. Butiran air yang besar akan jatuh dan merusak daun tanaman serta akan memadatkan tanah. Jika tekanan terlalu besar, jet air pecah terlalu banyak menyebabkan kabut mudah menguap dan hilang ke udara, dan sebagian besar air akan jatuh dekat sprinkler. Kedua kondisi tersebut menyebabkan pola sebaran menyimpang jauh dari bentuk segi-tiga. Kondisi tekanan rendah dan tekanan tinggi dapat diperagakan dengan mudah seperti pada Gambar 28.

Gambar 27. Pengaruh tekanan operasional pada kinerja sprinkler


2


Gambar 28. Pengaruh tekanan pada pecahnya butiran dan jet air dari slang air

Pengukuran tekanan operasi pada waktu sistim bekerja dapat menggunakan Bourdon gauge dilengkapi dengan pilot attachment pada lubang nozzle seperti pada Gambar 29. Untuk melihat secara kasar di lapangan apakah tekanan operasional sudah memadai atau kurang dapat digunakan petunjuk seperti pada Gambar 30

Gambar 29. Pengukuran tekanan operasional di lapangan dengan Bourdon gauge

Gambar 30. Metoda kasar untuk mengevaluasi tekanan operasional sprinkler: (a) Tekanan yang tepat, (b) tekanan terlalu kecil


3


ditunjukkan pada Table 4. Sedangkan unjuk kerja dari sprinkler bernozle tunggal dan ganda yang menunjukkan spasi optimum sprinkler disajikan pada Tabel 5a dan Tabel 5b

Tabel 4. Karakteristik manufaktur sprinkler

Tabel 5a. Spasi optimum (persegi empat) sprinkler ber nozle tunggal


4


Tabel 5b. Spasing optimum (persegi empat atau persegi tiga) sprinkler ber nozle ganda

Sebaran air

Umumnya sebaran air terbanyak berada di dekat sprinkler dan berkurang ke arah ujung. Pola sebaran berbentuk segitiga (Gambar 31). Untuk membuat sebaran lebih seragam beberapa sprinkler diletakkan secara overlap seperti pada Gambar 32. Pada kondisi tidak ada angin, jarak spasi antar sprinkler dibuat sekitar 65% dari diameter basah.

Gambar 31. Pembasahan dan pola sebaran air dari satu sprinkler


5


Gambar 32. Pembasahan dan pola distribusi dari beberapa sprinkler

Besarnya keseragaman sebaran air dari sprinkler dapat diukur di lapang dengan memasang beberapa wadah penampung air dalam suatu grid dengan jarak tertentu (Gambar 33). Selama waktu operasi tertentu, jumlah air yang tertampung dalam wadah diukur volumenya dengan gelas ukur, kemudian dihitung kedalaman airnya dengan cara membagi volume air dengan luas mulut wadah. Kemudian koefisien keseragaman (uniformity coefficient) dapat dihitung.

Nilai keseragaman sebaran air dinyatakan dengan suatu parameter yang disebut koefisien keseragaman (uniformity coefficient, Cu). Koefisien keseragaman (Cu) dipengaruhi oleh hubungan antara tekanan, ukuran nozzle, spasing sprinkler dan kondisi angin. Menurut Christiansen (1942), koefisien keseragaman dapat dihitung dengan persamaan /11.1/. Nilai Cu sekitar 85% dianggap cukup baik untuk irigasi curah.

∑ −−=

nX

XXCU

i0,1100 ... /11.1/

X : nilai rata-rata pengamatan (mm); n : jumlah total pengamatan; Xi : nilai masing-masing pengamatan(mm).


6


Gambar 33. Tata-letak wadah untuk satu sprinkler (a), satu pipa lateral (b) dan diantara beberapa sprinkler (c)

Contoh 11.1:Tentukan nilai CU dari suatu percobaan di lapang dimana plot segi-empat dikelilingi oleh 4 buah sprinkler. Tipe sprinkler : 4,365 x 2,381 mm nozzle, dengan tekanan 2,8 kg/cm2. Spasi: 24 m x 24 m. Angin : 3,5 km/jam, arah Selatan - Barat. Kelembaban nisbi udara : 42%. Waktu pengamatan : 1 jam. Hasil pengamatan seperti pada Gambar 34.


(a)

(b)

(c)

7


Gambar 34. Pengukuran koefisien keseragaman

Perhitungannya adalah sebagai berikut (Tabel 6)

Tabel 6. Perhitungan koefisien keseragaman

Nomor kaleng

Hasil tampungan

Harga mutlak Deviasi

Nomor kaleng

Hasil tampungan

Harga mutlak Deviasi

(cm) (cm) (cm) (cm)1 8,90 0,48 10 9,40 0,982 7,60 0,82 11 8,90 0,483 6,60 1,82 12 7,90 0,524 7,60 0,82 13 9,10 0,685 9,90 1,48 14 8,60 0,186 10,20 1,78 15 9,10 0,687 8,30 0,12 16 7,90 0,528 9,10 0,68 17 6,60 1,829 9,10 0,68 18 6,80 1,62

Rerata 8,42Jumlah 16,16

m = 8,42n = 18

CU = 89,3%

Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sprinklerAngin. Angin akan mempengaruhi pola sebaran (Gambar 35). Untuk mengurangi pengaruh angin jarak spasi harus diperkecil. Sebagai pegangan dapat digunakan Tabel 7. Untuk mengurangi dampak angin biasanya lateral diletakkan tegak lurus arah angin kemudian spasi antar lateral dikurangi.


8


Tabel 7a. Pengaruh kecepatan angin terhadap spasi sprinkler

Kecepatan angin (m/det)

Diameter basah (m)32 37 42

Spasi sprinkler (m)Tidak ada angin 21 24 27

0 - 2,5 18 21 242,5 – 5,0 15 18 21

> 5,0 9 12 12

Tabel 7b. Spasi maksimum untuk sprinkler bertekanan rendah sampai medium

Kecepatan angin (km/jam)

Spasi dari diameter basahSpasi sepanjang

lateralSpasi sepanjang pipa utama

0 50 % 65 %1-6 45 % 60 %

7-12 40 % 50 %> 12 30 % 30 %

Gambar 35. Pengaruh angin pada kinerja sprinkler

Set timeIstilah “set” adalah salah satu istilah yang sering digunakan dalam irigasi curah. Kata tersebut merujuk pada suatu areal lahan yang diari oleh sebuah atau grup sprinkler. Set-time adalah waktu yang digunakan sprinkler tersebut untuk menyelesaikan irigasi nya (pemberian sejumlah air) pada satu posisi. Set-time tergantung pada laju aplikasi dan jumlah air irigasi yang diperlukan.

Sekali suatu sistim irigasi curah dibangun, perubahan jumlah air yang diperlukan hanya dapat diatur dengan merubah set-time. Tidak mungkin untuk merubah laju aplikasi karena sudah tetap sesuai dengan tipe sprinkler, sistim pipa, dan pompa yang dipasang. Setiap


9


usaha untuk merubah laju aplikasi penyiraman dengan cara merubah tekanan operasi akan menghasilkan sebaran air yang jelek .Contoh 11.2:

Suatu sistim sprinkler digunakan pada laju aplikasi 10 mm/jam mengairi suatu areal lapangan sejumlah 90 mm. Berapa set-time?

Set-time = Air irigasi yang diperlukan/Laju aplikasi = 90/10 = 9 jamJika air irigasi yang diperlukan hanya 60 mm pada awal musim, maka set-time menjadi 60/10 = 6 jam.

1. Kebutuhan air

Banyaknya air irigasi yang diberikan ditentukan berdasarkan kapasitas memegang air dari tanah yang menunjukkan jumlah air tanah tersedia serta penyerapan air oleh tanaman. Jumlah air tanah tersedia, yang merupakan selisih antara kapasitas lapang dengan titik layu permanent, untuk beberpa jenis tanah ditunjukkan pada Tabel 8. Akan tetapi, air irigasi harus segera diberikan sebelum kadar air tanah mencapai titik layu permanent, yang disebut dengan defisit air dibolehkan (MAD, management allowed deficit) seperti pada Tabel 9.

Tabel 8. Jumlah air tanah tersedia

No Tekstur tanah Kapasitas menahan airSelang (mm/m) Rata-rata

(mm/m)12

34

5

6

7

Tekstur sangat kasar – pasir sangat kasarTekstur kasar – pasir kasar, pasir halus dan pasir berlempungTekstur agak kasar – lempung berpasirTekstur sedang – lempung berpasir sangat halus, lempung dan lempung berdebuTekstur agak halus – lempung berliat, lempung liat berdebu dan lempung liat berpasirTekstur halus – liat berpasir, liat berdebu dan liatGambut

33 – 6262 – 104

104 – 145125 – 192

145 – 208

133 – 208

167 - 250

4283

125167

183

192

208

Tabel 9. MAD

MAD (%) Tanaman dan kedalaman akar25 – 4040 – 50

50

Perakaran dangkal, tanaman sayuran dan buah-buahan bernilai tinggiBuah-buahan1), perdu, berri dan tanaman dalam baris dengan perakaran sedangTanaman pakan, tanaman biji-bijian dan tanaman baris dengan perakaran dalam

1) Beberapa tanaman buah-buahan mempunyai MAD yang lebih rendah pada masa akhir pembuahan

Total air tanah tersedia bagi tanaman merupakan jumlah dari air tanah tersedia pada semua lapisan tanah tempat pertumbuhan akar. Kedalaman akar dari beberapa jenis tanaman disajikan pada Tabel 10.


10


Kedalaman maksimum air irigasi (mm) yang diberikan per irigasi, dx, adalah:

/2.11/100

ZWMADd ax =

dimana Wa : air tanah tersedia (mm/m) dan Z : kedalaman perakaran (m).Interval antara dua pemberian air irigasi yang berturutan (f, hari) adalah:

/3.11// dn Udf =

dimana dn : kedalaman air irigasi bersih per irigasi (mm), dan Ud : kebutuhan air tanaman pada puncak kebutuhan (evapotranspirasi, Tabel 11.11) (mm/hari).

Laju, lama dan interval pemberian airLaju pemberian air dengan sprinkler dipengaruhi oleh laju infiltrasi. Laju pemberian air maksimum (I, mm/jam) dihitung dengan persamaan :

/4.11/360

le SSQI

××=

dimana Q: debit curahan sprinkler (l/det), Se: spasing sepanjang lateral (m), dan Sl: spasing antar lateral (m).

Untuk beberapa jenis tanah, laju pemberian maksimum disajikan pada Tabel 11.12, sedangkan laju minimum yang disarankan adalah 3 mm/jam.

Lama pemberian air (T, jam) sebaiknya tidak melebihi dari 90 % waktu yang tersedia dalam satu hari (24 jam) dan dihitung dengan rumus:

/5.11/IdT =

dimana d : kedalaman air total yang diberikan (mm), dan I : laju pemberian (mm/jam)

Interval pemberian air dihitung dengan rumus :

/6.11/Ud

I xi =

dimana dx: kedalaman air irigasi yang diberikan (mm), dan U : laju penggunaan air (mm/hari)


11


Tabel 10. Kedalaman akar efektif beberapa jenis tanaman

.


12


Tabel 11. Kebutuhan air puncak beberapa jenis tanaman

Tabel 12. Laju pemberian air maksimum dengan sprinkler

No Tekstur dan profil tanah Laju (cm/jam) pada kemiringan (%)0 - 5 5 - 8 8 - 12 12 - 16

1234

56

7

Pasir kasar sampai 2 mPasir kasar di atas tanah yang lebih padatLempung berpasir ringan sampai 2 mLempung berpasir ringan di atas tanah yang lebih padatLempung berdebu sampai 2 mLempung berdebu di atas tanah yang lebih padatLiat berat atau lempung berliat

5.03.72.52.0

1.30.8

0.4

3.72.52.01.3

1.00.6

0.3

2.52.01.51.0

0.80.4

0.2

1.31.01.00.8

0.50.3

0.1

Kapasitas sistem sprinklerKapasitas sistem sprinkler tergantung pada luas areal lahan yang akan diairi (design area), kedalaman irigasi kotor (gross) setiap pemberian air dan waktu operasional yang diijinkan untuk pemberian air tersebut.

/7.11/. fTEAd782=Q

Q: kapasitas debit pompa (lt/det); A: luas areal yang akan diairi (hektar); d: kedalaman pemakaian air neto (mm); f: jumlah hari untuk 1 kali irigasi (periode atau lama irigasi) (hari); T: jumlah jam operasi aktual per hari (jam/hari); E : efisiensi irigasi.


13


Berdasarkan persamaan di atas perlu dicatat bahwa f dan T adalah faktor penting yang berhubungan dengan investasi modal per hektar dari perlengkapan alat. Makin besar hasil kali f dan T makin kecil kapasitas sistem (biaya).

Contoh 11.5:

Tentukan kapasitas sistem irigasi curah untuk mengairi 16 hektar tanaman jagung. Laju konsumsi air rencana (evapotranspirasi tanaman) = 5 mm/hari. Lengas tanah yang digantikan di daerah perakaran pada setiap irigasi = 6 cm. Efisisensi irigasi 70%. Periode (lamanya) irigasi adalah 10 hari, dengan selang irigasi 12 hari. Sistem ini dioperasikan untuk 20 jam operasi per hari.

Penyelesaian :Diketahui A = 16, f = 10, T = 20, d = 6, E = 0,7Kapasitas sistem Q = 2,78 x (A x d)/(f x T x E) = 2,78 x (16 x 60)/(10 x 20 x 0,7) = 19 lt/det.

Contoh 11.6:

Suatu sistem irigasi curah dirancang untuk mengairi 8 hektar sayuran di tanah bertekstur lempung berdebu (silt loam) dengan solum dalam, pada kondisi iklim cukup kering (moderate dry). Lahan bertopografi datar. Tentukan: (a) batas laju pemberian air, (b) periode (lama) irigasi, (c) kedalaman air irigasi neto setiap irigasi, (d) jumlah kedalaman air yang dipompa untuk setiap pemakaian, dan (e) kapasitas sistem yang diperlukan per hektar (cm/hari). Jika sistem ini beroperasi 15 jam/hari, tentukan kapasitas pompa (lt/detik)?.

Penyelesaian :Dari Tabel 12. Batas laju pemakaian air = 1,3 cm/jamDari Tabel 8. Kapasitas tanah menahan air = 9,5 cm/m 3

Dari Tabel 10. Kedalaman daerah perakaran = 60 cm.

Jadi Total lengas tanah tersedia = 9,5 x 60/100 = 5,7 cm.Asumsikan bahwa irigasi dimulai pada keadaan tingkat deplesi 50%,4 kedalaman air irigasi neto = 5,7/2 = 2,85 cm. Asumsikan efisiensi aplikasi (Ea) = 75%, jumlah kedalaman air yang dipompa untuk 1 kali irigasi = 2,85/0,75 = 3,8 cm.

Dari Tabel 11, puncak konsumsi air oleh tanaman = 5 mm/hari. Jadi lama irigasi = 2,85/0,5 = 5,7 hari, dibulatkan 6 hari. Untuk mengairi areal tersebut dalam waktu 6 hari, sistem tersebut harus mampu memompa dengan debit (3,8 x 8)/6 = 5,05 ha.cm per hari atau (5,05 x 104 x 102 x 10-1)/(1 hari x 15 jam/hari x 3600 det/jam) = 9,4 lt/det. Dapat juga dihitung dengan cara menggunakan persamaan /11.7/:

Kapasitas pompa = Q = 2,78 x (A x d)/(f x T x E) = 2,78 x (8 x 28,5)/(6 x 15 x 0,75) = 9,4 lt/det.

3 Kapasitas tanah menahan air sampai kapasitas lapang = 9,5 cm per meter kedalaman tanah

4 Faktor deplesi (p) = 50%


14


5. Hidrolika dalam sistem irigasi curah

Dalam sistim irigasi curah, air dipompakan dari sumbernya (sumur, sungai, atau bendungan) melalui pipa ke sprinkler, dan kemudian menyemprotkannya seseragam mungkin ke tanaman. Rancangan rinci dari sistim ini harus dikerjakan oleh seorang insinyur ahli. Tugasnya adalah memilih tipe yang sesuai dengan kondisi setempat, ukuran pompa, dan ukuran unit tenaga penggerak. Untuk mengoperasikan perlengkapan sprinkler cukup oleh teknisi yang tidak memerlukan keahlian rancangan. Akan tetapi pengetahuan tentang bagaimana air dipompa dan mengalir dalam pipa, dan bagaimana disebarkannya oleh sprinkler akan menolong teknisi atau operator irigasi curah untuk menggunakan peralatannya secara baik dan benar.

Tekanan (Head)Dalam pengertian umum tekanan adalah sebagai pengukur energi yang diperlukan untuk mengoperasikan sistim sprinkler, dan secara spesifik didefinisikan sebagai gaya yang bekerja seragam pada suatu luasan tertentu dengan satuan N/m2. Seringkali dinyatakan dalam kN/m2, atau bar dimana 1 bar = 100 kN/m2 = 1 kgf/cm2 = 14,5 lbf/in2. Suatu tipikal tekanan operasional untuk sprinkler kecil adalah 3 bar. Satuan lainnya yang sering dipakai adalah psi (pound per square inch atau lbf/in2) dalam unit Imperial, dan kilogram gaya per cm2 (kgf/cm2) dalam unit Eropa.

Tekanan dalam pipa dapat diukur dengan suatu alat Bourdon gauge (Gambar11.36). 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/m2), atau Head air (m) = 10 x Tekanan (bar). Pada imperial units : Head air (ft) = 2,31 x Tekanan (psi).

Hidrolika Nozel

Secara umum hubungan antara tekanan atau head dengan debit sprinkler atau nozel ditunjukkan pada persamaan berikut :

/8.11/PKdq = /9.11/HKdq =dimana :q: debit sprinkler (l/menit); Kd: koefisien debit nozel sesuai dengan peralatan yang digunakan; P: tekanan operasi sprinkler (kPa); H: head operasi sprinkler (m)

Debit sprinkler juga dapat dihitung dengan rumus aliran pada orifice (Toricelli);

/10.11/2g.hC.a=q

q: debit nozzle (m3/det); a: luas penampang nozzle atau orifice (m2); h: head tekanan pada nozzle (m); g: gravitasi (m/det2); C: koefisien debit yang merupakan fungsi dari gesekan dan kehilangan energi kontraksi (C untuk nozzle yang baik berkisar antara 0,95 - 0,96). Atau dengan rumus

/11.11/...00111,0 2/12 PdCq =


15


q: lt/det; d: (mm); P: tekanan pada nozzle dalam kPa. Catatan: 1 mm air = 9,5 Pa; 1 atm = 10,34 m.

Tekanan operasi akan mempengaruhi ukuran butiran air yang keluar dari sprinkler. Tanda (dalam Pillsbury, 1968), mengajukan suatu rumus untuk menentukan Indeks pemecahan air (index of jet break up):

/12.11/(10q)

h=P 0.4d

Pd: indeks pemecahan air; h: head tekanan pada nozzle (m); q: debit sprinkler (lt/det).

Jika Pd < 2, kondisi ukuran jatuhan termasuk baik Pd = 4, kondisi ukuran jatuhan terbaik Pd > 4, tekanan banyak yang hilang percuma

Aliran dalam PipaJenis pipa dispesifikasikan dengan diameter-dalam (internal diameter) atau diameter luar tergantung pada bahannya, dan tekanan aman (safe pressure). Pipa irigasi berpindah (portable) umumnya tipis dan ringan, sehingga biasanya digunakan nominal diameter. Kehilangan tekanan dalam aliran pipa tergantung pada kekasaran pipa, debit aliran, diameter, dan panjang pipa. Kekasaran pipa akan bertambah seiring tingkat keausan dan umur dari pipa tersebut.

Kehilangan energi gesekan pipa umumnya dihitung dengan rumus dari Hazen-William:

/13.11/...849,0 54,063,0 SRCv = dan /14.11/.

.684,1087,485,1

85,1

LDCQh f =

dimana: v: kecepatan rata-rata dalam pipa (m/detik); C: koefisien gesekan pipa; R: jari-jari hidrolik (m); R = D/4 untuk penampang pipa lingkaran; L: panjang pipa (m); D: diameter dalam pipa (m); S : gradien hidrolik = hf/L; hf : kehilangan head (m); Q : debit aliran (m3/detik).

Sedangkan menurut Scobey (1930):

/15.11/)1010,4( 69,4

9,1

−= xDLQK

H sf

dimana Hf: kehilangan tekanan karena gesekan (m), Ks: koefisien Scobey, L: panjang pipa (m), Q: debit pipa (lt/det) dan D: diameter dalam (mm). Nilai Ks = 0,40 untuk pipa besi dan alumunium dengan coupler; 0,42 untuk pipa galvanis dengan coupler.

Nilai C pada rumus Hazen-William, tergantung pada derajat kehalusan pipa bagian dalam, jenis bahan pembuat pipa dan umur pipa (Tabel 13). Tabel 14 dan Tabel 15 dapat digunakan untuk pendugaan kehilangan energi gesekan dari berbagai jenis pipa dengan nilai C tertentu pada berbagai nilai debit aliran dan diameter pipa.


16


Tabel 13. Kondisi pipa dan nilai C (Hazen-William)

Jenis pipa Koefisien Kehalusan “C”Pipa besi cor, baru 130Pipa besi cor, tua 100Pipa baja, baru 120 ~ 130Pipa baja, tua 80 ~ 100Pipa dengan lapisan semen 130 ~ 140Pipa dengan lapisan asphalt 130 ~ 140Pipa PVC 140 ~ 150Pipa besi galvanis 110 ~ 120Pipa beton (baru, bersih) 120 ~ 130Pipa beton (lama) 105 ~ 110Alumunium 135 ~ 140Pipa bambu (betung, wulung, tali) 70 ~ 90

Tabel 14. Kehilangan tekanan karena gesekan dari pipa alumunium


17


Tabel 15. Kehilangan tekanan karena gesekan dari pipa PVC

Contoh 11.7

Hitung kehilangan tekanan (head) karena gesekan pada pipa besi (baru) berdiameter 10 cm, panjang 120 m jika air mengalir dengan debit 10 liter/detik.

Penyelesaian:Dari Tabel 13, C untuk pipa besi baru = 130

Menggunakan rumus /11.14/: Lh f ×= 87,485,1

85,1

)1,0(130)01,0(684,10

= 0,019 x 120 m = 2,3 m

Berikut ini persamaan-persamaan yang juga biasa digunakan dalam menentukan kehilangan tekanan akibat friksi atau friction loss pada bahan plastik pipa lateral dan pipa utama sistem irigasi curah :

a. Untuk pipa kecil (< 125 mm)

/16.11/)/(1089,7 75,475,17 DQJ ××=

b. Untuk pipa besar (≥ 125 mm)

/17.11/)/(1058,9 83,483,17 DQJ ××=

Tanpa outlet


18


/18.11/)100/( LJhf ×=

Dengan multi outlet yang berjarak seragam

/19.11/)100/( LFJhf ××=

Untuk sambungan

/20.11/)/(1026,8 424 DQKrhl ×××=

dimana :

J: gradien kehilangan head (m/100 m), hf: kehilangan head akibat gesekan (m), hl: kehilangan head akibat adanya katup dan sambungan (m), Q: debit sistem (l/det), D: diameter dalam pipa (mm), F: koefesien reduksi (Tabel 16), Kr: koefesien resistansi (Tabel 17), L: panjang pipa (m).

Kehilangan head akibat gesekan untuk pipa PVC dapat juga ditentukan dengan menggunakan nomogram pada Gambar 36.

Gambar 36. Nomogram Head Loss untuk Pipa PVC

Tabel 16. Koefesien Reduksi (F) untuk Pipa Multi OutletJumlahOutlet

FUjung1) Tengah2)

Jumlah Outlet

FUjung1) Tengah2)

1 1,00 1,00 8 0,42 0,382 0,64 0,52 9 0,41 0,373 0,54 0,44 10 - 11 0,40 0,374 0,49 0,41 12 - 15 0,39 0,375 0,46 0,40 16 - 20 0,38 0,366 0,44 0,39 21 - 30 0,37 0,367 0,43 0,38 ≥ 30 0,36 0,36

1) Sprinkler pertama berjarak 1 interval dari pipa utama2) Sprinkler pertama berjarak 1/2 interval dari pipa utama


19


Tabel 17. Koefisien resistansi, Kr, untuk pipa plastik dan alumunium

Untuk memperoleh penyiraman yang seragam sepanjang lateral, diameter dan panjang pipa serta penempatannya ditentukan sedemikian rupa, sehingga menghasilkan variasi debit yang tidak melebihi 10%. Distribusi debit yang ditentukan berdasarkan distribusi tekanan dijelaskan dengan persamaan berikut :

/21.11/100 ×−=∆ x

xx

PePendPinQ

dimana :∆Q: perbedaan debit sprinkler sepanjang lateral (%), Pin: tekanan pada inlet/pangkal lateral (m), Pend: tekanan pada outlet/ujung lateral (m), Pe: tekanan rata-rata pada sprinkler (m), x: eksponen debit sprinkler.

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 17 yang didasarkan pada kecepatan aliran dalam pipa lebih kecil dari 1,5 m/det.


20


Tabel 17. Pedoman untuk menentukan diameter pipa

Debit (m3/jam)

Panjang pipa (m)< 250 250 - 500 > 500

Diameter pipa (mm)5 50 50

10 75 7525 75 7550 100 10060 100 125 15070 100 125 15080 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 lebih kecil atau sama dengan ∆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 ../11.22/

∆Hl = 0,55 ∆Ps ± Z lateral ../11.23/

∆Hm = 0,45 ∆Ps ± Z manifold ../11.24/

dimana :∆Ps: kehilangan head yang diijinkan pada sub-unit (m), ∆Hl: kehilangan head yang diijinkan pada lateral (m), Ha: tekanan operasi rata-rata sprinkler (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

Tekanan operasi rata-rata (Ha, m) :

Ha = Ho + 0,25 Hf + 0,4 He ../11.25/

dimana : Ho: tekanan operasi di nozzle terjauh (m), Hf: kehilangan tekanan karena gesekan (m), dan He: perbedaan ketinggian maksimum antara pangkal dan ujung lateral (m).

Tekanan pada pangkal lateral (Hn, m):

Hn = Ha + 0,75 Hf ± 0,6He + Hr ../11.26/

dimana : Hr: tinggi pipa riser (m). Nilai He akan positif apabila lateral terletak menaik lereng dan negatif apabila menuruni lereng

Tekanan yang diperlukan pada pemompaanTekanan yang diperlukan pada sisitim sprinkler dengan pemompaan harus mempertimbangkan: (a) Tekanan yang disarankan pada sprinkler, (b) Kehilangan tekanan di pipa utama dan lateral, (c) Perubahan elevasi lahan. Kesalahan yang sering terjadi pada instalasi sistim sprinkler adalah pipa yang digunakan terlalu kecil. Hal ini sering kali dilakukan karena pipa diameter kecil lebih murah daripada diameter besar.


21


Gambar 38. Tekanan pemompaan yang diperlukan pada sistim sprinkler

Besarnya tekanan total dari sistem irigasi curah (total dinamic head,TDH) dihitung dengan persamaan :

TDH = SH + E + Hf1 + Hm + Hf2 + + Hv + Ha + Hs /11.27/

dimana :SH: beda elevasi sumber air dengan pompa (m), E: beda elevasi pompa dengan lahan tertinggi (m), Hf1: kehilangan head akibat gesekan sepanjang pipa penyaluran dan distribusi (m), Hm: kehilangan head pada sambungan-sambungan dan katup (m), Hf2: kehilangan head pada sub unit (m), besarnya 20 % dari Ha; Hv: Velocity head (m), umumnya sebesar 0,3 m; Ha: tekanan operasi rata-rata sprinkler (m); Hs: head untuk faktor keamanan (m), besarnya 20 % dari total kehilangan head

Atau dengan persamaan:

Ht = Hn + Hm + Hj + Hs .. /11.28/

dimana: Ht: total tekanan rencana yang diperlukan pompa untuk bekerja=TDH (m); Hn: maksimum tekanan yang diperlukan pada pipa utama untuk menggerakan sprinkler pada lateral dengan tekanan operasional tertentu, termasuk tinggi raiser (m); Hm: maksimum energi hilang karena gesekan pada pipa utama, tinggi hisap dan NPSH (net positive suction head) pompa (m); Hj: beda elevasi antara pompa dengan titik sambung lateral dengan pipa utama (m); Hs: beda elevasi antara pompa dengan muka air sesudah drawdown (m).

Besarnya tenaga yang diperlukan untuk pemompaan air tergantung pada debit pemompaan, total head, dan efisiensi pemompaan yang secara matematis ditunjukkan pada persamaan berikut :

dimana :


/29.11/EpC

TDHQBHP×

×=

22


BHP: tenaga penggerak (kW), Q: debit pemompaan (l/detik), TDH: total dynamic head (m), C: faktor konversi sebesar 102,0, Ep: efisiensi pemompaan

Palu air (water hammer)Palu air adalah fenomena hidrolik dimana kenaikan tekanan dalam pipa akan terjadi jika aliran dalam pipa berhenti seketika. Jika kenaikan tekanan tersebut melebihi tekanan kerja normal (normal working pressure), maka kemungkinan pipa akan pecah. Pemberhentian seketika akan terjadi pada waktu (a) memulai dan menghentikan mesin, (b) menutup katup pada pipa atau hidrant, (c) roda kendaraan melindas pipa fleksibel, (d) penyumbatan seketika pada pipa atau nozzle sprinkler karena sedimen dalam air.

Dampak negatif palu air dapat dihindari dengan cara: (a) kecepatan aliran di pipa utama tidak melebihi 2 m/det, (b) memulai dan mengahiri pemompaan secara perlahan, (c) menutup katup atau hidran secara perlahan, (d) membuat jembatan pipa pada lokasi pipa fleksibel yang dilalui kendaraan (Gambar 39), (e) mencegah penyumbatan dengan cara penyaringan air irigasi dari sumbernya.

Gambar 39. Jembatan pipa digunakan untuk kendaraan yang melewati pipa

Penggunaan Pupuk

Larutan pupuk disimpan dalam suatu tangki dan dihubungkan dengan pipa lateral melalui suatu venturi untuk mendapatkan perbedaan tekanan, sehingga larutan pupuk dapat mengalir bersama dengan air irigasi.

Larutan pupuk dapat pula dihubungkan melalui pipa isap dari pompa. Sistim ini lebih sederhana tetapi harus hati-hati dalam pemakaiannya karena dapat merusak baling-baling (impeller) pompa menjadi mudah karatan. Kuantitas pupuk yang diinjeksikan dihitung berdasarkan persamaan:

/30.11/10000

WNDD=W fslsF

×××

WF: jumlah pupuk untuk setiap pemakaian (kg); Ds : jarak antar sprinkler (m); Dl : jarak antar lateral (m); Ns : jumlah sprinkler; Wf : dosis pupuk yang direkomendasikan (kg/ha)

Contoh 11.8 :

Setiap lateral mempunyai 12 sprinkler dengan jarak antar sprinkler 14 meter. Jarak antar lateral 20 meter. Tentukan jumlah pupuk yang digunakan setiap penyiraman apabila dosis yang direkomendasikan 80 kg/ha.


23


WF = (12 x 20 x 14 x 80)/10.000 = 26,9 kg.

6. Rancang Bangun Irigasi Curah

Untuk merancang bangun suatu sistem irigasi curah, disarankan untuk mengikuti prosedur sebagai berikut:

1. Kumpulkan informasi/data mengenai tanah, topografi, sumber air, sumber tenaga, jenis tanaman yang akan di tanam dan rencana jadwal tanam

2. Penentuan kebutuhan air irigasi :a. Prediksi jumlah atau kedalaman air irigasi yang diperlukan pada setiap pemberian

airb. Tentukan kebutuhan air irigasi: puncak, harian, musiman atau tahunanc. Tentukan frekuensi atau interval irigasid. Tentukan kapasitas sistem yang diperlukane. Tentukan laju pemberian air yang optimal

3. Desain sistem :a. Tentukan spasing, debit, ukuran nozle dan tekanan operasi dari sprinkler pada

kondisi laju pemberian air yang optimal serta jumlah sprinkler yang dioperasikan secara bersamaan

b. Desain tata-letak dari sistem yang terbaik yang memenuhi (a)c. Bila diperlukan lakukan penyesuaian (adjusment) dari (2) dan (3a) d. Tentukan ukuran (diameter) dan tekanan pipa laterale. Tentukan ukuran (diameter) dan tekanan pipa utama

4. Penentuan pompa :a. Tentukan total tenaga dinamik (TDH) yang diperlukanb. Tentukan pompa yang sesuai dengan debit dan TDH yang diperlukan

Contoh 11.9:

Tentukan rancang bangun sistim irigasi sprinkler berpindah untuk lahan seluas 16,2 ha. Laju pemberian maksimum = 15 mm/jam, laju pemberian 58 mm selama 8,1 hari atau seluas 2 ha per hari. Kecepatan angin = 6,7 km/jam, Ha = 276 kPa, Hj = 1,0 m, He = 0,6 m, Hs = 5,0 m, Hr = 0,8 m, NPSH = 2,0 m, Sl = 12 m dan Sm = 18 m. Variasi tekanan di lateral yang diijinkan = 20 % dari tekanan rata-rata. Sumur terletak di tengah lahan.

Penyelesaian:Tata letak dari sprinkler, lateral dan pipa utama adalah seperti Gambar 40 berikut.


24


Gambar 40. Tata letak sistim sprinkler

Asumsi bahwa sprinkler pertama berjarak 12 m dari pipa utama, maka jumlah sprinkler per lateral = (201.2 – 12)/12 = 15,8 , dibulatkan menjadi 16 buah

Asumsi bahwa lateral pertama berjarak 12 m dari sisi, maka jumlah lateral = (402,5 – 12)/18 = 21,7 , dibulatkan menjadi 22 buah.

(1) Jumlah lateral yang beroperasi per hari : (2,0 ha x 10000 m2/ha)/(16 x 12 m x 18 m) = 5,8 , dibulatkan menjadi 6 buah lateral

Untuk menekan jumlah lateral yang dipindahkan, maka dapat dipilih 2 buah lateral yang beroperasi bersamaan dan dipindahkan 3 kali per hari.

(2) Sprinkler : Debit per sprinklerQ = (12 m x 18 m x 15 mm/hr x 10000 cm2/m2)/(10 mm/cm x 100 cm3/lt x 3600 det/jam) = 0,9 lt/detDebit per lateral = 16 x 0.9 = 14,4 lt/detDebit per operasi = kapasitas sistem = 2 x 14,4 = 28,8 lt/det

Dari Tabel 11.4, dengan Ha= 276 kPa dan debit 0,9 lt/det, sprinkler yang sesuai adalah yang berukuran 6,35 mm x 3, 97 mm dengan diameter pembahasan 31 m.

Kecepatan angin 6 km/jam : diameter pembasahan sprinkler sepanjang lateral = 12/0,45 = 27 m diameter pembahasan sprinkler antar lateral = 18/0,69 = 30 mKeduanya < 31 m, maka sprinkler dapat digunakan


25


(3) Pipa lateral dan utamaKehilangan tekanan di lateral yang diijinkan = 0,20 x 276 = 55,2 kPa = 55,2/9,8 = 5,6 mKehilangan tekanan karena gesekan saja = 5,6 – He = 5,6 – 0,6 = 5,0 mKehilangan tekanan di pipa utama yang diijinkan = 0,41/10 x 189 = 7,7 m

Dengan persamaan /11.15/ hitung kehilangan tekanan pada pipa lateral (192 m) dan pipa utama (189 m) untuk pipa 76,2 mm, 101,6 mm dan 127,0 mm. Nilai F untuk 16 sprinkler = 0,38

Diameter(mm)

Kehilangan tekanan karena gesekan (m)Lateral Hf x F Utama

76,2101,6127,0

13,53,21,0

35,08,22,7

Dipilih pipa lateral yang berdiameter 101,6 mm (3,2 m < 5,0 m) dan pipa utama yang berdiameter 127,0 mm (2,7 < 7,7)

(4) Tekanan yang diperlukan pada pangkal lateral terjauhHn = (276/9,8) + 0,75(3,2) + 0,6(0,6) + 0,8 = 31,8 m

(5) Kapasitas pompaHt = 31,8 + 2,0 + 2,7 + 1,0 + 5,0 = 42,5 m

Pertanyaan :

1. Sebutkan kelebihan dan kelemahan irigasi curah

2. Bagaimana caranya menghitung uniformity dan efisiensi pada irigasi curah

3. Jelaskan mengapa secara teoritis penerapan irigasi curah cenderung lebih efisien dibanding irigasi permukaan

4. Jelaskan persyaratan hidrolika pipa pada desain irigasi curah untuk memperoleh uniformity yang tinggi

5. Jelaskan mengapa ada keterkaitan yang erat antara desain irigasi curah dan rencana pengoperasian jaringan

6. Sebutkan komponen utama irigasi curah serta fungsi-fungsinya

7. Jelaskan kriteria penerapan irigasi curah dilihat dari aspek agroklimat dan lahan/tanah

8. Buatlah rencana operasi jaringan irigasi curah (waktu dan jumlah pemberian air irigasi) pada soal di atas, apabila diketahui waktu operasi yang tersedia adalah 12 jam/hari, dan kebutuhan air tanaman selama masa pertumbuhan adalah sebagai berikut:


26


Umur tanaman(bulan)

KedalamanPerakaran

(m)

Kebutuhan airtanaman (mm/hari)

1-3 0,3 2,363-5 0,6 4,135-8 0,9 5,908-10 1,2 4,410-12 1,2 2,95

Daftar Pustaka

1. Keller, J dan R.D. Bliesner. 1990. Sprinkle and Trickle Irrigation. AVI Book. New York. USA

2. Phocaides, A. 2000. Technical Handbook on Pressurized Irrigation Techniques. Food and Agriculture Organization of The United Nations, Rome, Italy.

3. Kay, Melvyn, 1983. Sprinkler Irrigation: Equipment and Practices. Batsford Acad emic and Educational, London. UK

4. Michael, A.M., 1978. Irrigation: Theory and Practice. Vikas Publ. Ltd. New Delhi5. Prastowo dan Liyantono. 2002. Prosedur Rancangan Irigasi Curah. Laboratorium

Teknik Tanah dan Air, Jurusan Teknik Pertanian, Fateta IPB.6. Schwab, G.O., R.K. Frevert, T.W. Edminster, K.K. Barnes, 1981. Soil and Water

Conservation Engineering. John Wiley & Sons, New York, USA.7. Jensen, M.E. 1980. Desain and Operation of Farm Irrigation System.ASAE. Michigan.

USA


27

topik 11. teknologi irigasi curah - web.ipb.ac.idweb.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/pdf/topik 11...

Documents