PENGAPLIKASIAN POMPA UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI DAYA DALAM BIDANG PERTANIANTeknologi pertanian saat ini berubah dengan cepat sehingga mesin pertanian, fasilitas bangunan dan produksi pertanian terus meningkat. Perubahan ini berjalan seiring dengan adanya global warming yang terjadi, salah satu penyebabnya adalah penggunaan daya yang hampir 50% pada sektor pertanian sehingga mengakibatkan krisis energi. Cara mengatasi masalah krisis energi tersebut adalah dengan mengurangi permintaan terutama peningkatan efisiensi untuk penggunaan akhir. Motor adalah penggunaan terbesar dengan energi listrik, bahkan perubahan kecil dapat digunakan untuk persediaan pada masa yang akan datang bagi negeri ini. Konservasi Energi yang didapat oleh konsumen secara individu akan meningkatkan pemahaman dalam ekonomi nasional dan dapat menguntungkan bagi lingkungan dalam skala global.Salah satu mesin pertanian yang berpengaruh dalam penggunaan daya adalah pompa. Jumlah pompa irigasi di India selama tahun 2001 sebesar 12,5 juta. Pada tahun 2002-2003 penggunaan daya tahunan adalah 118.059 GWh dan jumlah pompa yang bekerja mencapai 15.7412 Juta. Keadaan ini dari tahun ke tahun terus meningkat. Permasalahan utama dari pompa adalah berkaitan dengan proses hisap dan bagian perputaran saat pompa digunakan yang menggunakan bantuan motor.Namun banyak dari petani Indonesia tidak mengetahui tentang kinerja dari pompa itu sendiri, sehingga mereka tidak dapat memilih jenis pompa yang sesuai dengan kebutuhan mereka. Oleh karena itu, pemberian informasi tentang penggunaan pompa, perbaikan dalam desain dan pemanfaatan sumber daya perlu dilakukan, karena hal-hal tersebut merupakan komponen utama dalam mekanisasi pertanian. Berikut dijelaskan beberapa rancangan jenis pompa yang dapat digunakan dalam mengatasi krisis energi sekaligus dalam peningkatan efisiensi daya pada bidang pertanian:

1. Pompa Sentrifugal Lokal dengan Pemodifikasian Geometri pada ImpellerSebagian besar pompa yang digunakan oleh petani adalah pompa berdiameter 50 mm - 100 mm. Pompa tersebut banyak digerakkan dengan mesin diesel (8,5 hp) oleh pulley-belt transmisi.Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi pompa sentrifugal adalah kekasaran permukaan, internal kelonggaran, segel komponen dan bantalan, laju aliran, panas, kecepatan, dan keseimbangan kekuatan aksial dari impeller. Bentuk impeller mengakibatkan gesekan piringan pada bagian belakang/depan dan gesekan pisau dalam. Oleh karena itu, impeller yang asli telah dimodifikasi untuk meningkatkan kinerja pompa dengan memodifikasi geometri impeller. Desain impeller asli adalah 176 mm diameter luar, 76 mm inlet diameter, lebar 37,2 mm inlet, outlet lebar 37,2 mm, 6 mm baling-baling ketebalan, dan 5 baling-baling.Pompa yang diuji adalah pompa sentrifugal lokal dengan diameter outlet 100 mm, impeller tipe semi terbuka dengan dimensi pompa panjang 602 mm, lebar 387 mm, tinggi, 670 mm dan berat 57,5 kg. Pengujian awal dilakukan untuk menentukan karakteristik kinerja pompa asli. Pompa diuji untuk mengukur jumlah panas, debit, kecepatan rotasi pompa poros, dan diterapkan torsi pada tangkai pompa poros. Evaluasi pompa dilakukan perbaikan mirip dengan pompa asli. Selain itu, dilakukan juga peningkatan daya pompa dalam memompa air bersih pada tiga titik hisap statis yaitu lift 1, 2, dan 3 m. Kinerja kurva pompa dievaluasi untuk mempelajari efek dari perubahan kondisi seperti kecepatan pompa dan hisap statis dalam pengoperasian.Pengujian dan evaluasi pompa asli menunjukkan bahwa beberapa kekurangan dalam desain impeller menyebabkan debit rendah dan efisiensi rendah. Impeller dimodifikasi dan dibuat untuk meningkatkan kinerja pompa. Impeller ini dibuat dari lembaran baja canai panas dengan ketebalan 6 mm (untuk baling-baling) dan tangkai batang dengan diameter 87,5 mm serta 37,5 mm untuk mata impeller dan ekor impeller. Konstanta impeller dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Dari percobaan dengan pemodifikasian geometri pada impeller didapatkan bahwa persentase perbaikan debit berkisar antara minimal 28,4% pada hisap statis 1 m dengan kecepatan dari 2.250 rpm dan maksimal 58,6% pada hisap statis 3 m dengan kecepatan 1.900 rpm. Persentase perbaikan rentang efisiensi dari 13% pada hisap statis 1 m dengan kecepatan 2.250 rpm menjadi 50,7% pada hisap statis 3 m dengan kecepatan 1.800 rpm. Peningkatan persentase input daya berkisar dari 2% pada hisap statis 1 m dengan kecepatan 2.000 rpm menjadi 15,8% pada hisap statis 1 m dengan kecepatan 2.100 rpm. Peningkatan panas total dibandingkan pompa asli tidak terjadi perbedaan yang signifikan karena modifikasi impeller tidak efektif untuk meningkatkan panas total. Persentase kebutuhan energi dari pompa berkurang dari 10,2% pada hisap statis 1 m dengan kecepatan 2.100 rpm dan 35,3% pada hisap statis 3 m dengan kecepatan 1.900 rpm.2. Sistem Pompa Bertenaga SuryaSistem ini terdiri dari dua komponen dasar, yaitu PV panel dan pompa. Elemen terkecil PV panel adalah sel surya. Sel surya memiliki dua atau lebih lapisan bahan semikonduktor yang menghasilkan listrik arus searah (DC) ketika terkena cahaya. DC pada saat tersebut dikumpulkan oleh kabel di panel. Hal ini disediakan untuk pompa DC yang dapat memompa air setiap kali matahari bersinar serta disimpan dalam baterai untuk digunakan oleh pompa. Pompa ini menggunakan diesel ke pembangkit listrik dalam operasi pertanian. Kekurangan pompa bertenaga surya, yaitu bahan bakar harus diangkut ke lokasi generator, tidak ramah lingkungan, tumpahan dapat mencemari tanah, generator memerlukan biaya lebih untuk pemeliharaan dan membutuhkan beberapa suku cadang yang tidak selalu tersedia. Dalam pengaplikasiannya ketersediaan energi matahari sangat penting. Sistem dirancang dengan baik dan modern agar dapat mempertahankan sistem tenaga surya sehingga dapat berfungsi. Sistem telah diuji dan terbukti efektif karena dapat diandalkan dan dapat menaikkan tingkat produktivitas pertanian di dunia.

Gambar 1. Sistem pompa bertenaga suryaSalah satu jenis sistem tenaga surya yang dapat mengubah energi matahari untuk D.C. yang mengkonversi energi panas matahari adalah solargenerated listrik, disebut photovoltaic (PV). Sel surya pada PV merupakan modul yang terbuat dari bahan-bahan semikonduktor, ketika energi cahaya sel berhenti, elektron mengetuk lepas dari atom material. Konduktor listrik yang melekat pada sisi positif dan negatif bahan memungkinkan elektron akan diambil dalam bentuk D.C. Listrik tersebut kemudian digunakan untuk daya beban, seperti sebuah pompa air, atau dapat disimpan dalam baterai. PV modul menghasilkan listrik hanya ketika matahari bersinar, sehingga beberapa bentuk energi diperlukan untuk mengoperasikan sistem di malam hari. Untuk aplikasi listrik di malam hari, mesin akan memerlukan baterai untuk menyimpan energi yang dihasilkan selama sehari.

Gambar 2. Penambahan baterai pada sistem pompa bertenaga suryaPenggunaan baterai memiliki kekurangan yaitu dapat mengurangi efisiensi keseluruhan sistem karena tegangan operasional ditentukan oleh baterai dan bukan PV panel. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan controller yang sesuai dengan jenis pompa dalam meningkatkan tegangan baterai yang dipasok ke pompa.Sistem ini dirancang untuk memompa air hanya selama sehari. Jumlah air yang dipompa bergantung pada jumlah sinar matahari yang memukul PV panel dan jenis pompa yang digunakan. Karena intensitas matahari dan sudut yang menyerang PV panel dapat berubah setiap harinya maka jumlah air yang dipompa oleh sistem ini juga berubah sepanjang hari. Selain itu, kapasitas penyimpanan air sangat penting dalam sistem pompa ini, air dapat disimpan dalam tangki pengairan yang lebih besar daripada tangki penyimpanan.PV lebih hemat biaya dibandingkan dengan memperluas grid listrik, penggunaan generator di lokasi terpencil, atau penggunaan bahan bakar lain. PV juga lebih kompetitif ketika digunakan untuk menyalakan sistem irigasi mikro dibandingkan dengan sistem sprinkler overhead. Oleh karena itu, pada saat harga bahan bakar fosil mengalami kenaikan dan keuntungan ekonomi produksi massal mengurangi biaya watt sel PV, tenaga PV mengalami peningkatan dari jumlah penggunanya.3. Pompa Submersible 3,7 kW yang menggunakan Teknologi DCRPeningkatan efisiensi secara keseluruhan pada pompa Submersible dalam mengurangi biaya dengan meningkatkan efisiensi dari motor submersible menggunakan teknologi Die Cast Rotor (DCR). Parameter utamanya yaitu efisiensi, torsi rotor terkunci dan slip. Dibandingkan dengan Copper Fabricated Rotor (CFR), DCR diusulkan dalam 5HP 3 fase tipe motor induksi dengan pendinginan air sesuai dengan IS 9283. Dari keseluruhan kinerja tersebut, peningkatan efisiensi dimungkinkan pada pompa Submersible.Motor induksi tiga fase menemukan pengaplikasian luas dalam industri dan pertanian. Kinerjanya pun didasarkan pada efisiensi, faktor daya, kenaikan suhu dan tingkat kebisingan. Kinerja mesin tersebut dikatakan memadai karena memberikan efisiensi maksimum, kenaikan suhu dalam batas yang ditentukan, faktor daya dapat diterima dan untuk tingkat kebisingan ditentukan oleh kondisi dalam pengoperasian.Submersible motor dirancang untuk beroperasi dengan 250/450 volt, 50 Hz, 3 phase AC pasokan. Dilengkapi juga dengan tipe basah, casing motor dari stainless steel, gulungan starter yang terbuat dari PVC/Polyester film, laminasi rotor dilengkapi batang tembaga elektrolitik kelas dan pada poros dibuat dari dua set bertimbal.Pompa ini juga memiliki rancangan multistage centrifugal dengan impeller aliran radial (campuran). Selain itu, dirancang untuk memberikan efisiensi terbaik dan sebuah saringan dipasang pada inlet pompa untuk mencegah masuknya partikel padat.Berikut tahapan pembuatan teknologi DCR:a. Stack memukul rotor pada mandrel susunb. Memasukkan mandrel stack dalam cetakan ujung konektorc. Die cast (menyuntikkan tembaga) rotord. Memasukkan poros ke inti rotor panase. Mesin rotor untuk menghapus ingates dihasilkan dari injeksi cetakan materialf. Sempurna keseimbangan perakitan rotorPeningkatan efisiensi secara keseluruhan dalam mengatur pompa submersible untukpengurangan biaya produksi menggunakan teknologi DCR. Hal yang dapat dilakukan adalah dengan mengurangi inti panjang DCR, parameter kinerja diukur dan dibandingkan dengan yang mempunyai teknologi CFR. Dari hasil percobaan sebelumnya menunjukkan bahwa dengan bahan stamping M47 lebih efektif dan model DCR motor dengan panjang inti 170 mm akan memberikan efisiensi sekitar 51% yang berarti peningkatan sebesar 10% lebih daripada pompa submersible CFR konvensional dengan panjang inti 205 mm. Dengan demikian telah dibuktikan bahwa25% dari energi bisa diselamatkan dalam pengoperasian pompa dengan teknologi DCR yang memerlukan biaya hanya 90% dari biaya pompa CFR.

DAFTAR PUSTAKA:B. Eker. 2005. Solar Powered Water Pumping Systems. Trakia Journal of Sciences, Vol. 3, No. 7, pp 7-11. Trakya University. Turkey.Prabowo, Agung. Singhb, Gajendra. and Kaewprakaisaengkul, Chaiyaphal. 2008. Improvement of A Locally Made Centrifugal Pump by Modifying The Geometry of The Impeller. Indonesian Journal of Agriculture 1(2) : 140-144. Indonesian Center for Agricultural Engineering Research and Development. Situgadung, Legok, Tangerang.S. Manoharan, N. Devarajan, M. Deivasahayam, and G. Ranganathan. 2011. Enriched Efficiency with Cost effective Manufacturing Technique in 3.7 kW Submersible pump sets using DCR Technology. International Journal on Electrical Engineering and Informatics Vol 3, No 3. Department of Electronics and Instrumentation Engineering, Karpagam College of Engineering, Coimbatore-32. India.