RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS BERBASIS PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
ABSTRACT
DESIGN OF AUTOMATIC DRIP IRRIGATION BASED ON
CHANGE OF SOIL WATER CONTENT USING ARDUINO
NANO MICROCONTROLLER
By
Rendy Franata
One of the irrigation system that allows to regulate the amount of water needed by
crop is a drip irrigation system. Formerly, the schedule of water irrigation in drip
irrigation only used a timer. This research makes a tool design which is able to
overcome these problems, that is by designing a microcontroller which is able to
regulate the provision of irrigation water in drip irrigation systems automatically
based on change of soil water content. This study was conducted in May 2014 –
August 2014 at the Greenhouse and Water and Land Resources Laboratory of
Agricultural Engineering Department, University of Lampung. The parameters
observed in this study are the change of soil water content, irrigation flow rate, bulk
density of soil, and dripper uniformity. This study uses three types of growing
medium, i.e. sand, red-yellow podzolic soil, and mix soil with organic nitrofosfat
fertilizer. Calibration tests showed a linear function, for sand medium y = – 0.23x
+ 46.96 with percent error ± 5.22%, for red-yellow podzolic soil and mix soil with
organic nitrofosfat fertilizer medium y = – 0.71x + 104.07 with percent error ±
2.92%. The results showed a high irrigation uniformity, the value of average CU =
96.50% and value of average SU = 96.85%.
Keywords: Drip irrigation, microcontroller, and soil water content.
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS
BERBASIS PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
Oleh
Rendy Franata
Salah satu sistem irigasi yang memungkinkan untuk mengatur jumlah air sesuai
dengan kebutuhan tanaman adalah sistem irigasi tetes. Selama ini penjadwalan
pemberian air pada irigasi tetes hanya menggunakan pengatur waktu (timer). Pada
penelitian ini dilakukan perancangan alat yang mampu mengatasi permasalahan
tersebut, yaitu dengan merancang suatu mikrokontroler pengatur pemberian air
irigasi pada sistem irigasi tetes secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air
tanah. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei 2014 - Agustus 2014 di Green
House dan Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air dan Lahan Jurusan Teknik
Pertanian Universitas Lampung. Parameter pengamatan dalam penelitian ini adalah
perubahan kadar air, debit aliran irigasi, keseragaman penetes dan bulk density.
Penelitian ini menggunakan 3 jenis media tanam, yaitu pasir, tanah Podzolik Merah
Kuning (PMK) dan campuran tanah PMK dengan pupuk organik nitrofosfat
(kompos). Dari hasil uji kalibrasi alat didapatkan fungsi linear untuk media pasir y
= – 0.23x + 46.96 dengan persentase error ± 5.22%, kemudian untuk media tanah
PMK dan kompos y = – 0.71x + 104.07 dengan persentase error ± 2.92%. Hasil
penelitian menunjukkan keseragaman irigasi yang sangat tinggi, yaitu rata-rata CU
sebesar 96.50% dan rata-rata SU sebesar 96.85%.
Kata Kunci: Irigasi tetes, kadar air tanah, dan mikrokontroler.
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS BERBASIS
PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
(Skripsi)
Oleh
RENDY FRANATA
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2014
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kecamatan Martapura, Kabupaten
Ogan Komering Ulu (OKU) Timur, Provinsi Sumatera
Selatan, pada tanggal 16 Juni 1992, sebagai anak pertama
dari dua bersaudara dari pasangan Bapak Kamaludin dan Ibu
Ernely Juwita.
Penulis menyelesaikan pendidikan taman kanak-kanak di
TK Ramadhan Martapura pada tahun 1996, pendidikan
sekolah dasar di SD Negeri 120 Martapura pada tahun 2004, pendidikan sekolah
menengah pertama di SMP Negeri 2 Martapura pada tahun 2007 dan sekolah menengah
atas di SMA Negeri 3 Martapura pada tahun 2010.
Tahun 2010 penulis melanjutkan studi di Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,
Universitas Lampung pada bulan September melalui jalur Penelusuran Kemampuan
Akademik dan Bakat (PKAB). Penulis pernah menjadi asisten dosen mata kuliah
Pemrograman Komputer serta terdaftar aktif sebagai anggota kepengurusan Persatuan
Mahasiswa Teknik Pertanian (PERMATEP) Bidang Penelitian dan Pengembangan
(Litbang) periode kepengurusan 2012 – 2013. Pada tahun 2013 penulis melaksanakan
Praktik Umum (PU) di PTPN VII Rejosari, Kecamatan Natar, Kabupaten Lampung
Selatan, Provinsi Lampung dengan judul “Mempelajari Proses Produksi Crude Palm Oil
(CPO) dan Palm Kernel (PK) serta Proses Pengolahan Limbah Kelapa Sawit di PT
Perkebunan Nusantara VII (Persero) Unit Usaha Rejosari, Natar, Lampung Selatan”.
Penulis juga pernah mendapatkan prestasi sebagai mahasiswa terbaik angkatan 2010
yang diselenggarakan oleh PERMATEP pada tahun 2013. Penulis berhasil mencapai
gelar Sarjana Teknologi Pertanian (S.TP.) S1 Teknik Pertanian pada tahun 2014 dengan
Indeks Prestasi Komulatif (IPK) 3,82 dengan predikat “Cum Laude”dan menyelesaikan
skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Otomatis Berbasis
Perubahan Kadar Air Tanah dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano”.
ix
Alhamdulillahhirobbil’alamin, Puji syukur ku panjatkan ke hadirat Allah SWT
yang selalu mencurahkan rahmat, berkah, nikmat, dan karunia-Nya kepadaku
selama ini, hingga aku bisa menyelesaikan studiku di Universitas Lampung ini.
Terimakasih ya Allah, tak henti-hentinya ku panjatkan rasa syukur teramat
besar ini atas semua kuasa-Mu.
Kupersembahkan Karya Tulisku Ini Untuk:
Ayah dan Ibuku tercinta
Serta
Adikku tersayang
Terimakasih atas segala kasih saying, perhatian, cinta, doa, dan dukungan baik
moril, maupun materil yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. Tiada
yang lebih indah selain kasih sayang yang kurasakan dalam keluargaku tercinta
ini. Aku bersyukur telah menjadi bagian dari keluarga yang indah ini. Semoga
Allah SWT selalu menjaga kebahagiaan ini. Aamiin.
Keluarga Besarku
Serta
Semua orang yang aku sayangi dan yang selalu mendukungku
Almamaterku Tercinta
Terimakasih karena sebagian perjalanan hidupku telah aku selesaikan disini
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat,
anugerah, serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
dengan judul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Berbasis Perubahan Kadar
Air Tanah dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano”. Skripsi ini
dibuat guna melengkapi salah satu syarat dalam mencapai gelar Sarjana Teknologi
Pertanian jenjang pendidikan Strata Satu Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,
Universitas Lampung.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Oktafri, M.Si., selaku dosen pembimbing akademik dan
pembimbing utama dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyampaikan
rasa terimakasih mendalam karena telah memberikan waktunya untuk
membimbing dan mengarahkan penulis dengan penuh perhatian dan
kesabaran selama penelitian ini hingga selesai.
2. Bapak Ahmad Tusi, S.T.P., M.Si., selaku pembimbing kedua yang selalu
memberikan masukan ide, saran, bimbingan, dan pengarahan selama
penulisan skripsi.
3. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku pembahas yang telah banyak
memberikan saran, masukan serta koreksi perbaikan selama penulisan
skripsi.
4. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku ketua Jurusan Teknik
Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung yang telah
memberikan saran dan pengarahan untuk perbaikan skripsi ini.
5. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas
Pertanian Universitas Lampung.
6. Keluargaku tercinta, yang tiada henti memberikan doa untuk keselamatan
dan keberhasilan penulis serta memberikan semangat baik spiritual, moril
maupun materil selama ini.
7. Seluruh Staf Administrasi dan Keluarga Besar Jurusan Teknik Pertanian,
Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
Penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat untuk masyarakat pada
umumnya dan untuk mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian pada khususnya.
Penulis menyadari bahwa, masih banyak kekurangan maupun kekeliruan dalam
tulisan ini. Oleh karena itu, diharapkan adanya kritik dan saran yang membangun
demi perbaikan dan peningkatan pada penelitian serupa pada masa yang akan
datang.
Akhir kata semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat serta hidayah-Nya
untuk kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 9 September 2014
Penulis
Rendy Franata
xii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ...............................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xv
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xvi
I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .............................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian ..........................................................................
3
1.3 Rumusan Masalah ........................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................
4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sifat Fisik Tanah ..........................................................................
5
2.1.1 Kerapatan Isi Tanah (BD) ....................................................
5
2.1.2 Tekstur Tanah ......................................................................
5
2.1.3 Pengukuran Kadar Air Tanah ..............................................
6
2.2 Irigasi ............................................................................................
7
2.2.1 Irigasi Tetes .........................................................................
8
2.2.2 Hidrolika Irigasi Tetes .........................................................
9
2.2.3 Keuntungan Irigasi Tetes .....................................................
10
2.2.4 Keseragaman Irigasi Tetes ..................................................
11
2.3 Mikrokontroler .............................................................................
13
2.3.1 Arduino ................................................................................
13
2.3.2 Modul Pendukung ...............................................................
14
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat .......................................................................
17
3.2 Alat dan Bahan .............................................................................
17
3.3 Skema Rancangan ........................................................................
18
3.4 Pelaksanaan Penelitian .................................................................
19
3.4.1 Rancang Bangun Mikrokontroler ........................................
19
3.4.2 Cara Kerja Mikrokontroler ..................................................
20
3.4.3 Uji Kinerja Mikrokontroler pada Sistem Irigasi Tetes ........
23
3.5 Parameter Pengamatan .................................................................
24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Sifat Fisik Tanah ............................................................
25
4.2 Rancangan Mikrokontroler ...........................................................
27
4.3 Pemrograman Software ................................................................
29
4.3.1 Menjalankan Arduino IDE ..................................................
29
4.3.2 Menguji Arduino dengan LED ............................................
30
4.3.3 Menguji Sensor dan Relay...................................................
30
4.3.4 Menguji RTC .......................................................................
33
4.3.5 Menguji SD Card Library ....................................................
34
4.4 Kalibrasi Alat ...............................................................................
34
4.5 Uji Keseragaman Irigasi ...............................................................
37
4.6 Uji Kinerja Alat ............................................................................
38
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...................................................................................
40
5.2 Kendala-Kendala Penelitian .........................................................
41
5.3 Saran .............................................................................................
41
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel
Teks
Halaman
1. Kriteria keseragaman irigasi tetes (Prijono, 2013)...............................
12
2. Hasil pengukuran BD (gr/cm3) ............................................................
26
3. Hasil pengukuran kadar air pada saat kalibrasi ....................................
34
4. Persentase error ....................................................................................
36
5. Keseragaman dan debit aliran irigasi tetes ...........................................
37
6. Lama operasi pompa ............................................................................
38
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Teks
Halaman
1.
Skema sistem irigasi tetes ..................................................................
9
2.
Komponen sistem irigasi tetes ...........................................................
17
3.
Komponen mikrokontroler ................................................................
18
4.
Skema rancangan sistem irigasi tetes ................................................
18
5.
Diagram alir rancang bangun mikrokontroler ...................................
19
6.
Cara kerja mikrokontroler pada sistem irigasi tetes ..........................
20
7.
Kode program pada saat kalibrasi alat ...............................................
22
8.
Diagram alir uji kinerja sistem irigasi tetes otomatis ........................
23
9.
Segitiga tekstur untuk media pasir .....................................................
25
10. Segitiga tekstur untuk media tanah Podzolik Merah Kuning (PMK)
25
11. Rancangan mikrokontroler ................................................................
27
12. Pin out rangkaian mikrokontroler ......................................................
28
13. Tampilan program arduino ................................................................
29
14. Grafik fungsi linear hasil kalibrasi alat pada media pasir..................
35
15. Grafik fungsi linear hasil kalibrasi alat pada media tanah PMK .......
35
16. Grafik perubahan kadar air selama 1 bulan .......................................
39
17. Soil moisture sensor type FC-28 .......................................................
52
18. Pin Analog Soil Moisture Sensor ......................................................
52
19. Kerak kotoran yang menempel pada permukaan sensor ...................
52
20. Relay 2-Channel dan Relay 1-Channel..............................................
53
21. Arduino Nano V 3.0 ..........................................................................
53
22. RTC I2C DS1307 dan SD Card Module ...........................................
53
23. Pompa dengan head 2M.....................................................................
54
24. Rangkaian Mikrokontroler ................................................................
54
25. Uji sampel keseragaman irigasi .........................................................
54
26. Sampel pengukuran BD .....................................................................
55
27. Kalibrasi alat di laboratorium ............................................................
55
28. Rancangan sistem irigasi tetes ...........................................................
55
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Irigasi secara umum didefinisikan sebagai penggunaan air pada tanah untuk
keperluan penyediaan cairan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman
(Hansen, Israelsen, dan Stringham, 1992). Salah satu sistem irigasi yang
memungkinkan untuk mengatur jumlah air sesuai dengan kebutuhan tanaman
adalah sistem irigasi tetes (drip irrigation). Irigasi tetes sebagaimana
didefinisikan oleh Sumarna (1998), merupakan metode pemberian air dengan
debit yang rendah. Sistem irigasi tetes dapat menghemat pemakaian air karena
dapat meminimumkan kehilangan air yang mungkin terjadi, seperti kehilangan
karena perkolasi, evaporasi, dan aliran permukaan, sehingg irigasi tetes cocok
digunakan untuk tanaman yang bernilai ekonomi tinggi yang dibutuhkan pasar.
Sistem irigasi tetes sederhana dapat dilakukan secara gravitasi. Namun cara ini
kurang efektif apabila dibandingkan dengan sistem irigasi tetes yang
menggunakan pompa sebagai mesin untuk mengalirkan air. Selain itu juga pada
sistem irigasi tetes secara gravitasi tidak dapat dilakukan penjadwalan irigasi
secara otomatis, dikarenakan tidak ada rangkaian elektronik yang dapat diterapkan
pada sistem tersebut. Pengatur penjadwalan irigasi tetes pada umumnya
menggunakan alat pengatur waktu (timer) yang mampu bekerja dengan interval
waktu tertentu sesuai dengan pengaturan yang diberikan. Cara ini masih kurang
2
efektif untuk memberikan air irigasi apabila dibandingkan dengan sistem sensor
pada mikrokontroler, karena tidak mampu mengatur pemberian air sesuai dengan
kebutuhan air tanaman.
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian
elektronik dan umunya dapat menyimpan program di dalamnya. Mikrokontroler
umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu, dan
unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah
terintegrasi di dalamnya (http://elektronika-dasar.web.id., 2012).
Berkembangnya teknologi mikrokontroler saat ini tentunya akan mempermudah
pekerjaan manusia. Mikrokontroler dapat diprogram menggunakan komputer
sehingga rangkaian elektroniknya dapat membaca input data lalu memproses dan
mengeluarkan outputnya sesuai perintah program yang diberikan. Salah satu jenis
mikrokontroler yang terbaru saat ini adalah mikrokontroler Arduino (Arduino.cc,
2014).
Aplikasi mikrokontroler untuk penjadwalan pemberian irigasi tentu menjadi hal
yang sangat bermanfaat untuk dilakukan. Menurut Arriska, Setiawan, dan
Saptomo (2013) penjadwalan irigasi secara otomatis sangat mendukung disaat
cuaca yang susah diprediksi akibat adanya perubahan iklim global dan perubahan
pola hujan, sehingga meningkatkan ketidakpastian ketersediaan air.
Mikrokontroler juga dapat mengurangi rutinitas kerja dalam mengairi tanaman
yang selalu dilakukan operator pada umumnya.
Hasil dari pengembangan teknologi mikrokontroler sangat tepat jika diterapkan
dalam otomatisasi irigasi yang saat ini belum populer dilakukan petani. Selain
3
untuk menunjang kegiatan irigasi tanaman yang lebih terkontrol dan akurat,
otomatisasi irigasi juga dapat dijadikan sebagai sarana menuju irigasi teknis yang
lebih modern. Salah satu sistem irigasi yang baik untuk dikembangkan ke arah
otomatisasi tersebut adalah irigasi tetes, yaitu irigasi bertekanan rendah dengan
efisiensi penggunaan air irigasi paling tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi
yang lainnya. Mikrokontroler beserta komponen sensor-sensor pendukungnya
tentu mampu untuk diaplikasikan dalam otomatisasi sistem irigasi tetes tersebut.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan rancang bangun sistem irigasi tetes
yang mampu bekerja secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air tanah
menggunakan mikrokontroler serta menguji kinerja mikrokontroler tersebut pada
3 media tanam yang berbeda.
1.3
Rumusan Masalah
Sistem irigasi tetes merupakan sistem irigasi yang memberikan efisiensi
penggunaan air yang paling tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi yang
lainnya. Irigasi tetes merupakan irigasi bertekanan rendah yang bekerja secara
terus-menerus dengan debit yang tetap. Pada irigasi tetes dapat dilakukan
penjadwalan irigasi dengan teratur, sehingga dapat memudahkan pekerjaan
operator dalam megairi tanaman. Namun penjadwalan irigasi tetes yang biasa
dilakukan hanya berdasarkan pada aspek frekuensi banyak dan lamanya
pemberian irigasi saja. Pada penelitian ini akan dilakukan perancangan alat yang
mampu mengatasi permasalahan tersebut, yaitu dengan merancang suatu
4
mikrokontroler yang mampu mengatur pemberian air irigasi pada sistem irigasi
tetes secara otomatis. Mikrokontroler bekerja berdasarkan prinsip perubahan
kadar air tanah, yaitu dengan memberikan batasan-batasan tertentu sebagai
pembacaan untuk pengkondisian pada programnya. Batasan-batasan kerja
mikrokontroler adalah ketika kadar air mencapai titik kritis maka pompa irigasi
mulai bekerja, kemudia pada saat kadar air mencapai kapasitas lapang maka
pompa irigasi berhenti bekerja. Sehingga sistem irigasi tetes dapat bekerja lebih
efektif dan efisien khususnya dalam pemberian air irigasi tanaman.
1.4
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk melakukan irigasi hemat air menggunakan
irigasi tetes yang mampu bekerja secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air
tanah dengan menggunakan teknologi mikrokontroler. Penerapan teknologi
mikrokontroler tersebut dalam bidang pertanian tentunya mampu menuju irigasi
teknis (modern) yang lebih efektif dan efisien.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sifat Fisik Tanah
2.1.1
Kerapatan Isi Tanah (BD)
Kerapatan isi tanah (Islami dan Utomo, 1995). atau Bulk Density (BD) adalah nisbah
antara massa total tanah dalam keadaan kering (Mtk) dengan volume total tanah
(Vt) atau dapat ditulis :
BD =
keterangan:
2.1.2
Mk
V
…………………………………………………………(1)
BD
: bulk density/kerapatan isi (gr/cm3)
Mtk
: massa total tanah dalam keadaan kering (gr)
Vt
: Volume total tanah dalam keadaan kering (cm3)
Tekstur Tanah
Tekstur tanah ialah komposisi partikel-partikel penyusun suatu tanah yang terdiri
dari fraksi pasir, debu, dan liat. Ada beberapa penggolongan atau klasifikasi
partikel berdasarkan ukuran yang membatasi masing-masing partikel tersebut.
Fraksi pasir kasar memiliki diameter 0.20 – 2.00 mm, fraksi pasir halus memiliki
diameter 0.02 – 0.20 mm, fraksi debu memiliki diameter 0.002 – 0.02 mm, dan
fraksi liat memiliki diameter kurang dari 0.002 mm. Penentuan tekstur tanah
dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan metode perasaan (feeling
6
method), metode pipet, metode hydrometer, dan metode segitiga tekstur (A. Christanti,
Riza, Utami, dan Widianto, 2012).
Tanah berpasir yaitu tanah yang memiliki kandungan pasir > 70%, porositasnya
rendah 35%, porositasnya relatif tinggi 60%, sehingga
memilki daya hantar air sangat lambat dan sirkulasi udara yang kurang lancar
(Islami dan Utomo, 1995).
Kemampuan tanah untuk menahan air yang terlalu besar mengakibatkan aerasi
kurang, sehingga pertumbuhan tanaman akan terhambat. Oleh karena itu, jika air
dalam media terlalu banyak justru menghambat pertumbuhan.. Komposisi media
tanam menunjukkan pengaruh yang sangat nyata pada tinggi tanaman, jumlah
daun, indeks luas daun, bobot basah, bobot kering serta pada panjang akar
(Mechram, 2006).
2.1.3
Pengukuran Kadar Air Tanah
A.
Metode Gravimetrik
Metode ini menyatakan kandungan air dalam tanah (kelengasan tanah) dalam
persen berat air (dalam tanah tersebut) terhadap berat tanah kering (kering oven,
100 – 110oC). Rumus yang digunakan yaitu :
KA(m) =
Keterangan :
BB−BK
BK
�
%
KA(m) = Kadar air basis massa (%)
BB
= Berat basah (gr)
BK
= Berat Kering (gr)
…………………………………………...(2)
7
B.
Metode Daya Hantar Listrik/Metode Tahanan (Resistance Method)
Metode ini menggunakan bahan porous seperti gipsum, nilon, atau fiberglass
memiliki tahanan listrik yang berhubungan dengan kandungan airnya. Jika blok
bahan tersebut dihubungkan dengan elektroda, dan kemudian ditempatkan tanah
basah di atasnya, maka blok bahan tersebut akan menyerap air sampai mencapai
kesetimbangan. Tahanan listrik blok ditentukan oleh kandungan air. Hubungan
antara pembacaan tahanan dan kandungan air dapat ditentukan melalui kalibrasi.
Akurasi pembacaan kelengasan dalam kisaran 1-15 bar.
C.
Metode Tegangan
Metode ini menggunakan tensiometer lapangan, yaitu mengukur tegangan dimana
air diikat/dipegang oleh matriks tanah. Kisaran kemampuannya untuk mengukur
kelengasan tanah antara 0–0.8 bar. Ada juga yang disebut tension plate untuk
kondisi di laboratorium. Tanah ditempatkan pada piring porus kemudian
dilakukan penghisapan (suction). Kisaran ukurannya 0-1 bar. Selain itu dapat
juga menggunkan pressure membrane, menggunakan piring porous yang tahan
sampai tekanan 100 bars (Martinus, Mudjiharjati, Suyono dan Wustamidin, 2003).
2.2
Irigasi
Irigasi merupakan usaha penambahan air pada saat cadangan air di dalam tanah
tidak mencukupi. Manfaat dari tersedianya air irigasi antara lain adalah untuk :
1. Membasahi tanah dengan maksud air dapat diabsorpsi oleh susunan akar
tanaman, sehingga kebutuhan tanaman akan air untuk keperluan
pertumbuhannya terpenuhi.
8
2. Memelihara kelembaban tanah dan udara, yaitu menciptakan lingkungan
yang sesuai bagi pertumbuhan tanaman.
3. Mempermudah pekerjaan pengolahan tanah.
4. Membantu usaha pencucian zat-zat di dalam tanah yang tidak dikehendaki.
5. Membantu proses pemupukan.
6. Mencegah pertumbuhan gulmam (Sumarna, 1998).
2.2.1
Irigasi Tetes
Irigasi tetes adalah sistem irigasi yangbekerja hampir terus menerus dengan debit
aliran yang kecil. Irigasi tetes hanya membasahi sebagain kecil zona akar
potensial. Akar pada zona tersebut dapat menyerap air dengan cepat karena
potensial air yang tinggi, ketersediaan air, dapat dipertahankan. Keuntungan
utama dari irigasi tetes adalah penghematan jumlah air yang digunakan.
Keuntungan lainnya yaitu dapat diterapkan pada daerah yang sangat curam dan
kemampuan untuk mempertahankan potensi air tanah lebih seragam (Foth, 1998).
Skema rancangan irigasi tetes tersusun dari berbagai komponen, yaitu pipa utama,
pipa sub-utama, pipa lateral, alat penetes (emitter), pompa air, saringan, katupkatup, pengontrol tekanan, dan umumnya dilengkapi dengan alat injektor pupuk
(Gambar 1).
Setiap tanaman secara langsung akan menerima air irigasi melalui penetes yang
dipasang pada pipa lateral dan terletak di atas perakaran tanaman. Permukaan
tanah akan menerima air berupa tetesan-tetesan yang debitnya tergantung kepada
tekanan yang diberikan. Tekanan yang diberikan umumnya rendah (1 sampai 3
9
atmosfer), dengan mengatur besarnya tekanan sistem irigasi ini mampu
memberikan jumlah serta kecepatan pemberian air yang sesuai dengan kebutuhan
tanaman (Sumarna, 1998).
Gambar 1. Skema sistem irigasi tetes
2.2.2
Hidrolika Irigasi Tetes
Irigasi tetes adalah metode pemberian air irigasi yang mampu memberikan
efisiensi yang tinggi dalam penggunaan air dan juga hasil produksi yang tinggi.
Irigasi tetes umumnya digunakan untuk tanaman sayuran (hortikultura). Pada
penelitian Sapei dan Kusumawati (2003) mempelajari pengaruh irigasi tetes
berkelanjutan dengan menggunakan satu emitter dan dua emitter pada penyebaran
air dan hasil produksi tanaman, menunjukkan hasil bahwa irigasi dengan
menggunakan dua buah emitter memberikan hasil tanaman yang lebih tinggi dan
10
daun yang lebih banyak daripada menggunakan satu buah emitter. Pada
umumnya, irigasi yang berkelanjutan (continous) memberikan dampak yang lebih
baik dibandingkan irigasi secara terputus-putus.
Pada metode irigasi tetes air dialirkan melalui suatu jaringan pipa, yang biasanya
terdiri dari pipa utama, sub-utama dan pipa lateral, untuk selanjutnya dikeluarkan
melalui penetes ke daerah perakaran tanaman. Aliran air dalam pipa-pipa tersebut
akan menimbulkan gaya yang bekerja pada dinding pipa sebelah dalam. Gaya
tersebut terdiri dari: (1) gaya statis, yang selalu terdapat pada dinding pipa
meskipun air tidak mengalir, dan (2) tegangan geser, yaitu gaya yang ditimbulkan
oleh gerakan air sebagai akibat dari energi kinetis. Tegangan geser yang bekerja
pada dinding pipa menimbulkan gesekan pada permukaan itu. Selama mengalir di
dalam pipa, aliran akan kehilangan tekanan sama besar dengan yang digunakan
untuk mengatasi gesekan tersebut. Perhitungan tekanan yang hilang akibat gesekan
sangat ditentukan oleh karakteristik aliran sepanjang pipa (Sumarna, 1998).
2.2.3
Keuntungan Irigasi Tetes
Keuntungan menggunakan teknologi irigasi tetes dibandingkan dengan penyiraman
tanaman secara manual antara lain adalah sebagai berikut: (Kasiran, 2006).
1. Peralatan yang digunakan (khususnya pipa distribusi) sudah teruji tahan lama,
tahan terhadap segala cuaca, bahan kimia, tekanan dari dalam dan dari luar,
dan anti karat karena terbuat dari polyethylen.
2. Dapat bekerja pada tekanan rendah, artinya tidak memerlukan tenaga mesin
pompa yang besar.
11
3. Sangat efisien dalam penggunaan air, karena air dialirkan ke tanaman tetes
demi tetes dan dapat diatur sesuai kebutuhan tanaman dan dapat diusahakan
menuju otomatiasis irigasi.
4. Dapat mencegah kehilangan pupuk pada zona perakaran karena tercuci
(leaching).
5. Dapat mengurangi resiko kerusakan tanaman akibat penyiraman, seperti
tanaman roboh/patah karena tertimpa slang, dan sebagainya
6. Kegiatan budidaya tidak lagi tergantung pada musim, lahan dapat ditanami
sepanjang tahun sehingga indek penanaman meningkat.
7. Dapat menekan pengunaan dan biaya tenaga kerja.
Efisiensi pemakaian air dengan sistem irigasi tetes pada pertanaman sayuran dapat
mencapai antara 90 – 100 persen, bila dilaksanakan dengan cermat, terampil dan
beraturan (Sumarna, 1998). Penelitian lainnya tentang irigasi tetes juga telah
dilakukan dengan menggunakan emitter jenis line sources, yaitu berupa kain
polyester, yang menunjukkan tingkat keseragaman yang cukup tinggi dengan nilai
keseragaman penyebaran sebesar 74,6% (Afriyana, Tusi, dan Oktafri, 2012).
2.2.4
Keseragaman Irigasi Tetes
Keseragaman irigasi tetes berdasarkan rumus Christiansen (1942) dapat dihitung
sebagai berikut:
CU = { −
∑ xi−x̅
∑xi
�
%} …………………………………………(3)
12
Keterangan:
CU
: coefficient uniformity/koefisien keseragaman irigasi (%)
xi
: volume air pada wadah ke i (ml)
x̅
: nilai rata-rata dari volume air pada wadah (ml)
Σ(xi – x̅)
: jumlah deviasi absolut rata-rata pengukuran (ml)
Rumus GW Assough and GA Kiker (2002)
cv =
SU =
Keterangan:
x̅
………………………………………………………......(4)
………………………………………..…(5)
− CV x
CV
: koefisien variasi (%)
s
: standar deviasi
SU
: statistical uniformity/keseragaman statistik (%)
Tabel 1. Kriteria keseragaman irigasi tetes (Prijono, 2013).
Kriteria Keseragaman
Coefficien Uniformity (CU)
Statistical Uniformity (SU)
Irigasi Tetes
(%)
(%)
Sangat Baik
94 – 100
95 – 100
Baik
81 – 87
85 – 90
Cukup Baik
68 – 75
75 – 80
Jelek
56 – 62
65 – 70
DESIGN OF AUTOMATIC DRIP IRRIGATION BASED ON
CHANGE OF SOIL WATER CONTENT USING ARDUINO
NANO MICROCONTROLLER
By
Rendy Franata
One of the irrigation system that allows to regulate the amount of water needed by
crop is a drip irrigation system. Formerly, the schedule of water irrigation in drip
irrigation only used a timer. This research makes a tool design which is able to
overcome these problems, that is by designing a microcontroller which is able to
regulate the provision of irrigation water in drip irrigation systems automatically
based on change of soil water content. This study was conducted in May 2014 –
August 2014 at the Greenhouse and Water and Land Resources Laboratory of
Agricultural Engineering Department, University of Lampung. The parameters
observed in this study are the change of soil water content, irrigation flow rate, bulk
density of soil, and dripper uniformity. This study uses three types of growing
medium, i.e. sand, red-yellow podzolic soil, and mix soil with organic nitrofosfat
fertilizer. Calibration tests showed a linear function, for sand medium y = – 0.23x
+ 46.96 with percent error ± 5.22%, for red-yellow podzolic soil and mix soil with
organic nitrofosfat fertilizer medium y = – 0.71x + 104.07 with percent error ±
2.92%. The results showed a high irrigation uniformity, the value of average CU =
96.50% and value of average SU = 96.85%.
Keywords: Drip irrigation, microcontroller, and soil water content.
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS
BERBASIS PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
Oleh
Rendy Franata
Salah satu sistem irigasi yang memungkinkan untuk mengatur jumlah air sesuai
dengan kebutuhan tanaman adalah sistem irigasi tetes. Selama ini penjadwalan
pemberian air pada irigasi tetes hanya menggunakan pengatur waktu (timer). Pada
penelitian ini dilakukan perancangan alat yang mampu mengatasi permasalahan
tersebut, yaitu dengan merancang suatu mikrokontroler pengatur pemberian air
irigasi pada sistem irigasi tetes secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air
tanah. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei 2014 - Agustus 2014 di Green
House dan Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air dan Lahan Jurusan Teknik
Pertanian Universitas Lampung. Parameter pengamatan dalam penelitian ini adalah
perubahan kadar air, debit aliran irigasi, keseragaman penetes dan bulk density.
Penelitian ini menggunakan 3 jenis media tanam, yaitu pasir, tanah Podzolik Merah
Kuning (PMK) dan campuran tanah PMK dengan pupuk organik nitrofosfat
(kompos). Dari hasil uji kalibrasi alat didapatkan fungsi linear untuk media pasir y
= – 0.23x + 46.96 dengan persentase error ± 5.22%, kemudian untuk media tanah
PMK dan kompos y = – 0.71x + 104.07 dengan persentase error ± 2.92%. Hasil
penelitian menunjukkan keseragaman irigasi yang sangat tinggi, yaitu rata-rata CU
sebesar 96.50% dan rata-rata SU sebesar 96.85%.
Kata Kunci: Irigasi tetes, kadar air tanah, dan mikrokontroler.
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS BERBASIS
PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
(Skripsi)
Oleh
RENDY FRANATA
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2014
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kecamatan Martapura, Kabupaten
Ogan Komering Ulu (OKU) Timur, Provinsi Sumatera
Selatan, pada tanggal 16 Juni 1992, sebagai anak pertama
dari dua bersaudara dari pasangan Bapak Kamaludin dan Ibu
Ernely Juwita.
Penulis menyelesaikan pendidikan taman kanak-kanak di
TK Ramadhan Martapura pada tahun 1996, pendidikan
sekolah dasar di SD Negeri 120 Martapura pada tahun 2004, pendidikan sekolah
menengah pertama di SMP Negeri 2 Martapura pada tahun 2007 dan sekolah menengah
atas di SMA Negeri 3 Martapura pada tahun 2010.
Tahun 2010 penulis melanjutkan studi di Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,
Universitas Lampung pada bulan September melalui jalur Penelusuran Kemampuan
Akademik dan Bakat (PKAB). Penulis pernah menjadi asisten dosen mata kuliah
Pemrograman Komputer serta terdaftar aktif sebagai anggota kepengurusan Persatuan
Mahasiswa Teknik Pertanian (PERMATEP) Bidang Penelitian dan Pengembangan
(Litbang) periode kepengurusan 2012 – 2013. Pada tahun 2013 penulis melaksanakan
Praktik Umum (PU) di PTPN VII Rejosari, Kecamatan Natar, Kabupaten Lampung
Selatan, Provinsi Lampung dengan judul “Mempelajari Proses Produksi Crude Palm Oil
(CPO) dan Palm Kernel (PK) serta Proses Pengolahan Limbah Kelapa Sawit di PT
Perkebunan Nusantara VII (Persero) Unit Usaha Rejosari, Natar, Lampung Selatan”.
Penulis juga pernah mendapatkan prestasi sebagai mahasiswa terbaik angkatan 2010
yang diselenggarakan oleh PERMATEP pada tahun 2013. Penulis berhasil mencapai
gelar Sarjana Teknologi Pertanian (S.TP.) S1 Teknik Pertanian pada tahun 2014 dengan
Indeks Prestasi Komulatif (IPK) 3,82 dengan predikat “Cum Laude”dan menyelesaikan
skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Otomatis Berbasis
Perubahan Kadar Air Tanah dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano”.
ix
Alhamdulillahhirobbil’alamin, Puji syukur ku panjatkan ke hadirat Allah SWT
yang selalu mencurahkan rahmat, berkah, nikmat, dan karunia-Nya kepadaku
selama ini, hingga aku bisa menyelesaikan studiku di Universitas Lampung ini.
Terimakasih ya Allah, tak henti-hentinya ku panjatkan rasa syukur teramat
besar ini atas semua kuasa-Mu.
Kupersembahkan Karya Tulisku Ini Untuk:
Ayah dan Ibuku tercinta
Serta
Adikku tersayang
Terimakasih atas segala kasih saying, perhatian, cinta, doa, dan dukungan baik
moril, maupun materil yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. Tiada
yang lebih indah selain kasih sayang yang kurasakan dalam keluargaku tercinta
ini. Aku bersyukur telah menjadi bagian dari keluarga yang indah ini. Semoga
Allah SWT selalu menjaga kebahagiaan ini. Aamiin.
Keluarga Besarku
Serta
Semua orang yang aku sayangi dan yang selalu mendukungku
Almamaterku Tercinta
Terimakasih karena sebagian perjalanan hidupku telah aku selesaikan disini
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat,
anugerah, serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
dengan judul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Berbasis Perubahan Kadar
Air Tanah dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano”. Skripsi ini
dibuat guna melengkapi salah satu syarat dalam mencapai gelar Sarjana Teknologi
Pertanian jenjang pendidikan Strata Satu Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,
Universitas Lampung.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Oktafri, M.Si., selaku dosen pembimbing akademik dan
pembimbing utama dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyampaikan
rasa terimakasih mendalam karena telah memberikan waktunya untuk
membimbing dan mengarahkan penulis dengan penuh perhatian dan
kesabaran selama penelitian ini hingga selesai.
2. Bapak Ahmad Tusi, S.T.P., M.Si., selaku pembimbing kedua yang selalu
memberikan masukan ide, saran, bimbingan, dan pengarahan selama
penulisan skripsi.
3. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku pembahas yang telah banyak
memberikan saran, masukan serta koreksi perbaikan selama penulisan
skripsi.
4. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku ketua Jurusan Teknik
Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung yang telah
memberikan saran dan pengarahan untuk perbaikan skripsi ini.
5. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas
Pertanian Universitas Lampung.
6. Keluargaku tercinta, yang tiada henti memberikan doa untuk keselamatan
dan keberhasilan penulis serta memberikan semangat baik spiritual, moril
maupun materil selama ini.
7. Seluruh Staf Administrasi dan Keluarga Besar Jurusan Teknik Pertanian,
Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
Penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat untuk masyarakat pada
umumnya dan untuk mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian pada khususnya.
Penulis menyadari bahwa, masih banyak kekurangan maupun kekeliruan dalam
tulisan ini. Oleh karena itu, diharapkan adanya kritik dan saran yang membangun
demi perbaikan dan peningkatan pada penelitian serupa pada masa yang akan
datang.
Akhir kata semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat serta hidayah-Nya
untuk kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 9 September 2014
Penulis
Rendy Franata
xii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ...............................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xv
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xvi
I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .............................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian ..........................................................................
3
1.3 Rumusan Masalah ........................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................
4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sifat Fisik Tanah ..........................................................................
5
2.1.1 Kerapatan Isi Tanah (BD) ....................................................
5
2.1.2 Tekstur Tanah ......................................................................
5
2.1.3 Pengukuran Kadar Air Tanah ..............................................
6
2.2 Irigasi ............................................................................................
7
2.2.1 Irigasi Tetes .........................................................................
8
2.2.2 Hidrolika Irigasi Tetes .........................................................
9
2.2.3 Keuntungan Irigasi Tetes .....................................................
10
2.2.4 Keseragaman Irigasi Tetes ..................................................
11
2.3 Mikrokontroler .............................................................................
13
2.3.1 Arduino ................................................................................
13
2.3.2 Modul Pendukung ...............................................................
14
III. METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat .......................................................................
17
3.2 Alat dan Bahan .............................................................................
17
3.3 Skema Rancangan ........................................................................
18
3.4 Pelaksanaan Penelitian .................................................................
19
3.4.1 Rancang Bangun Mikrokontroler ........................................
19
3.4.2 Cara Kerja Mikrokontroler ..................................................
20
3.4.3 Uji Kinerja Mikrokontroler pada Sistem Irigasi Tetes ........
23
3.5 Parameter Pengamatan .................................................................
24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Sifat Fisik Tanah ............................................................
25
4.2 Rancangan Mikrokontroler ...........................................................
27
4.3 Pemrograman Software ................................................................
29
4.3.1 Menjalankan Arduino IDE ..................................................
29
4.3.2 Menguji Arduino dengan LED ............................................
30
4.3.3 Menguji Sensor dan Relay...................................................
30
4.3.4 Menguji RTC .......................................................................
33
4.3.5 Menguji SD Card Library ....................................................
34
4.4 Kalibrasi Alat ...............................................................................
34
4.5 Uji Keseragaman Irigasi ...............................................................
37
4.6 Uji Kinerja Alat ............................................................................
38
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...................................................................................
40
5.2 Kendala-Kendala Penelitian .........................................................
41
5.3 Saran .............................................................................................
41
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel
Teks
Halaman
1. Kriteria keseragaman irigasi tetes (Prijono, 2013)...............................
12
2. Hasil pengukuran BD (gr/cm3) ............................................................
26
3. Hasil pengukuran kadar air pada saat kalibrasi ....................................
34
4. Persentase error ....................................................................................
36
5. Keseragaman dan debit aliran irigasi tetes ...........................................
37
6. Lama operasi pompa ............................................................................
38
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Teks
Halaman
1.
Skema sistem irigasi tetes ..................................................................
9
2.
Komponen sistem irigasi tetes ...........................................................
17
3.
Komponen mikrokontroler ................................................................
18
4.
Skema rancangan sistem irigasi tetes ................................................
18
5.
Diagram alir rancang bangun mikrokontroler ...................................
19
6.
Cara kerja mikrokontroler pada sistem irigasi tetes ..........................
20
7.
Kode program pada saat kalibrasi alat ...............................................
22
8.
Diagram alir uji kinerja sistem irigasi tetes otomatis ........................
23
9.
Segitiga tekstur untuk media pasir .....................................................
25
10. Segitiga tekstur untuk media tanah Podzolik Merah Kuning (PMK)
25
11. Rancangan mikrokontroler ................................................................
27
12. Pin out rangkaian mikrokontroler ......................................................
28
13. Tampilan program arduino ................................................................
29
14. Grafik fungsi linear hasil kalibrasi alat pada media pasir..................
35
15. Grafik fungsi linear hasil kalibrasi alat pada media tanah PMK .......
35
16. Grafik perubahan kadar air selama 1 bulan .......................................
39
17. Soil moisture sensor type FC-28 .......................................................
52
18. Pin Analog Soil Moisture Sensor ......................................................
52
19. Kerak kotoran yang menempel pada permukaan sensor ...................
52
20. Relay 2-Channel dan Relay 1-Channel..............................................
53
21. Arduino Nano V 3.0 ..........................................................................
53
22. RTC I2C DS1307 dan SD Card Module ...........................................
53
23. Pompa dengan head 2M.....................................................................
54
24. Rangkaian Mikrokontroler ................................................................
54
25. Uji sampel keseragaman irigasi .........................................................
54
26. Sampel pengukuran BD .....................................................................
55
27. Kalibrasi alat di laboratorium ............................................................
55
28. Rancangan sistem irigasi tetes ...........................................................
55
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Irigasi secara umum didefinisikan sebagai penggunaan air pada tanah untuk
keperluan penyediaan cairan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman
(Hansen, Israelsen, dan Stringham, 1992). Salah satu sistem irigasi yang
memungkinkan untuk mengatur jumlah air sesuai dengan kebutuhan tanaman
adalah sistem irigasi tetes (drip irrigation). Irigasi tetes sebagaimana
didefinisikan oleh Sumarna (1998), merupakan metode pemberian air dengan
debit yang rendah. Sistem irigasi tetes dapat menghemat pemakaian air karena
dapat meminimumkan kehilangan air yang mungkin terjadi, seperti kehilangan
karena perkolasi, evaporasi, dan aliran permukaan, sehingg irigasi tetes cocok
digunakan untuk tanaman yang bernilai ekonomi tinggi yang dibutuhkan pasar.
Sistem irigasi tetes sederhana dapat dilakukan secara gravitasi. Namun cara ini
kurang efektif apabila dibandingkan dengan sistem irigasi tetes yang
menggunakan pompa sebagai mesin untuk mengalirkan air. Selain itu juga pada
sistem irigasi tetes secara gravitasi tidak dapat dilakukan penjadwalan irigasi
secara otomatis, dikarenakan tidak ada rangkaian elektronik yang dapat diterapkan
pada sistem tersebut. Pengatur penjadwalan irigasi tetes pada umumnya
menggunakan alat pengatur waktu (timer) yang mampu bekerja dengan interval
waktu tertentu sesuai dengan pengaturan yang diberikan. Cara ini masih kurang
2
efektif untuk memberikan air irigasi apabila dibandingkan dengan sistem sensor
pada mikrokontroler, karena tidak mampu mengatur pemberian air sesuai dengan
kebutuhan air tanaman.
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian
elektronik dan umunya dapat menyimpan program di dalamnya. Mikrokontroler
umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu, dan
unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah
terintegrasi di dalamnya (http://elektronika-dasar.web.id., 2012).
Berkembangnya teknologi mikrokontroler saat ini tentunya akan mempermudah
pekerjaan manusia. Mikrokontroler dapat diprogram menggunakan komputer
sehingga rangkaian elektroniknya dapat membaca input data lalu memproses dan
mengeluarkan outputnya sesuai perintah program yang diberikan. Salah satu jenis
mikrokontroler yang terbaru saat ini adalah mikrokontroler Arduino (Arduino.cc,
2014).
Aplikasi mikrokontroler untuk penjadwalan pemberian irigasi tentu menjadi hal
yang sangat bermanfaat untuk dilakukan. Menurut Arriska, Setiawan, dan
Saptomo (2013) penjadwalan irigasi secara otomatis sangat mendukung disaat
cuaca yang susah diprediksi akibat adanya perubahan iklim global dan perubahan
pola hujan, sehingga meningkatkan ketidakpastian ketersediaan air.
Mikrokontroler juga dapat mengurangi rutinitas kerja dalam mengairi tanaman
yang selalu dilakukan operator pada umumnya.
Hasil dari pengembangan teknologi mikrokontroler sangat tepat jika diterapkan
dalam otomatisasi irigasi yang saat ini belum populer dilakukan petani. Selain
3
untuk menunjang kegiatan irigasi tanaman yang lebih terkontrol dan akurat,
otomatisasi irigasi juga dapat dijadikan sebagai sarana menuju irigasi teknis yang
lebih modern. Salah satu sistem irigasi yang baik untuk dikembangkan ke arah
otomatisasi tersebut adalah irigasi tetes, yaitu irigasi bertekanan rendah dengan
efisiensi penggunaan air irigasi paling tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi
yang lainnya. Mikrokontroler beserta komponen sensor-sensor pendukungnya
tentu mampu untuk diaplikasikan dalam otomatisasi sistem irigasi tetes tersebut.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan rancang bangun sistem irigasi tetes
yang mampu bekerja secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air tanah
menggunakan mikrokontroler serta menguji kinerja mikrokontroler tersebut pada
3 media tanam yang berbeda.
1.3
Rumusan Masalah
Sistem irigasi tetes merupakan sistem irigasi yang memberikan efisiensi
penggunaan air yang paling tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi yang
lainnya. Irigasi tetes merupakan irigasi bertekanan rendah yang bekerja secara
terus-menerus dengan debit yang tetap. Pada irigasi tetes dapat dilakukan
penjadwalan irigasi dengan teratur, sehingga dapat memudahkan pekerjaan
operator dalam megairi tanaman. Namun penjadwalan irigasi tetes yang biasa
dilakukan hanya berdasarkan pada aspek frekuensi banyak dan lamanya
pemberian irigasi saja. Pada penelitian ini akan dilakukan perancangan alat yang
mampu mengatasi permasalahan tersebut, yaitu dengan merancang suatu
4
mikrokontroler yang mampu mengatur pemberian air irigasi pada sistem irigasi
tetes secara otomatis. Mikrokontroler bekerja berdasarkan prinsip perubahan
kadar air tanah, yaitu dengan memberikan batasan-batasan tertentu sebagai
pembacaan untuk pengkondisian pada programnya. Batasan-batasan kerja
mikrokontroler adalah ketika kadar air mencapai titik kritis maka pompa irigasi
mulai bekerja, kemudia pada saat kadar air mencapai kapasitas lapang maka
pompa irigasi berhenti bekerja. Sehingga sistem irigasi tetes dapat bekerja lebih
efektif dan efisien khususnya dalam pemberian air irigasi tanaman.
1.4
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah untuk melakukan irigasi hemat air menggunakan
irigasi tetes yang mampu bekerja secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air
tanah dengan menggunakan teknologi mikrokontroler. Penerapan teknologi
mikrokontroler tersebut dalam bidang pertanian tentunya mampu menuju irigasi
teknis (modern) yang lebih efektif dan efisien.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sifat Fisik Tanah
2.1.1
Kerapatan Isi Tanah (BD)
Kerapatan isi tanah (Islami dan Utomo, 1995). atau Bulk Density (BD) adalah nisbah
antara massa total tanah dalam keadaan kering (Mtk) dengan volume total tanah
(Vt) atau dapat ditulis :
BD =
keterangan:
2.1.2
Mk
V
…………………………………………………………(1)
BD
: bulk density/kerapatan isi (gr/cm3)
Mtk
: massa total tanah dalam keadaan kering (gr)
Vt
: Volume total tanah dalam keadaan kering (cm3)
Tekstur Tanah
Tekstur tanah ialah komposisi partikel-partikel penyusun suatu tanah yang terdiri
dari fraksi pasir, debu, dan liat. Ada beberapa penggolongan atau klasifikasi
partikel berdasarkan ukuran yang membatasi masing-masing partikel tersebut.
Fraksi pasir kasar memiliki diameter 0.20 – 2.00 mm, fraksi pasir halus memiliki
diameter 0.02 – 0.20 mm, fraksi debu memiliki diameter 0.002 – 0.02 mm, dan
fraksi liat memiliki diameter kurang dari 0.002 mm. Penentuan tekstur tanah
dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu dengan metode perasaan (feeling
6
method), metode pipet, metode hydrometer, dan metode segitiga tekstur (A. Christanti,
Riza, Utami, dan Widianto, 2012).
Tanah berpasir yaitu tanah yang memiliki kandungan pasir > 70%, porositasnya
rendah 35%, porositasnya relatif tinggi 60%, sehingga
memilki daya hantar air sangat lambat dan sirkulasi udara yang kurang lancar
(Islami dan Utomo, 1995).
Kemampuan tanah untuk menahan air yang terlalu besar mengakibatkan aerasi
kurang, sehingga pertumbuhan tanaman akan terhambat. Oleh karena itu, jika air
dalam media terlalu banyak justru menghambat pertumbuhan.. Komposisi media
tanam menunjukkan pengaruh yang sangat nyata pada tinggi tanaman, jumlah
daun, indeks luas daun, bobot basah, bobot kering serta pada panjang akar
(Mechram, 2006).
2.1.3
Pengukuran Kadar Air Tanah
A.
Metode Gravimetrik
Metode ini menyatakan kandungan air dalam tanah (kelengasan tanah) dalam
persen berat air (dalam tanah tersebut) terhadap berat tanah kering (kering oven,
100 – 110oC). Rumus yang digunakan yaitu :
KA(m) =
Keterangan :
BB−BK
BK
�
%
KA(m) = Kadar air basis massa (%)
BB
= Berat basah (gr)
BK
= Berat Kering (gr)
…………………………………………...(2)
7
B.
Metode Daya Hantar Listrik/Metode Tahanan (Resistance Method)
Metode ini menggunakan bahan porous seperti gipsum, nilon, atau fiberglass
memiliki tahanan listrik yang berhubungan dengan kandungan airnya. Jika blok
bahan tersebut dihubungkan dengan elektroda, dan kemudian ditempatkan tanah
basah di atasnya, maka blok bahan tersebut akan menyerap air sampai mencapai
kesetimbangan. Tahanan listrik blok ditentukan oleh kandungan air. Hubungan
antara pembacaan tahanan dan kandungan air dapat ditentukan melalui kalibrasi.
Akurasi pembacaan kelengasan dalam kisaran 1-15 bar.
C.
Metode Tegangan
Metode ini menggunakan tensiometer lapangan, yaitu mengukur tegangan dimana
air diikat/dipegang oleh matriks tanah. Kisaran kemampuannya untuk mengukur
kelengasan tanah antara 0–0.8 bar. Ada juga yang disebut tension plate untuk
kondisi di laboratorium. Tanah ditempatkan pada piring porus kemudian
dilakukan penghisapan (suction). Kisaran ukurannya 0-1 bar. Selain itu dapat
juga menggunkan pressure membrane, menggunakan piring porous yang tahan
sampai tekanan 100 bars (Martinus, Mudjiharjati, Suyono dan Wustamidin, 2003).
2.2
Irigasi
Irigasi merupakan usaha penambahan air pada saat cadangan air di dalam tanah
tidak mencukupi. Manfaat dari tersedianya air irigasi antara lain adalah untuk :
1. Membasahi tanah dengan maksud air dapat diabsorpsi oleh susunan akar
tanaman, sehingga kebutuhan tanaman akan air untuk keperluan
pertumbuhannya terpenuhi.
8
2. Memelihara kelembaban tanah dan udara, yaitu menciptakan lingkungan
yang sesuai bagi pertumbuhan tanaman.
3. Mempermudah pekerjaan pengolahan tanah.
4. Membantu usaha pencucian zat-zat di dalam tanah yang tidak dikehendaki.
5. Membantu proses pemupukan.
6. Mencegah pertumbuhan gulmam (Sumarna, 1998).
2.2.1
Irigasi Tetes
Irigasi tetes adalah sistem irigasi yangbekerja hampir terus menerus dengan debit
aliran yang kecil. Irigasi tetes hanya membasahi sebagain kecil zona akar
potensial. Akar pada zona tersebut dapat menyerap air dengan cepat karena
potensial air yang tinggi, ketersediaan air, dapat dipertahankan. Keuntungan
utama dari irigasi tetes adalah penghematan jumlah air yang digunakan.
Keuntungan lainnya yaitu dapat diterapkan pada daerah yang sangat curam dan
kemampuan untuk mempertahankan potensi air tanah lebih seragam (Foth, 1998).
Skema rancangan irigasi tetes tersusun dari berbagai komponen, yaitu pipa utama,
pipa sub-utama, pipa lateral, alat penetes (emitter), pompa air, saringan, katupkatup, pengontrol tekanan, dan umumnya dilengkapi dengan alat injektor pupuk
(Gambar 1).
Setiap tanaman secara langsung akan menerima air irigasi melalui penetes yang
dipasang pada pipa lateral dan terletak di atas perakaran tanaman. Permukaan
tanah akan menerima air berupa tetesan-tetesan yang debitnya tergantung kepada
tekanan yang diberikan. Tekanan yang diberikan umumnya rendah (1 sampai 3
9
atmosfer), dengan mengatur besarnya tekanan sistem irigasi ini mampu
memberikan jumlah serta kecepatan pemberian air yang sesuai dengan kebutuhan
tanaman (Sumarna, 1998).
Gambar 1. Skema sistem irigasi tetes
2.2.2
Hidrolika Irigasi Tetes
Irigasi tetes adalah metode pemberian air irigasi yang mampu memberikan
efisiensi yang tinggi dalam penggunaan air dan juga hasil produksi yang tinggi.
Irigasi tetes umumnya digunakan untuk tanaman sayuran (hortikultura). Pada
penelitian Sapei dan Kusumawati (2003) mempelajari pengaruh irigasi tetes
berkelanjutan dengan menggunakan satu emitter dan dua emitter pada penyebaran
air dan hasil produksi tanaman, menunjukkan hasil bahwa irigasi dengan
menggunakan dua buah emitter memberikan hasil tanaman yang lebih tinggi dan
10
daun yang lebih banyak daripada menggunakan satu buah emitter. Pada
umumnya, irigasi yang berkelanjutan (continous) memberikan dampak yang lebih
baik dibandingkan irigasi secara terputus-putus.
Pada metode irigasi tetes air dialirkan melalui suatu jaringan pipa, yang biasanya
terdiri dari pipa utama, sub-utama dan pipa lateral, untuk selanjutnya dikeluarkan
melalui penetes ke daerah perakaran tanaman. Aliran air dalam pipa-pipa tersebut
akan menimbulkan gaya yang bekerja pada dinding pipa sebelah dalam. Gaya
tersebut terdiri dari: (1) gaya statis, yang selalu terdapat pada dinding pipa
meskipun air tidak mengalir, dan (2) tegangan geser, yaitu gaya yang ditimbulkan
oleh gerakan air sebagai akibat dari energi kinetis. Tegangan geser yang bekerja
pada dinding pipa menimbulkan gesekan pada permukaan itu. Selama mengalir di
dalam pipa, aliran akan kehilangan tekanan sama besar dengan yang digunakan
untuk mengatasi gesekan tersebut. Perhitungan tekanan yang hilang akibat gesekan
sangat ditentukan oleh karakteristik aliran sepanjang pipa (Sumarna, 1998).
2.2.3
Keuntungan Irigasi Tetes
Keuntungan menggunakan teknologi irigasi tetes dibandingkan dengan penyiraman
tanaman secara manual antara lain adalah sebagai berikut: (Kasiran, 2006).
1. Peralatan yang digunakan (khususnya pipa distribusi) sudah teruji tahan lama,
tahan terhadap segala cuaca, bahan kimia, tekanan dari dalam dan dari luar,
dan anti karat karena terbuat dari polyethylen.
2. Dapat bekerja pada tekanan rendah, artinya tidak memerlukan tenaga mesin
pompa yang besar.
11
3. Sangat efisien dalam penggunaan air, karena air dialirkan ke tanaman tetes
demi tetes dan dapat diatur sesuai kebutuhan tanaman dan dapat diusahakan
menuju otomatiasis irigasi.
4. Dapat mencegah kehilangan pupuk pada zona perakaran karena tercuci
(leaching).
5. Dapat mengurangi resiko kerusakan tanaman akibat penyiraman, seperti
tanaman roboh/patah karena tertimpa slang, dan sebagainya
6. Kegiatan budidaya tidak lagi tergantung pada musim, lahan dapat ditanami
sepanjang tahun sehingga indek penanaman meningkat.
7. Dapat menekan pengunaan dan biaya tenaga kerja.
Efisiensi pemakaian air dengan sistem irigasi tetes pada pertanaman sayuran dapat
mencapai antara 90 – 100 persen, bila dilaksanakan dengan cermat, terampil dan
beraturan (Sumarna, 1998). Penelitian lainnya tentang irigasi tetes juga telah
dilakukan dengan menggunakan emitter jenis line sources, yaitu berupa kain
polyester, yang menunjukkan tingkat keseragaman yang cukup tinggi dengan nilai
keseragaman penyebaran sebesar 74,6% (Afriyana, Tusi, dan Oktafri, 2012).
2.2.4
Keseragaman Irigasi Tetes
Keseragaman irigasi tetes berdasarkan rumus Christiansen (1942) dapat dihitung
sebagai berikut:
CU = { −
∑ xi−x̅
∑xi
�
%} …………………………………………(3)
12
Keterangan:
CU
: coefficient uniformity/koefisien keseragaman irigasi (%)
xi
: volume air pada wadah ke i (ml)
x̅
: nilai rata-rata dari volume air pada wadah (ml)
Σ(xi – x̅)
: jumlah deviasi absolut rata-rata pengukuran (ml)
Rumus GW Assough and GA Kiker (2002)
cv =
SU =
Keterangan:
x̅
………………………………………………………......(4)
………………………………………..…(5)
− CV x
CV
: koefisien variasi (%)
s
: standar deviasi
SU
: statistical uniformity/keseragaman statistik (%)
Tabel 1. Kriteria keseragaman irigasi tetes (Prijono, 2013).
Kriteria Keseragaman
Coefficien Uniformity (CU)
Statistical Uniformity (SU)
Irigasi Tetes
(%)
(%)
Sangat Baik
94 – 100
95 – 100
Baik
81 – 87
85 – 90
Cukup Baik
68 – 75
75 – 80
Jelek
56 – 62
65 – 70