EXECUTIVE SUMMARY
PENGKAJIAN IRIGASI MODERN DENGAN OTOMATISASI IRIGASI TERPUTUS (INTERMITTENT)
Desember 2010
DEPARTEMEN PEKERJAAN UMUM BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN SUMBER DAYA AIR BALAI IRIGASI Jl. Cut Meutia, Kotak Pos 147 Telp.: (021) 8801365, 8826813, Fax. (021) 8801345 BEKASI 17113
EXECUTIVE SUMMARY PENGKAJIAN IRIGASI MODERN DENGAN OTOMATISASI IRIGASI TERPUTUS (INTERMITTENT)
Pelaksanaan irigasi terputus sering terkendala karena lebih rumit dibandingkan irigasi menerus. Petani perlu sering ke lahan untuk mengontrol dan memberikan air ke lahan bila diperlukan. Sistem otomatis irigasi terputus dapat membantu mempermudah pengaplikasian irigasi terputus agar sesuai dengan kebutuhan tanaman (kelembaban tanah telah berada pada kondisi tertentu). Penelitian ini dilakukan untuk merancang dan mengujicoba sistem otomatis pada penerapan irigasi terputus. Penelitian direncanakan akan dilakukan selama 4 tahun (2010-2013). Penelitian pada tahun 2010 dilakukan untuk menghasilkan model fisik (prototip) sistem otomatis. Hasil pengkajian model fisik tersebut digunakan pada tahun 2011 untuk menghasilkan model sistem (software, panduan instalasi dan pemeliharaan, peralatan alternatif). Pada tahun 2012 akan dihasilkan naskah ilmiah (draft kriteria desain/spesifikasi teknik yang kemudian difinalisasi menjadi R-0 Kriteria Desain/Spesifikasi Teknik Penerapan Irigasi Terputus (Intermittent) dengan otomatisasi (tahun 2013). Pengkajian pada penelitian ini dibatasi pada aspek teknologi yang perlu dikembangkan dalam modernisasi irigasi terputus yaitu dengan menggunakan sistem otomatis. Sistem otomatis memungkinkan pengendalian tinggi muka air secara real-time sehingga diharapkan efisiensi penggunaan air dapat meningkat. Data kondisi lapangan (tinggi air, kelembaban tanah, cuaca dan debit) diambil dalam interval waktu tertentu untuk kemudian dikirimkan ke unit pengendali melalui wireless transceiver untuk memutuskan apakah irigasi perlu diberikan atau tidak. Sistem otomatis disusun dari 3 sub-sistem, yaitu sub-sistem pengukuran, pengontrolan dan pengaturan. Peralatan yang dibutuhkan dalam rancangan sistem otomatis ini meliputi sensor tinggi muka air, kelengasan tanah, cuaca, komputer, software, flow meter dan pengatur debit (valve). Parameter utama yang dikendalikan dalam sistem ini diukur melalui sensor tinggi air. Sensor lainnya, (sensor kelengasan tanah dan cuaca) digunakan dalam menganalisa data hasil penelitian. Puslitbang Sumber Daya Air
1
Sub sistem pengaturan
Sub sistem pengukuran
Sub sistem pengontrollan
Gambar 1. Skema sistem otomatis. Sub-sistem pengukuran terdiri dari stasiun sensor dan stasiun cuaca. Stasiun sensor ditempatkan di lahan untuk mengambil data kadar air dan tinggi muka air. Untuk memudahkan instalasi dan pemeliharaan, transmisi data dari sub-sistem pengukuran ke sub-sistem pengontrolan dilakukan dengan menggunakan telemetri. Sub-sistem pengontrolan terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras yang diperlukan meliputi receiver, komputer dan peralatan interfacing. Perangkat lunak disusun untuk mengolah dan menginterpretasi data sehingga pengaturan pemberian air irigasi dapat dilakukan secara real time. Pengontrollan dirancang agar dapat mengkomodir pola pemberian air yang dilakukan di lahan. Sub-sistem pengaturan terdiri dari actuator dan pengukur debit irigasi. Actuator membuka pintu air saat irigasi diperlukan. Debit air irigasi kemudian diukur menggunakan menggunakan sensor debit. Ujicoba awal sistem otomatis dilakukan di Laboratorium Outdoor Balai Irigasi. Selama uji coba awal, hujan terjadi hampir setiap hari sehingga muka air pada piezometer relatif stabil. Irigasi hanya diberikan beberapa kali selama uji coba. Penurunan tinggi muka air pada piezometer umumnya terjadi mulai jam 10:00 hingga 15:00. Pada rentang waktu tersebut evapotranspirasi lahan mencapai
Puslitbang Sumber Daya Air
2
maksimum. Irigasi umumnya diberikan pada sore hari setelah tinggi muka air mencapai batas bawah. 30
Tinggi air di piezometer (cm)
25
20
15 Batas atas 10
Batas bawah H
5
10 per. Mov. Avg. (H)
0 11/1/10 21:27:51
11/2/10 3:13:27
11/2/10 8:59:03
11/2/10 14:44:39
11/2/10 20:30:15
macak-macak pada tinggi air 20 (cm)
Gambar 2. Data hasil pengujian Pada Gambar 2 batas atas diset pada saat muka air di piezometer setinggi 25 cm (genangan 5 cm) dan batas bawah pada 2 cm (perched water table -17 cm). Pada malam hari tinggi air relatif stabil, fluktuasi tinggi air disebabkan karena hujan. Tinggi air mulai mengalami penurunan mulai jam 9:00 dan mencapai batas bawah pada sekitar jam 14:30. Pada saat tersebut, irigasi diberikan hingga tinggi muka air mencapai batas atas. Uji coba di tingkat lahan dilakukan di demplot PT. Sang Hyang Seri. Pengujian baru sampai pada tahap uji kinerja sistem. Sistem untuk sementara diinstalasi di lapangan untuk kemudian dijalankan. Untuk ujicoba, batas bawah diset 15 cm dan batas atas diset 24 cm. Saat sistem dijalankan, valve terbuka dan irigasi dialirkan. Air perlu waktu cukup lama (hingga 2 jam seperti pada Gambar 3) untuk mencapai piezometer sensor karena lahan cukup luas dan debit irigasi kecil. Pengujian lanjutan akan dilakukan pada tahun 2011.
Puslitbang Sumber Daya Air
3
30
Tinggi air di piezometer (cm)
25
20
15
Batas Atas 10
Batas Bawah H 10 per. Mov. Avg. (H)
5
0 11/14/10 13:26:24
11/14/10 13:59:31
11/14/10 14:32:38
11/14/10 15:05:46
11/14/10 15:38:53
11/14/10 16:12:00
Waktu
Gambar 3. Data hasil pengujian di Demplot PT. Sang Hyang Seri Pengendalian sudah dapat berjalan seperti yang diharapkan. Irigasi diberikan tepat saat batas bawah tercapai hingga batas atas. Walaupun demikian, pengukuran terkendala noise yang cukup besar. Hal ini mungkin diakibatkan transmisi wireless yang kurang baik. Hal ini dapat diatasi dengan melakukan pengkondisian data sensor mengunakan filter moving average dengan periode tiap 10 data. Pengujian lanjutan dalam waktu yang lebih panjang masih perlu dilakukan untuk menguji durabilitas sistem, konsumsi daya dan pola pemeliharaan yang perlu dilakukan. Melalui pengujian pada satu musim tanam (terutama pada musim kemarau) nilai tambah dari pengaplikasian sistem ini terhadap efisiensi penggunaan air, pengurangan tenaga kerja untuk pengaturan air, dsb dapat teridentifikasi.
Puslitbang Sumber Daya Air
4
Lampiran Foto-foto Prototipe
Prototipe di Laboratorium Outdoor Balai Irigasi, Bekasi
Piezometer untuk sensor muka air
Valve
Puslitbang Sumber Daya Air
5
Prototipe di Demplot PT. Sang Hyang Seri, Sukamandi
Lampiran Daftar Peralatan yang Digunakan
No. 1
Peralatan Sensor tinggi muka air Spesifikasi: - Tipe pressure transucer - Range pengukuran 0-3’ (0-0,9 m) - Akurasi ± 0,1 % dari range maksimum pengukuran pada suhu konstan - Output arus 4 – 20 mA - Catu daya 8 sampai 36 VDC
2
Sensor debit aliran Spesifikasi: - Jenis propeller dengan mekanisme hall effect sensor - Range 0.2 - 30 ft/sec (.06 - 9.14 m/sec) - Output berupa counter - Akurasi ±1% of full scale - Catudaya 6 - 24 Vdc, 8 mA (minimum)
3
Sensor kelengasan tanah
Tipe 1
Tipe 2
Tipe 3
Puslitbang Sumber Daya Air
6
- Spesifikasi tipe 1: Mengukur pada range 0-200 centibar dengan resolusi 1 centibar berdasarkan resistansi - Spesifikasi tipe 2: Mengukur volumetric water content berdasarkan dielectric permittivity. Range 0-100% volumetric water content dengan resolusi 0,1%. - Spesifikasi tipe 3: Mengukur volumetric water content berdasarkan dielectric permittivity, konduktivitas hidrolik dan suhu tanah. Resolusi 0,08% VWC pada 0-50% VWC
No. 4
Peralatan Stasiun cuaca
7
1 3
2 4
Keterangan: 1. Anemometer 2. Sensor radiasi matahari 3. Sensir radiasi UV 4. Sensor curah hujan 5. Pelindung radiasi (sensor suhu dan kelembaban
udara) 6
5
6. Solar panel dan wireless transmitter 7. Console (sebagai penerima dan penampil data)
Spesifikasi : - Dapat mengukur data-data cuaca: radiasi matahari dan UV, arah dan kecepatan angin, suhu dan kelembaban udara serta curah hujan - Data yang diambil dikirim dan ditampilkan pada console untuk kemudian dapat didownload ke komputer melalui kabel USB. 5
Pengatur debit 2 4 2 1
5 3
6
Keterangan: 1. Power connector 2. Konektor indikator kondisi buka/tutup 3. Tuas mode pengaturan manual/otomatis 4. Motor penggerak 5. LED (tanda valve beroperasi) 6. Tuas buka/tutup valve manual 7. Valve (ball valve)
Spesifikasi: - Automatic valve berupa ball valve dengan kendali mekanis (motor) - Pergerakan buka/tutup dikendalikan dengan mengatur hubungan 4 pin: - pin 2 dan pin 3 dihubungkan : valve bergerak membuka - pin 2 dan pin 4 dihubungkan :valve bergerak menutup. - pin 4 : ground - Catudaya DC 12 volt (2 A) atau 24 volt (1 A) - Casing weather proof
Puslitbang Sumber Daya Air
7
No. 6
Peralatan Wireless Tranceiver
Keterangan: 1. Komputer (sebagai pengendali) 2. Gateway 3. Node wireless 4. Port kabel ethernet 5. Kabel ethernet untuk koneksi ke komputer
Spesifikasi: - Tipe wireless pada frekuensi ... GHz - Jangkauan 100 m (indoor) dan 300 m (outdoor) - Terdiri dari gateway dan node wireless yang dihubungkan ke komputer - Node dapat menerima 4 input analog dan 4 input/output digital
Puslitbang Sumber Daya Air
8
