45
5.5. Pengedalian Muka Air dengan Sistem Kendali Fuzzy
5.5.1. Setting Parameter untuk Optimasi Pengendalian Berdasarkan hasil uji pada kedua musim hujan dan kemarau diperoleh
nilai IP yang minimum pada setiap musim tersebut. Dengan menggunakan bantuan fasilitas SOLVER dalam Ms. Excel, maka diperoleh nilai f
1
dan f
2
optimum yang dapat menghasilkan nilai IP yang minimum. Nilai parameter f
1
dan f
2
yang digunakan dalam sistem kendali muka air dengan logika fuzzy sebesar 0,85 dan 1,00 Tabel 9. Selain itu, jumlah solenoid valve dan kapasitas debit
yang digunakan mempengaruhi nilai IP. Tabel 9. Nilai Parameter yang Optimum
Musim Parameter
Kapasitas Aliran Q mmhari - ldetha
Indeks Performansi
f
1
f
2
Hujan Kemarau
0,83 0,87
1,00 1,00
5,56 0,64 6,60 0,77
10,62 6,21
Rata-rata 0,85 1,00
6,08 0,70 8,41
Jumlah solenoid valve Um yang digunakan untuk menghasilkan hasil yang optimum seperti pada Tabel 2, sebanyak 2 buah dengan diameter pipa yang
digunakan untuk irigasi dan drainase sebesar 2” dan kapasitas aliran rata-rata yang digunakan sebesar 6,08 mmhari 0,70 ldetha baik pada saat Musim Hujan
maupun Kemarau. Maka dengan menggunakan data Um tersebut dapat ditentukan berapa besarnya debit aliran Q yang harus dialirkan atau dibuang untuk
mempertahankan level muka air sesuai dengan muka air rencana set point. Data parameter dari sistem kendali fuzzy tersebut selanjutnya digunakan
untuk analisa neraca air yang digunakan dan keluar dari lahan padi sawah dengan pola SRI.
5.5.2. Kondisi Evapotranspirasi Selama proses pengendalian muka air di lahan padi SRI, kondisi
evapotranspirasi menggunakan data pada dua musim, yaitu musim hujan MH dan kemarau MK, pada tahun 2009 di Bekasi Gambar 27. Nilai
evapotranspirasi yang terjadi pada musim hujan lebih rendah dibandingkan pada
musim kemarau. Rata mmhari 0,10 – 9,03
dikarenakan jumah cu sebesar 1.610,6 mm, s
Gambar 27. Evapot 5.5.3. Limpasan Perm
Komponen Run suatu waktu melebihi
dibuat sebesar 20 mm maksimum yang diha
penyiangan gulma se musim hujan lebih be
Gambar 28. Hal ini bulan Januari – April 2009.
Gamba
0.0 1.0
2.0 3.0
4.0 5.0
6.0 7.0
8.0 9.0
10.0
5 10
E T
c m
m h
a r
ata-rata evapotranspirasi yang terjadi pada M 9,03 dan MK sebesar 5,52 mmhari 2,17 –
h curah hujan yang terjadi selama musim tanam , sedangkan MK dengan total hujan yang terjadi
vapotranspirasi pada Musim Hujan dan Kemara rmukaan Run off
Run off diperhitungkan apabila genangan ya bihi tanggul limpasan HL yang ada pada laha
m dari permukaan sawah, hal ini disebabkan diharapkan, terutama untuk kebutuhan pengol
sekitar angka tersebut. Total run off yang te h besar dari pada musim kemarau, yaitu sebe
ini sebanding dengan tingginya curah hujan ya pril 2009.
bar 28. Run Off pada MH selama musim tanam
15 20
25 30
35 40
45 50
55 60
65 70
75 80
85 90
95
HST hari
MH Jan-Apr MK Jun-Sept
46
MH sebesar 3,61 – 9,04. Hal ini
nam pada saat MH jadi 131,6 mm.
rau di Bekasi
yang terjadi pada han. HL di lahan
n tinggi genangan olahan lahan dan
terjadi pada saat besar 964,32 mm
n yang terjadi pada
nam
100 105
47
5.5.4. Pengendalian Level Muka Air Pada waktu inisial, tanah seluruhnya jenuh
dengan muka air seragam di semua titik sama dengan tinggi muka air di saluran yaitu 200 mm saluran penuh atau sejajar dengan permukaan tanah. Kemudian
karena pada hari setelah tanam pertama kali diperlukan penggenangan air sedalam 5 mm, maka diperlukan irigasi untuk mencapai H
sp
tersebut dan memenuhi kebutuhan perkolasi dan evapotranspirasi yang terjadi pada waktu itu. Perubahan
ini dideteksi terus menerus oleh sistem kendali sehingga sistem merespon dengan menyalakan solenoid valve irigasi untuk menjaga level muka air tetap pada
setpoint yang direncanakan. Kinerja pompa untuk mengendalikan muka air dapat dilihat pada laju
irigasi dan drainase. Dimana solenoid valve yang digunakan untuk irigasi dan drainase dapat berfungsi dengan baik. Baik dalam irigasi dan drainase, solenoid
valve dapat mati tidak beroperasi dan beroperasi dengan menghidupkan selenoid valve sebanyak 1 atau 2 buah, sesuai dengan keperlun untuk mempertahankan
muka air sesuai dengan rencana. Debit maksimum untuk irigasi dan drainase pada saat musim hujan dan kemarau sebesar 13,2 mmhari atau 1,5 ldetha. Pada
Gambar 29 ditampilkan kondisi aktual level muka air yang terjadi di lahan pada saat MH dan MK dengan jumlah solenoid valve maksimum dua buah dan
diameter 2”. Kondisi level muka air dapat dipertahankan mendekati level 0 – 5 mm
akan tetapi sistem kendali mengalami gangguan yang cukup besar dalam pengendalian muka air pada saat hujan terjadi. Tetapi hal tersebut dapat ditangani
dengan baik dengan adanya tanggul limpasan. Sehingga kelebihan air dapat dibuang menjadi surface run off. Hal ini terbukti dengan tingginya surface run off
yang terjadi pada saat musim hujan, yaitu sebesar 964,32 mm Tabel 10 atau 43,93 dari total air yang diberikan hujan dan irigasi.
48
Gambar 29. Kondisi Muka Air Hasil Pengendalian dengan Um=2 buah Tabel 10. Neraca Air Selama Pengendalian dengan Logika Fuzzy
Komponen Musim Hujan
Musim Kemarau mm
mm A. Inflow
Hujan Rainfall 1.610,60
73,37 131,60
11,33 Irigasi
584,55 26,63
1.029,40 88,67
B. Outflow Perkolasi
520,00 23,69
520,00 44,79
Evapotranspirasi 375,50
17,11 577,01
49,70 Run Off
964,32 43,93
19,47 1,68
Drainase 367,01
16,72 74,66
6,43
Pada waktu 62 – 68 HST tedapat sedikit keanehan yang muncul, dimana meskipun dalam kondisi musim hujan, tetapi kondisi aktual muka air hasil
-60 -55
-50 -45
-40 -35
-30 -25
-20 -15
-10 -5
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
55 60
65 70
75 80
5 10
15 20
25 30 35
40 45 50
55 60
65 70
75 80
85 90
95 10
HST hari G
e n
a n
g a
n m
m
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
H u
ja n
m m
Rainfal Hsetpoint
Hactual
W a
te r
L e
v e
l m
m
H u
ja n
m m
-50 -45
-40 -35
-30 -25
-20 -15
-10 -5
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
55 60
65 70
75 80
5 10
15 20
25 30 35
40 45 50
55 60
65 70
75 80
85 90
95 10
HST hari G
e n
a n
g a
n m
m
20 40
60 80
100 120
140 160
180 200
220 240
260 280
300 320
340 360
380 400
H u
ja n
m m
Rainfal Hsetpoint
Hactual
W a
te r
L e
v e
l m
m
H u
ja n
m m
Musim Hujan
Musim Kemarau
pengendalian berada j mm setpoint 5 mm
pengendalian sudah te bekerja pada hari-har
kondisi muka air belum solenoid valve yang
valve pada saat musim Apabila jumla
dan kapasitas debit di digunakan 1”. Adapun
sedikit memperbaiki kondi genangan pada 62-68
Gambar 30 Kondisi muka
baik dengan kondisi a ada sedikit keanehan
sebesar 6,4 mm pada menjadi 15 mm, tetapi
drastis menjadi jauh di turun hingga di bawa
sistem pengendalian f hujan, sehingga lan
buah untuk bekerja m da jauh di bawah setpoint dengan rata-rata tingg
m. Pada 62 – 68 HST tidak terjadi huj h tepat menjalankan aktuasi berupa solenoid val
hari tersebut dengan jumlah solenoid valve ma belum mampu mencapai setpoint. Hal ini dikare
g digunakan lebih kecil bila dibandingkan de usim kemarau.
lah solenoid valve dari sistem ini ditingkatkan t diperkecil menjadi 2,9 mmhari dengan diam
pun nilai parameter sistem f
1
dan f
2
tetap sama ki kondisi tersebut lihat Gambar 30. Dimana
68 HST sebesar 3,3 mm dari setpoint 5 mm.
30. Nilai U
m
Diperbesar dan Q
Solenoid valve
Diper uka air hasil pengendalian pada musim kemar
i aktual hampir mendekati kondisi yang direnca pada hari ke-88 setelah tanam. Walaupun tel
da hari sebelumnya dan meningkatkan muka air tapi keesokan harinya 88 HST kondisi muka
uh dibawah setpoint yang direncanakan bahkan kondi wah permukaan sedalam 5 mm. Hal ini diaki
n fuzzy yang cukup responsif terhadap peruba langsung menghidupkan solenoid valve draina
membuang. Hal inilah yang telah mengakiba
49
nggi genangan 1,3 hujan, dan sistem
d valve irigasi untuk maksimum, tetapi
karenakan kapasitas n dengan solenoid
an menjadi 4 buah diameter pipa yang
ma. Hal ini dapat na rata-rata tinggi
perkecil arau sedikit lebih
ncanakan. Namun upun telah terjadi hujan
air di lahan sawah uka air turun secara
n kondisi muka air diakibatkan kondisi
ubahan lingkungan ainase sebanyak 1
kibatkan perubahan
50
drastis yang terjadi pada 89 sampai 91 HST, dimana muka air berada di bawah permukaan tanah.
Jika melihat nilai porsentase drainase dari total inflow yang ada, pada musim kemarau memang relatif cukup kecil 6,43. Apabila dalam sistem
pengendalian muka air ini hanya menyalakan solenoid valve irigasi saja atau air akan hilang secara alamiah melalui evapotanspirasi, seepage, perkolasi, dan run
off. Berdasarkan simulasi pengendalian muka air tanpa menggunakan solenoid valve drainase dan nilai parameter tetap sama seperti pada Tabel 7, menunjukkan
hasil yang cukup baik dan dapat memperbaiki kejanggalan yang terdapat pada simulasi sebelumnya Gambar 31.
Gambar 31. Pengendalian Level Muka Air tanpa Solenoid valve Drainase Respons sistem yang tidak dapat mencapai tepat pada level yang
diinginkan, diakibatkan oleh keterbatasan sistem pada setting pengendalian ini. Ini terbukti dengan nilai kondisi Indeks Performansi IP yang ada. Indeks
performansi dengan Root Mean Square Error diperoleh hasil kendali muka air untuk MH dan MK sebesar 10,62 dan 6,21 lihat Tabel 9. Indeks performansi
merupakan indikator yang menunjukkan akar dari total rata-rata dari kuadrat error yang terjadi selama pengendalian muka air yaitu selama musim tanam. Nilai IP
yang kecil atau minimum menunjukkan kinerja pengendalian yang hampir mendekati dengan setpoint muka air rencana.
Untuk mengoptimumkan nilai IP dari sistem pengendalian ini, dapat dilakukan dengan cara merubah kapasitas debit aliran dan jumlah dari solenoid
-60 -55
-50 -45
-40 -35
-30 -25
-20 -15
-10 -5
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
55 60
65 70
75 80
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
HST hari G
e n
a n
g a
n m
m
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
H u
ja n
m m
Rainfal Hsetpoint
Hactual
51
valve, pompa, atau jenis aktuator lainnya. Namun begitu, pemilihan kapasitas debit yang digunakan harus diperhitungkan secara matang, baik dari segi teknis
dan ekonomi. Pada Tabel 11 menunjukkan beberapa alternatif pilihan penggunaan kapasitas debit, jumlah aktuator, diameter pipa yang digunakan, dan
indikator nilai indeks performansi yang dihasilkan. Pada simulasi ini menggunakan nilai rata-rata penyetelan parameter sistem pada musim hujan dan
kemarau, yaitu f
1
=0,85 dan f
2
=1,00. Berdasarkan hasil analisa dari sistem simulasi ini menunjukkan bahwa dengan pemilihan kapasitas dan jumlah solenoid
valve yang tepat dapat mengoptimumkan nilai IP dari sistem kedali ini. Penggunaan Q = 1,5 m
3
jam sebanyak 4 buah dengan diameter pipa 1” terlihat menjadi pilihan yang sedikit lebih baik untuk diterapkan, baik pada MH dan MK.
Tabel 11. Hubungan Q, Um, dan IP.
Kapasitas Debit Q Um
D IP
mmhari ldetha m
3
jam buah inchi Musim Hujan
6,5 0,75
2,7 2
2 11,26 6,0
0,70 2,5
2 2 10,97
5,5 0,64
2,3 2
2 10,75 5,0
0,58 2,1
2 2 11,51
4,0 0,46
1,7 3
1 10,97 3,5
0,41 1,5
3 1 11,40
3,0 0,35
1,3 3
1 11,64 3,0
0,35 1,3
4 1 10,97
2,5 0,29
1,0 4
1 11,51 2,0
0,23 0,8
4 1 11,81
Musim Kemarau 7,0
0,81 2,9
2 2
6,37 6,5
0,75 2,7
2 2
6,28 6,0
0,70 2,5
2 2
7,09 4,5
0,52 1,9
3 1
6,23 4,0
0,46 1,7
3 1
7,09 3,5
0,41 1,5
4 1
6,37 3,0
0,35 1,3
4 1
7,09
Walaupun demikian, sistem kendali ini masih mampu mempertahankan level muka air mendekati setpoint dengan maksimum tinggi muka air yang terjadi
sebesar + 30 mm dari tinggi maksimum rencana 20 mm dari permukaan lahan. Adapun tinggi muka air yang berada di bawah permukaan lahan berkisar antara 1
52
– 35 mm di bawah permukaan lahan, dimana kondisi terbesar ini terjadi pada saat menjelang panen dan harus dikeringkan.
Secara umum dapat dilihat bahwa sistem kendali fuzzy sederhana ini dapat digunakan untuk pengendalian muka air pada lahan pertanian SRI. Akan tetapi
kondisi lapang dan kemampuan sistem kendali akan membatasi kinerja sistem irigasi otomatis ini. Output dari kendali ini dapat juga dilakukan dengan
menggunakan pintu air GFRP hasil rancangan dengan beberapa level bukaan pintu.
5.6. Peluang dan Tantangan Otomatisasi Irigasi
Kategori