ISSN 2528-2611, e-ISSN 2528-2700

## POMPA AIR BERTENAGA HIBRID UNTUK IRIGASI TANAMAN BUAH NAGA HYBRID-POWERED WATER PUMP IRRIGATION FOR DRAGON FRUIT PLANT
Danar Susilo Wijayanto 1 , Indah Widiastuti 1 1 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret, Jalan Ahmad Yani No. 200 Pabelan Surakarta.
danarsw@staff.uns.ac.id
Diterima: 12 Oktober 2016. Disetujui: 21 November 2016. Dipublikasikan: 30 Desember 2016

## ABSTRACT
The  utilization  of  wind  and  solar  radiation  as  an  energy  source  to  reduce  dependence  on  fossil  fuel  use, reduce operating costs in the long term, and supports the conservation of natural resources. This submission applies the use of renewable energy sources to pump water used as a source of irrigation of crops of fruit and vegetables on an organic farm in Balai Percontohan Pertanian (BPP) Ngasinan, Kelurahan Beji, Kecamatan Nguntoronadi,  Kabupaten  Wonogiri.  Hybrid  technology  combines  wind  turbines  and  solar  cells  to  provide power supply to the pumps that lift water with the Total Dynamic Head (TDH) 12 meters. Hybrid system of wind turbines and solar cells able to turn on the water pump, so that the pump can drain water from the well to the water reservoir . The drip irrigation system from reservoir  to plant cause dragon fruit plant always moist, thereby reducing the risk of drought and crop disease.
Keywords: fruit drop irrigation, hybryd, solar cell, renewable energy, wind turbine.

## ABSTRAK
Pemanfaatan  angin  dan  radiasi  matahari  sebagai  sumber  energi  bisa  mengurangi  ketergantungan terhadap  penggunaan  bahan  bakar  fosil,  mengurangi  biaya  operasional  dalam  jangka  panjang,  dan mendukung  konservasi  sumber  daya  alam.  Pengabdian  ini  menerapkan  penggunaan  sumber  energi terbarukan  untuk  pompa  air  yang  digunakan  sebagai  sumber  irigasi  tanaman  buah  dan  sayuran  pada pertanian  organik  di  Balai  Percontohan  Pertanian  (BPP)  Ngasinan,  Kelurahan  Beji,  Kecamatan Nguntoronadi, Kabupaten Wonogiri. Teknologi hibrid menggabungkan turbin tenaga angin dan sel surya untuk  memberikan  pasokan  listrik  kepada  pompa  yang  mengangkat  air  dengan  Total  Dynamic  Head (TDH)  12  meter.  Sistem  hibrid  turbin  angin  dan  solar  sel  mampu  menghidupkan  pompa  air,  sehingga pompa bisa mengalirkan air dari sumur ke tandon air. Sistem irigasi tetes dari tandon ke tanaman buah naga  menyebabkan  tanaman  selalu  lembab,  sehingga  mengurangi  resiko  kekeringan  dan  penyakit tanaman.
Kata Kunci: energi terbarukan, irigasi tanaman buah, sel surya, hibrid, turbin angin.

## VANOS
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING EDUCATION http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/vanos ISSN 2528-2611, e-ISSN 2528-2700 Vol.1, No.2, Desember 2016, Hlm.169-178.
ISSN 2528-2611, e-ISSN 2528-2700

## PENDAHULUAN
Sejak  tahun  2010,  di  Desa  Semin dan Kelurahan Beji Kecamatan Nguntoronadi, Kabupaten Wonogiri dikembangkan  budidaya  buah  naga,  jeruk pamelo  dan  pepaya  California  yang dijadikan  sebagai  komoditi  unggulan.  Jenis tanah  dominan  adalah  tanah  laterit  yang cenderung tidak subur. Kesulitan memperoleh  air  adalah  permasalahan utama  yang  harus  dihadapi  oleh  petani selama  musim  kemarau.  Meski  berada  di daerah  dengan  kondisi  alam  yang  kurang menguntungkan,  warga  desa  tersebut dengan  bimbingan  Penyuluh  Pertanian Lapangan  (PPL)  mengupayakan  berbagai kegiatan untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Melalui Program Penganekaragaman  dan  Ketahanan  Pangan
(P2KP),  warga  desa  mampu  memanfaatkan lahan pekarangan untuk melakukan budidaya aneka buah dan sayur.
Masih  terdapat  beberapa  kendala dalam pengembangan agrowisata di wilayah Semin  dan  Beji.  Komoditas  tanaman  buah dan  sayur  kurang  mampu  tumbuh  secara optimal  selama  musim  kemarau.  Meskipun tanaman  buah  naga  termasuk  tanaman kaktus  yang  tahan  kekeringan,  kondisi kekurangan air akan menyebabkan tanaman  ini  menjadi  sukar  berbuah. Tanaman buah naga membutuhkan pengairan  yang  rutin  untuk  membantu proses  fisiologis  tanaman  pada  masa pertumbuhan.  Pada  musim  penghujan dengan  tingkat  curah  hujan  tinggi,
penyiraman tanaman kadang tidak diperlukan.  Pada  saat  musim  kemarau, terutama  pada  masa  vegetatif  (masa tumbuhnya  akar  dan  cabang),  penyiraman harus  dilakukan  3  s/d  4  hari  sekali  untuk menjaga  ketersediaan  air.  Kekurangan  air pada  masa  vegetatif  dapat  menyebabkan tanaman layu dan malas bertunas.
Penggunaan  air  sumur  untuk keperluan  irigasi  memang  masih  belum lazim  digunakan  pada  pertanian  di Indonesia karena alasan ekonomis, di mana biaya  yang  terlalu  besar  untuk  kebutuhan energi  jika  diperhitungkan  ke  dalam  harga produk akan mengakibatkan harga jual yang terlalu  tinggi.  Sebaliknya  jika  tidak dikalkulasi sebagai komponen biaya produksi,  maka  petani  akan  merugi. Sehingga  penggunaan  sumber  energi terbarukan  untuk  mengangkat  air  untuk keperluan  irigasi  tersebut  diharapkan  bisa memberikan  wawasan  bagi  petani  untuk secara sistematis memanfaatkan potensi air yang  tersedia  untuk  irigasi  pengembangan budidaya  tanaman  hortikultura  di  lahan kering.
Cara  pemberian  air  yang  umum dipakai warga dilakukan dengan
mengalirkan air dari sumur artesis ataupun sumber  air  lainnya  yang  masih  tersedia. Selanjutnya  air  tersebut  disimpan  dalam bak  penampungan  untuk  disiramkan  pada tanaman  di  seluruh  lahan.  Volume  air  yang dibutuhkan  terbatas  dengan  debit  tidak terlalu  besar,  sehingga  penggunaan  air untuk penyiraman ini harus berbagi dengan penggunaan  air  untuk  kebutuhan  sehari-
ISSN 2528-2611, e-ISSN 2528-2700
hari
warga. Kegiatan penyiraman menunjukkan  bahwa  usaha  tani  yang dilakukan warga sangat intensif. Pada lahan yang  lebih  luas  dengan  radius  penyiraman yang  lebih  jauh,  seperti  misalnya  kebun milik  Kelompok  Tani,  dibutuhkan  tenaga kerja  dan  usaha  yang  lebih  keras  untuk melakukan penyiraman tanaman.
Penyiraman  tanaman  dilakukan  secara bergiliran  oleh  tiap  anggota  dengan frekuensi 2 s/d 3 kali seminggu.

## LANDASAN TEORI
Penggunaan sumber energi terbarukan  dalam  sistem  irigasi  pertanian sudah  banyak  diterapkan  di  negara  maju. Aplikasi  sumber  energi  alternatif  dalam pertanian membantu menekan penggunaan bahan baku fosil dan mengurangi emisi gas buang  secara  signifikan  (Bueno  and  Carta, 2005).    Sumber  energi  terbarukan  (seperti angin,  air,  sinar  surya)  tersedia  bebas  di alam,  pemanfaatan  sumber  energi  tersebut tidak  membutuhkan  biaya  rutin,  karena penggunaan  yang  habis  pakai  atau  biaya berlangganan.  Sumber  energi  terbarukan dari turbin angin, misalnya, telah dimanfaatkan untuk menghilangkan
ketergantungan terhadap  pengadaan  bahan bakar fosil (Bueno and Carta, 2006).
Pemanfaatan angin sebagai sumber energi  merupakan  prinsip  kerja  yang mengubah  gerakan  kinetik  angin  menjadi gerakan  mekanik  turbin  (Islam,  Ting  et  al. 2008) yang bisa digunakan untuk memutar poros  alternator.  Alternator  tersebut  akan
membangkitkan listrik yang secara langsung  digunakan  untuk  menggerakkan pompa air.
Sumber  energi  terbarukan  lain yang  banyak  digunakan  adalah  tenaga surya.  Meskipun  teknologi  sel  surya  masih dinilai  cukup  mahal  untuk  mencukupi kebutuhan  listrik  berdaya  besar,  dengan berkembangnya  teknologi  pompa  air berkapasitas tinggi kebutuhan sel surya bisa ditekan.  Konsekuensinya,  investasi  sistem pompa  tenaga  surya  bisa  semakin  kecil. Teknologi
irigasi tenaga surya mengkonversi  radiasi  matahari  menjadi listrik yang digunakan untuk menggerakkan pompa air (Xu, Liu et al. 2013).
Dengan  permasalahan  tersebut, maka  perlu  dikembangkan  sistem  pompa air bertenaga hybrid untuk keperluan irigasi tanaman buah di Kelurahan Beji Kecamatan Nguntoronadi Kabupaten Wonogiri.

## METODE PELAKSANAAN
Teknologi  yang  digunakan  dalam kegiatan  ini  adalah  memanfaatkan  angin sebagai  sumber  energi  merupakan  prinsip kerja yang mengubah gerakan kinetik angin menjadi  gerakan  mekanik  turbin  (Islam, Ting et al. 2008) yang bisa digunakan untuk memutar  poros  alternator.  Alternator tersebut  akan  membangkitkan  listrik  yang bisa  secara  langsung  digunakan  untuk menggerakkan  pompa  air.  Sumber  energi terbarukan  lain  yang  banyak  digunakan adalah tenaga surya. Solar panel adalah alat yang  digunakan  untuk  mengubah  radiasi
matahari  menjadi  energi  listrik  yang digunakan untuk mengerakkan pompa.
Kedua sumber  energi  listrik tersebut  di hybrid untuk  menggerakkan  pompa  yang nantinya  dapat  memompa  air  dari  sumber yang  nantinya  untuk  sistem  irigasi  tetes  di
BPP (Balai Penyuluhan Pertanian)
Lingkungan Beji, Nguntoronadi.
Teknologi  irigasi  tetes  yang digunakan adalah pemanfaatan turbin angin dan  solar  panel hybrid sebagai  sumber tenaga  untuk  menggerakkan  pompa  yang nantinya dapat memompa air ke tandon air yang  nantinya  dapat  digunakan  sebagai sistem  irigasi  tetes.    Skema  kerja  teknologi sistem  irigasi  tetes  dapat  dilihat  pada gambar 1.
Cara  kerja  dari  teknologi  sistem irigasi tetes adalah turbin angin menghasilkan  listrik  dengan  mengubah gerak  mekanik  dari  alternator  yang
digerakkan  oleh  energi  gerak  angin  dan solar  panel  menghasilkan  listrik  dengan memanfaatkan  radiasi  sinar  matahari. Kedua  sumber  energi  terbarukan  tersebut dijadikan  satu  dengan  nama  turbin  angin– solar  panel hybrid .  Hasil  listrik  dari    turbin angin–solar  panel hybrid masuk  ke  dalam baterai  yang  dikontrol  oleh  kontroler hybrid .  Baterai  yang  berfungsi  untuk menyimpan arus listrik DC dari turbin angin solar  panel hybrid harus  diubah  menjadi arus  listrik  AC  dengan  bantuan  inverter. Arus  litrik  AC  digunakan  sebagai  sumber energi  pompa  air  yang  nantinya  memompa air  dari  sumber  air  ke  dalam  tandon penampungan.  Air  di  dalam  tandon penampungan  akan  mengalirkan  air  untuk instalasi  system  irigasi  tetes.  Sistem  irigasi tetes  bekerja  dengan  otomatis  dan  sistem kerjanya  meneteskan  air  langsung  ke tanaman dengan alat drip .
Gambar 1. Skema Kerja Teknologi Irigasi Tetes
Komponen–komponen yang digunakan  dalam  teknologi  sistem  irigasi tetes adalah: 1. Turbin angin 2. Solar panel 3. Controller 4. Baterai 5. Inverter 6. Pompa air 7. Tandon air
8. Instalasi irigasi tetes
Turbin angin sebagai pengkonversi energi  angin  terdiri  dari  beberapa  bagian utama  dengan  fungsi  yang  berbeda  dan saling  melengkapi.  Turbin  angin  yang digunakan  menghasilkan  daya  hingga  300 Watt.
Gambar 2. Komponen–komponen turbin

## angin
Keterangan Gambar :
1. Sudu-sudu,berfungsi sebagai penangkap energi  potensial  yang  terdapat  pada angin.
2. Hub,  merupakan  kedudukan  dari  rotor ( blade dan jari-jari blade )  dan
menghubungkan putaran ke mekanisme poros yang di belakangnya.
3. Chasing (Penutup),  berfungsi  sebagai pelindung  dan  juga  sebagai  penambah estetika dari turbin angin.
4. Generator,  berfungsi  sebagai  sebagai pembangkit energy listrik. 5. Ekor, berfungsi penyesuai arah kedudukan sudu terhadap arah
datangnya sumber angin.
6. Bearing atau bantalan berfungsi sebagai penumpu  poros  supaya  dapat  berputar dengan baik.
Panel  Surya  ( Photovoltaic )  adalah teknologi  yang  berfungsi  untuk  mengubah atau mengkonversi radiasi matahari menjadi  energi  listrik  secara  langsung. Photovoltaic dikemas  dalam  sebuah  unit yang  disebut  modul.  Dalam  sebuah  modul surya terdiri dari banyak sel surya yang bisa disusun  secara  seri  maupun  paralel.  Panel surya yang digunakan berkapasitas 120W.

## Gambar 3. Solar Panel
Controller  Hybrid adalah charger baterai yang disuplai dari turbin angin panel surya hybrid .  Perangkat  elektronik  ini berfungsi  untuk  mengatur  arus  dari  turbin angin  panel  surya hybrid ke  dalam  baterai.
Perangkat  ini  memiliki  fitur  yang  lengkap dan  pengoperasian  yang  mudah  dengan satu  potensiometer  untuk  pengaturan
ISSN 2528-2611, e-ISSN 2528-2700
tegangan  mengambang/ floating  voltage , dan  kompensasi  suhu  ruang  otomatis, sehingga  masa  pakai  baterai  akan  lebih lama.

## Gambar 4. Controller Hybrid
Baterai  merupakan  suatu  proses kimia  listrik,  dimana  pada  saat  pengisian energi  listrik  diubah  menjadi  energi  kimia dan  saat  pengeluaran  energi  kimia  diubah menjadi  energi  listrik.  Baterai  yang digunakan adalah baterai aki yang berfungsi untuk menyimpan tegangan yang dihasilkan oleh solar  cell dan  dimanfaatkan  kembali untuk menyalakan pompa air.
Gambar 5. Baterai Inverter adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik
bolak balik (AC). Inverter mengkonversi DC dari  perangkat  seperti  baterai,  accu,  panel surya  / solar  cell menjadi  AC.  Tujuan  dasar sistem  inverter  panel  surya  adalah  untuk mengubah listrik arus searah dari modul PV (saat  terhubung  dengan  utilitas  grid)  dan baterai  (berdiri  sendiri  atau  diikat  dengan baterai  cadangan)  untuk  listrik  arus alternating ,  dan  untuk  daya  beban  arus bolak balik dari 12V DC ke 220V AC seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Inverter

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Teknologi hybrid menggabungkan turbin  tenaga  angin  dan  sel  surya  untuk memberikan  pasokan  listrik  kepada  pompa yang mengangkat air dengan Total Dynamic
Head (TDH) 12 meter.  Sistem hibrid turbin angin  dan  solar  sel  mampu  menghidupkan pompa air, sehingga pompa bisa mengalirkan  air  dari  sumur  ke  tandon  air. Lingkungan  desa  Beji  dengan  ketinggian 150 m dari permukaan air laut memungkinkan  kecepatan  angin  dan  sinar matahari  yang  efektif,  sehingga  sangat mendukung untuk diterapkan sistem hibrid turbin  angin  dan  solar  panel.  Berdasarkan data  awal  pengukuran  kecepatan  angin, kecepatan  angin  di  desa  Beji  rata-rata  3 m/s.  Kecepatan  angin  ini  memungkinkan
untuk  memutar  turbin  angin.  Sistem  hibrid mampu menghasilkan debit air yang masuk ke dalam tandon sebesar  11.62 liter/menit, sehingga  tandon  air  dengan  kapasitas  500 liter terisi penuh air dalam waktu 43 menit.
Irigasi tetes merupakan cara pemberian air  dengan  jalan  meneteskan  air  melalui pipa-pipa di sekitar tanaman atau sepanjang deretan  tanaman.  Hanya  sebagian  dari daerah  perakaran  yang  terbasahi,  tetapi seluruh air yang ditambahkan dapat diserap cepat pada keadaan kelembaban tanah yang rendah.  Jadi  keuntungan  cara  ini  adalah penggunaan  air  irigasi  yang  sangat  efisien (Hakim  dkk,  2005).  Sifat  dan  jenis  tanah yang diperhatikan adalah kedalaman tanah, tekstur  tanah,  permeabilitas  tanah  dan kapasitas penyimpanan air (James, 1993).
Gambar 7. Irigasi Tetes
Pemberian  air  yang  ideal  adalah sejumlah  air  yang  dapat  membasahkan tanah  di  seluruh  daerah  perakaran  sampai keadaan kapasitas lapang. Jika air diberikan berlebihan mengakibatkan penggenangan di tempat-tempat tertentu yang memperburuk aerasi  tanah.  Pedoman  umum  tentang
waktu pemberian air adalah sekitar 60% air yang tersedia di tanah (Hakim dkk, 2005).
Tujuan  irigasi  tetes  adalah  untuk memenuhi  kebutuhan  air  tanaman  tanpa harus  membasahi  keseluruhan  lahan, sehingga  dapat  mereduksi  kehilangan  air akibat penguapan yang berlebihan, pemakaian  air  lebih  efisien,  mengurangi limpasan,  serta  menekan  atau  mengurangi pertumbuhan gulma (Hansen, 1986).
Komponen–komponen yang
digunakan  untuk  instalasi  sistem  irigasi tetes yaitu :
1. Tandon Air
Tandon  air  adalah  alat  yang digunakan  untuk  menampung  air  yang nantinya untuk mengalirkan air ke instalasi pipa–pipa  irigasi  tetes.  Tandon  air  harus ditempatkan  di  tempat  yang  lebih  tinggi dari  instalsi  irigasi  tetes  agar  aliran  air besar  dan  nantinya  mampu  menyirami tanaman yang jaraknya jauh.
Gambar 8. Tandon Air

## 2. Instalasi Pipa
Instalasi  pipa  adalah  rangkaian pipa  yang  dipasang  untuk  mengalirkan  air langsung  dari  tandon  ke  tanaman  untuk irigasi  tetes.  Instalasi  pipa  yang  digunakan untuk  irigasi  tetes  ada  2  yaitu  pipa  utama dan  pipa  kapiler.  Pipa  utama  adalah  pipa yang digunakan untuk mengalirkan air dari tandon air lalu ke pipa kapiler. Pipa kapiler adalah  pipa  yang  digunakan  untuk mengalirkan  air  langsung  dari  pipa  utama ke dripper tanaman.
Gambar 9. Instalasi Pipa
3. Dripper (alat tetes) Dripper adalah alat yang dugunakan  untuk  meneteskan  air  langsung
ke  dalam  akar  tanaman. Dripper dipasang atau  dimasukkan  pada  pipa  kapiler  dan langsung  ditancapkan  ke dalam  tanah  yang dekat dengan akar tanaman.
Gambar 10. Dripper
Mekanime  sistem  irigasi  tetes adalah  saat  stop  kran  pada  tandon  air dibuka  air  akan  mengalir  ke  instalasi  pipa. Air  mengalir  pada  pipa  utama  lalu  air dialirkan ke pipa–pipa kapiler yang terdapat pada  setiap  tanaman.  Pipa–pipa  kapiler dipasangi dripper (alat  tetes)  untuk meneteskan  air  ke  dalam  akar  secara langsung.  Pengaturan  untuk  mekanisme sistem irigasi tetes ini dengan kita mengatur stop  kran  yang  dipasang  pada  pipa  utama tertentu  untuk  mengatur  arah  penyiraman dan  untuk  mengatur  kapasitas  air  untuk penyiraman tanaman.
ISSN 2528-2611, e-ISSN 2528-2700
Gambar 11. Mekanisme Irigasi Tetes
Sistem  irigasi  tetes  memiliki kelebihan  dibandingkan  sistem  irigasi lainnya  antara  lain  (Keller  dan  Bliesner, 1990) :
1. Efisiensi  irigasi  tetes  relatif  lebih  tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi lain. Pemberian  air  dilakukan  dengan kecepatan  yang  telah  ditentukan,  dan hanya  dilakukan  di  daerah  perakaran tanaman, sehingga mengurangi penetrasi air yang berlebihan,
evaporasi dan limpasan permukaan.
2. Mencegah  timbulnya  penyakit leaf  burn (daun terbakar) pada tanaman tertentu, karena  hanya  daerah  perakaran  yang dibasahi,  sedangkan  bagian  tanaman lain dibiarkan dalam kondisi kering.
3. Mengurangi  terjadinya  hama  penyakit tanaman  dan  timbulnya  gulma  yang disebabkan  kondisi  tanah  yang  terlalu basah, karena sistem irigasi tetes hanya membasahi daerah perakaran tanaman.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  pembahasan  sistem hybrid dapat  disimpulkan  bahwa  sistem hybrid turbin  angin  dan  solar  sel  mampu menghidupkan  pompa  air,  sehingga  pompa bisa  mengalirkan  air  dari  umur  ke  tandon air.  Sistem  irigasi  tetes  dari  tandon  ke tanaman buah naga menyebabkan tanaman selalu  lembab,  sehingga  mengurangi  resiko kekeringan dan penyakit tanaman.

## DAFTAR PUSTAKA
Bueno,  C.  and  J.  A.  Carta  (2005).  " Technical Economic  Analysis  of  Wind-Powered Pumped Hydrostorage Systems. Part II Model  Application  to  the  Island  of  El Hierro ." Solar Energy 78: 9.
Bueno,  C.  and  J.  A.  Carta  (2006).  " Wind Powered  Pumped  Hydro  Storage Systems,  a  means  of  Increasing  the Penetration  of  Renewable  Energy  in the  Canary  Islands ."  Renewable  and Sustainable  Energy  Reviews  10  (4): 312-340.
Hakim,  N;  Muhammad,  Y.N;  dan  A.N  Lubis; dkk.,  (1986) Dasar  –  Dasar  Ilmu Tanah . Lampung : Unila Press.
Hansen, V.E., O.W. Israelsen., dan Glen, E.S., (1986) Dasar  –  Dasar  dan  Praktek Irigasi . Jakarta : Erlangga.
Islam, M., et al. (2008). " Aerodynamic Models for Darrieus-type Straight-Bladed Vertical Axis Wind Turbines ." Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews12 (4): 1087-1109.
Keller.  J and R.D.  Bliesner.,  (1990) Sprinkle and  Trickle  Irrigation .  Publishing  by Van Nostrand Reinhold. New York.
Xu,  H.,  et  al.  (2013).  " Feasibility  Analysis  of Solar  Irrigation  System  for  Pastures Conservation  in  a  Demonstration  Area in  Inner  Mongolia ."  Applied  Energy 112: 697-702.