BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.3 Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dalam Bedeng dengan CFD
analisis distribusi temperatur, kecepatan, atau energi dari suatu objek yang diinginkan. Hasil dari analisis ini berupa gradasi warna yang menggambarkan distribusi temperatur, kecepatan, atau energi sesuai dengan keinginan pengguna. Pemberian gradasi warna tersebut untuk membedakan temperatur, kecepatan, atau tekanan antara suatu tempat dengan tempat lain dari objek yang dianalisis. CFD tidak hanya memberikan gambaran berupa warna, tetapi juga memberikan hasil kuantitatif berupa angka-angka dari distribusi temperatur, energi yang dihasilkan, kecepatan aliran fluida, dan lain-lain.
Dalam sub bab ini diterangkan hasil simulasi menggunakan CFD berupa gradasi warna distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng, tabel distribusi temperatur larutan nutrisi tersebut dan energi yang dihasilkan selama larutan nutrisi tersebut mengalir di dalam bedeng tanaman.
Waktu
h (W/m2 °C)
udara atas udara kiri&kanan udara bawah udara-larutan nutrisi
14:00 1.30 2.49 1.04 279.30
14:30 1.48 3.10 1.08 277.99
34 Untuk memperoleh hasil analisis akhir CFD tersebut diperlukan beberapa langkah. Langkah yang pertama yaitu memasukkan semua data input yang diperlukan agar hasil dari analisis CFD tersebut dapat mendekati kenyataan. Adapun data yang diinput merupakan data yang langsung diperoleh dari lapangan dan data yang diperoleh dengan mengolah data dari lapangan terlebih dahulu, yaitu data temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng ketika sebelum memasuki waktu puncak dan waktu puncak di dalam rumah tanaman yang masing-masing 30 menit yaitu pada pukul 14:00 WIB dan 14:30 WIB, debit larutan nutrisi yang melewati dalam bedeng, intensitas radiasi matahari dan data laju pindah panas. Berikut tabel data input yang digunakan untuk analisis menggunakan CFD.
Tabel 3. Data masukan untuk perhitungan CFD.
Masukan
Waktu
14:00 14:30
Temperatur udara di luar rumah tanaman (oC) 33 32 Temperatur udara di dalam rumah tanaman (oC) 34 32
Temperatur larutan nutrisi (oC) 35 35.6
Dinding Kayu (x = 10 mm), Polyetilen (x = 1 mm ) Radiasi matahari Pancaran langsung dan intensitas
Arah datang radiasi matahari Barat
Intensitas radiasi matahari 130 W/m2 125 W/m2 Laju perpindahan panas 6.347 W/m2 K 7.506 W/m2 K Debit aliran larutan nutrisi 0.0831 L/s 0.0831 L/s Kemiringan bedeng terhadap lantai 1.6o
Data masukan pada tabel di atas merupakan data pukul 14:00 yang menunjukkan temperatur udara di luar dan dalam rumah tanaman merupakan titik tertinggi pada data temperatur udara harian di luar dan di dalam rumah tanaman dimana intensitas radiasi matahari harian di dalam rumah tanaman tercatat paling tinggi dari data yang diperoleh di lapangan yaitu 130 W/m2. Namun panas dari radiasi matahari yang terjebak di dalam rumah tanaman
35 tersebut tidak lantas memanaskan larutan nutrisi di dalam bedeng karena memerlukan waktu untuk mengalami perpindahan panas dari udara ke dalam larutan nutrisi. Jika dilihat dari data yang diperoleh di lapangan panas yang terjebak di dalam rumah tanaman baru akan menaikan temperatur larutan setelah 20-30 menit kemudian, hal ini terlihat dari masukan temperatur larutan nutrisi pada pukul 14:30 merupakan temperatur larutan nutrisi tertinggi sepanjang hari di dalam bedeng namun intensitas matahari mulai menurun yang menyebabkan temperatur udara di dalam rumah tanaman juga mulai menurun. Langkah kedua setelah semua data diinputkan ke dalam software CFD maka dilakukan proses running untuk menghitung data input tersebut hingga diperoleh kondisi konvergen dari perhitungan tersebut. Untuk mencapai kondisi konvergen, software CFD membutuhkan waktu hingga kurang lebih masing-masing selama 7 jam. Berikut hasil simulasi distribusi temperatur larutan nutrisi dalam bedeng.
(a) (b) (c) Gambar 10. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul 14:00,
(a) lapisan 1 mm, (b) lapisan 2 mm, (c) lapisan 3 mm, dari dasar.
Inlet Inlet Inlet
Outlet Outlet Outlet
Barat Timur
36
(a) (b) (c)
Gambar 11. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul 14:30, (a) lapisan 1 mm, (b) lapisan 2 mm, (c) lapisan 3 mm, dari dasar.
Hasil pada Gambar 11 menunjukkan temperatur larutan nutrisi pada pukul 14:00 terus mengalami kenaikan dari inlet menuju outlet di dalam bedeng dimana terlihat dari skala penunjuk warna di dalam gambar distribusi temperatur larutan nutrisi di atas. Dari data temperatur larutan nutrisi yang di inputkan sebesar 35 oC setelah mengalami proses perhitungan diperoleh nilai tertinggi dalam skala hingga mencapai 35.12 oC, hal ini memperlihatkan terjadinya perpindahan panas di dalam bedeng karena adanya radiasi matahari. Selain hasil data temperatur juga diperoleh nilai heat flux dan energi pindah panas yang dihasilkan selama proses mengalirnya larutan nutrisi di dalam bedeng tersebut yaitu sebesar 4.578 W/m2 dan 65.055 W.
Berikut ditampilkan hasil distribusi temperatur larutan nutrisi melalui beberapa titik di dalam bedeng.
Inlet Inlet Inlet
Outlet Outlet Outlet
Barat Timur
37 Tabel 4. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik 1 mm dari inlet pukul
14:00 dengan ketinggian 1 mm-3 mm dari dasar.
x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.3 0.001 0.001 0.069 35
1.3 0.002 0.001 0.076 35
1.3 0.003 0.001 0.080 35
Tabel 5. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik tengah bedeng pukul 14:00 dengan ketinggian 1 mm-3 mm dari dasar.
x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.3 0.001 4.25 0.018 35.03
1.3 0.002 4.25 0.036 35.66
1.3 0.003 4.25 0.053 35.39
Tabel 6. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik 1 mm dari outlet pukul 14:00 dengan ketinggian 1 mm-3 mm dari dasar.
x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.3 0.001 8.5 0.082 35.0731
1.3 0.002 8.5 0.083 35.0731
1.3 0.003 8.5 0.084 35.0730
Hasil yang terlihat dari Tabel 4 hingga Tabel 6 menggambarkan distribusi temperatur larutan nutrisi yang terjadi di dalam bedeng melalui beberapa titik yaitu di depan inlet, ditengah bedeng, dan di depan outlet mengalami kenaikan dari titik inlet hingga titik di depan oulet sebelum keluar ke tangki nutrisi. Hal ini menjelaskan bahwa temperatur larutan nutrisi mengalami kenaikan selama melewati dalam bedeng hingga titik akhir dikarenakan adanya pindah panas dari lingkungan kedalam bedeng yaitu panas yang terakumulasi di dalam bedeng yang terkena pancaran radiasi matahari dan panas yang terjebak akibat pantulan gelombang pendek yang tidak dapat menembus atap rumah tanaman.
Gambar 12 juga menggambarkan distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada pukul 14:30 atau ketika temperatur larutan nutrisi yang
38 masuk ke dalam bedeng mencapai puncak, terlihat di skala penunjuk warna pada gambar menunjukan temperatur larutan nutrisi mengalami kenaikan.
Dari skala tersebut terlihat bahwa temperatur larutan nutrisi yang digunakan sebagai data input yaitu 35.6 oC mengalami kenaikan setelah mengalami proses perhitungan di dalam software CFD menjadi 35.83 oC. Selain hasil data temperatur juga diperoleh nilai heat flux dan energi pindah panas yang dihasilkan selama proses tersebut yaitu sebesar 7.892 W/m2 dan 112.139 W.
Dari analisis ini terlihat kembali fenomena kenaikan temperatur larutan nutrisi yang juga disebabkan oleh radiasi matahari yang memancarkan energi panas ke dalam bedeng dan panas yang terjebak di dalam rumah tanaman.
Berikut ditampilkan hasil perhitungan melalui beberapa titik di dalam bedeng.
Tabel 7. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik 1 mm dari inlet pukul 14:30 dengan ketinggian 1mm-3 mm dari dasar.
x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.3 0.001 0.001 0.077 35.6
1.3 0.002 0.001 0.080 35.6
1.3 0.003 0.001 0.081 35.6
Tabel 8. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik tengah bedeng pukul 14:30 dengan ketinggian 1 mm-3 mm dari dasar.
x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.3 0.001 4.25 0.018 35.68
1.3 0.002 4.25 0.036 36.79
1.3 0.003 4.25 0.053 36.31
Tabel 9. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik 1 mm dari outlet pukul 14:30 dengan ketinggian 1 mm-3 mm dari dasar.
x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.3 0.001 8.499 0.082 35.7644
1.3 0.002 8.499 0.083 35.7643
1.3 0.003 8.499 0.084 35.7642
39 Hasil yang terlihat pada Tabel 7 hingga Tabel 9 pada umumnya sama dengan yang terlihat pada tabel sebelumnya dimana temperatur larutan nutrisi akan mengalami kenaikan selama melewati dalam bedeng dan memberikan selisih positif antara temperatur di inlet dan temperatur di outlet.
Kedua hal diatas membuktikan bahwa panas yang terjebak dalam rumah tanaman akan memanaskan bedeng beserta larutan nutrisi yang ada di dalamnya secara bertahap beberapa waktu selama temperatur udara di luar dan di dalam rumah tanaman masih tinggi. Terlihat dari panas yang diserap dari kedua analisis menunjukkan kecepatan kenaikan temperatur larutan nutrisi, makin tinggi panas yang diserap maka makin cepat kenaikan temperatur larutan nutrisi dan selisih antara inlet dan oulet juga semakin besar. Namun setelah temperatur udara di luar dan di dalam rumah tanaman menurun temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pun juga ikut menurun.
Kedua analisis CFD diatas telah memberikan gambaran yang jelas mengapa analisis CFD dapat dijadikan salah satu alternatif untuk menganalisis sebuah aliran fluida. Adapun fenomena yang menjadikan analisis CFD dapat digunakan yaitu mengenai pindah panas yang terjadi karena adanya radiasi matahari yang datang pada arah barat, terlihat pada Gambar 11 dan Gambar 12 dimana adanya kenaikan temperatur larutan nutrisi yang lebih cepat di sebelah barat bedeng dibanding sebelah timur bedeng. Selain perpindahan panas tersebut fenomena mengenai teori lapisan batas atau boundary layers juga dapat dibuktikan pada Tabel 4 hingga Tabel 9. Terlihat pada Tabel 4 hingga Tabel 9 adanya perbedaan kecepatan larutan nutrisi, dimana hal tersebut untuk membedakan besarnya kecepatan larutan nutrisi yang terjadi antara larutan nutrisi yang menyentuh dinding bedeng pada jarak 1 mm dengan yang berada 3 mm dari dinding dimana kecepatan larutan nutrisi yang berada di dekat bedeng lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan larutan nutrisi yang berada jauh dari dinding bedeng. Hal ini sejalan dengan teori lapisan batas yang menyatakan bahwa adanya gesekan antara fluida yang bergerak dengan dinding atau lapisan lain yang memiliki nilai kekasaran. Makin besar nilai kekasaran suatu dinding maka makin kecil
40 kecepatan fluida yang langsung menyentuh dinding tersebut dibanding fluida yang berada jauh dari dinding tersebut.
Dengan hasil analisis yang ada kemudian bedeng diberi tanaman untuk ditanam di dalam rumah tanaman ialah tanaman tomat maka tanaman tomat tersebut tidak akan tumbuh dengan baik bahkan akan memilki kecenderungan mengalami pengkerdilan dan kemudian mati. Menurut Soedarya (2009), bahwa tomat akan mengalami pertumbuhan yang optimal jika temperatur disekitar tanaman tomat tidak lebih besar dari 32 oC. Dengan demikian terbukti bahwa bedeng tanaman yang berada di dalam rumah tanaman perlu diberikan treatment khusus agar tanaman yang hidup di dalamnya bisa bertahan hidup atau tumbuh dengan baik, menurut Randiniaty (2007), untuk memperoleh temperatur larutan nutrisi sekitar 17-25 oC diperlukan pendingin untuk mendinginkan bedeng sepanjang 10 m dibutuhkan energi dari sistem pendingin sebesar 16.1 MJ/hari atau setara dengan 4.47 kWh/Hari.
Manfaat yang dapat diambil dari simulasi menggunakan CFD selain dapat memprediksi distribusi temperatur larutan nutrisi seperti yang dilakukan di atas, penggunaan simulasi CFD juga dapat mencari geometri suatu bedeng yang optimum untuk pertumbuhan tanaman dari pendekatan kejadian fisik dan kimia yang terjadi pada bedeng agar simulasi CFD dapat memprediksi temperatur larutan nutrisi ketika melewati bedeng dari inlet hingga outlet agar temperatur larutan nutrisi tetap terjaga pada kondisi yang optimum bagi tanaman. Tidak hanya pada parameter temperatur larutan nutrisi yang dapat diprediksi, dari parameter fisika yang lain seperti kecepatan aliran larutan nutrisi di dalam bedeng pun dapat diprediksi guna memperoleh kecepatan aliran yang optimal bagi tanaman dengan mengubah kemiringan bedeng tanaman. Cara ini dapat memperlihatkan berapa lama larutan nutrisi melewati bedeng dan berapa panas yang diserap sehingga temperatur larutan nutrisi menjadi berubah.
41 4.4 Simulasi Hubungan Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dan
Kemiringan Bedeng Tanaman dengan CFD
Proses distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng tanaman terjadi karena ada faktor-faktor yang mempengaruhinya. Faktor-faktor yang memiliki pengaruh yang sangat besar dengan terjadinya distribusi temperatur larutan nutrisi tersebut yaitu laju pindah panas dari lingkungan ke sistem, geometri dari bedeng tanaman, dan kecepatan aliran nutrisi yang melewati bedeng tanaman tersebut. Faktor terakhir yang mempengaruhi proses distribusi temperatur larutan nutrisi yang disimulasikan diharapkan dapat memperlihatkan hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan kecepatan aliran yang terus bertambah seiring dengan bertambahnya kemiringan dari bedeng tanaman. Kemiringan bedeng pada model bedeng yang disimulasikan sesuai dengan selang yang telah disarankan yaitu 1o - 3o.
Untuk melakukan pensimulasian ini tetap diperlukan data masukkan untuk menjalankan simulasi tersebut dengan CFD. Skenario kemiringan bedeng yang digunakan selain kemiringan yang telah digunakan untuk simulasi di atas yaitu kemiringan 2o dan kemiringan 3o. Kemiringan ini dipilih sebagai pembanding dengan hasil dari simulasi dengan kemiringan 1.6o, dimana makin besar kemiringan bedeng maka makin cepat aliran nutrisi yang lewat di dalam bedeng tanaman tersebut sehingga makin sedikit panas yang diserap oleh larutan nutrisi yang mengakibatkan temperatur larutan nutrisi dapat berkurang, begitu juga sebaliknya. Berikut tabel data masukkan simulasi CFD dengan beberapa skenario kemiringan.
42 Tabel 10. Data masukkan simulasi CFD dengan dua kemiringan.
Setelah data masukkan di atas dimasukkan ke dalam software CFD dan parameter yang diinginkan telah ditentukan seperti kecepatan aliran nutrisi di dalam bedeng dan temperatur larutan nutrisi. Kedua parameter dipilih guna melihat hubungan yang terjadi pada keduanya setelah pensimulasian, apakah kedua parameter tersebut dapat membuktikan hubungan kecepatan aliran nutrisi yang dapat mempengaruhi besarnya perubahan temperatur yang terjadi pada larutan nutrisi yang melewati bedeng tanaman. Langkah berikutnya menunggu proses perhitungan atau iterasi yang dilakukan software CFD hingga mencapai kondisi konvergen. Proses pensimulasian ini membutuhkan waktu relatif lama yaitu sekitar 4 jam pada setiap kemiringan dari model bedeng yang disimulasi. Langkah terakhir setelah proses tersebut mencapai kondisi konvergen ialah melihat hasil parameter yang telah ditentukan pada langkah awal. Berikut gambar hasil distribusi temperatur larutan nutrisi dengan CFD.
Masukan
Kemiringan
2o 3o
Temperatur udara di luar rumah tanaman (oC) 33 33 Temperatur udara di dalam rumah tanaman (oC) 34 34
Temperatur larutan nutrisi (oC) 35 35
Dinding Kayu (x = 10 mm), Polyetilen (x = 1 mm ) Radiasi matahari Pancaran langsung dan intensitas
Arah datang radiasi matahari Barat
Intensitas radiasi matahari 130 W/m2 130 W/m2 Laju perpindahan panas 6.347 W/m2 K 6.347 W/m2 K Debit aliran larutan nutrisi 0.0831 L/s 0.0831 L/s
43 (a) (b) (c) Gambar 12. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan tiga,
kemiringan (a) 1.6o, (b) 2o, (c) 3o, dari lantai.
Gambar di atas memperlihatkan distribusi temperatur larutan nutrisi dari ketiga kemiringan yang berbeda. Kemiringan yang digunakan untuk simulasi ini menghasilkan distribusi temperatur yang berbeda satu sama lain, hal ini menunjukkan adanya hubungan kemiringan bedeng tanaman dan distribusi temperatur larutan nutrsi di dalam bedeng tanaman. Berikut dijelaskan pada tabel distribusi temperatur larutan nutrisi dan kecepatan aliran di dalam bedeng dengan kemiringan yang berbeda.
Tabel 11. Tebal temperatur larutan nutrisi pada 1 mm dari inlet dan 2 mm dari dasar
Kemiringan [ °] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.6 0.076 35
2 0.081 35
3 0.076 35
Inlet
Outlet
Barat Timur
Inlet
Outlet
Inlet
Outlet
44 Tabel 12. Tebal temperatur larutan nutrisi pada tengah bedeng dan 2 mm dari dasar
Kemiringan [ °] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.6 0.036 35.66
2 0.071 35.18
3 0.081 35.04
Tabel 13. Tebal temperatur larutan nutrisi pada 1 mm dari outlet dan 2 mm dari dasar
Dari ketiga kemiringan yang digunakan untuk simulasi, pada Tabel 11 hingga Tabel 13 diperlihatkan kemiringan 1.6o memiliki nilai temperatur larutan nutrisi yang paling tinggi ditiap titik di dalam bedeng tanaman. Hal ini disebabkan kecepatan aliran nutrisi di dalam bedeng yang lebih rendah daripada kemiringan yang lain. Menurut kondisi yang ada di lapangan makin besar kemiringan suatu saluran atau bedeng maka semakin besar kecepatan aliran fluida yang ada di dalam saluran atau bedeng tersebut. Hal ini lah yang menjadi titik perhatian, dimana kecepatan aliran fluida yang cepat dapat mengurangi penyerapan panas dari lingkungan ke dalam sistem tersebut.
Terbukti bahwa kemiringan bedeng tanaman sebesar 1.6o dapat menyerap panas yang lebih besar dari kemiringan 2o dan 3o, terlihat dari distribusi temperatur larutan nutrisi di tiap titik di dalam bedeng memilki hasil yang lebih tinggi dari kemiringan yang lain. Namun kecepatan aliran larutan nutrisi memiliki hasil yang paling kecil dibandingkan yang lain.
Pada kemiringan bedeng 2o dan 3o, distribusi temperatur larutan nutrisi tidak berbeda nyata, namun hal ini cukup untuk membuktikan hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi dengan kemiringan bedeng tanaman. Satu hal yang perlu diperhatikan lagi kecepatan aliran larutan nutrisi yang terjadi dengan mengubah kemiringan bedeng dapat berpengaruh pada proses penyerapan akar tanaman terhadap air dan unsur hara yang terkandung di dalam larutan nutrisi. Diperlukan suatu penelitian khusus untuk memperoleh
Kemiringan [ °] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [°C]
1.6 0.083 35.07
2 0.088 35.06
3 0.086 35.06
45 kecepatan aliran larutan nutrisi yang optimal bagi penyerapan akar tanaman terhadap air dan unsur hara yang terkandung di dalam larutan nutrisi tersebut, dengan memperhatikan kemiringan dan geometri dari bedeng tanaman yang digunakan.
4.5 Simulasi Hubungan Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dan Panjang Bedeng Tanaman dengan CFD
Faktor-faktor yang mempengaruhi distribusi temperatur seperti yang disebutkan di atas salah satunya ialah bentuk geometri dari bedeng tanaman yang disimulasikan. Makin besar geometri bedeng tanaman makin sulit menciptakan keseragaman larutan nutrisi yang mengalir di dalamnya dan keseragaman kandungan nutrisi hingga ke ujung bedeng dari tempat pemberian larutan nutrisi tersebut. Seperti diketahui dalam budidaya tanaman dengan sistem hidroponik terutama jenis NFT harus memperhatikan nutrisi yang dibutuhkan oleh tanaman dapat terpenuhi dengan baik. Jika nutrisi untuk tanaman tidak terpenuhi maka budidaya tanaman terancam gagal.
Pada subbab ini dibahas mengenai hasil simulasi beberapa skenario panjang bedeng tanaman yang digunakan untuk budidaya tanaman dengan menggunakan NFT dengan CFD. Hasil simulasi diharapkan dapat menggambarkan distribusi temperatur larutan nutrisi sebuah bedeng tanaman yang diubah-ubah panjangnya dan memberikan rekomendasi sebuah panjang bedeng yang dapat digunakan untuk budidaya tanaman dengan menggunakan sistem hidroponik jenis NFT. Skenario panjang bedeng tanaman yang disimulasikan ialah 8.5 m, 12 m, 20 m, dan 30 m. Skenario yang pertama merupakan panjang bedeng yang digunakan selama penelitian. Semua panjang bedeng yang digunakan merupakan panjang bedeng yang sering digunakan dalam budidaya tanaman dengan NFT..
Menurut Budhi (2004), Parung Farm dan Joy Farm untuk budidaya tanaman dengan sistem NFT mengguankan talang rumah tangga yang memiliki panjang tiga meter dan disambung menjadi satu dari tiga talang rumah tangga tersebut, sehingga memiliki panjuang 12 m. Sedangkan menurut Howard (2004), beberapa negara bagian di Amerika Serikat
46 menggunakan bedeng khusus untuk budidaya tanaman dengan sistem NFT.
Dimensi bedengnya memiliki panjang 20-25 m, lebar 20-30 cm, dan penggunaan talang ini menggunakan media tanaman buatan untuk tempat tanaman tumbuh dengan kemiringan bedeng antar 1-5o. Skenario panjang terakhir merupakan panjang yang dicobakan sendiri karena panjang tersebut melebihi panjang bedeng yang selama ini digunakan untuk budidaya tanaman dengan sistem NFT.
Untuk memulai simulasi tersebut tetap diperlukan data masukkan agar simulasi dengan CFD dapat berjalan. Geometri bedeng tanaman yang digunakan utnuk simulasi ini sama seperti pada subbab sebelumnya, hanya panjang dari bedeng tanaman yang diubah-ubah mengikuti skenario yang telah ditetapkan. Berikut tabel data masukkan untuk simulasi CFD dengan skenario beberapa panjang bedeng tanaman.
Tabel 14. Data masukkan simulasi CFD dengan empat skenario panjang.
Masukan
Panjang bedeng (m)
8.5 12 20 30
Temperatur udara di luar rumah
tanaman (oC) 33
Temperatur udara di dalam
rumah tanaman (oC) 34
Temperatur larutan nutrisi (oC) 35
Dinding Kayu (x = 10 mm), Polyetilen (x = 1 mm ) Radiasi matahari Pancaran langsung dan intensitas
Arah datang radiasi matahari Barat
Intensitas radiasi matahari 130 W/m2
Laju perpindahan panas 6.347 W/m2 K 6.272 W/m2 K 6.268 W/m2 K 6.256 W/m2 K Debit aliran larutan nutrisi 0.0831 L/s
Setelah proses simulasi yang terjadi di dalam software CFD selesai yang sebelumnya telah dimasukkan data di atas diperoleh hasil distribusi temperatur dari empat skenario panjang bedeng tanaman tersebut, berikut hasil simualsi CFD dalam bentuk gambar distribusi temperatur di dalam bedeng.
47 (a) (b)
(c) (d)
Gambar 13. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan skenario empat panjang berbeda (a) 8.5 m, (b) 12 m, (c) 20 m, dan (d) 30 m.
Inlet
Outlet
Inlet
Outlet
Inlet
Outlet
Inlet
Outlet
Barat Timur
Barat Timur
48 Gambar di atas memperlihatkan distribusi temperatur larutan nutrisi dari keempat panjang bedeng yang berbeda. Panjang bedeng yang digunakan untuk simulasi ini menghasilkan distribusi temperatur yang berbeda satu sama lain, hal ini menunjukkan adanya hubungan panjang bedeng tanaman dan distribusi temperatur larutan nutrsi di dalam bedeng tanaman. Berikut dijelaskan pada tabel distribusi temperatur larutan nutrisi dan kecepatan aliran di dalam bedeng dengan panjang bedeng yang berbeda.
Tabel 15. Tabel temperatur larutan nutrisi pada 1 mm dari inlet dan 2 mm dari dasar.
Panjang Bedeng [m] Kecepatan [m/s] Temperatur fluida [C]
8.5 0.076 35
12 0.08 35
20 0.08 35
30 0.078 35
Tabel 16. Tabel temperatur larutan nutrisi pada tengah bedeng dan 2 mm dari dasar.
Panjang Bedeng [m] Kecepatan [m/s] Temperatur fluida [C]
8.5 0.018 35.03
12 0.044 35.04
20 0.073 35.08
30 0.077 35.12
Tabel 17. Tabel temperatur larutan nutrisi pada 1 mm dari oulet dan 2 mm dari dasar
Panjang Bedeng [m] Kecepatan [m/s] Temperatur fluida [C]
8.5 0.083 35.07
12 0.094 35.09
20 0.091 35.17
30 0.093 35.25
Dari tabel temperatur larutan nutrisi yang tersaji di atas memperlihatkan adanya kenaikan temperatur dari inlet menuju outlet dari masing-masing bedeng tanaman dengan skenario panjang yang berbeda. Dari keempat panjang bedeng tanaman tersebut panjang bedeng 30 m memiliki nilai yang selalu tertinggi dari tiap titik yang ada di depan inlet, tengah, dan di depan
49 outlet. Hal ini membuktikan adanya hubungan yang jelas antara distribusi temperatur dengan panjang bedeng tanaman. Menurut teori pindah panas, jika ada sebuah benda yang memilki dimensi yang besar maka pindah panas yang terjadi juga semakin besar karena dimensi yang menjadi daerah kontak dengan lingkungan yang panas atau dingin juga semakin besar walau nilai laju perpindahan panasnya lebih kecil dari benda yang memiliki dimensi lebih kecil. Jika bedeng tanaman dengan skenario panjang keempat digunakan maka sangat kecil kemungkinan budidaya tanaman ini berhasil, karena panas yang terjebak di dalam bedeng lebih panas sehingga sulit dilakukan upaya untuk menurunkan temperatur baik dengan penambahan kemiringan maupun diberi pendinginan.
Jika di lihat pada pembahasan sebelumnya menurut hasil simulasi CFD pada perbedaan kemiringan yang digunakan bedeng untuk budidaya tanaman penurunan temperatur pada bedeng yang memiliki kemiringan 3o dan 1.6o hanya sekitar 0.1o saja, padahal temperatur larutan nutrisi yang terjadi di
Jika di lihat pada pembahasan sebelumnya menurut hasil simulasi CFD pada perbedaan kemiringan yang digunakan bedeng untuk budidaya tanaman penurunan temperatur pada bedeng yang memiliki kemiringan 3o dan 1.6o hanya sekitar 0.1o saja, padahal temperatur larutan nutrisi yang terjadi di