IV.1 Alat dan Bahan
Alat-alat yang diperlukan adalah :
1. Greenhouse tipe tunnel yang telah dimodifikasi yang berorientasi utara-selatan
Greenhouse berfungsi sebagai pelindung tanaman yang berada di dalamnya. Tunnel greenhouse berukuran panjang 60.0 m, lebar 8.0 m, dan tinggi di tengah 4.0 m. Konstruksi greenhouse menggunakan pipa galvanis berukuran 2 inch. Atap greenhouse berbentuk setengah lingkaran. Di atas atap greenhouse ditambahkan ventilasi setinggi 0.75 m. Ventilasi ditutupi dengan screen mesh. Kemudian ditambahkan atap yang melengkung diatas ventilasi tersebut. Konstruksi atap tambahan menggunakan besi pipa pada bagian melengkung dan besi siku untuk bagian yang lurus. Penutup atap greenhouse menggunakan plastik transparan poliethylene (PE) dengan UV stabilizer setebal 0.0027 m. Di tengah-tengah greenhouse pada dinding kiri dan kanan terdapat exhaust fan. Bagian depan dan belakang greenhouse ditutupi dengan paranet hitam.
2. Meteran
Meteran digunakan untuk mengukur dimensi greenhouse. 3. Weather Station, Translator dan Komputer
Weather Stasion yang digunakan adalah RM YOUNG model 26700. Alat ini memiliki lima sensor yaitu psychrometer untuk mengukur temperatur san kelembaban udara (RH), wind monitor serial 20118 untuk mengukur kecepatan dan arah angin, pyranometer model 70090 untuk mengukur radiasi matahari sesaat dan typing bucket precip gauge no 52203 untuk mengukur curah hujan. Temperatur di set pada satuan °C, RH dalam persen, kecepatan angin dalam m/s2, arah angin dalam derajat, radiasi matahari dalam W/m2, dan curah hujan dalam mm/hari.
Weather station diletakkan di luar greenhouse untuk mengetahui iklim makro di sekitar greenhouse. Weather station dihubungkan translator merk Young untuk menampilkan data hasil pengukuran dan komputer untuk menyimpan data.
4. Termokopel dan Hybrid Recorder
Termokopel digunakan untuk mengukur temperatur penutup greenhouse, temperatur udara dalam greenhouse, temperatur permukaan tanah dan temperatur tanah pada kedalaman 0.15 m dan 0.25 m. Termokopel dihubungkan dengan Hybrid Recorder untuk menampilkan temperatur yang terukur oleh termokopel.
5. Oil Bath dan Termometer Standard
Oil bath dan termometer standard digunakan untuk mengkalibrasi termokopel yang digunakan untuk mengukur temperatur pada greenhouse. Pengkalibrasian bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara temperatur yang terukur oleh termokopel dengan temperatur yang terukur oleh termometers standard.
IV.2 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan Mei-Juni 2007, bertempat di PT Alam Indah Bunga Nusantara, Cipanas, Jawa Barat
IV.3 Metoda Penelitian
1. Analisis Sudut Datang Radiasi Matahari pada Penutup Greenhouse Analisis sudut datang radiasi matahari pada penutup greenhouse digunakan untuk mengetahui nilai radiasi matahari yang ditransmisikan langsung melalui penutup greenhouse. Perhitungan pada analisis radiasi matahari ini melibatkan kondisi lingkungan sekitar greenhouse, geometri bumi serta bentuk dan orientasi bangunan greenhouse.
2. Penentuan model Pindah Panas dalam greenhouse
Persamaan pindah panas digunakan untuk perhitungan kesetimbangan panas pada penutup greenhouse, dalam greenhouse,
permukaan tanah serta lapisan tanah yang disesuaikan dengan kondisi greenhouse. Model pindah panas greenhouse melibatkan nilai kosinus dudut radiasi matahari.
3. Pengukuran di Lapangan
Data yang diukur adalah kondisi iklim makro di luar greenhouse dengan menggunakan weather station. Kemudian temperatur di dalam greenhouse diukur dengan menggunakan termokopel dan hybrid reecorder. Pengukuran temperatur di dalam dan di luar greenhouse bertujuan untuk mengetahui perbedaan yang terjadi pada kondisi lingkungan di dalam dan di luar greenhouse. Waktu pengambilan data dipilih pada hari cerah. Data diambil pada pukul 06.00 WIB hingga pukul 18.00 WIB dan dicatat setiap 10 menit.
4. Pembuatan Program
Pembuatan program komputer untuk memprediksi temperatur dalam greenhouse dibuat dengan menggunakan Excel Macro. Metode numerik yang digunakan adalah metode finite difference yang akan menghasilkan sistem linier kemudian sistem linier diselesaikan dengan metode Gaus. Input program adalah karakteristik elemen-elemen greenhouse dan data cuaca di sekitar greenhouse yang di dapatkan dari hasil pengukuran. Proses perhitungan dimulai dengan perhitungan deklinasi matahari dan Equation of Time (EQT). Output program adalah sudut datang radiasi matahari, pendugaan temperatur penutup greenhouse, temperatur udara dalam greenhouse, temperatur permukaan tanah dan temperatur tanah pada kedalaman z untuk tiap jam.
5. Validasi Program
Validasi program dilakukan dengan membandingkan temperatur hasil pengukuran dengan temperatur hasil simulasi. Pengujian keabsahan dilakukan dengan menggunakan garis regresi yang terbentuk pada hubungan linier antara temperatur hasil simulasi (Y) dan hasil pengukuran (X). Dimana a menyatakan intersep atau
perpotongan garis regresi dengan sumbu tegak dan b menyatakan kemiringan atau gradien garis regresi.
bX a Y= +
Model simulasi dinyatakan memberikan prediksi temperatur yang semakin baik bila persamaan regresinya memiliki koefisien intersep (a) mendekati nol dan gradiennya mendekati satu.
kemudian dilakukan perhitungan nilai Standard Error of Prediction (SEP) dan nilai bias.
6. Pengembangan Jaringan Artificial Neural Network (ANN)
Program ANN yang dikembangkan menggunakan algoritma back propagation. Model ANN yang digunakan terdiri dari tiga layer yaitu input layer, hidden layer dan output layer.
Pada pendugaan ANN digunakan model arsitektur yang telah dikembangkan oleh Nuryawati (2006) dimana input layer terdiri dari data kecepatan angin, temperatur udara di sekitar greenhouse, radiasi sinar matahari, temperatur atap greenhouse, temperatur permukaan tanah dan temperatur tanah pada kedalaman 0.315 m. Parameter pada input layer ditentukan berdasarkan analisis variabel pada persamaan kesetimbangan panas yang terjadi dalam greenhouse. Variabel yang dipilih adalah variabel dasar yang terdapat pada persamaan kesetimbangan panas dan dilakukan pengukuran dalam penelitian. Outputlayer berupa pendugaan temperatur udara di dalam greenhouse.
Selain menggunakan model arsitektur yang dikembangkan Nuryawati (2006), pendugaan temperatur di dalam greenhouse juga dilakukan dengan menggunakan empat data input yang bisa didapatkan dari stasiun klimatologi. Data-data tersebut adalah kecepatan angin, temperatur udara di sekitar greenhouse, radiasi sinar matahari dan kelembaban udara di dalam greenhouse.
Model yang digunakan untuk pendugaan ANN dengan arsitektur yang dikembangkan oleh Nuryawati (2006), menggunakan tiga model yang telah dikembangkan oleh Suhardiyanto (2007). Model pertama menggunakan 55% data training dan 45% data validasi. Model kedua
data training dan data validasi yang digunakan masing-masing sebesar 67% dan 33%. Model ketiga menggunakan data training sebanyak 75% dan data validasi 25%. Untuk pendugaan dengan arsitekrur yang memasukkan empat data input dari stasiun klimatologi, hanya dilakukan pada model terbaik untuk pengembangan ANN oleh Nuryawati (2006) setelah dilakukan validasi.
Kinerja jaringan dapat dinilai dengan nilai Root Mean Square Error (RMSE). Nilai ini dapat diketahui langsung dengan program ANN yng telah dikembangkan oleh Rudiyanto. Setelah mendapatkan nilai RMSE yang cukup kecil, maka dilakukan validasi. Validasi dilakukan dengan menghitung nilai Standard Error of Prediction (SEP), bias, dan Coefficient of Variation (CV). Ketiga nilai tersebut menyatakan tingkat kecocokan antara nilai suhu hasil pendugaan dengan ANN serta hasil pengukuran. Semakin kecil nilai SEP dan CV, serta nilai bias yang semakin mendekati nol, maka semakin baik tingkat kecocokannya.
Gambar 5. Diagram alir ANN backpropagation untuk memprediksi temperatur di dalam greenhouse.
Mulai
Input data training Input data kontrol
Learning rate, konstantan momentum, gain, target
iterasi
Proses perhitungan nilai aktivasi dan perbaikan nilai pembatas
Training dan Kontrol tercapai optimal
Gambar 6. Diagram alir program perhitungan kosinus sudut datang
radiasi matahari.
Next t
Print: Sudut datang radiasi matahari
Selesai
Hit: azimuth, Tsurya, sudut datang radiasi matahari
t = t + dt
Mulai
Julian day : n, L, LGT, t, timeend, dt, beta
Gambar 7. Diagram alir program simulasi pindah panas.
alfa, emisivitas, transmisivitas, massa, Cp, ρ, boltzman, Qst, t,
dt, timeend
Baca data : Kosinus sudut
datang radiasi matahari,Radiasi, Tout, wind,
konversi wind, Tvent
t = t+dt
Print: Tcover,Tin, Tpermukaan tanah, Ttanah
Next I
Selesai
Hit: matriks persamaan pindah panas, gaus
Hit : Tsky, hw, Qpintu, m*Cp, h*A