SIMU BEDEN TANAM
ULASI TEM NG PADA D MAN TOMA
D FA
MPERATU DESAIN B AT (Lycope FILM DENA EPARTEM AKULTAS INSTITU UR LARUT BEDENG H ersicon escu M TECHNIQ Oleh KUSUMA F141040 2009 MEN TEKN TEKNOL UT PERTA TAN NUTR HIDROPON ulentum Mi
QUE (NFT
: A WAHDAN 031 9 NIK PERT OGI PERT ANIAN BOG
RISI DI TA NIK PADA
ill.) SECAR T) NI TANIAN TANIAN GOR ANGKI DAN A BUDIDAY RA NUTRIE
N YA
SIMULASI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI DI TANGKI DAN BEDENG PADA DESAIN BEDENG HIDROPONIK PADA BUDIDAYA TANAMAN TOMAT (Lycopersicon esculentum Mill.) SECARA NUTRIENT
FILM TECHNIQUE (NFT)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
DENA KUSUMA WAHDANI F14104031
2009
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
SIMULASI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI DI TANGKI DAN BEDENG PADA DESAIN BEDENG HIDROPONIK PADA BUDIDAYA TANAMAN TOMAT (Lycopersicon esculentum Mill.) SECARA NUTRIENT
FILM TECHNIQUE (NFT)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
DENA KUSUMA WAHDANI F14104031
Dilahirkan pada tanggal 25 Desember 1986 di Lampung Utara
Tangggal lulus : ...
Menyetujui, Bogor, Maret 2009 Dosen Pembimbing Akademik
Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si. NIP. 132 240 430
Mengetahui,
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Dena Kusuma Wahdani. F14104031. Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi di Tangki dan Bedeng pada Desain Bedeng Hidroponik dalam Budidaya Tanaman Tomat (Lycopersicon esculentum Mill.) Secara Nutrient Film Technique (NFT). Dibawah bimbingan Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si.
RINGKASAN
Penerapan teknologi dalam proses budidaya adalah salah satu cara manusia untuk meningkatkan produktivitas hasil tanaman. Seiring dengan berjalannya waktu, teknologi budidaya secara hidroponik terus mengalami modifikasi. Modifikasi dilakukan agar lingkungan memberikan tempat yang optimum bagi pertumbuhan tanaman. Faktor-faktor lingkungan yang memengaruhi pertumbuhan tanaman seperti temperatur, ketersediaan CO2, kelembaban udara, konsentrasi dan keasaman larutan nutrisi, cahaya dan kecepatan angin dapat direkayasa untuk menghasilkan tanaman atau buah berkualitas baik.
Banyak cara mengatasi kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan bagi tanaman budidaya, seperti tingginya temperatur di dalam greenhouse yang dapat dilakukan pengendalian lingkungan dengan cara misting, ventilasi dan pendinginan. Pengendalian dengan pendinginan seluruh lingkungan sekitar tanaman jarang dilakukan karena memerlukan biaya dan energi yang tidak sedikit. Daerah tanaman yang sering mendapat perlakuan pendinginan adalah daerah perakaran, yang mana pada teknik hidroponik secara Nutrient Film Technique
(NFT) pendinginan daerah terbatas lingkungan perakaran dilakukan dengan mendinginkan nutrisi yang terdapat pada tangki menggunakan unit pendingin.
Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan model matematik simulasi pendugaan temperatur larutan nutrisi di tangki dan bedeng hidroponik sistem NFT berdasarkan keseimbangan termal dan pindah panas. Menggunakan model tersebut untuk melakukan simulasi pendugaan temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman NFT pada kondisi panjang bedeng, kapasitas unit pendingin dan interval pengoperasian unit pendingin yang berbeda.
Penelitian dilakukan di dalam greenhouse tipe standard span Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, IPB, Leuwikopo pada bulan Maret sampai dengan Oktober 2008. Alat-alat yang digunakan meliputi bedeng tanaman NFT, penyangga bedeng, tangki larutan nutrisi, saluran pipa, pompa air, unit pendingin, Chino Recorder dan perangkat komputer. Bahan yang digunakan antara lain benih tomat varietas recento, pupuk nutrisi Joro A & B Mix, air,
polybag, arang sekam, plastik polyethilene, styrofoam dan busa.
Bedeng yang digunakan untuk penelitian berjumlah 3 buah. Masing-masing bedeng mendapat perlakuan berbeda pada pendinginan nutrisi di tangki. Perlakuan pertama adalah perlakuan tanpa pendinginan nutrisi, perlakuan kedua adalah pendinginan nutrisi siang-malam dan ketiga adalah perlakuan pendinginan nutrisi malam hari (pukul 18.00 WIB sampai 06.00 WIB).
setiap 30 menit selama 24 jam terhadap parameter-parameter lingkungan (kecuali laju aliran massa nutrisi dan kecepatan udara) meliputi iradiasi surya, temperatur udara greenhouse, temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman. Tahap ketiga adalah pengembangan model matematik keseimbangan termal dan pindah panas di tangki dan bedeng tanaman. Tahap keempat melakukan validasi terhadap model yang diperoleh menggunakan data pengukuran. Tahap terakhir adalah simulasi temperatur nutrisi di tangki dan bedeng terhadap kondisi panjang bedeng, kapasitas unit pendingin dan interval pengoperasian unit pendingin yang berbeda.
Terdapat tiga macam model matematik yang berbeda dari analisis keseimbangan termal dan pindah panas setelah diselesaikan dengan metode numerik beda hingga Euler (finite difference methode) untuk simulasi. Pertama adalah pada tangki yang tidak dilengkapi unit pendingin
T T m C m C T∆t m C T U A T T
Kedua, di tangki yang dilengkapi unit pendingin sedikit berbeda, dikarenakan adanya kalor yang diserap oleh unit pendingin. Secara matematis ditulis sebagai
T T m C m C T∆t m C T U A T T
Sedangkan model matematik yang ketiga pada bedeng tanaman adalah sama untuk masing-masing perlakuan. Secara matematis ditulis
T T ∆t
m C m C T m C T U A T T
Agar dapat disimpulkan bahwa analisis yang dilakukan sudah tepat dan model yang didapat akurat dalam menyimulasikan temperatur nutrisi di bedeng dan tangki maka dilakukan validasi temperatur hasil simulasi terhadap temperatur pengukuran. Validasi model menggunakan analisis regresi linier, hasil yang diperoleh adalah nilai a dari 0.77 hingga 0.84, nilai b dari 1.16 hingga 4.46 dan koefisien determinasi 66.1% hingga 80.0%. Model dinilai cukup akurat dalam menyimulasikan temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman sehingga dapat digunakan untuk simulasi pada kondisi lain yang berbeda dari saat pengukuran.
Simulasi skenario 1, pendugaan temperatur nutrisi panjang bedeng 20 m perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam memberikan kisaran temperatur nutrisi di bedeng yang dapat diterima tanaman (19.3 oC hingga 31.9 oC) dibanding panjang bedeng yang sama dengan perlakuan lainnya ataupun panjang bedeng 50 m. Pemanjangan bedeng tanaman akan menaikkan temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman. Sedangkan kisaran temperatur nutrisi optimum pada skenario 2 (panjang bedeng 10 m) terjadi antara lain pada penggunaan kapasitas pendingin 0.192 kW dengan perlakuan pendinginan nutrisi malam hari yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 18.1 oC hingga 33.3 oC dan penggunaan kapasitas pendingin 0.118 kW dengan perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 19.7 oC hingga 30.7 o
Utara. Pa SLTP Ne tingkat SL diterima d melalui ja Selam Eksekutif 2005-2006 Pertanian Pada Usaha Bu berjudul “ dan Pengo Lampung
Sebag Pertanian, Larutan N Budidaya
Technique
ada periode egri I Abun LTA diikuti
di Departem lur USMI (U ma mengiku Mahasiswa 6 sebagai (HIMATET tahun 2007 ungamayan “Mempelaja olahan Lim Utara”. gai salah penulis m Nutrisi di T
Tanaman T
e (NFT)”.
R Penul dilahirkan Desember bersaudar Ibu Muna sejak tahu e tahun 199 ng Selatan. i di SMA A
men Tekni Undangan S uti perkulia a Fakultas T
staff PSDM
TA) pada pe 7 penulis m ng, Lampun
ari Aspek K mbah di PG
satu syarat menyelesaik Tangki dan
Tomat (Lyco
RIWAYAT
lis bernam n di Semuli r 1986. Pen ra dari pasa
atun Wahy un 1992 d 98-2001 pe Selepas it Al-Kautsar B
ik Pertanian Seleksi Mas ahan di IP Teknologi P M dan him eriode jabat melaksanaka ng Utara Keteknikan G Bungama
t untuk m kan skripsi Bedeng p opersicon e HIDUP ma lengkap ijaya, Lamp nulis merupa angan Bapa yu Indrani.
i SD Nege enulis mela tu pada tah Bandar Lam n, Fakultas suk IPB). PB penulis Pertanian (B mpunan pr tan 2006-20 n praktek l dengan La Pertanian p ayang, PT memperoleh dengan ju ada Desain esculentum Dena Ku pung Utara akan anak p ak Komaru
Pendidikan eri I Semul
anjutkan pe hun 2001-2 mpung. Tah s Teknolog
aktif di o BEM-F) pad rofesi Depa 007 sebagai apangan di aporan Pra pada Proses Perkebunan gelar Sar udul “Simu n Bedeng H
Mill.) Seca
usuma Wah pada tangg pertama dar udin Akrom
n formal d lijaya, Lam endidikanny 2004 pendi hun 2004 pe
i Pertanian
organisasi B da periode t artemen T
staff Huma
PTPN VII aktek Lapa s Budidaya n Nusantara rjana Tekn ulasi Tempe Hidroponik
ara Nutrient
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipersembahkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan petunjuk yang diberikan kepada penulis sehingga terselesaikannya studi dan penelitian yang berjudul “Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi di Tangki dan Bedeng pada Desain Bedeng Hidroponik pada Budidaya Tanaman Tomat
(Lycopersicon esculentum Mill.) Secara Nurient Film Technique (NFT)” dengan
baik.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si dan selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama pelaksanaan kegiatan penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini.
2. Proyek hibah bersaing MONEV atas bantuan dana dan Yudi Chadirin, S.TP, M.Agr selaku ketua proyek sekaligus dosen pembimbing penulis sebelumnya. 3. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si dan Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si sebagai
dosen penguji yang telah memberi saran dan kritik kepada penulis.
4. Ibunda Munatun W. Indrani, Ayahanda Komarudin Akrom dan adik-adikku Aji dan Afik untuk semua dukungan dan doa yang terus menerus.
5. Pak Ahmad, Pak Parma dan Pak Abas serta seluruh civitas Departemen Teknik Pertanian beserta TEP angkatan 41’ khususnya LBP.
6. Teman-teman sesama penelitian, Eni, Elvi dan Sigit Susilo, semua yang telah kita lalui tidak akan pernah terlupakan.
7. Yuliana dan Nurhamdani yang selalu memberi bantuan dan semangat.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini yang masih harus disempurnakan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan untuk perbaikan. Semoga karya tulis ini dapat memberikan manfaat baik bagi penulis maupun pembaca sekalian.
Bogor, Maret 2009
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR SIMBOL ... iv
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... x
I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4
A. Cahaya dan Temperatur ... 4
B. Greenhouse ... 6
C. Hidroponik Secara Nutrient Film Technique (NFT) ... 6
D. Rekayasa Lingkungan Mikro dengan Zone Cooling ... 7
E. Tanaman Tomat ... 8
F. Teknik Simulasi ... 10
G. Keseimbangan Termal dan Pindah Panas ... 12
III. METODOLOGI ... 14
A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 14
B. Alat dan Bahan ... 14
C. Parameter yang Diukur ... 18
D. Perlakuan ... 19
E. Prosedur Penelitian ... 20
F. Asumsi-Asumsi yang Digunakan ... 34
G. Simulasi ... 35
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37
A. Iradiasi Surya dan Temperatur Udara di Dalam Greenhouse ... 37
B. Temperatur Nutrisi di Tangki Nutrisi dan Bedeng Tanaman ... 39
D. Model Simulasi Pendugaan Temperatur di Tangki dan Bedeng Tanaman Berdasarkan Persamaan Keseimbangan Termal dan
Pindah Panas ... 44
E. Validasi Model Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi ... 49
F. Simulasi ... 53
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 57
A. Kesimpulan ... 57
B. Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 60
DAFTAR SIMBOL
Simbol Makna, satuan
a kemiringan atau gradien garis regresi Ab luas permukaan bedeng terbasahkan, m2 As luas penampang medium, m2
As luas permukaan medium yang dilalui kalor, m2 At luas permukaan tangki terbasahkan, m2
b intersep atau perpotongan garis regresi dengan sumbu tegak Cp kalor jenis air, J/kg oC
D diameter tangki, m
gradien temperatur pada ketebalan medium x, oK/m
E energi, Joule
Ein energi yang masuk ke dalam sistem, Joule Eout energi yang meninggalkan sistem, Joule
g percepatan gravitasi, m/s2
GrL bilangan Grashoff terhadap panjang L
h koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m2oC
hair koefisien konveksi air larutan nutrisi di dalam bedeng, W/m2oC
hlarnut koefisien konveksi larutan nutrisi-dinding tangki, W/m2oK
hud-bawah koefisien konveksi udara-multiplex bagian bawah, W/m2oC
hud-bed koefisien konveksi udara bedeng-larutan nutrisi, W/m2oC
hud-mpx koefisien konveksi udara-dinding multiplex, W/m2oC
hud-sty koefisien konveksi udara-styrofoam, W/m2oC
hugh koefisien konveksi udara greenhouse-dinding, W/m2oK
k konduktivitas termal bahan, W/m oK
kdinding koefisien konduktivitas termal dinding plastik tangki, W/m oC
kmpx konduktivitas termal multiplex, W/m oC
ksty koefisien konduktivitas termal styrofoam selimut tangki, W/m oC
ktutang koefisien konduktivitas termal styrofoam tutup tangki, W/m oC L tinggi dinding, m
SIMU BEDEN TANAM
ULASI TEM NG PADA D MAN TOMA
D FA
MPERATU DESAIN B AT (Lycope FILM DENA EPARTEM AKULTAS INSTITU UR LARUT BEDENG H ersicon escu M TECHNIQ Oleh KUSUMA F141040 2009 MEN TEKN TEKNOL UT PERTA TAN NUTR HIDROPON ulentum Mi
QUE (NFT
: A WAHDAN 031 9 NIK PERT OGI PERT ANIAN BOG
RISI DI TA NIK PADA
ill.) SECAR T) NI TANIAN TANIAN GOR ANGKI DAN A BUDIDAY RA NUTRIE
N YA
SIMULASI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI DI TANGKI DAN BEDENG PADA DESAIN BEDENG HIDROPONIK PADA BUDIDAYA TANAMAN TOMAT (Lycopersicon esculentum Mill.) SECARA NUTRIENT
FILM TECHNIQUE (NFT)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
DENA KUSUMA WAHDANI F14104031
2009
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
SIMULASI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI DI TANGKI DAN BEDENG PADA DESAIN BEDENG HIDROPONIK PADA BUDIDAYA TANAMAN TOMAT (Lycopersicon esculentum Mill.) SECARA NUTRIENT
FILM TECHNIQUE (NFT)
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
DENA KUSUMA WAHDANI F14104031
Dilahirkan pada tanggal 25 Desember 1986 di Lampung Utara
Tangggal lulus : ...
Menyetujui, Bogor, Maret 2009 Dosen Pembimbing Akademik
Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si. NIP. 132 240 430
Mengetahui,
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Dena Kusuma Wahdani. F14104031. Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi di Tangki dan Bedeng pada Desain Bedeng Hidroponik dalam Budidaya Tanaman Tomat (Lycopersicon esculentum Mill.) Secara Nutrient Film Technique (NFT). Dibawah bimbingan Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si.
RINGKASAN
Penerapan teknologi dalam proses budidaya adalah salah satu cara manusia untuk meningkatkan produktivitas hasil tanaman. Seiring dengan berjalannya waktu, teknologi budidaya secara hidroponik terus mengalami modifikasi. Modifikasi dilakukan agar lingkungan memberikan tempat yang optimum bagi pertumbuhan tanaman. Faktor-faktor lingkungan yang memengaruhi pertumbuhan tanaman seperti temperatur, ketersediaan CO2, kelembaban udara, konsentrasi dan keasaman larutan nutrisi, cahaya dan kecepatan angin dapat direkayasa untuk menghasilkan tanaman atau buah berkualitas baik.
Banyak cara mengatasi kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan bagi tanaman budidaya, seperti tingginya temperatur di dalam greenhouse yang dapat dilakukan pengendalian lingkungan dengan cara misting, ventilasi dan pendinginan. Pengendalian dengan pendinginan seluruh lingkungan sekitar tanaman jarang dilakukan karena memerlukan biaya dan energi yang tidak sedikit. Daerah tanaman yang sering mendapat perlakuan pendinginan adalah daerah perakaran, yang mana pada teknik hidroponik secara Nutrient Film Technique
(NFT) pendinginan daerah terbatas lingkungan perakaran dilakukan dengan mendinginkan nutrisi yang terdapat pada tangki menggunakan unit pendingin.
Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan model matematik simulasi pendugaan temperatur larutan nutrisi di tangki dan bedeng hidroponik sistem NFT berdasarkan keseimbangan termal dan pindah panas. Menggunakan model tersebut untuk melakukan simulasi pendugaan temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman NFT pada kondisi panjang bedeng, kapasitas unit pendingin dan interval pengoperasian unit pendingin yang berbeda.
Penelitian dilakukan di dalam greenhouse tipe standard span Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, IPB, Leuwikopo pada bulan Maret sampai dengan Oktober 2008. Alat-alat yang digunakan meliputi bedeng tanaman NFT, penyangga bedeng, tangki larutan nutrisi, saluran pipa, pompa air, unit pendingin, Chino Recorder dan perangkat komputer. Bahan yang digunakan antara lain benih tomat varietas recento, pupuk nutrisi Joro A & B Mix, air,
polybag, arang sekam, plastik polyethilene, styrofoam dan busa.
Bedeng yang digunakan untuk penelitian berjumlah 3 buah. Masing-masing bedeng mendapat perlakuan berbeda pada pendinginan nutrisi di tangki. Perlakuan pertama adalah perlakuan tanpa pendinginan nutrisi, perlakuan kedua adalah pendinginan nutrisi siang-malam dan ketiga adalah perlakuan pendinginan nutrisi malam hari (pukul 18.00 WIB sampai 06.00 WIB).
setiap 30 menit selama 24 jam terhadap parameter-parameter lingkungan (kecuali laju aliran massa nutrisi dan kecepatan udara) meliputi iradiasi surya, temperatur udara greenhouse, temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman. Tahap ketiga adalah pengembangan model matematik keseimbangan termal dan pindah panas di tangki dan bedeng tanaman. Tahap keempat melakukan validasi terhadap model yang diperoleh menggunakan data pengukuran. Tahap terakhir adalah simulasi temperatur nutrisi di tangki dan bedeng terhadap kondisi panjang bedeng, kapasitas unit pendingin dan interval pengoperasian unit pendingin yang berbeda.
Terdapat tiga macam model matematik yang berbeda dari analisis keseimbangan termal dan pindah panas setelah diselesaikan dengan metode numerik beda hingga Euler (finite difference methode) untuk simulasi. Pertama adalah pada tangki yang tidak dilengkapi unit pendingin
T T m C m C T∆t m C T U A T T
Kedua, di tangki yang dilengkapi unit pendingin sedikit berbeda, dikarenakan adanya kalor yang diserap oleh unit pendingin. Secara matematis ditulis sebagai
T T m C m C T∆t m C T U A T T
Sedangkan model matematik yang ketiga pada bedeng tanaman adalah sama untuk masing-masing perlakuan. Secara matematis ditulis
T T ∆t
m C m C T m C T U A T T
Agar dapat disimpulkan bahwa analisis yang dilakukan sudah tepat dan model yang didapat akurat dalam menyimulasikan temperatur nutrisi di bedeng dan tangki maka dilakukan validasi temperatur hasil simulasi terhadap temperatur pengukuran. Validasi model menggunakan analisis regresi linier, hasil yang diperoleh adalah nilai a dari 0.77 hingga 0.84, nilai b dari 1.16 hingga 4.46 dan koefisien determinasi 66.1% hingga 80.0%. Model dinilai cukup akurat dalam menyimulasikan temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman sehingga dapat digunakan untuk simulasi pada kondisi lain yang berbeda dari saat pengukuran.
Simulasi skenario 1, pendugaan temperatur nutrisi panjang bedeng 20 m perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam memberikan kisaran temperatur nutrisi di bedeng yang dapat diterima tanaman (19.3 oC hingga 31.9 oC) dibanding panjang bedeng yang sama dengan perlakuan lainnya ataupun panjang bedeng 50 m. Pemanjangan bedeng tanaman akan menaikkan temperatur nutrisi di tangki dan bedeng tanaman. Sedangkan kisaran temperatur nutrisi optimum pada skenario 2 (panjang bedeng 10 m) terjadi antara lain pada penggunaan kapasitas pendingin 0.192 kW dengan perlakuan pendinginan nutrisi malam hari yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 18.1 oC hingga 33.3 oC dan penggunaan kapasitas pendingin 0.118 kW dengan perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 19.7 oC hingga 30.7 o
Utara. Pa SLTP Ne tingkat SL diterima d melalui ja Selam Eksekutif 2005-2006 Pertanian Pada Usaha Bu berjudul “ dan Pengo Lampung
Sebag Pertanian, Larutan N Budidaya
Technique
ada periode egri I Abun LTA diikuti
di Departem lur USMI (U ma mengiku Mahasiswa 6 sebagai (HIMATET tahun 2007 ungamayan “Mempelaja olahan Lim Utara”. gai salah penulis m Nutrisi di T
Tanaman T
e (NFT)”.
R Penul dilahirkan Desember bersaudar Ibu Muna sejak tahu e tahun 199 ng Selatan. i di SMA A
men Tekni Undangan S uti perkulia a Fakultas T
staff PSDM
TA) pada pe 7 penulis m ng, Lampun
ari Aspek K mbah di PG
satu syarat menyelesaik Tangki dan
Tomat (Lyco
RIWAYAT
lis bernam n di Semuli r 1986. Pen ra dari pasa
atun Wahy un 1992 d 98-2001 pe Selepas it Al-Kautsar B
ik Pertanian Seleksi Mas ahan di IP Teknologi P M dan him eriode jabat melaksanaka ng Utara Keteknikan G Bungama
t untuk m kan skripsi Bedeng p opersicon e HIDUP ma lengkap ijaya, Lamp nulis merupa angan Bapa yu Indrani.
i SD Nege enulis mela tu pada tah Bandar Lam n, Fakultas suk IPB). PB penulis Pertanian (B mpunan pr tan 2006-20 n praktek l dengan La Pertanian p ayang, PT memperoleh dengan ju ada Desain esculentum Dena Ku pung Utara akan anak p ak Komaru
Pendidikan eri I Semul
anjutkan pe hun 2001-2 mpung. Tah s Teknolog
aktif di o BEM-F) pad rofesi Depa 007 sebagai apangan di aporan Pra pada Proses Perkebunan gelar Sar udul “Simu n Bedeng H
Mill.) Seca
usuma Wah pada tangg pertama dar udin Akrom
n formal d lijaya, Lam endidikanny 2004 pendi hun 2004 pe
i Pertanian
organisasi B da periode t artemen T
staff Huma
PTPN VII aktek Lapa s Budidaya n Nusantara rjana Tekn ulasi Tempe Hidroponik
ara Nutrient
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipersembahkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan petunjuk yang diberikan kepada penulis sehingga terselesaikannya studi dan penelitian yang berjudul “Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi di Tangki dan Bedeng pada Desain Bedeng Hidroponik pada Budidaya Tanaman Tomat
(Lycopersicon esculentum Mill.) Secara Nurient Film Technique (NFT)” dengan
baik.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si dan selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama pelaksanaan kegiatan penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini.
2. Proyek hibah bersaing MONEV atas bantuan dana dan Yudi Chadirin, S.TP, M.Agr selaku ketua proyek sekaligus dosen pembimbing penulis sebelumnya. 3. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si dan Dr. Ir. Rokhani Hasbullah, M.Si sebagai
dosen penguji yang telah memberi saran dan kritik kepada penulis.
4. Ibunda Munatun W. Indrani, Ayahanda Komarudin Akrom dan adik-adikku Aji dan Afik untuk semua dukungan dan doa yang terus menerus.
5. Pak Ahmad, Pak Parma dan Pak Abas serta seluruh civitas Departemen Teknik Pertanian beserta TEP angkatan 41’ khususnya LBP.
6. Teman-teman sesama penelitian, Eni, Elvi dan Sigit Susilo, semua yang telah kita lalui tidak akan pernah terlupakan.
7. Yuliana dan Nurhamdani yang selalu memberi bantuan dan semangat.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini yang masih harus disempurnakan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan untuk perbaikan. Semoga karya tulis ini dapat memberikan manfaat baik bagi penulis maupun pembaca sekalian.
Bogor, Maret 2009
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR SIMBOL ... iv
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... x
I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4
A. Cahaya dan Temperatur ... 4
B. Greenhouse ... 6
C. Hidroponik Secara Nutrient Film Technique (NFT) ... 6
D. Rekayasa Lingkungan Mikro dengan Zone Cooling ... 7
E. Tanaman Tomat ... 8
F. Teknik Simulasi ... 10
G. Keseimbangan Termal dan Pindah Panas ... 12
III. METODOLOGI ... 14
A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 14
B. Alat dan Bahan ... 14
C. Parameter yang Diukur ... 18
D. Perlakuan ... 19
E. Prosedur Penelitian ... 20
F. Asumsi-Asumsi yang Digunakan ... 34
G. Simulasi ... 35
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37
A. Iradiasi Surya dan Temperatur Udara di Dalam Greenhouse ... 37
B. Temperatur Nutrisi di Tangki Nutrisi dan Bedeng Tanaman ... 39
D. Model Simulasi Pendugaan Temperatur di Tangki dan Bedeng Tanaman Berdasarkan Persamaan Keseimbangan Termal dan
Pindah Panas ... 44
E. Validasi Model Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi ... 49
F. Simulasi ... 53
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 57
A. Kesimpulan ... 57
B. Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 60
DAFTAR SIMBOL
Simbol Makna, satuan
a kemiringan atau gradien garis regresi Ab luas permukaan bedeng terbasahkan, m2 As luas penampang medium, m2
As luas permukaan medium yang dilalui kalor, m2 At luas permukaan tangki terbasahkan, m2
b intersep atau perpotongan garis regresi dengan sumbu tegak Cp kalor jenis air, J/kg oC
D diameter tangki, m
gradien temperatur pada ketebalan medium x, oK/m
E energi, Joule
Ein energi yang masuk ke dalam sistem, Joule Eout energi yang meninggalkan sistem, Joule
g percepatan gravitasi, m/s2
GrL bilangan Grashoff terhadap panjang L
h koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m2oC
hair koefisien konveksi air larutan nutrisi di dalam bedeng, W/m2oC
hlarnut koefisien konveksi larutan nutrisi-dinding tangki, W/m2oK
hud-bawah koefisien konveksi udara-multiplex bagian bawah, W/m2oC
hud-bed koefisien konveksi udara bedeng-larutan nutrisi, W/m2oC
hud-mpx koefisien konveksi udara-dinding multiplex, W/m2oC
hud-sty koefisien konveksi udara-styrofoam, W/m2oC
hugh koefisien konveksi udara greenhouse-dinding, W/m2oK
k konduktivitas termal bahan, W/m oK
kdinding koefisien konduktivitas termal dinding plastik tangki, W/m oC
kmpx konduktivitas termal multiplex, W/m oC
ksty koefisien konduktivitas termal styrofoam selimut tangki, W/m oC
ktutang koefisien konduktivitas termal styrofoam tutup tangki, W/m oC L tinggi dinding, m
Lc panjang karakteristik medium, m m massa air larutan nutrisi, kg
m laju aliran massa, kg/detik Nu bilangan Nusselt p perimeter medium, m Pr bilangan Prandtl
Q kalor yang diserap pendingin, Watt laju pindah panas konduksi, Watt laju pindah panas konveksi, Watt
laju pindah panas radiasi, Watt Ra bilangan Rayleigh
RaL bilangan Rayleigh terhadap panjang L
ReL bilangan Reynold terhadap panjang L
Tb temperatur larutan nutrisi di bedeng, oC
Tb(i+1) temperatur larutan nutrisi prediksi di bedeng, oC
Tf temperatur fluida lapisan batas, oC
Tg temperatur udara di dalam greenhouse, oC Ts temperatur permukaan medium, oC Tt temperatur larutan nutrisi di tangki, oC
Tt(i+1) temperatur larutan nutrisi prediksi di tangki, oC T∞ temperatur fluida berjarak x dari permukaan, oC
U overall heat transfer, W/m2oC
Ub overall heat transfer bedeng, W/m2oC
Ut overall heat transfer tangki, W/m2oC
v viskositas kinematika fluida, m2/s
β koefisien pengembangan volume, 1/oK
∆t selang waktu, detik
∆xdinding tebal dinding plastik tangki, m
Δxmpx ketebalan multiplex, m
∆xsty tebal selimut styrofoam selimut tangki, m
∆xtutang tebal styrofoam tutup tangki, m
ρ densitas fluida, kg/m3
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Komposisi berat garam-garaman murni larutan nutrisi ... 7 Tabel 2. Kriteria menghitung nilai Nu ... 29 Tabel 3. Temperatur nutrisi simulasi di tangki dan bedeng
perlakuan 1, 2 dan 3 pada kondisi panjang bedeng 20 m ... 53 Tabel 4. Temperatur nutrisi simulasi di tangki dan bedeng
perlakuan 1, 2 dan 3 pada kondisi panjang bedeng 50 m ... 54 Tabel 5. Temperatur nutrisi simulasi di tangki dan bedeng
perlakuan 2 dan 3 pada kondisi kapasitas pendingin Q/2 ... 54 Tabel 6. Temperatur nutrisi simulasi di tangki dan bedeng
perlakuan 2 dan 3 pada kondisi kapasitas pendingin 2Q ... 54 Tabel 7. Temperatur nutrisi simulasi di tangki dan bedeng
perlakuan 2 dan 3 pada kondisi selang waktu 30 menit ... 55 Tabel 8. Temperatur nutrisi simulasi di tangki dan bedeng
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Bedeng tanaman tanpa unit pendingin ... 15 Gambar 2. Bedeng tanaman yang dilengkapi unit pendingin ... 15 Gambar 3. Unit pendingin ... 17 Gambar 4. Skema titik pengukuran temperatur bedeng tampak atas ... 21 Gambar 5. Skema titik pengukuran temperatur bedeng tampak samping ... 22 Gambar 6. Skema proses keseimbangan termal di tangki larutan nutrisi .... 23 Gambar 7. Skema keseimbangan termal pada bedeng tanaman ... 25 Gambar 8. Ilustrasi pindah panas dinding tangki larutan nutrisi ... 28 Gambar 9. Grafik perubahan iradiasi surya dan temperatur udara di dalam
greenhouse terhadap waktu pada tanggal 28 September
2008 ... 37 Gambar 10. Grafik perubahan iradiasi surya dan temperatur udara di dalam
greenhouse terhadap waktu pada tanggal 19 Oktober
2008 ... 38 Gambar 11. Perubahan temperatur nutrisi di tangki nutrisi pada perlakuan
tanpa pendinginan nutrisi, pendinginan nutrisi siang-malam dan pendinginan nutrisi malam hari tanggal 27 hingga 28 September 2008 ... 39 Gambar 12. Perubahan temperatur nutrisi di bedeng tanaman pada perlakuan
tanpa pendinginan nutrisi, pendinginan nutrisi siang-malam dan pendinginan nutrisi malam hari tanggal 27 hingga 28 September 2008 ... 40 Gambar 13. Perubahan temperatur nutrisi di tangki nutrisi pada perlakuan
tanpa pendinginan nutrisi, pendinginan nutrisi siang-malam dan pendinginan nutrisi malam hari tanggal 18 hingga 19 Oktober 2008 ... 41 Gambar 14. Perubahan temperatur nutrisi di bedeng tanaman pada perlakuan
tanpa pendinginan, pendinginan nutrisi siang-malam dan pendinginan nutrisi malam hari tanggal 18 hingga 19 Oktober 2008 ... 41 Gambar 15. Pertumbuhan tanamam tomat ... 43 Gambar 16. Grafik temperatur nutrisi di tangki perlakuan tanpa pendinginan
Gambar 17. Grafik temperatur nutrisi di bedeng perlakuan tanpa pendinginan nutrisi hasil pengukuran dan simulasi ... 45 Gambar 18. Grafik temperatur nutrisi di tangki perlakuan pendinginan
nutrisisiang-malam hasil pengukuran dan simulasi ... 46 Gambar 19. Grafik temperatur nutrisi di bedeng perlakuan pendinginan nutrisi
siang-malam hasil pengukuran dan simulasi... 46 Gambar 20. Grafik temperatur nutrisi di tangki perlakuan pendinginan nutrisi
malam hari hasil pengukuran dan simulasi ... 47 Gambar 21. Grafik temperatur nutrisi di bedeng perlakuan pendinginan nutrisi
malam hari hasil pengukuran dan simulasi ... 48 Gambar 22. Diagram pencar dan garis regresi temperatur tangki simulasi
dan temperatur pengukuran pada perlakuan tanpa pendinginan nutrisi ... 49 Gambar 23. Diagram pencar dan garis regresi temperatur bedeng simulasi
dan temperatur pengukuran pada perlakuan tanpa pendinginan nutrisi ... 50 Gambar 24. Diagram pencar dan garis regresi temperatur tangki simulasi
dan temperatur pengukuran pada perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam ... 50
Gambar 25. Diagram pencar dan garis regresi temperatur bedeng simulasi
dan temperatur pengukuran pada perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam ... 51
Gambar 26. Diagram pencar dan garis regresi temperatur tangki simulasi
dan temperatur pengukuran pada perlakuan pendinginan nutrisi malam hari ... 51 Gambar 27. Diagram pencar dan garis regresi temperatur bedeng simulasi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perubahan iradiasi surya, temperatur di dalam dan di luar
greenhouse dan temperatur larutan nutrisi di tangki dan
bedeng terhadap waktu pada fase pembungaan ... 62 Lampiran 2. Perubahan iradiasi surya, temperatur di dalam dan di luar
greenhouse dan temperatur larutan nutrisi di tangki dan
bedeng terhadap waktu pada fase pembuahan ... 64 Lampiran 3. Tabel hasil simulasi temperatur nutrisi di tangki dan bedeng
pada fase pembungaan ... 66 Lampiran 4. Tabel hasil simulasi temperatur nutrisi di tangki dan bedeng
pada fase pembuahan ... 68 Lampiran 5. Data kecepatan angin ... 70 Lampiran 6. Grafik temperatur nutrisi simulasi skenario 1 ... 71 Lampiran 7. Grafik temperatur nutrisi simulasi skenario 2 ... 74 Lampiran 8. Grafik temperatur nutrisi simulasi skenario 3 ... 76
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Permintaan pasar terhadap komoditas tomat semakin meningkat dari tahun ke tahun. Tetapi hingga pada saat ini produktivitas buah tomat di Indonesia masih tergolong rendah bila dibandingkan dengan negara-negara lain. Hal ini disebabkan masih banyak kendala yang dihadapi oleh petani-petani tanaman tomat di Indonesia, antara lain masalah bibit, teknik budidaya, penanganan pascapanen hingga pemasaran. Bukan hanya itu saja, semakin sempitnya lahan pertanian yang mengalami perubahan tata guna lahan juga menjadi alasan mengapa Indonesia belum mampu bersaing dengan negara-negara lain penghasil tomat di dunia seperti India dan Thailand.
Ada 2 usaha di bidang pertanian sebagai usaha manusia untuk meningkatkan produktifitas komoditas pertanian, yaitu ekstensifikasi dan intensifikasi. Pembudidayaan tanaman dengan menerapkan metode hidroponik dapat digolongkan kedalam usaha intensifikasi. Metode hidroponik umumnya dilakukan di dalam greenhouse (rumah kaca), sehingga sistem produksi tanaman aspek-aspek kualitas seperti mutu dan kuantitas produk serta waktu panen menjadi lebih terencana.
Hidroponik memiliki beberapa metode, seperti rakit apung, nutrient film
technique (NFT), ebb and flow technique (EFT), deep flow technique (DFT),
static aerated technique (SAT), aerated flow technique AFT), drip irrigation
technique (DIT), root mist technique (RMT) dan fog feed technique (FFT).
Beberapa metode budidaya hidroponik telah mengalami modifikasi. Salah satunya adalah Nutrient Film Technique (NFT). Prinsip dasar NFT adalah memberikan aliran tipis air yang mengandung unsur-unsur hara bagi tanaman pada daerah perakaran, dimana akar tanaman yang berada pada aliran tipis tersebut dapat menyerap nutrisi yang berupa unsur makro dan mikro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman.
Di negara-negara tropis khususnya di Indonesia, penggunaan greenhouse
kelembaban yang tinggi. Penyakit akan mudah berkembang dalam kondisi seperti ini. Untuk menciptakan lingkungan yang sesuai dengan pertumbuhan dan perkembangan tanaman maka perlu adanya usaha rekayasa lingkungan iklim mikro. Tujuannya adalah agar tanaman dapat tumbuh dengan baik meskipun lingkungan di sekitarnya berbeda dari lingkungan asal tanaman tersebut.
Rekayasa termal merupakan salah satu diantara teknik memodifikasi lingkungan mikro pada faktor temperatur lingkungan tanaman, selain faktor cahaya, kelembaban udara, kadar CO2 dan ketersediaan nutrisi yang memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Rekayasa semacam ini diharapkan tanaman tomat yang kemampuan berbuahnya sangat bergantung pada interaksi antara pertumbuhan tanaman dan kondisi lingkungannya dapat menghasilkan buah yang memiliki kualitas baik.
Ada beberapa teknik rekayasa termal, salah satu diantaranya adalah pendinginan daerah tertentu dari tanaman (zone cooling). Area tertentu dari tanaman yang mendapat perlakuan zone cooling umumnya adalah daerah perakaran, karena daerah perakaran merupakan daerah yang kritis bagi tanaman dimana pada organ akar ini tanaman menyerap unsur hara dan air untuk pertumbuhan. Zone cooling yang diterapkan pada daerah perakaran pada budidaya hidroponik metode NFT dilakukan dengan cara mendinginkan larutan nutrisi yang dialirkan ke tanaman.
Perubahan temperatur larutan nutrisi pada metode budidaya NFT dapat dipelajari dengan membuat suatu simulasi berdasarkan model keseimbangan termal. Selanjutnya model tersebut diuji atau divalidasi keabsahannya menggunakan data hasil percobaan di lapangan. Apabila dengan uji statistik model tersebut memiliki kesalahan yang dapat diterima maka model pun dapat digunakan untuk menyimulasikan pendugaan temperatur larutan nutrisi. Penerapan teknik simulasi berguna untuk memrediksi perubahan temperatur pada berbagai kondisi tanpa melakukan percobaan nyata di lapangan. Artinya waktu dan biaya dapat dihemat untuk keperluan perancangan atau revitalisasi sistem hidroponik NFT.
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi yang tepat tentang model karakteristik temperatur larutan nutrisi pada bedeng tanaman dan tangki nutrisi hidroponik sistem NFT.
B. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengembangkan model matematik untuk melakukan pendugaan temperatur larutan nutrisi di tangki dan bedeng hidroponik sistem NFT berdasarkan keseimbangan termal dan pindah panas.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Cahaya dan Temperatur
Cahaya matahari digunakan oleh tumbuhan sebagai sumber energi pada proses fotosintesis. Saat tercapainya iradiasi puncak pada tengah hari, fiksasi CO2 pada tanaman mencapai maksimum begitu pula dengan laju fotositesis. Cahaya yang berasal dari matahari atau sumber lainnya akan diserap oleh pigmen-pigmen yang terdapat pada klorofil daun dan mengubah energi cahaya menjadi energi kimia. Proses itu melibatkan reaksi kompleks yang disebut dengan fotosintesis. Pada siang hari tumbuhan menerima radiasi surya, energi dari radiasi ini semakin lama akan semakin terakumulasi dan menyebabkan temperatur tumbuhan tersebut meningkat. Jika dibiarkan terus akan mengganggu proses metabolisme tumbuhan. Mekanisme tumbuhan untuk menjaga stabilitas temperatur, khususnya pada daun tempat reaksi fotosintesis berlangsung adalah dengan proses transpirasi, emisi radiasi gelombang panjang dan konveksi panas (Levitt di dalam Fitter dan Hay, 1972).
Pengaruh dari temperatur lingkungan yang tinggi terhadap tanaman khususnya organ daun adalah menutupnya stomata. Lakitan (2007), menambahkan bahwa tumbuhan memiliki temperatur yang relatif stabil walaupun menerima atau kehilangan energi terhadap lingkungannya. Sifat ini dikarenakan tumbuhan mengandung banyak air di dalam sel-sel tubuhnya. Harjadi (1984), juga mengungkapkan bahwa temperatur yang terlalu rendah atau terlalu tinggi dapat mematikan tanaman sebagai akibat dari koagulasi protein. Terhentinya pertumbuhan pada temperatur tinggi merupakan suatu gambaran dari keseimbangan metabolik yang terganggu.
meningkatkan laju fotosintesis sampai terjadinya denaturasi enzim hingga terhentinya reaksi biokimia dan kerusakan pada fotosistem serta berpengaruh sedikit terhadap difusi CO2 ke dalam daun. Karena meningkatnya perbandingan O2 terhadap CO2 meningkat yang disebabkan kenaikan temperatur, maka laju respirasi juga meningkat (Lakitan, 2007).
Berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh Cooper (1982), temperatur optimal tanaman tomat yang dibudidayakan secara NFT adalah berkisar antara 25 oC hingga 30 oC. Pertumbuhan daerah perakaran tidak terjadi pada temperatur 10 oC dan 30 oC. Pertumbuhan tanaman sangat dipengaruhi oleh temperatur. Diagnosis efek temperatur terhadap tanaman sulit dilakukan karena gejalanya mirip dengan defisiensi hara atau serangan penyakit pada tomat. Temperatur memengaruhi kecepatan pertumbuhan dan fase perkembangan tanaman, morfologi dan dimensi bagian tanaman yang dihasilkan. Pengaruh utama temperatur yang tinggi adalah gangguan metabolisme sel yang disebabkan denaturasi protein dan enzim, produksi zat-zat beracun atau kerusakan membran (Levitt di dalam Fitter dan Hay, 1972)
Temperatur juga dapat memengaruhi percabangan akar (Cooper, 1973) dan dimensi serta bentuk daun, misalnya pada tanaman selada (Bensink di dalam Fitter dan Hay, 1971). Untung (2003), menambahkan juga pengaruh lainnya yaitu blossom end root pada pembentukan buah dan menyebabkan buah tidak tahan jika disimpan terlalu lama.
B. Greenhouse
Nelson (1981), mendefinisikan greenhouse sebagai sebuah struktur yang ditutupi oleh bahan transparan yang dapat meneruskan cahaya yang berasal dari sinar matahari untuk pertumbuhan tanaman. Sehingga memungkinkannya tanaman terhindar dari faktor-faktor gangguan luar yang kurang menguntungkan seperti intensitas sinar matahari yang tinggi, terpaan air hujan secara langsung dan serangan hama maupun penyakit tanaman.
Budidaya tomat dengan sistem hidroponik substrat secara intensif membutuhkan kondisi lingkungan yang stabil guna mendukung pertumbuhan tanaman. Karena itu budidaya dengan hidroponik substrat harusnya dilakukan di dalam greenhouse. Greenhouse yang diharapkan setidaknya memiliki sirkulasi udara yang baik, dapat mengurangi intensitas sinar matahari yang terlalu tinggi, dapat mengurangi kecepatan angin dari lingkungan luar dan steril (AgroMedia, 2007).
C. Hidroponik Secara Nutrient Film Technique (NFT)
Hidroponik berasal dari kata hidro yang berarti air dan ponus yang berarti daya. Oleh karena itu kata hidroponik dapat didefinisikan sebagai “memberdayakan air”. Air dimanfaatkan sebagai dasar pembangun tubuh tanaman dan berperan dalam proses fisiologi tanaman (Sutiyoso, 2004).
Cooper (1982), mendefinisikan Nutrient Film Technique (NFT) sebagai metode budidaya dimana akar tanaman berada di lapisan air dangkal tersirkulasi yang mengandung nutrisi sesuai dengan kebutuhan tanaman. Sutiyoso (2004), menambahkan bahwa kata “film” pada NFT menunjukkan aliran air tipis yang mengalir di dalam talang saluran larutan nutrisi.
Beberapa keuntungan yang diperoleh dari budidaya hidroponik sistem NFT seperti yang dikutip dari Chadirin (2007), antara lain:
1. Teknik NFT dapat mempersingkat masa tanam karena tanaman dapat tumbuh lebih cepat dari tanaman yang dibudidayakan secara konvensional di tanah, sehingga dapat menambah musim tanam per tahunnya.
2. Pemberian nutrisi lebih mudah dikontrol secara tepat sesuai kebutuhan tanaman.
3. Terhindar dari kekeringan karena nutrisi dan air disirkulasikan secara teratur pada daerah perakaran tanaman.
4. Pengendalian temperatur lebih mudah dilakukan dengan cara mengontrol temperatur larutan nutrisi pada tingkat yang optimum bagi daerah perakaran tanaman.
[image:33.595.133.520.410.636.2]Komposisi berat garam-garaman murni untuk dilarutkan dalam 1000 liter air tertera pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi berat garam-garaman murni larutan nutrisi
Bahan Formula Berat (g)
Potassium dihydrogen phosphate KH2PO4 263
Potassium nitrate KNO3 583
Calcium nitrate Ca(NO3)2.4H2O 1003
Magnesium sulphate MgSO4.7H2O 513
Fe-EDTA [(CH2.N(CH2.COO)2]2FeNa 79
Manganous sulphate MnSO4.H2O 6.1
Boric acid H3BO3 1.7
Copper sulphate CuSO4.5H2O 0.39
Ammonium molybdate (NH4)6Mo7O24.4H2O 0.37
Zinc sulphate ZnSO4.7H2O 0.44
Sumber: Cooper di dalam Chadirin, 2007
D. Rekayasa Lingkungan Mikro dengan Zone Cooling
daerah perakaran yang lebih baik daripada sistem budidaya konvensional. Pada budidaya konvensional dimana tanaman hanya dibudidayakan menggunakan tanah, pengendalian faktor temperatur sangat terbatas dan dilakukan hanya dengan memberikan irigasi di daerah perakaran. Berbeda pada budidaya sistem NFT, karena pada NFT temperatur larutan nutrisinya dapat diatur, salah satu caranya adalah dengan pemasangan unit pendingin pada tangki larutan nutrisi. Mesin pendingin adalah mesin yang berfungsi untuk mendinginkan atau mempertahankan temperatur suatu bahan di bawah temperatur lingkungannya (Atjeng dan Jhon, 1992). Prinsip dasar pendinginan adalah menurunkan temperatur bahan hingga mencapai titik temperatur yang diinginkan. Salah satu tipe mesin pendingin yang tersedia secara komersial adalah tipe kompresi uap (Tambunan, 2001).
Tingginya temperatur di dalam greenhouse menyebabkan kenaikan temperatur batang tanaman dan daun. Tetapi oleh tanaman kenaikan temperatur yang berarti juga penambahan kalor pada massa tanaman dikurangi proporsinya dengan mekanisme konveksi alamiah terhadap udara di sekeliling tanaman dan mekanisme transpirasi. Mekanisme transpirasi memiliki fungsi dalam pengurangan kalor dengan cara menguapkan air yang diserap dari akar. Energi kalor ini digunakan untuk menguapkan massa air pada tubuh tanaman sehingga temperaturnya dapat dipertahankan stabil.
E. Tanaman Tomat
Menurut ilmu botani, tomat diklasifikasikan kedalam golongan sebagai berikut (Wiryanta, 2002):
Kingdom : Plantae (Tumbuh-tumbuhan) Divisi : Spermatophyta (tumbuhan berbiji) Subdivisi : Angiospermae (berbiji tertutup) Kelas : Dicotylodenae (biji berkeping satu) Ordo : Tubiflorae
Famili : Solanaceae
Genus : Lycoperiscum
Spesies : Lycopersicum esculentum Mill./Syn; Licopersicon
Tanaman tomat mempunyai akar tunggang, tumbuh baik secara horizontal maupun vertikal. Daerah perakarannya dapat mencapai 1.5 m sedangkan ujung akarnya dapat mencapai kedalaman 0.5 m pada kondisi lingkungan yang optimum. Batang tanaman tomat berbentuk silinder, diameter batang dapat mencapai 4 cm dan ditutupi oleh bulu-bulu halus. Batang tanaman tomat lunak, sedikit berkayu sehingga mudah patah serta mempunyai banyak cabang. Daun tanaman tomat termasuk daun majemuk dan bercelah menyirip. Daun-daun tersebut letaknya tersusun di setiap sisi, daunnya berjumlah ganjil yaitu 5-7 helai dan antara pasangan-pasangan daun terdapat daun kecil yang disebut foliol. Bunga tanaman tomat berjenis kelamin dua, jumlah kelopaknya 5 buah berwarna hijau dan 5 buah mahkota bunganya berwarna kuning. Buah tomat sangat bervariasi bentuk, ukuran, warna, kekerasan, rasa dan kandungan bahan padatnya (Jaya, 1997).
Tanggap tanaman tomat terhadap unsur hara akan berkurang apabila temperatur udara dan substrat tidak sesuai dengan temperatur normal yang diinginkan oleh tanaman. Temperatur yang rendah di sekitar tanaman di bawah 13 oC akan menghambat penyerapan unsur hara. Temperatur yang optimal untuk tanaman tomat pada siang hari sekitar 20 oC hingga 30 oC dan pada malam hari sekitar 15 oC hingga 20 oC. Temperatur yang terlalu tinggi akan menyebabkan banyak bunga yang rontok. Sedangkan di daerah perakaran tanaman, temperatur yang optimal sekitar 20 oC hingga 25 oC (Hidayat, 1997).
Contoh pengaruh temperatur terhadap tanaman adalah pada temperatur rendah tanaman tomat memroduksi dompolan bunga yang besar, tetapi begitu temperatur meningkat ukuran dompolan mengecil. Demikian juga dengan daun, ketika temperatur tinggi bentuk daun menjadi lebih panjang, sempit dan lebih tebal. Kondisi buah tomat yang tumbuh pada temperatur 29 oC memiliki kulit lebih lunak 30% daripada tomat yang tumbuh di daerah bertemperatur siang hari rata-rata 18 oC (Untung, 2003).
mengurangi respirasi tanaman sehingga energi dari fotosintesis dapat digunakan untuk pertumbuhan tajuk dan pembentukan buah. Cooper (1982), mengungkapkan bahwa menaikkan temperatur di daerah perakaran pada siang hari melebihi temperatur pada malam hari, tetapi masih dalam kisaran temperatur optimum, akan memberikan efek pertumbuhan tanaman yang lebih baik daripada temperatur yang lebih berdekatan antara siang dan malam hari. Lain halnya dengan siang hari, semakin tinggi temperatur maka laju fotosintesis akan semakin tinggi karena enzim-enzim yang diperlukan lebih aktif bekerja ketika temperatur meningkat. Tetapi temperatur yang terlalu tinggi dapat merusak sel protoplasma. Maka dari itu sebaiknya temperatur lingkungan tempat tumbuh tanaman dijaga agar tetap berada pada kondisi yang sesuai bagi tanaman. Salah satu usaha untuk memperlebar beda temperatur antara siang dan malam hari adalah dengan pendinginan larutan nutrisi pada malam hari.
F. Teknik Simulasi
Banyak permasalahan di dunia nyata yang tidak mudah untuk diselesaikan dengan model matematika biasa karena terlalu kompleksnya kasus tersebut maupun rumitnya interaksi masalah dari suatu sistem, sedangkan penggunaan teknik analisa yang ada sangat terbatas. Dalam hal ini simulasi sering dijadikan salah satu jalan keluar dalam mencari pemecahannya karena simulasi merupakan suatu alat yang fleksibel dari model kuantitatif.
Simulasi yang dilakukan menggunakan suatu model simulasi yang meniru perilaku suatu fenomena atau suatu gambaran sebenarnya dari dunia nyata tanpa harus melakukan serangkaian percobaan yang sesungguhnya. Dengan begitu prediksi tingkah laku berdasarkan hasil dari input serangkaian parameter dan ukuran yang diinginkan dapat dimungkinkan, kemudian pengambilan keputusan dari pemecahan masalah tersebut dapat dilakukan dengan cepat (Muslich, 1993).
melakukan suatu simulasi harus melalui beberapa tahapan, yaitu formulasi masalah, menentukan apakah simulasi layak dilakukan, menyusun model, memvalidasi model, menerapkan model simulasi dan menganalisa hasil simulasi. Penyusunan model simulasi dapat dimulai dengan mengidentifikasi komponen-komponen pokok sistem ke dalam formulasi metematik atau program komputer. Fokus utama pembuatan model simulasi ada pada karakteristik utama sistem. Bagian apa yang boleh ditinggalkan dan tidak boleh ditinggalkan dalam pembuatan suatu model. Disinilah dipilih bagian yang penting-penting saja, namun belum ada aturan tentang hal ini selain identifikasi variabel yang sangat dibutuhkan atau tidak.
Tahap berikutnya adalah validasi model yang dilakukan untuk meyakinkan apakah model yang telah dibuat mencerminkan sistem yang sebenarnya atau tidak. Cara yang dilakukan adalah membandingkan hasil simulasi dengan nilai pengukuran atau hasil perhitungan yang diinginkan.
Model simulasi dapat digunakan jika setelah dicoba dengan cara memberikan nilai pada parameter-parameternya dan setelah dianalisa memberikan output hasil sesuai dengan tujuan yang hendak dicapai. Keuntungan model simulasi ini adalah dapat menangani masalah ketidakpastian, selain itu juga dapat digunakan berkali-kali dengan menggunakan parameter yang berbeda-beda untuk memberikan pengaruh pada sistem.
Selain kelebihan diatas, ternyata simulasi mempunyai keterbatasan, diantaranya adalah sifatnya yang besar dan rumit sehingga perlu tenaga dan biaya yang tidak sedikit dalam proses pembuatan dan pengembangannya. Kemudian jika model simulasi tersebut kompleks maka akan sulit dimengerti interaksi dan hubungannya, tentu saja ini berakibat akan mengurangi keefektivitasannya.
lingkungan itu seperti temperatur, ketersediaan CO2, cahaya matahari, kecepatan angin, ketersediaan unsur hara dan air.
G. Keseimbangan Termal dan Pindah Panas
Kalor atau panas merupakan salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu sistem ke sistem yang lain sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur (Çengel, 2003). Sedangkan pendinginan merupakan proses membuang atau memindahkan kalor ke sistem lain secara paksa. Dalam suatu siklus massa khususnya air larutan nutrisi yang didinginkan pada hidroponik sistem NFT terjadi suatu proses keseimbangan termal. Keseimbangan ini memenuhi hukum termodinamika pertama yang menyebutkan bahwa energi (E) tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi hanya dapat berubah bentuk dari satu ke bentuk lainnya. Keseimbangan dalam suatu sistem dapat dinyatakan bahwa net perubahan (penambahan atau pengurangan) energi keseluruhan pada suatu sistem selama menjalani proses
(∆Esistem) adalah setara dengan perbedaan total energi yang masuk (Ein) dan
total energi yang meninggalkan sistem tersebut (Eout). Ditulis secara
matematis sebagai :
Ein – Eout = ∆Esistem ... (1)
Kalor dapat berpindah melalui 3 cara, konduksi, koveksi dan radiasi. Semua cara perpindahan kalor tersebut disebabkan oleh adanya perbedaan temperatur dan ketiganya berlangsung dari temperatur tinggi menuju temperatur rendah. Proses perpindahan kalor memenuhi hukum-hukum sebagai berikut :
1. Konduksi
Laju pindah panas konduksi sebanding dengan luas permukaan suatu medium dikalikan dengan perbedaan temperatur dan berbanding terbalik dengan tebal medium. Dinyatakan dalam persamaan matematis hukum Fourier sebagai berikut :
•
dimana :
k = konduktivitas termal bahan, W/m K
A = luas penampang panas mengalir secara tegak lurus secara konveksi, m2
dT/dx = gradien temperatur pada ketebalan medium x, K/m
2. Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi diikuti oleh perpindahan partikel suatu massa (dalam bentuk fluida). Pengaruh konveksi secara menyeluruh dinyatakan oleh hukum Newton tentang pendinginan.
•
Qconv = h As (Ts - T∞) ……… (3)
dimana :
h = koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m2oC
As = luas permukaan yang dilalui kalor, m2
Ts = temperatur permukaan, oC
T∞ = temperatur fluida yang jaraknya cukup jauh dari permukaan medium, oC
3. Radiasi
Radiasi merupakan energi yang dipancarkan oleh suatu benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik (foton) sebagai akibat dari perubahan konfigurasi elektron dari atom atau molekulnya (Çengel, 2003).
Laju perpindahan kalor dengan cara radiasi dinyatakan sebagai:
•
Qemit = σAs Ts4 ………. (4)
dimana :
σ = konstanta Stefan-Boltzman (5.67 × 10-8 W/m2oK4)
III. METODOLOGI
Pelaksaanaan penelitian dimulai pada bulan Maret sampai dengan bulan Oktober 2008. Penelitian ini dilakukan di greenhouse Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Leuwikopo, Dramaga-Bogor.
B. Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah benih tomat varietas
recento F1, pupuk nutrisi Joro A & B MIX, air, polybag, arang sekam, plastik
polyethilene hitam, styrofoam dan busa sebagai bahan isolator, benang, dan
lain-lain.
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian adalah : 1. Greenhouse (Rumah Kaca)
Greenhouse yang digunakan berukuran 6 m × 12 m yang dibangun
membujur ke arah utara-selatan dengan bahan konstruksi besi. Atap
greenhouse menggunakan bahan plastik PVC transparan ketebalan 0.02
mm dan dindingnya ditutupi kawat kasa dengan lubang 1 mm2. Lantai
greenhouse dilapisi mortar dengan pondasi setempat sedalam 50 cm.
2. Bedeng Tanaman
Gambar 1. Bedeng tanaman tanpa unit pendingin
Gambar 2. Bedeng tanaman yang dilengkapi unit pendingin
Keterangan Gambar 1 dan Gambar 2: No. 1 = tanaman tomat
No. 2 = rak penyangga bedeng No. 3 = dudukan beton
[image:41.595.221.471.324.529.2]Bedengan diselimuti dengan lembar plastik polyethilene berwarna hitam setebal 0.4 mm kecuali pada sisi bawah bedeng. Penutupan ini bertujuan untuk menciptakan lingkungan yang gelap pada daerah perakaran.
3. Penyangga Bedeng
Penyangga bedeng dirangkai dari pipa galvanis berdiameter 1’ dan ¾’. Tinggi penyangga dan panjang besi penyangga adalah 90 cm, lebar penyangga didesain untuk menempatkan 2 bedeng secara sejajar. Pipa tiang penyangga dan pipa penahan bedeng disatukan dengan kelem agar dapat diatur ketinggiannya.
4. Tangki Larutan Nutrisi
Tangki digunakan untuk menampung larutan nutrisi yang siap pakai dan siap disirkulasikan. Tangki larutan nutrisi terbuat dari bahan plastik. Ada tiga buah tangki larutan nutrisi dua buah diantaranya dilapisi
styrofoam pada bagian atas, bawah dan samping untuk mengurangi aliran
kalor antara tangki dan lingkungan. 5. Saluran Pipa Larutan Nutrisi
Pipa larutan nutrisi berfungsi untuk menyirkulasikan larutan nutrisi dari tangki larutan ke bedeng tanaman. Pipa yang digunakan adalah pipa PVC ¾’ sepanjang 10 m. Ada dua saluran pipa larutan nutrisi diinsulasi dengan menggunakan busa dan selotip untuk mengurangi kehilangan energi dari tangki ke lingkungan.
6. Pompa Air
Pompa air berfungsi untuk menyirkulasikan larutan nutrisi dari tangki ke bedeng tanaman. Ada tiga unit pompa air yang digunakan dengan daya masing-masing masing pompa 125 Watt, setiap unit pompa mengairi satu bedeng tanaman.
7. Unit Pendingin
se la p 8. C
c
(C
d te 9. P
m
P termo ukur,
epanjang h arutan nutri pada Gamba
Chino Recor
Alat pe
hino record
Copper Co
dengan men ermometer a Perangkat K
Unit k menjalankan
Peralatan pe ometer alko
multimeter
hari kemudi si pada mal ar 3.
rder
engukur da
der merek
nstantan).
nggunakan alkohol. Komputer
omputer di n model sim
endukung y hol, pyrano
r, stopwatch
ian yang k lam hari saj
an pencatat Yokogawa Sebanyak 1
chino rec
[image:43.595.208.455.353.537.2]igunakan u mulasi.
Gambar 3.
yang diguna
ometer, ane
h dan timer.
kedua digun ja. Gambar
t temperatu yang dilen 12 titik pen
corder dan
untuk mem
Unit pendin
akan adalah mometer, K
nakan untuk unit pendin
ur yang di ngkapi term ngukuran te selebihny mbantu men ngin h beberapa KWH-meter k mending ngin dapat d
igunakan a mokopel tip emperatur d a menggun
ngolah data
C. Parameter yang Diukur
Parameter yang diukur selama penelitian ini meliputi : 1. Iradiasi Surya
Iadiasi surya yang diukur merupakan iradiasi surya global, titik pengukuran berada di luar bangunan greenhouse. Alat yang digunakan untuk mengukur adalah pyranometer yang dihubungkan dengan multimeter untuk membaca arus keluaran (dalam satuan mV). Arus keluaran pyranometer dikonversi menjadi satuan W/m2 dengan pengali faktor konversi 1000/7 W/m2.
2. Temperatur
Temperatur yang diukur adalah temperatur udara di dalam
greenhouse, temperatur larutan nutrisi pada tangki nutrisi, temperatur
nutrisi di bedeng tanaman dan temperatur udara di dalam bedeng. Pengukuran data dilakukan pada saat yang bersamaan.
3. Laju Aliran Massa Larutan Nutrisi
Laju aliran massa larutan nutrisi diukur untuk mengetahui besarnya kalor yang diserap dan dibawa larutan nutrisi di sepanjang pipa dan bedeng tanaman. Pengukuran dilakukan secara volumetrik, dihitung berapa perubahan volume per satuan waktu dengan menggunakan
stopwatch dan gelas ukur volume 1 liter. Data yang diperoleh kemudian
dikonversi menjadi satuan liter per detik (l/det). 4. Kecepatan Udara
D. Perlakuan
Ada 3 rangkaian bedeng hidroponik sistem NFT yang digunakan dalam penelitian. Masing-masing bedeng tempat tumbuh tanaman tomat dirangkai dengan tangki nutrisi, saluran pipa dan unit pendingin bergantung dari perlakuan akan mendapat perlakuan berbeda pada faktor temperatur. Perlakuan yang diterapkan antara lain :
1. Perlakuan Tanpa Pendinginan Nutrisi (Kontrol)
Bedeng tanaman pertama mendapat perlakuan penempatan tangki nutrisi di dalam tanah. Permukaan bagian atas tangki sejajar dengan permukaan lantai greenhouse dengan tujuan mengurangi kalor yang disimpan oleh larutan nutrisi selama berada di dalam tangki. Perlakuan ini bertujuan untuk melihat pola perubahan temperatur nutrisi secara alamiah tanpa adanya rekayasa perlakuan pendinginan.
2. Perlakuan Pendinginan Nutrisi Siang-Malam, pada Bedeng II
Bedeng tanaman kedua mendapat perlakuan pendinginan larutan nutrisi pada tangki seharian penuh selama 24 jam. Unit pendingin dinyalakan terus menerus untuk menyerap kalor pada larutan nutrisi siang dan malam hari. Perlakuan ini dimaksudkan untuk mengurangi panas berlebihan akibat efek rumah kaca yang memengaruhi besarnya temperatur nutrisi menjadi terlalu tinggi, terutama pada siang hari. Jadi, temperatur daerah perakaran akan lebih rendah daripada lingkungan sekitar di dalam
greenhouse baik diwaktu siang dan malam. Namun perbedaan atau selisih
antara temperatur siang dan malam tetap sama dengan lingkungan di dalam greenhouse.
3. Perlakuan Pendinginan Nutrisi Malam Hari
hari lebih besar. Semakin besar perbedaan kedua temperatur tersebut tetapi masih dalam kisaran temperatur optimum, tanaman tomat akan tumbuh dengan optimal dan dapat menghasilkan buah berkualitas prima.
E. Prosedur Penelitian
Kegiatan penelitian terdiri dari beberapa tahapan, antara lain tahap persiapan penelitian, pengamatan dan pengukuran, kemudian dilanjutkan dengan tahap validasi dan simulasi.
1. Persiapan penelitian
Persiapan penelitian meliputi kegiatan sterilisasi greenhouse dari kotoran serta hama dan penyakit tanaman, pembuatan bedeng tanaman dan sarana penunjang lain seperti sistem saluran sirkulasi nutrisi, persiapan peralatan dan penyediaan bahan (benih, pupuk, dll). Persiapan sebelum kegiatan pindah tanam meliputi penyemaian benih tomat, pindah tanam ke polybag dan perawatan tanaman hingga siap pindah tanam ke bedeng tanaman NFT setelah usia tanaman 30 hari setelah tanam.
2. Pengamatan dan pengukuran
Pengamatan dilakukan seminggu setelah bibit dipindahkan ke bedeng tanaman. Pengukuran data dilakukan secara bersamaan pada selang waktu 30 menit sekali selama 24 jam pada setiap fase pertumbuhan tanaman.
Pengukuran distribusi temperatur nutrisi di bedeng tanaman dilakukan pada nutrisi yang mengalir sepanjang masing bedeng. Pengukuran temperatur nutrisi di bedeng tanaman dilakukan pada 4 titik pengukuran yaitu pada inlet bedeng, outlet bedeng (berjarak 10 m dari
inlet), dan titik tengah antara inlet dan outlet (0.5 dan 5 m dari inlet
bedeng). Titik pengukuran pada inlet pipa dianggap sama dengan titik pengukuran larutan nutrisi dalam tangki dan titik pengukuran pada inlet
Pencatatan data temperatur dilakukan dengan menggunakan chino
recorder yang dihubungkan pada titik pengukuran dengan menggunakan
[image:47.595.170.454.207.654.2]termokopel dan termometer alkohol. Skema titik-titik pengukuran temperatur larutan nutrisi dan lingkungan sekitarnya ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Gambar 5. Skema titik pengukuran temperatur bedeng tampak samping
Keterangan Gambar 4 dan Gambar 5:
No. 1 = titik pengukuran temperatur udara di dalam greenhouse
No. 2 = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi inlet bedeng
No. 3 = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi pada jarak x = 0.5 m No. 4 = titik pengukuran temperatur udara di dalam bedeng tanaman No. 5 = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi pada jarak x = 5 m No. 6 = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi pada jarak x = 10 m No. 7 = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi di tangki nutrisi No. 8 = titik pengukuran temperatur udara di luar greenhouse
3. Pengembangan Model Matematik Keseimbangan Termal dan Pindah Panas
awal hasil percobaan dimasukkan ke dalam model matematik, kemudian disimulasikan hingga suatu waktu tertentu sepanjang data percobaan. Data-data hasil perhitungan atau simulasi perlu divalidasi dengan menggunakan data pembanding dari percobaan apakah menyimpang jauh atau tidak.
a. Keseimbangan termal pada tangki larutan nutrisi
[image:49.595.179.511.267.495.2]Skema proses keseimbangan termal pada tangki diilustrasikan pada Gambar 7 di bawah ini.
Gambar 6. Skema proses keseimbangan termal di tangki larutan nutrisi
Ada dua proses yang menyebabkan kalor meninggalkan tangki nutrisi, pertama adalah kalor terbawa oleh aliran air yang dipompa dari tangki menuju inlet bedeng, besarnya sebanding dengan laju aliran massa air yang dinyatakan sebagai m C T . Kedua, kalor diserap oleh unit pendingin (pada perlakuan pendinginan siang-malam dan perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam hari). Khusus pada perlakuan tanpa pendinginan kalor diserap oleh tanah, karena tanah bersifat menyimpan kalor dan temperaturnya lebih rendah daripada temperatur tangki perlakuan tanpa pendinginan yang diletakkan di atas permukaan lantai greenhouse. Besarnya kalor yang diserap unit pendingin adalah sebesar Q.
Dari analisis di atas maka dapat disusun persamaan model simulasi kesetimbangan termal tangki larutan nutrisi sebagai berikut:
m C m C T m C T U A T T …...…(5)
Untuk tujuan kemudahan dalam menjalankan simulasi maka persamaan-persamaan simulasi perlu diselesaikan dengan metode numerik beda hingga Euler (finite difference methode). Persamaan di atas dapat diselesaikan sebagai berikut :
m C ∆ m C T m C T U A T T …(6)
Kemudian kedua ruas dikalikan suku ∆
C menjadi :
T T ∆ C m C T m C T U A T T .(7)
Untuk menyisakan suku T pada ruas kiri maka kedua ruas ditambahkan T , menghasilkan:
dimana:
m = massa air, kg
Tb = temperatur larutan nutrisi di bedeng, oC Tt = temperatur larutan nutrisi di tangki, oC
Tt(i+1) = temperatur larutan nutrisi di tangki pendugaan, oC Tg = temperatur greenhouse, oC
At = luas permukaan tangki terbasahkan, m2
m = laju aliran massa air, kg/det
Cp = kalor jenis air, (besarnya 4.178 kJ/kg oC) Ut = overall heat transfer tangki, W/m2oC
Q = kalor yang diserap oleh pendingin, W
Persamaan (8) inilah yang digunakan sebagai model persamaan matematis simulasi temperatur larutan nutrisi di tangki yang menggunakan pendingin, antara lain tangki pada pendinginan nutrisi siang-malam dan pendinginan nutrisi malam hari. Sedangkan tangki pada perlakuan tanpa pendinginan nilai Q tidak dihitung karena tidak menggunakan unit pendingin. Persamaan model matematis untuk tangki perlakuan tanpa pendinginan dinyatakan secara matematis pada persamaan (9) berikut.
T T ∆ C m C T m C T U A T T ...(9)
b. Keseimbangan termal pada bedeng tanaman
[image:51.595.159.509.636.732.2]Skema proses keseimbangan termal pada bedeng tanaman diilustrasikan pada Gambar 7 di bawah ini.
Setelah meninggalkan tangki, larutan nutrisi dipompakan ke bedeng tanaman. Bedeng mendapat penambahan kalor dari nutrisi yang masuk ke dalam bedeng yang besarnya sebanding dengan banyaknya massa nutrisi yang masuk melalui inlet bedeng per satuan waktu. Secara matematis besarnya kalor yang dibawa larutan nutrisi dari tangki menuju inlet bedeng dinyatakan sebagai m C T . Kalor yang masuk dari lingkungan luar bedeng juga memiliki kontribusi dalam penambahan jumlah kalor pada bedeng melalui peristiwa konveksi dan konduksi. Karena dilapisi plastik berwarna hitam maka panas lebih mudah terserap ke dalam bedeng. Nilai penambahan kalor dari lingkungan sebesar U A T T .
Selain penambahan kalor, terjadi proses pengeluaran kalor dari sistem pada bedeng. Air yang mengalir dari inlet bedeng menuju
outlet bedeng menyerap kalor di sepanjang perjalanannya. Kalor
yang terserap itu kemudian dipindahkan ke dalam tangki bersama dengan aliran massa nutrisi yang besarnya m C T .
Berdasarkan analisis di atas maka dapat disusun persamaan model simulasi keseimbangan termal pada bedeng sebagai berikut :
m C m C T m C T U A T T ……...…….(10)
Dengan menggunakan metode numerik beda hingga Euler seperti yang diterapkan pada persamaan sebelumnya (pada tangki nutrisi), maka persamaan (10) diselesaikan menjadi:
T T ∆ C m C T m C T U A T T ..(11)
dimana :
Tb(i+1) = temperatur larutan nutrisi di bedeng pendugaan, oC
Ub = overall heat transfer bedeng, W/m2oC
