PERANAN TEKNOLOGI MEKANISASI DALAM PEMANFAATAN SUMBER DAYA AIR UNTUK PEMANTAPAN KETAHANAN PANGAN DAN PENINGKATAN PENDAPATAN PETANI LAHAN KERING Rudy Tjahjohutomo Balai Besar Mekanisasi Pertanian ABSTRAK Air sebagai salah satu sumber daya utama pertanian terutama di lahan kering perlu dikelola dan dimanfaatkan secara efisien dan bijaksana yang mengharuskan adanya keterlibatan teknologi mekanisasi pertanian yang salah satu alternatifnya ialah pemanfaatan pompa air bertenaga penggerak sumber daya air itu sendiri (water turbine pump). Pompa air turbin adalah tipe pompa air yang merupakan reaksi turbin hidrolis (Kaplan Turbine) yang menggerakkan pompa air sentrifugal. Turbin hidrolis atau turbin air merupakan komponen tenaga penggerak dan pompa sentrifugal sebagai komponen yang digerakkan. Mesin ini tidak memerlukan bahan bakar maupun daya listrik dan hanya bekerja dengan memanfaatkan energi air. Mesin pompa ini memiliki konstruksi yang sederhana, reliabilitas dan kinerja yang tinggi, mudah dioperasikan tanpa menimbulkan suara bising dan polusi, mudah dalam perawatan. Berdasarkan karakteristik tersebut di atas maka penggunaan pompa air turbin ini tentunya sebagai upaya antisipasi atas semakin mahal dan semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil PENDAHULUAN Program Revitalisasi Pertanian, Perikanan dan Kehutanan (PRPPK) telah digulirkan oleh pemerintah pada tanggal 11 Juni 2005. Komoditi yang akan direvitalisasi adalah pertanian dalam pengertian skala luas (food, fiber, estate-crops, forest). Seluruh kelompok komoditas pertanian yang dijadikan obyek revitalisasi pada hakekatnya adalah sangat tergantung pada ketersediaan air atau air merupakan faktor vital pendukung keberhasilan program. Apabila air merupakan faktor vital keberhasilan program maka harus dipandang sebagai sumberdaya air (SDA). Pendekatan pandang pemahaman air sebagai SDA dirasakan penting karena apabila bagian dari RPPK adalah hutan maka air dalam hal ini mencakup pengertian sumber air dari suatu daerah aliran sungai. Pemahaman air sebagai subsistem sumberdaya air sangat penting dilakukan karena akan membicarakan salah satu bentuk pemanfaatannya yaitu sebagai komponen utama pertanian. Tanpa pemahaman yang jelas tentang arti makna sumberdaya air maka implementasi PRPPK akan mengalami hambatan bahkan memunculkan kondisi paradoksial. Kondisi paradoksial akan terjadi karena adanya beberapa alasan, yaitu: (1) potensi air, semua yang terkandung dalam air atau sumber air yang dapat memberikan manfaat bagi semua kehidupan. Manfaat air/sumber air sebagai sumber kehidupan, energi, transportasi, kesehatan, estetika menimbulkan kecenderungan kelangkaan air secara kuantitas dan kualitas akibat persaingan pemanfaatan (pertanian dan non-pertanian) dan kerusakan SDA semakin meningkat; (2) dari total 6,7 juta ha lahan irigasi di Indonesia + 23% dalam kondisi rusak (Air, 2002; Kompas, 2005); (3) rata-rata tiap tahun terdapat luas tanam sekitar 4,5 juta ha ekivalen dengan kebutuhan air 38,91 milyar kubik air dan hanya tersedia 33,06 milyar air (Air, 2002); (4) sering terjadinya anomali iklim akibat efek pemanasan global; (5) belum dipahaminya nilai air; (6) faktor politik (UU Otonomi Daerah tahun 2004 dan UU Sumber Daya Air tahun 2004).
Deskripsi umum pompa air turbin Pompa air turbin adalah tipe pompa air yang merupakan reaksi turbin hidrolis (Kaplan Turbine) yang menggerakkan pompa air sentrifugal. Turbin hidrolis atau turbin air merupakan komponen tenaga penggerak dan pompa sentrifugal sebagai komponen yang digerakkan. Mesin ini tidak memerlukan bahan bakar maupun daya listrik dan hanya bekerja dengan memanfaatkan energi air. Mesin pompa ini memiliki konstruksi yang sederhana, reliabilitas dan kinerja yang
tinggi, mudah dioperasikan tanpa menimbulkan suara bising dan polusi, mudah dalam perawatan. Berdasarkan karakteristik tersebut di atas maka penggunaan pompa air turbin ini tentunya merupakan upaya antisipasi atas semakin mahal dan semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil.
Kisi-kisi masuknya air yang menggerakkan baling-baling turbin
Outlet Pompa Rumah Pompa Sentrifugal
Kisi-kisi masuknya air yang dipompa oleh baling2 sentrifugal
memegang balingbaling sentrifugal dan turbin pada satu sumbu.
Lubang draft tube yang memperkuat daya dorong air untuk menggerakkan baling-baling turbin.
Baling-baling Turbin
Gambar 1. Bentuk fisik Pompa air Turbin.
Energi Potensial
DAM
Energi Kinetis
Rumah Pompa
Energi Mekanis
Pompa Air Turbin
Diagram prinsip kerja pompa air turbin Berdasarkan konversi energi, pompa air turbin merupakan alat yang mengkonversi energi hidrolik atau energi air secara langsung menjadi energi mekanis seperti diilustrasikan pada diagram kotak sebagai berikut : Pompa air turbin yang mempunyai sumbu tunggal akan bekerja di bawah permukaan air seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. dimana unit pompa terbagi menjadi 2 (dua) bagian yang bergerak yaitu pada bagian bawah unit pompa adalah komponen rakitan turbin air tipe aksial (proppeller) dan bagian atas adalah komponen rakitan pompa sentrifugal (impeller) yang terpasang pada satu sumbu (shaft). Gambar potongan melintang pompa air turbin tersebut menunjukkan komponen utama yang terdiri dari : a) Impeller; b) Volute casing; c) Runner; d) Draft tube; dan e) Delivery pipe.
Pompa air turbin bekerja bermula dari sejumlah air pada ketinggian dan arus tertentu yang diperlukan untuk kerja pompa. Aliran air dengan sejumlah energi tertentu melewati turbin air sehingga mendorong baling baling turbin (runner) untuk berputar. Dengan berputarnya runner, maka baling baling pompa sentrifugal (impeller) yang terpasang satu as dengan baling baling turbin air juga berputar. Gaya putar runner yang ditimbulkan oleh air semakin besar dengan adanya komponen tabung (draft tube). Berputarnya baling baling sentrifugal menimbulkan gaya sentrifugal terhadap sejumlah air yang masuk ke komponen pompa sentrifugal, terlempar dan terkumpul di dalam volute casing dan terdorong ke pipa penyalur dan kemudian dialirkan ke lahan yang lebih tinggi melalui pipa pengeluaran (outlet) dengan aliran yang kontinyu dan konstan.
Gambar
h
Drawn By : Rudy Catatan Notasi : H : net working head dari pompa air turbin (m) Q : debit air yang mengalir pada turbine runner (lt/det) n : kecepatan putar pompa air turbin (rpm) N : daya keluaran turbin (kW) q : debit air yang dipompa, discharge (lt/det) h : tinggi pemompaan (m) Eu : efisiensi pompa air turbin (%).
Prinsip instalasi pompa air turbin pada rumah pompa Pompa air turbine dengan tipe dan karakteristik tertentu dipasang pada bangunan rumah pompa (pump pit). Aliran air sungai dengan debit tertentu dialirkan ke dalam rumah pompa dengan beberapa alternatif konstruksi bangunan air yaitu a) Diversion Dam Type, b) Diversion Canal Type, c) Canal Drop Type, dan d) Tidal Sluice Type; yang pemilihannya didasarkan atas
beberapa pertimbangan utama seperti kondisi sungai, besarnya debit aliran air, pertimbangan konstruksi dan ekonomi. Salah satu contoh konstruksi untuk mengarahkan aliran air sungai ke rumah pompa ialah bangunan tipe dam (lihat gambar 3). Komponen konstruksi pendukung lainnya selain dam ialah saluran pemasukan (inlet channels), tailrace, sluice gate, trashracks, draft tube, dan discharge/outlet pipe. Adapun cara pemasangan pompa air turbin di dalam rumah pompa terdapat beberapa tipe sebagai berikut : 1. Instalasi Vertikal Instalasi vertikal ialah tipe pemasangan pompa air turbin di rumah pompa dengan posisi sumbu (shaft) pompa tegak lurus terhadap permukaan air di dalam rumah pompa. Keunggulan dari tipe instalasi ini ialah mudah dalam membongkar dan merakit untuk perawatan pompa. Beban terhadap bantalan as selama pompa beroperasi lebih seragam dan seimbang serta ukuran drft tube relatif lebih pendek. 2. Instalasi Horisontal Instalasi horisontal ialah tipe pemasangan pompa air turbin dengan posisi sumbu pompa sejajar terhadap permukaan air di dalam rumah pompa. Keunggulan tipe pemasangan ini ialah pekerjaan penggalian tanah saat membangun rumah pompa secara komparatif menjadi berkurang sehingga pompa secara langsung dapat dipasang pada pintu kendali air atau pada tinggi stasiun yang rendah (H’) dan pemasangan menjadi sederhana dan ekonomis.
INSTALASI POMPA AIR TURBIN
DAM Sungai
Rumah Pintu Air 3. 4. Gambar 3.
WTP Pipa Penyalur Diagram instalasi Pompa Air Turbine di dalam rumah pompa (pump pit) dimana
1. Instalasi Seri sejumlah aliran air sungai yang dibendung oleh dam diarahkan ke rumah pompa. Instalasi pompa air turbin secara seri ialah tipe pemasangan antar dua atau lebih unit pompa bersebelahan di dalam satu rumah pompa yang dicirikan oleh penyambungan antara 2 atau lebih unit pompa air dimana pipa pengeluaran (outlet) unit pompa yang yang pertama dihubungkan dengan lubang masuknya (inlet) air yang dipompa (q) pada unit pompa berikutnya. Tipe instalasi seri ini (lihat contoh pada gambar 4 dan 6) akan menjadikan total ketinggian pemompaan dan laju masuknya air ke pompa meningkat dikalikan sesuai dengan jumlah pompa yang dipasang dalam satu rumah pompa, sedangkan debit air pengeluaran pompa (discharge) tetap konstan seperti debit pengeluaran satu unit pompa. Dengan demikian instalasi seri dilakukan bila tinggi pemompaan tidak mencukupi seperti DAM yang dikehendaki dan tidak ada alternatif model pompa lainnya yang bisa mencukupi ketinggian pemompaan. Instalasi seri umumnya dilakukan dengan memasang 2 pompa telah mencukupi, namun demikian bila ketinggian pemompaan belum juga terpenuhi dapat dipertimbangkan pemasangan lebih dari 2 unit pompa secara seri.
Sungai
Rumah Pompa
WTP 1
WTP 2
Pipa Penyalur
Gmbar 4. Instalasi pompa air turbin tipe seri. 2. Instalasi Paralel Instalasi pompa air turbin secara paralel (gambar 5) ialah tipe pemasangan antar dua atau lebih unit pompa turbin bersebelahan di dalam satu rumah pompa dimana outlet 2 atau lebih unit pompa tersebut dihubungkan (bermuara) pada satu pipa pengeluaran yang berdiameter lebih besar. Instalasi paralel ini perlu dipertimbangkan pemasangannya bila aliran air sebagai faktor pembatas dimana debit yang dipompa tidak mencukupi sesuai yang dikehendaki bila dipompa oleh satu unit pompa. Tinggi pemompaan pada instalasi paralel ini sama dengan tinggi pemompaan oleh satu unit pompa, akan tetapi total debit air yang dipompa (inflow rate) dan debit pengeluaran (discharge) menjadi lebih besar yaitu merupakan penjumlahan debit dari jumlah pompa yang dipasang secara paralel.
Rumah Pompa
DAM
Sungai
WTP 1
WTP 2
Pipa Penyalur Gambar 5. Instalasi pompa air turbin tipe paralel. KASUS INSTALASI POMPA AIR TURBIN DI KABUPATEN PURBALINGGA, JAWA TENGAH. Pompa air turbin ini atas prakarsa Badan Pangan Sedunia (FAO) mengadopsi dari negara RRC dan diuji cobakan di Indonesia dengan lokasi di Kabupaten Cirebon Jawa Barat dan Kabupaten Purbalingga Jawa Tengah. Di Kabupaten Cirebon instalasi pompa turbin dipasang secara paralel sedangkan di Kabupaten Purbalingga dipasang secara seri. Perancangan konstruksi dan pemasangan dilakukan sendiri oleh penulis dan petugas dari Dinas Pertanian Jawa Barat dengan supervisi penuh dari tenaga ahli Departemen Irigasi Thailand-Kementrian Irigasi Dan Kerjasama Kerajaan Thailand atas data dasar (iklim, curah hujan, debit air, peta situasi dll.) yang disediakan oleh Direktorat Perluasan Areal – Direktorat Jenderal Pertanian Tanaman Pangan pada waktu itu. Khusus di Kabupaten Purbalingga Jawa Tengah, pompa turbin dipasang di Desa Talagening yang ditujukan untuk menaikkan air dari sungai dengan ketinggian mencapai 28 meter tegak lurus. Oleh karena itu pompa turbin yang dipasang dari model LW 40-4 yang terdiri dari 2 unit yang dipasang secara seri. Pemasangan secara seri ini dimaksudkan agar tinggi pemompaan dapat mencapai sekitar 28 meter dengan debit air sama dengan debit air yang dikeluarkan oleh satu unit pompa. Gambar 7a~7e menggambarkan uji fungsional pompa air turbin yang telah selesai dipasang. Spesifikasi teknis pompa air turbin antara lain : diameter turbin 40 cm; ketinggian kerja pompa (net working head) 3,5 meter; total ketinggian pemompaan 14 meter/unit pompa; putaran as rata-rata 963 rpm dengan aliran kerja turbin 649 liter/detik yang menghasilkan debit pompa air 100,7 ltr/detik; daya keluaran turbin 17,2 kW; dengan diameter pipa pengeluaran (discharge) 8 inchi. Tabel. Data Kinerja Pompa Air Turbin tipe LW 40-4 dan LW 40-6 hasil uji laboratorium pada beberapa ketinggian kerja (working head: H). Model LW 40-4 LW 40-6 H Q n N q h Eµ q h Eµ
(m) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
(lt/det) 347 425 491 549 601 649 694
Catatan :
(rpm) 515 631 728 814 892 963 1.030
(kW) 2,60 4,78 7,35 10,28 13,50 17,02 20,80
(lt/det) 53,8 65,9 76,1 85,1 93,2 100,7 107,6
(m) 4 6 8 10 12 14 16
(%) 62 62 63 62 62 63 62
(lt/det) 34,7 42,5 49,1 54,9 60,1 64,9 69,4
(m) 6 9 12 15 18 21 24
(%) 64 63 63 63 62 63 63
LW 40 - 4 Head ratio (lift/head) Runner diameter (cm) Long Wave : merek dagang
PENUTUP Air perlu dikelola dan dimanfaatkan secara efisien dan bijaksana sebagai salah satu sumber daya utama pertanian terutama di lahan kering yang mengharuskan adanya keterlibatan teknologi mekanisasi pertanian yang salah satu alternatifnya ialah pemanfaatan pompa air bertenaga penggerak sumber daya air itu sendiri (water turbine pump). Mesin ini tidak memerlukan bahan bakar maupun daya listrik dan hanya bekerja dengan memanfaatkan energi air. Mesin pompa ini memiliki konstruksi yang sederhana, reliabilitas dan kinerja yang tinggi, mudah dioperasikan tanpa menimbulkan suara bising dan polusi, mudah dalam perawatan. Berdasarkan karakteristik tersebut di atas maka penggunaan pompa air turbin ini perlu dipertimbangkan sebagai upaya antisipasi atas semakin mahal dan semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil. Satu kelemahan dalam mengintroduksikan pompa air turbin ini ialah memerlukan investasi konstruksi pemasangan yang relatif besar. Namun demikian konstruksi dam dapat memanfaatkan yang telah ada sehingga yang diperlukan ialah penambahan konstruksi rumah pompa. Demikian pula perlu dilakukan kajian aspek finansial operasional pompa air turbin dan kelayakan ekonomis disesuaikan dengan keunggulan karakteristik teknis dan kinerjanya. DAFTAR PUSTAKA Handaka, Prabowo A., Budiastuti, M.J.T. 2005. Masalah Dan Peluang Peran Sumberdaya Air Sebagai Pendukung Revitalisasi Pertanian . Makalah Seminar. Makalah disampaikan pada seminar BPTP Lampung, tanggal 19 – 20 September 2005. Balai Besar Mekanisasi Pertanian. Serpong. Vadanaphong, B. 1984. Water Turbine Pump Station Design Manual. Irrigation Regional Office II, Ministry of Agriculture And Cooperatives, Royal Irrigation Department. Lampang Thailand.
