Topik 11 kuliah irigasi curah dedi asep prastowo

  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 ₂ Gambar 2. Luas bedengan (petakan) sayuran biasanya hanya sekitar 6 m 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%) 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. 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 m ² .

  

Gambar 2. Irigasi ebor pada petani sayuran berlahan

sempit mengelola lahan tidur di kota Bekasi

Kesesuaian irigasi curah

  g. Dengan tidak diperlukannya saluran terbuka, maka tidak banyak lahan yang tidak dapat ditanami h. Tidak mengganggu operasi alat dan mesin pertanian.

  ² .

  c. Investasi awal cukup tinggi

  b. Air irigasi harus cukup bersih bebas dari pasir dan kotoran lainnya

  a. Kecepatan dan arah angin berpengaruh terhadap pola penyebaran air

  Berbagai faktor pembatas penggunaan irigasi curah adalah:

  Faktor-faktor pembatas

  f. Biaya tenaga kerja untuk operasi biasanya lebih kecil daripada irigasi permukaan

  Irigasi 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.

  e. Pemupukan terlarut, herbisida dan fungisida dapat dilakukan bersama-sama dengan air irigasi.

  d. Aliran permukaan dapat dihindari sehingga memperkecil kemungkinan terjadinya erosi.

  c. Cocok untuk tanah berpasir di mana laju infiltrasi biasanya cukup tinggi.

  Dapat digunakan untuk lahan dengan topografi bergelombang dan kedalaman tanah (solum) yang dangkal, tanpa diperlukan perataan lahan (land grading).

  a. Efisiensi pemakaian air cukup tinggi b.

  Beberapa keuntungan irigasi curah antara lain:

  Keuntungan irigasi curah

d. Diperlukan tenaga penggerak di mana tekanan air berkisar antara 0,5 - 10 kg/cm

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, ₂ biasanya dirancang untuk tekanan rendah antara 0,5 -2,5 kg/cm , 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

  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.

  Satu lateral Dua lateral .

  

Gambar 6. Sistem sprinkler berpindah

Gambar 7. Penempatan pipa utama di sisi lahan

  Sistim Berpindah dengan Mesin

  

Laeral-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).

  

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.

  

Gambar 10. Traveller

  Rain-guns umumnya beroperasi pada tekanan tinggi 5 – 10 bar, dengan debit 40 – 120 ₃ m /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. Gambar 12. Fleksible lateral Solid-set atau Sistim Permanen

  Jika 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

  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 system

  Sistim ini dalam beberapa hal menyerupai sistim berpindah (portable), tetapi sprinkler ditempatkan pada posisi selang-seling sepanjang lateral (Gambar 14). Jika sejumlah air _{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)

  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.

  Hose move system Sistem 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)

  

Gambar 17. sistem hose-move sprinkler

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

  Tenaga penggerak

  Sumber tenaga penggerak pompa dapat berupa motor listrik atau motor bakar (internal

  combustion engine) Pipa utama Pipa 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 lateral

  Pipa 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

  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).

  Satu nozzle

  Pop up

  Big gun Dua nozzle

Gambar 21. Kepala sprinkler berputar

  

Gambar 22. Sprayline

  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 Pengendapan Kolam 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 Sadap Katup sadap diperlukan untuk mengontrol tekanan pada pipa lateral bila perbedaan tekanan aliran antara pipa utama dan pipa lateral cukup besar.

  e. Katup Pengontrol Aliran Katup 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 Pengaman Merupakan katup untuk menghindarkan tekanan air di dalam pipa yang berlebihan.

  g. Tangki Injeksi Larutan 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).

  

a) Tangki tertutup

  

b) Venturi

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

  

Gambar 25. Proses putaran sprinkler dan hubungannya dengan areal pembasahan Tabel 1. Klasifikasi head sprinkler berputar, karakteristik dan kesesuaiannya Tipe sprinkler Gravitasi, sprinkler di bawah pohon

  Sprinkler di bawah pohon, normal Permanen, over- head

  Overhead kecil Tekanan rendah Tekanan Mene- ngah Tekanan tinggi

  Selang tekanan (kg/cm ² ) 0,7 - 1,0 1 - 2,5 3,5 - 4,5 2,5 - 4,0 1,5 - 2,5 2,5 - 5,0 5 - 10 Debit 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 - 50 Diameter nozzle (mm) 1 - 6 1,5 - 6 3 - 6 6 - 10 3 - 6 40 - 80 20 - 40

  Diameter semprotan (m) 18 - 30 9 - 24 9 - 18 0,7 54 - 100 Selang 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

  Teknik Irigasi dan Drainase

  Debit ₃ Kecepatan aliran dalam pipa diukur dalam satuan m/det. Sedangkan debit aliran (m /det) ₂ merupakan luas penampang aliran (m ) dikalikan dengan kecepatan (m/det). Untuk sistim

  sprinkler yang kecil, angka dalam satuan ini sangat kecil sehingga seringkali digunakan ₃ satuan m /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 aplikasi

  Laju 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 Tekanan Diameter Debit Laju aplikasi (mm/jam) nozzle

₃

(bar) basah (m) (m /jam) untuk spasing (m)

  (mm) 18 x 18 18 x 24 24 x 24 4 3,0 29 1,02 3,2 5 3,0

  32 1,67 5,2 3,8 6 3,0 35 2,44 7,5 5,7 4,2 8 4,0 43 4,96 15,3 11,4 8,6 10 4,5 48 8,13 25,1 18,9 14,0

  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 nozzle dan tekanan pada butiran yang diinginkan

  Tekanan yang Selang tekanan Ukuran nozzle cocok untuk butiran yang sesuai (mm)

  (bar) (bar)

3,0 – 4,5 2,00 2,75 – 3,50

4,5 – 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

  

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 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

  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

  

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.

   

  X X − ∑ i

    CU 100

  1 ,

  = − ... /11.1/ X n

      _{i : nilai masing-masing} X : nilai rata-rata pengamatan (mm); n : jumlah total pengamatan; X pengamatan(mm).

  (a) (b) (c)

  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 ₂ buah sprinkler. Tipe sprinkler : 4,365 x 2,381 mm nozzle, dengan tekanan 2,8 kg/cm . 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.

  

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 0,98 2 7,60 0,82 11 8,90 0,48 3 6,60 1,82 12 7,90 0,52 4 7,60 0,82 13 9,10 0,68 5 9,90 1,48 14 8,60 0,18 6 10,20 1,78 15 9,10 0,68 7 8,30 0,12 16 7,90 0,52 8 9,10 0,68 17 6,60 1,82 9 9,10 0,68 18 6,80 1,62 Rerata 8,42

  Jumlah 16,16 m = 8,42 n =

18 CU = 89,3%

  Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sprinkler Angin.

  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.

  

Tabel 7a. Pengaruh kecepatan angin terhadap spasi sprinkler

Diameter basah (m) Kecepatan angin

  32

  37

  42 (m/det) Spasi sprinkler (m) Tidak ada angin

  21

  24

  27 0 - 2,5

  18

  21

  24 2,5 – 5,0

  15

  18

  21 > 5,0

  9

  12

  12 Tabel 7b. Spasi maksimum untuk sprinkler bertekanan rendah sampai medium Spasi dari diameter basah Kecepatan angin Spasi sepanjang Spasi sepanjang pipa utama

  (km/jam)

lateral

50 % 65 %

1-6 45 % 60 %

  

7-12 40 % 50 %

> 12 30 % 30 %

Gambar 35. Pengaruh angin pada kinerja sprinkler

  Set time Istilah “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 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 jam Jika 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 air Selang (mm/m) Rata-rata (mm/m)

  1 Tekstur sangat kasar – pasir sangat kasar 33 – 62

  42

  2 Tekstur kasar – pasir kasar, pasir halus dan 62 – 104

  83 pasir berlempung

  3 Tekstur agak kasar – lempung berpasir 104 – 145 125

  4 Tekstur sedang – lempung berpasir sangat 125 – 192 167 halus, lempung dan lempung berdebu

  5 Tekstur agak halus – lempung berliat, lempung 145 – 208 183 liat berdebu dan lempung liat berpasir

  6 Tekstur halus – liat berpasir, liat berdebu dan 133 – 208 192 liat

  7 Gambut 167 - 250 208

  Tabel 9. MAD

  MAD (%) Tanaman dan kedalaman akar 25 – 40 Perakaran dangkal, tanaman sayuran dan buah-buahan bernilai tinggi ₁₎ 40 – 50 Buah-buahan , perdu, berri dan tanaman dalam baris dengan perakaran sedang

  

50 Tanaman pakan, tanaman biji-bijian dan tanaman baris dengan perakaran

₁₎ dalam 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.

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

  MAD

d = W Z /

_{x a }

11 . 2 / 100

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

  f = d / U / _{n d } 11 . 3 /

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

  Laju, lama dan interval pemberian air

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

  360 Q

×

  

I = /

11 . 4 / 

  S × S

_{e l}

_{e l}

  dimana Q: debit curahan sprinkler (l/det), S : spasing sepanjang lateral (m), dan S : 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:

  d

T /

  11 . 5 /

  =

  

  I

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

  d _x I / 11 . 6 / _{i } =

  U

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

  Tabel 10. Kedalaman akar efektif beberapa jenis tanaman .

  Tabel 11. Kebutuhan air puncak beberapa jenis tanaman Tabel 12. Laju pemberian air maksimum dengan sprinkler

  1.3

  2.5

  2.0

  1.5

  1.0

  0.8

  0.4

  0.2

  1.0

  0.6

  1.0

  0.8

  0.5

  0.3

  0.1 Kapasitas sistem sprinkler

  Kapasitas 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 / 

fTE

Ad

  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.

  0.3

  1.0

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

  5.0

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7 Pasir kasar sampai 2 m Pasir kasar di atas tanah yang lebih padat Lempung berpasir ringan sampai 2 m Lempung berpasir ringan di atas tanah yang lebih padat Lempung berdebu sampai 2 m Lempung berdebu di atas tanah yang lebih padat Liat berat atau lempung berliat

  3.7

  1.3

  2.5

  2.0

  1.3

  0.8

  0.4

  3.7

  2.5

  2.0

78 Q 2 =

  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 = 0,7 Kapasitas 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/jam _{Dari Tabel 10. Kedalaman daerah perakaran = 60 cm.}

  Jadi Total lengas tanah tersedia = 9,5 x 60/100 = 5,7 cm. _{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 _{4 2 -1} dengan debit (3,8 x 8)/6 = 5,05 ha.cm per hari atau (5,05 x 10 x 10 x 10 )/(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%

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 ₂ bekerja seragam pada suatu luasan tertentu dengan satuan N/m . Seringkali dinyatakan _{2 2 2 2} dalam kN/m , atau bar dimana 1 bar = 100 kN/m = 1 kgf/cm = 14,5 lbf/in . Suatu tipikal tekanan operasional untuk sprinkler kecil adalah 3 bar. Satuan lainnya yang sering dipakai ₂ adalah psi (pound per square inch atau lbf/in ) dalam unit Imperial, dan kilogram gaya per _{2 2} cm (kgf/cm ) dalam unit Eropa.