[ ] (15) Persamaan energi pada aliran di sekitar tanaman dituliskan dengan
IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.4 Pola Aliran Udara
Pola aliran udara di dalam rumah tanaman dapat dianalisa dengan vektor aliran udara yang disajikan dalam bentuk kontur vektor udara. Gradasi warna menunjukkan level nilai kecepatan udara, sementara itu untuk memahami arah pergerakan udara, dapat dengan mudah dilihat dari arah panah atau vektor yang ada, sedangkan panjang dan kerapatan panah menunjukkan kerapatan aliran udara.
Sama seperti distribusi suhu udara di dalam rumah tanaman, analisa vektor aliran udara dibedakan menjadi dua kondisi besar, yaitu kondisi rumah tanaman tanpa adanya aktifitas pertumbuhan tanaman dan kondisi dengan adanya aktifitas pertumbuhan tanaman. Arah aliran udara pada kondisi rumah tanaman kosong berhembus searah dengan sumbu x (dari utara ke selatan). Profil hembusan udara tidak seragam, namun semakin besar kecepatanya sejalan dengan ketinggian (arah sumbu y). Kemudian, exhaust fan belum tidak dioperasikan ketikan rumah tanaman dalam keadaan kosong atau tidak ada aktifitas pertumbuhan tanaman.
4.4.1 Pola Aliran Udara pada Rumah Tanaman Tanpa Tanaman
Dari Gambar 27 terlihat bahwa aliran udara di dalam rumah tanaman menyebar tak seragam dan terjadi perputaran aliran. Udara dari lingkungan dominan masuk ke dalam rumah tanaman melalui ventilasi bukaan atas yang bersifat lebih besar lubang void material kasanya. Selain itu, hembusan udara semakin kencang sejalan dengan peningkatan elevasi. Hal tersebut menunjukkan efektifitas kinerja dari ventilasi alamiah pada zona bukaan atas cukup baik, dimana udara lingkungan luar yang biasanya suhunya lebih rendah dari udara di dalam rumah tanaman dapat masuk ke dalam rumah tanaman sehingga memperkecil perbedaan suhu antara di luar dengan di dalam.
Peristiwa stagnasi aliran udara terjadi pada zona dinding kasa bawah sehingga nilai kecepatan udara sangat rendah dan mengalami kehilangan tekanan yang disebabkan oleh nilai resistansi udara pada kasa. Nilai resistansi pada dinding kasa mengakibatkan udara yang berada di dalam rumah tanaman terjebak. Dengan suplai udara yang berasal dari hembusan angin masuk melalui kasa ventilasi bukaan atas menyebabkan udara
62
berputar ke arah bawah dan berbalik arah di bagian atas (Gambar 25.a dan Gambar 27.b). Namun pada zona dekat lantai bagian tengah dan di bawah bedengan NFT, arus udara bergerak berlawan dengan arah angin dan cukup besar nilai kecepatannya, yaitu di atas 1 m s-1.
Dari Gambar 27 terlihat jelas bahwa aliran udara di dalam rumah tanaman berputar berbalik arah pada zona tengah. Fenomena ini mengindikasikan bahwa pergerakan udara di dalam rumah tanaman dipengaruhi oleh permukaan dinding rumah tanaman, baik tembok maupun dinding kasa. Dimana gaya gesek dan kekasaran yang dimiliki oleh suatu permukaan dinding tersebut mempengaruhi keterikatan fluida terhadap permukaan dinding yang dilalui. Oleh karena itu, udara cenderung bergerak di daerah permukaan tersebut dan ketika sampai pada dinding belakang yang tegak lurus terhadap arah alirannya maka terjadi momentum fluida sehingga pergerakan udara berbalik arah dan membentuk pusaran seperti sayap kupu-kupu.
Aliran fluida pada zona tengah dengan ketinggian 0.5 m (Gambar 28.a) menunjukkan nilai kecepatan yang cukup besar dibandingkan dengan ketinggian 1.5 m dan 2 m dari lantai. Penyebab terjadinya hal tersebut adalah material dinding yang menjadi pembatas ruangan rumah tanaman yang terbuat dari tembok semen sampai ketinggian 0.5 m, sehingga udara tidak dapat menembusnya. Oleh karena itu, parsel udara yang terjebak di dalamnya lebih banyak dibandingkan dengan di bagian atas yang terbuat dari kasa dimana udara masih dapat melewatinya sekalipun memiliki sifat resistansi udara. Kemudian, udara tersebut mendapatkan perlakuan termal dari sifat radiatif permukaan lantai, sehingga suhu di atas permukaan lantai lebih tinggi daripada suhu di pertengahan. Udara yang terpanaskan akan bersifat lebih aktif dan lebih ringan sehingga masa jenisnya berkurang. Berkurangnya masa jenis udara ditambah pengaruh dari gaya gravitasi, maka udara yang terpanaskan akan cenderung bergerak ke atas. Maka dari itulah pergerakan udara yang di zona tengah bagian bawah lebih cepat dibandingkan di zona tengah bagian atasnya.
63
Gambar 27. Cut plot dinamika kecepatan udara di dalam rumah tanaman tampak samping; (a) bidang tengah; (b) 1 m, dan (c) 2 m dari bidang tengah; tanpa tanaman.
a
b
64
Gambar 28. Cut plot dinamika kecepatan udara di dalam rumah tanaman tampak atas; (a) 0.5 m; (b) 1.5 m, dan (c) 2 m dari lantai; tanpa tanaman.
Aliran udara yang menerpa dinding kasa secara frontal (tegak lurus dengan arah pergerakan udara) mengalami resistansi yang cukup kuat sehingga terjadi stagnasi dan kehilangan tekanan (Gambar 28.a). Namun, pada dinding kasa bagian bukaan atas tidak terjadi stagnasi dan kehilangan
c b a
65
tekanan, melainkan kecepatan udara cukup tinggi. Hal ini terjadi karena efek integral momentum udara yang menerpa ujung atap kanopi bagian depan sebelum menerpa dinding kasa, sehingga dorongan udara menembus dinding kasa menjadi lebih besar. Demikian pula kecepatan udara pada bagian samping dekat dinding terlihat lebih tinggi, merupakan akumulasi dari integral momentum udara yang membentur tiang rumah tanaman.
c b a
66
Gambar 29. Cut plot kecepatan udara pada rumah tanaman tampak depan; (a) 0.5 m, (b) 3 m, dan (c) 6 m, (d) 9 m, dan (e) 11.5 m dari pintu depan; tanpa tanaman.
Dari Gambar 29 terlihat bahwa aliran udara dari dalam rumah tanaman keluar melalui kasa ventilasi bukaan atas terjadi pada jarak setelah 6 m dari pintu depan, sedangkan kurang dari 6 m dari pintu depan udara dari lingkungan masuk ke dalam rumah tanaman.
4.4.2 Pola Aliran Udara pada Rumah Tanaman dengan Tanaman.
Aliran udara tampak samping pada saat ada aktifitas pertumbuhan tanaman cenderung berputar antara bagian atas dan bawah. Pada bagian bawah, arah pergerakan udara berlawanan dengan arah angin yang masuk ke dalam rumah tanaman. Angin banyak masuk ke dalam rumah tanaman melalui ventilasi bukaan atas yang ditunjukan dengan nilai kecepatan udara cukup tinggi. Resistansi udara yang dimiliki oleh dinding kasa bawah bekerja sukup baik sehingga menyebabkan udara yang menerpa dinding
e d
67
tersebut mengalami stagnasi. Hal ini dibuktikan oleh Gambar 30, yang menunjukan aliran udara pada rumah tanaman tampak samping.
Gambar 30. Cut plot dinamika kecepatan udara di dalam rumah tanaman tampak samping; (a) bidang tengah; (b) 1 m, dan (c) 2 m dari bidang tengah; dengan tanaman.
Dari Gambar 30.b terlihat bahwa pada area pertumbuhan tanaman yaitu di atas bedengan, pola kecepatan udara sangat rendah, dimana pada daerah tersebut terjadi pusat pusaran udara. Sehingga dapat diperkirakan bawah suplai udara bagi tanaman cukup rendah. Namun, pada dinding kasa belakang tampak sebagian udara yang berputar mengarah ke exhaust fan
a
b
68
(Gambar 30.a dan Gambar 30.b). Hal ini menunjukan bahwa exhaust fan sedang bekerja, walau pun pengaruh dari kinerja exhaust fan kecil.
Kecepatan udara yang tinggi terdapat pada ventilasi atas bagian dinding depan dimana udara bergerak ke luar yang dipengaruhi oleh dorongan udara yang masuk dari luar dan juga peranan efek bouyancy. Selain itu, tumbukan udara pada tepi siku yang memisahkan antara dinding bawah dan dinding atas juga berperan meningkatkan kecepatan udara yang keluar melalui bukaan atas tersebut.
Pada Gambar 30.c bagian bawah terlihat bahwa kecepatan udara di zona tersebut cukup rendah. Ini terjadi akibat efek pusaran udara yang berputar diantara tembok semen bangunan rumah tanaman. Hal tersebut dapat ditunjukkan pula oleh Gambar 31.a. Pada tepi tiang belakang bangunan rumah tanaman, posisi dimana udara dari luar menerpa rumah tanaman terlihat kecepatan udara di sekitar tiang tersebut cukup tinggi dari daerah samping lainnya. Hal ini disebabkan oleh gaya tumbukan udara yang membentur tiang sehingga lentingan dari momentum udara terhadap tiang solid tersebut mengakumulasikan gaya dan kecepatan pun bertambah.
Pusaran angin yang ditunjukkan oleh nilai kecepatan udara yang rendah (berwarna biru) pada wilayah dalam rumah tanaman, semakin ke atas pusarannya semakin bergesar ke tengah an semakin kecil, kemudian keluar melalui ventilasi bukaan atas (bandingkan antara Gambar 31.a, Gambar 31.b dan Gambar 31.c).
Kecepatan udara di lingkungan luar rumah tanaman semakin tinggi elevasinya, maka kecepatan udara semakin besar. Hal ini terlihat dari gradasi warna di luar rumah tanaman yang semakin dominan berwarna hijau antara pada ketinggian 0.5 m sampai 2 m dari permukaan lantai. Semakin kencang angin bertiup maka wilayah pusaran lokal (vortex) yang terbentuk akan semakin luas.
69
Gambar 31. Cut plot dinamika kecepatan udara di dalam rumah tanaman tampak atas; (a) 0.5 m; (b) 1.5 m, dan (c) 2 m dari lantai; dengan tanaman.
a
b
70
Aliran udara di dalam rumah tanaman jika dilihat secara 3D, aliran udara di dalam rumah tanaman seakan membentuk sebuah pola palung udara di bagian tengah rumah tanaman. Bentuk paling yang terjadi dipengaruhi oleh sifat resistansi dinding rumah tanaman terhadap kemampuan udara untuk menembus permukaan dinding yang menyelubungi bangunan rumah tanaman. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 32, yang menunjukkan perubahan bidang pola aliran udara tampak depan pada berbagai jarak bidang dari pintu depan.
Dari Gambar 30.e terlihat bahwa kecepatan udara di dekat dinding kasa bagian belakang (sekitar 0.5 m) ada wilayah yang memiliki kecepatan udara cukup tinggi artinya tidak terpengaruh oleh resistansi kasa. Hal tersebut menunjukkan kinerja dari exhaust fan. Hal serupa juga tampak pada Gambar 30.a dan 30.b tampak samping, kecepatan udara di dekat exhaust fan terlihat lebih besar akibat sedotan dari kerjanya exhaust. Namun pengaruhnya terhadap pola aliran di dalam rumah tanaman sangat kecil.
a
71
Gambar 32. Cut plot kecepatan udara pada rumah tanaman tampak depan; (a) 0.5 m, (b) 3 m, dan (c) 6 m, (d) 9 m, dan (e) 11.5 m dari pintu depan; dengan tanaman.
