III. PENDEKATAN DESAIN
Rancang bangun sistem irigasi otomatis ini direncanakan untuk lahan
irigasi teknis pada suatu daerah irigasi yang umumnya telah memiliki prasana jaringan irigasi seperti : bangunan sadap/bagi, saluran irigasi dan drainase, serta
pintu air.
Rancang bangun pintu air otomatis akan menggunakan sistem
komunikasi data menggunakan wireless (tanpa kabel) mengingat kondisi lokasi
yang jauh antara pintu air pada bangunan bagi/sadap dengan areal lahan yang diberikan air irigasi. Skema rencana irigasi otomatis (Gambar 5) memiliki : komputer utama (host control), sebagai kontrol sistem otomatis pintu air secara keseluruhan; Ethernet Gateway (NI WSN-9791), berfungsi sebagai pemancar dan penerima sinyal dari beberapa sensor yang terpasang di lapang; dan Node (WSN3202), berfungsi sebagai penerima sinyal dari sensor dan akan diteruskan ke
gateway dan komputer utama.
Gambar 5. Skema Sistem Kontrol Irigasi di Sawah
13
Tantangan yang dihadapi adalah bagaimana menyediakan air irigasi dengan jumlah dan waktu pemberian yang tepat dan fleksibel sesuai dengan kebutuhan pada suatu areal lahan yang dilayani pada sebuah bangunan sadap/bagi. Hal ini dapat diterjemahkan sebagai bagaimana mengatur kondisi level muka air pada saluran agar mampu diambil/disadap oleh pipa klep pada areal sawah. Salah satu perangkat dalam sistem ini adalah pintu air, yang berfungsi sebagai pengatur air yang akan masuk ke dalam saluran dan kemudian disadap oleh pipa klep yang menuju ke lahan.
Oleh karena itu diperlukan sebuah pintu air yang dapat
mengatur sekaligus mengukur, sehingga langkah menuju otomatisasi dapat berjalan dengan baik. Dalam penelitian ini fokus pada bagian perangkat komponen pintu air untuk kebutuhan otomatisasi tersebut dengan menggunakan material dari bahan komposit (fiberglass dan beton serat), mengingat banyaknya pintu air yang rusak dan hilang. Selain itu, penelitian ini juga membuat simulasi program sistem kendali muka air sawah untuk penentuan kapan (waktu) dan jumlah air irigasi/drainase yang harus dilakukan. Sehingga total kebutuhan volume air yang harus disediakan pada bangunan bagi/sadap bisa dapat diprediksi dan besar kapasitas debit pipa klep (solenoid valve) yang harus digunakan pada suatu lahan dapat kita tentukan dengan baik.
3.1. Rancangan Fungsional Pintu Air Secara fungsional pintu air yang dibuat menggunakan dua jenis bahan yang berbeda, yaitu beton serat dan fiberglass, memiliki fungsi mengatur dan mengukur aliran air. Sistem pengangkatan pintu air dari bahan fiberglass digerakkan secara manual (tetapi dapat juga digerakkan secara mekanik), sedangkan pintu beton serat digerakkan menggunakan sistem mekanik. Berikut ini adalah komponen penyusun pintu air beton serat : a) Daun pintu, berfungsi sebagai komponen utama untuk penahan gaya-gaya dari tekanan air dan sedimen (bila ada) yang terjadi pada saluran. b) Poros pintu (stem atau screw jack), berfungsi sebagai penghubung antara daun pintu dengan unit sistem mekanik.
14
c) Sistem mekanik, berfungsi sebagai penggerak pintu, yang terdiri dari lifting nut, worm gear, drive shaft. d) Unit penggerak sistem mekanik, befungsi untuk menggerakkan sistem mekanik, yang dilakukan dengan motor atau secara manual (dengan tangan).
Pintu air yang dibuat bersifat knock down, sehingga
memungkinkan untuk digerakkan dengan motor dan manual. e) Rangka pintu, berfungsi untuk penahan pintu dan sistem mekanik. f) Penutup sistem mekanik (Cover), berfungsi untuk mengamankan sistem mekanik dan perlengkapan lainnya dari kondisi lingkungan dan pencuri. Pintu air fiberglass memiliki beberapa komponen berupa : a) Daun pintu, berfungsi sebagai komponen utama untuk penahan gaya-gaya dari tekanan air dan sedimen (bila ada) yang terjadi pada saluran. b) Handle/pegangan, berfungsi untuk pegangan dalam kegiatan operasional pintu, seperti menaikkan dan menurunkan pintu air. c) Tonjolan pintu, berfungsi untuk meningkatkan koefisien kontraksi dan pengaliran yang terjadi di bawah pintu air (undershot).
3.2. Rancangan Struktural Pintu Air Rancangan struktural pintu air yang dirancang adalah jenis pintu sorong dengan aliran bawah (undershot), karena sebagian besar pintu air yang ada di DI Indonesia menggunakan jenis pintu ini. 3.2.1. Rancangan Struktural Pintu Air Beton Serat Gambar 6 menunjukkan gambar rancangan pintu air beton serat dengan unit-unitnya. Rancangan struktural pintu beton serat ini terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu daun pintu, sistem mekanik, rangka pintu, dan penutup pintu (cover). Komponen sistem mekanik dilindungi oleh cover (penutup pintu) yang terbuat dari beton serat dan berada di atas lantai kerja.
15
Gambar 6. Pintu Air Beton Serat a) Daun Pintu Daun pintu ini dibuat menggunakan bahan beton serat dengan komposisi bahan terdiri dari pasir “bangka-belitung”, semen, air, dan serat gelas jenis woven roving. Dimensi pintu dirancang untuk pintu bagi/sadap sekunder dan tersier dengan ukuran 56 cm x 75 cm x 3 cm (lebar x tinggi x tebal). Bentang efektif pintu adalah 50 cm dan bagian pintu yang masuk ke alur sponeng/rangka sebesar 3 cm (Lampiran 2). Apabila tinggi muka air maksimum di saluran adalah 50 cm, maka tekanan hidrostatis air terhadap pintu pada saat kondisi tertutup adalah sebesar 613 N atau 62,48 kg.f (Lampiran 4). Nilai ini menjadi acuan dalam penentuan perlakuan beton serat mana yang harus dipilih, baik dari segi kekuatan dan berat pintu sendiri. Karena berat pintu akan menentukan jenis motor penggerak yang harus digunakan.
b) Sistem Mekanik Sistem mekanik pintu beton serat terdiri dari poros pintu (stem), lifting nut, worm gear, drive shaft. Komponen lifting nut, worm gear, dan driveshaft terletak di dalam kotak pelat dengan tebal 8 mm, dengan ukuran 24 x 25 x 10 cm3. Sistem mekanik dipasang di bawah slab beton serat menggunakan sistem mur-
16
baut. Slab beton dibuat dengan tebal 5 cm dengan sistem tulangan dengan baja polos diameter 6 mm sebanyak dua buah (Lampiran 6). Sistem mekanik ini dapat
digerakkan secara manual dan menggunakan motor. Motor biasanya memiliki kecepatan sekitar 1700 RPM (atau lebih cepat lagi), karena cepatnya gerak putar yang dihasilkan oleh motor, maka harus dikurangi agar pengangkatan dan penurunan pintu dapat bergerak secara baik dan halus. Biasanya pergerakan poros pintu antara 2,5 – 15 cm/menit (Irrigation Training and Research Center, www.itrc.org).
Untuk mereduksinya maka
memerlukan gear box, chain drive, atau worm gear.
Dalam penelitian ini
diusulkan menggunakan reduction gear sebesar 5 : 1 dan drive ke motor menggunakan rantai dengan perbandingan 1 : 1.
Drive shaft ini akan
dihubungkan dengan worm gear/lifting nut yang telah terpasang pada pintu rancangan di lapangan. Worm gear yang terpasang memiliki rasio 25:1, maka
kombinasi dari gear box, drive chain, dan worm gear adalah 125 : 1. ini berarti membutuhkan 125 putaran motor untuk 1 putaran keluaran worm gear. Pada motor dengan putaran 1700 rpm dan output pada gearbox sebesar 5
maka menjadi 1700/5 = 340 RPM dan nilai chain drive hanya 1:1 maka ini akan menghasilkan 340 RPM pada worm gear. Dengan rasio 25 : 1 pada worm gear, maka akan menghasilkan putaran sebesar 13,6 RPM. Jika pintu memiliki tinggi
pengangkatan dalam 1 putaran = 10 mm,
maka pengangkatan pintu
membutuhkan : 13,6 rev/min x 10mm/rev = 136 mm/menit
Gambar 7. Motor dan Mekanik
17
c) Rangka Pintu Rangka pintu menggunakan besi siku ukuran 60 x 60 x 6 (mm3) dengan lebar rangka pintu 50 cm dan tinggi tergantung kondisi bangunan bagi di lapangan. Pada bangunan bagi di DI Cimanuk Garut (B. CMK 5), beda elevasi antara dasar saluran dan lantai kerja adalah 100 cm. Maka tinggi rangka pintu dibuat 150 cm. Tinggi rangka pintu yang muncul di atas lantai kerja sebesar 50 cm, sehingga dengan jarak 50 cm, diharapkan penggunaan panjang chain drive untuk menghubungkan driveshaft dengan motor tidak terlalu panjang. Rangka besi ini akan dicor dengan adukan beton agar posisi rangka pintu tetap kokoh. d) Penutup Sistem Mekanik (Cover) Penutup sistem mekanik menggunakan bahan beton serat hasil pilihan dalam perlakuan penelitian ini. Bagian penutup yang berfungsi untuk menunjang sistem mekanik (slab beton) didesain dengan sistem plat satu arah dengan dimensi panjang 80 cm, lebar 30 cm dan tebal 5 cm; tulangan besi dengan diameter 6 mm. Perhitungan slab beton ini dapat dilihat pada Lampiran 6. Pada bagian penutup lainnya, yaitu sisi kiri dan kanan digunakan beton serat tanpa tulangan besi dengan tebal 3 cm. Gambar detail penutup sistem mekanik dapat dilihat pada Lampiran 2. Penutup sistem mekanik dibuat dengan sistem knock down dengan murbaut jenis Ferrule yang tertanam dalam beton serat.
3.2.2. Rancangan Struktural Pintu Air Fiberglass Gambar 8 menunjukkan desain pintu fiberglass dengan beberapa bagiannya. Pintu ini terdiri dari daun pintu, handle, dan tonjolan pintu. Desain pintu ini direncanakan untuk pintu dengan beda elevasi antara saluran dengan lantai kerja sebesar 100 cm. Untuk keperluan otomatisasi, bagian handle pintu bisa dipotong dan digantikan dengan sistem mekanik seperti pada pintu beton serat, namun diameter poros dan motor yang digunakan jauh lebih kecil karena bobot pintu fiberglass lebih ringan dibandingkan dengan beton serat.
18
Handle Pintu
Daun Pintu
Tonjolan pintu
Gambar 8. Pintu Air Fiberglass a) Handle/Pegangan Pintu Pada bagian pegangan pintu ini terdapat lubang untuk mengunci posisi pintu pada jarak bukaan tertentu; bagian untuk pegangan pintu dengan ukuran 15 cm x 5 cm dengan bentuk yang ergonomis, mengikuti pola jari manusia; dan bagian kosong/bolong pada pintu dengan dimensi 32 cm x 60 cm, ini dimaksudkan untuk memperingan bobot pintu. b) Daun Pintu Daun pintu merupakan bagian utama dari pintu ini, dimana pintu langsung berhadapan langsung dengan air. Bagian ini memiliki dimensi 58 cm x 75 cm, dimana tinggi air maksimum yang bisa ditahan adalah 75 cm, sedangkan rata-rata tinggi muka air di lapangan adalah sebesar 50 cm dengan besar tekanan hidrostatis sebesar 613 N atau 62,48 kg.f (Lampiran 4). Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa tebal daun pintu yang direncanakan untuk tinggi muka air 50 cm adalah 10 mm dan untuk keamanan maka tebal ditetapkan 12 mm (Lampiran 5) dengan nilai modulus elastisitas fiberglass sebesar 40.500 kg/cm2 (lihat Lampiran 3), dimana komposisi
19
perbandingan volume antara polymer dan serat gelas (glass content) adalah 60 % : 40%. c). Tonjolan Pintu Bagian ini terbuat dari fiberglass dengan sistem knock down. Bentuk tonjolan berupa ½ lingkaran dengan radius 10 cm dan panjang 49 cm. Tonjolan ini merupakan tambahan pada daun pintu yang dimaksudkan untuk meningkatkan nilai koefisien pengaliran dan kontraksi dari pintu, sebagaimana yang telah dikembangkan dalam pintu air Crump-de Gruyter dengan bentuk ¼ lingkaran pada bagian bawah pintu.
20
