25
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A.
RADIASI MATAHARI DAN SUHU UDARA DI DALAM RUMAH
TANAMAN
Radiasi matahari mempunyai nilai fluktuatif setiap waktu, tetapi akan meningkat dan mencapai nilai maksimumnya pada siang hari. Radiasi matahari di luar rumah tanaman lebih tinggi nilainya dibandingkan dengan yang masuk ke dalam rumah tanaman. Hal ini karena penggunaan bahan penutup rumah tanaman yang mampu menyerap, memantulkan, serta meneruskan radiasi matahari yang masuk. Setiap bahan penutup rumah tanaman mempunyai daya serap yang berbeda terhadap gelombang radiasi maupun gelombang lainnya yang akan masuk. Radiasi matahari tertinggi di luar rumah tanaman yang tercatat adalah 1062 W/m2 yang terjadi pada pukul 11:00, sedangkan radiasi matahari tertinggi yang masuk ke dalam rumah tanaman terjadi pada pukul 12:40 dan 13:10 tercatat 933 W/m2. Saat radiasi matahari tinggi di lingkungan dalam rumah tanaman, radiasi matahari di lingkungan luar rumah tanaman pun cukup tinggi, yaitu sebesar 1009 W/m2 pada pukul 12:40 dan 1012 W/m2 pada pukul 13:10. Saat radiasi di lingkungan luar rumah tanaman tinggi, radiasi matahari di lingkungan dalam rumah tanaman sebesar 397 W/m2. Grafik dibawah merupakan radiasi matahari yang terukur di lingkungan dalam dan luar rumah tanaman pada tanggal 1 Mei 2012 dalam kondisi hari cerah menggunakan alat Weather Station.
Gambar 23. Grafik perubahan radiasi matahari lingkungan rumah tanaman pada tanggal 1 Mei 2012
Suhu udara lingkungan rumah tanaman pun memiliki perbedaan antara lingkungan dalam dan lingkungan luarnya. Selisih suhu udara terbesar yang tercatat adalah 3.8oC. Pada pagi hari, suhu udara di dalam lebih rendah dibandingkan dengan suhu udara di lingkungan luar. Kemudian suhu udara di dalam rumah tanaman akan meningkat seiring makin banyaknya radiasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman. Gelombang pendek dari radiasi matahari mempunyai energi besar sehingga dapat melewati material penutup rumah tanaman. Gelombang pendek tersebut berubah menjadi gelombang panjang setelah masuk ke dalam rumah tanaman. Namun karena energinya semakin kecil,
26 gelombang panjang tersebut tidak dapat keluar sehingga memanaskan benda-benda di dalam rumah tanaman. Walaupun pada sore hari radiasi yang masuk sudah mulai kecil, namun gelombang panjang sebelumnya masih terperangkap sehingga suhu udara di dalam rumah tanaman masih tinggi. Suhu udara lingkungan luar rumah tanaman berkisar 23oC sampai 32.3oC, sedangkan suhu udara di dalam rumah tanaman 22.9oC sampai 35.5oC. Pada pukul 13:50, saat suhu udara di dalam rumah tanaman maksimum, radiasi matahari di dalam dan di luar rumah tanaman sudah mulai terjadi penurunan. Suhu maksimum tersebut disebabkan oleh gelombang panjang yang tidak dapat melewati penutup rumah tanaman sehingga menaikkan suhu udara di dalam rumah tanaman. Grafik perbedaan suhu udara di dalam dan di luar rumah tanaman dapat dilihat pada Gambar 24.
Gambar 24. Grafik perubahan suhu udara lingkungan rumah tanaman pada tanggal 1 Mei 2012
B.
SUHU LARUTAN NUTRISI DAN SUHU DI DALAM CHAMBER
Faktor lingkungan yang sangat berpengaruh terhadap perubahan suhu larutan nutrisi adalah suhu udara di dalam rumah tanaman (Gambar 24). Suhu larutan nutrisi tersebut berbanding lurus terhadap suhu lingkungan dalam rumah tanaman, namun peningkatan suhu larutan nutrisi lebih lambat dari suhu lingkungan dalam rumah tanaman. Saat suhu udara rumah tanaman mengalami kenaikan suhu akibat radiasi matahari yang masuk dan terperangkap, suhu larutan nutrisi pun mengalami kenaikan suhu. Larutan nutrisi memiliki kerapatan dan panas jenis yang lebih tinggi dibandingkan dengan udara sehingga dapat menyerap dan menyimpan panas lebih lama. Perbedaan yang terjadi antara suhu larutan nutrisi dengan suhu udara di dalam rumah tanaman yaitu sebesar 0.1oC sampai 5.2oC. Perbedaan suhu ini terjadi karena adanya faktor perbedaan fasa zat. Udara berupa gas sehingga jika terjadi perubahan pada lingkungan luar rumah tanaman, gas akan lebih cepat berubah dibandingkan dengan zat cair. Suhu larutan nutrisi di dalam bak penampung sekitar 18.5oC hingga 34.9oC. Grafik perubahan larutan nutrisi pada bak penampung dapat dilihat pada Gambar 25. Kemudian suhu larutan nutrisi akan berpengaruh terhadap pertumbuhan akar di dalam chamber aeroponik. Suhu chamber ini tidak boleh berada di kisaran yang tinggi maupun rendah karena akan mempengaruhi daya serap akar tanaman. Jika kondisi suhu di dalam chamber ekstrem, pertumbuhan dan perkembangan tanaman akan terganggu dan bisa sampai tanaman mati. Suhu larutan nutrisi yang menyemprot ke dalam chamber aeroponik mempengaruhi suhu di dalam chamber sampai 1.8oC.
27 Gambar 25. Grafik perubahan suhu larutan nutrisi pada tanggal 1 Mei 2012
Suhu di dalam chamber dipengaruhi oleh suhu larutan nutrisi yang tersemprot keluar dari nozzle dan suhu lingkungan di luar chamber yang terserap oleh bahan pelapis chamber dalam bentuk panas. Perubahan suhu udara di dalam chamber berbanding lurus dengan suhu larutan nutrisi (Gambar 25). Suhu udara di dalam rumah tanaman, pada Gambar 24, juga mempengaruhi suhu permukaan dinding luar chamber sehingga suhu dinding luar akan lebih panas. Panas tersebut akan terserap oleh bahan pelapis chamber aeroponik sehingga akan berpengaruh terhadap suhu udara di dalam chamber. Suhu di dalam chamber yang tercatat adalah sekitar 21.32oC sampai 35.62oC. Suhu maksimum di dalam chamber lebih tinggi dibandingkan dengan suhu maksimum larutan nutrisi dan suhu lingkungan di luar chamber karena chamber dalam keadaan tertutup rapat dan hanya ada satu lubang pengeluaran larutan nutrisi. Oleh karena itu, pergerakan suhu berjalan lambat dan panas akan terakumulasi di dalam chamber sehingga membuat suhu di dalam chamber meningkat. Grafik perubahan suhu udara pada chamber dapat dilihat pada Gambar 26.
28 RH di dalam chamber aeroponik yang tercatat pada pengukuran adalah antara 94.56% hingga 100%. Kelembaban chamber tersebut bernilai tinggi karena ruangan tumbuh akar tanaman ini disemprot larutan nutrisi selama kurang lebih 18 menit dan hanya berhenti menyemprot sekitar dua menit. Chamber akan terbasahkan oleh larutan nutrisi di seluruh sisinya dan larutan nutrisi yang tidak terserap oleh akar tanaman akan mengalir keluar ke dalam lubang pengeluaran chamber secara gravitasi. Grafik perubahan RH di dalam chamber dapat dilihat pada Gambar 26.
Suhu adalah salah satu faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan akar, khususnya dalam menyerap air dan ion-ion esensial. Suhu optimum untuk akar tergantung spesies tanaman. Menurut Goldworthy dan Fisher (1984), suhu optimum untuk pertumbuhan akar umumnya lebih rendah daripada suhu optimum untuk pertumbuhan pucuk. Kisaran suhu optimum dan suhu maksimum yang agak sempit menunjukkan bahwa pertumbuhan akar tidak teradaptasi baik terhadap suhu tanah (atau larutan nutrisi) tinggi, bahkan pada tanaman tropik. Pendinginan tanaman subtropis dan tropis sampai pada kisaran suhu 0-10oC cenderung menyebabkan penurunan aktivitas proses metabolisme dengan sangat cepat (terutama respirasi) dan dapat menyebabkan kerusakan yang membahayakan dan kematian di dalam beberapa jam atau hari (Larcher et.al. 1973 dalam Fitter and Hay 1981). Perbedaan suhu yang mempengaruhi perakaran dan pertumbuhan tanaman adalah tergantung dari suhu kardinal setiap varietas tanaman. Suhu optimum perakaran pada tanaman krisan adalah 20-25oC, pada selada adalah 19-24oC, sedangkan suhu di dalam chamber saat hari cerah mencapai 35oC. Terdapat beberapa tanaman yang dapat mentoleransi suhu sampai 35oC, namun pertumbuhan fisik tanaman tidak dapat sebaik pada kondisi pertumbuhan di suhu optimalnya. Jika suhu toleransi pertumbuhan tanaman kurang dari 35oC, tanaman tersebut tidak dapat bertahan sampai massa panennya. Pengaruh pendinginan tanaman di bawah suhu optimum adalah berkurangnya kecepatan pertumbuhan dan proses metabolisme, sedangkan pengaruh suhu tinggi adalah gangguan terhadap metabolisme sel karena denaturasi protein, produksi zat-zat beracun atau kerusakan membran.
Menurut Fitter dan Hay (1981), tidak mudah untuk menetapkan secara tepat hubungan antara proses-proses pada tanaman dan suhu lingkungan karena adanya variabilitas yang ekstrem dari suhu udara dan tanah (atau larutan nutrisi). Suhu akar tergantung kepada waktu (variasi reguler sepanjang hari), bulan (variasi reguler musiman), kedalaman di bawah permukaan tanah, sifat tanah yang menentukan absorpsi dan transmisi panas (terutama RH, kerapatan massa, dan sifat permukaan tanah). Di samping itu, ditemukan bahwa perbedaan tahap perkembangan tanaman dan perbedaan proses fisiologis mempunyai suhu optimum yang berbeda. Selanjutnya perkembangan reproduksi dari spesies tertentu lebih dikendalikan oleh suhu malam hari daripada suhu siang hari, serta banyak proses (terutama perkecambahan) dipercepat oleh suhu yang berubah-ubah. Tetapi hanya sedikit proses perkembangan yang dikendalikan oleh suhu saja dan respon terhadap suhu pada banyak kasus dapat dimodifikasi oleh faktor lainnya, terutama lingkungan cahaya. Misalnya pembentukan umbi pada kentang tergantung dari peran bersama suhu, fotoperiodisme, intensitas cahaya, dan suplai nutrien.
C.
ANALISIS KESEIMBANGAN PANAS PADA CHAMBER
Proses perpindahan panas terjadi karena adanya perubahan suhu antara sistem (fluida/material) dengan lingkungan melalui penyerapan panas dan pelepasan panas. Jika suhu sistem lebih rendah daripada suhu lingkungan, proses yang terjadi adalah penyerapan panas. Sedangkan pelepasan panas terjadi jika suhu sistem lebih tinggi daripada suhu lingkungan. Panas dari udara rumah tanaman masuk ke dalam lapisan pembuat chamber yaitu multiplek sehingga membuat permukaan chamber lebih panas. Adanya isolator lain yaitu styrofoam yang juga melapisi chamber menyebabkan panas yang diserap multiplek dari udara rumah tanaman dihambat masuk ke dalam chamber. Multiplek dan
29 styrofoam merupakan bahan isolator dengan masing-masing memiliki konduktivitas termal 0.115 W/m.oC dan 0.026 W/m.oC sehingga udara dari rumah tanaman tidak seluruhnya terserap oleh chamber. Semakin besar nilai konduktivitas termal, semakin banyak panas yang dapat terserap oleh bahan, dan sebaliknya.
Gambar 27. Perpindahan panas pada chamber aeroponik
Pindah panas setiap sisi chamber berbeda-beda tergantung arah radiasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman, resistansi aliran panas (insulasi), luasan bahan material, dan perbedaan suhu di sekitar bahan. Gambar 27 menggambarkan besarnya perpindahan panas yang terjadi di setiap bagian chamber. Dari grafik diatas, diketahui bahwa umumnya pelepasan panas terjadi pada pagi hari (06:00-07:30) dan sore hari (16:00-18:00). Proses penyerapan panas dari lingkungan akan terjadi pada pukul 07:30 sampai 16:00, dimana pada waktu tersebut suhu rumah tanaman meningkat bersamaan dengan tingginya radiasi yang masuk ke dalam rumah tanaman. Kasus pada chamber bagian bawah berbeda dengan bagian lainnya. Disaat bagian sisi lain menyerap panas, sisi bawah melepaskan panas. Hal ini disebabkan karena radiasi gelombang panjang yang terserap oleh lantai akan menaikkan suhu udara dan menurunkan kerapatan udara di dasar lantai. Dengan demikian, kerapatan udara di atas lantai akan lebih tinggi dan suhu akan lebih rendah.
Tabel 4. Pindah panas total pada sistem aeroponik tanggal 1 Mei 2012
Waktu q (Watt) Keterangan
Chamber Pipa Total
13:00 23.7845 0.0001 23.7846 Maksimum 17:00 1.05166 0.00008 1.05174 Minimum
Tabel 4 merupakan laju pindah panas total pada sistem chamber dalam satu hari cerah. Pindah panas total pada tanggal 1 Mei 2012 yang paling besar adalah sisi depan (koordinat positif z atau arah Barat) dengan nilai 252.46 W/m karena tidak hanya dipengaruhi oleh udara panas rumah tanaman, tetapi dipengaruhi juga oleh panas yang keluar dari chiller (pendingin). Pindah panas yang paling kecil adalah sisi bawah (koordinat negatif y) dengan nilai 189.18 W/m karena melepaskan panas ke udara di atas lantai yang bersuhu rendah dibandingkan dengan permukaan chamber bagian bawah. Setiap sisi chamber menyerap panas dari lingkungan, namun tidak semua sisi chamber melepaskan
30 panas ke lingkungan. Bagian sisi chamber yang tidak melepaskan panas adalah sisi depan (koordinat positif z atau arah Barat) dan sisi kanan (koordinat positif x atau arah Selatan). Sisi chamber tersebut memiliki suhu lingkungan yang tinggi dibandingkan dengan suhu pada material sisi tersebut. Pada sisi depan terdapat pengaruh dari udara panas dari keluaran chiller, sedangkan sisi kanan berada dekat dengan bak penampung larutan nutrisi dan inlet pipa larutan nutrisi sehingga material sisi kanan chamber menjadi lebih dingin. Berikut tabel penyerapan dan pelepasan panas setiap sisi chamber dan pipa sistem aeroponik pada tanggal 1 Mei 2012.
Tabel 5. Proses perpindahan energi panas pada bagian chamber dan pipa
Bagian Energi Panas (kJ)
Penyerapan panas Pelepasan panas
Sisi chamber depan 227.2172 0.0000
Sisi chamber belakang 139.4415 -0.3337
Sisi chamber kanan 105.6003 0.0000
Sisi chamber kiri 124.1198 -0.1905
Sisi chamber atas 115.2098 -2.6100
Sisi chamber bawah 16.7576 -187.0199 Pipa di dalam chamber 0.0087 -0.0000047
D.
SEBARAN SUHU CHAMBER
Analisis sebaran suhu pada chamber aeroponik menggunakan metode computational fluid dynamics (CFD) merupakan langkah yang efektif karena metode ini menghasilkan analisis berupa gradasi warna serta hasil kuantitatif berupa angka-angka. Untuk memperoleh hasil yang baik, diperlukan pendefinisian yang tepat dalam penentuan input dan output model simulasi. Data input merupakan data dari lapangan atau data yang diperoleh dengan mengolah data lapangan. Berikut tabel contoh data input yang digunakan dalam simulasi menggunakan CFD.
Tabel 6. Data input simulasi CFD
Input Waktu
8:00 13:00
Suhu udara di dalam Rumah Tanaman (oC) 24.1 34.4
Suhu larutan nutrisi (oC) 21.9 30.2
Suhu permukaan chamber (oC) 27.5 37.0
Radiasi matahari di dalam Rumah Tanaman (W/m2) 91 796
Arah radiasi matahari z = -1 y = 1
Koefisien perpindahan panas (W/m2.oC) 5.67 5.55 Tebal dinding (m) multiplek = 0.01 , styrofoam = 0.02
31 (a) (b)
(c)
Gambar 28. Model simulasi chamber aeroponik dengan panjang (a) 5 m, (b) 8 m, dan (c) 12 m
Model chamber aeroponik yang digunakan dalam simulasi CFD terdiri dari empat dimensi panjang yang berbeda, yaitu pada panjang chamber 1.5 m, 5 m, 8 m, dan 12 m. Model panjang pertama merupakan panjang chamber yang digunakan selama penelitian. Geometri model dapat dilihat pada Gambar 9 dan Gambar 28. Perbedaan dimensi geometri yang disimulasikan dimaksudkan untuk melihat sebaran suhu pada setiap chamber dengan input data yang sama. Terdapat dua kondisi waktu yang berbeda saat dilakukannya simulasi, yaitu pukul 08:00 dan pukul 13:00. Hal ini karena pada pukul 08:00, parameter-parameter yang mempengaruhi lingkungan chamber, yaitu suhu udara dan radiasi matahari rumah tanaman, suhu larutan nutrisi, serta suhu chamber sudah mulai mengalami kenaikan yang disebabkan oleh peralihan dari kondisi malam hari ke kondisi pagi hari. Pada pukul 13:00 merupakan waktu dimana suhu udara dan radiasi matahari di dalam rumah tanaman mencapai maksimum. Setelah melakukan pembuatan geometri dan pemasukan data input serta pendefinisian kondisi dan penentuan hasil yang diinginkan, dilakukan proses running untuk menghitung data input hingga diperoleh kondisi konvergen.
32
(a)
(b)
Gambar 29. Sebaran suhu di dalam chamber aeroponik pukul 08:00 pada dimensi panjang chamber (a) 1.5 meter dan (b) 5 meter
27 32
U
5000 mmU
1500 mm33 (a)
(b)
Gambar 30. Sebaran suhu di dalam chamber aeroponik pukul 08:00 pada dimensi panjang chamber (a) 8 meter dan (b) 12 meter
33
U
12000 mm
U
35 Gambar 29 dan Gambar 30 menunjukkan sebaran suhu pada empat dimensi yang berbeda di
chamber aeroponik. Sebaran suhu terlihat terjadi di sekeliling bagian dalam chamber. Suhu
lingkungan rumah tanaman mempengaruhi suhu pelapis chamber. Suhu yang lebih tinggi dari lingkungan rumah tanaman menyerap ke dalam chamber melalui bahan pelapis, yaitu multiplek dan styrofoam. Kedua bahan tersebut memiliki karakteristik fisik yaitu konduktivitas termal sehingga hanya sebagian saja panas yang mampu terserap oleh bahan. Konduktivitas termal adalah kemampuan suatu bahan dalam mentransmisikan panas. Multiplek memiliki konduktivitas termal paling besar dibandingkan dengan konduktivitas termal styrofoam sehingga daya untuk menyerap panas lebih besar adalah bahan multiplek. Panas lingkungan rumah tanaman yang terserap melalui bahan pelapis ini akan menyebabkan suhu di dalam chamber menjadi lebih tinggi. Selain itu, suhu larutan nutrisi yang tersemprot keluar dari pipa lateral yang berada di dalam chamber, mempengaruhi sebaran suhu di dalam chamber. Suhu larutan nutrisi yang keluar dari nozzle akan bercampur dengan panas yang masuk melalui bahan pelapis chamber sehingga menghasilkan suhu yang lebih tinggi. Aliran panas di dalam chamber akan berputar-putar atau tidak dapat keluar-masuk secara bebas karena chamber aeroponik merupakan ruangan yang tertutup rapat sehingga suhu di dalam chamber cenderung panas mendekati suhu di dalam rumah tanaman.
Tabel 7. Suhu chamber aeroponik hasil simulasi CFD pukul 08:00 Panjang chamber (m) Suhu rata-rata chamber (oC)
1.5 24.1000
5 24.1000
8 24.0998
12 24.0988
Suhu rata-rata chamber aeroponik yang dihasilkan oleh simulasi CFD dapat dilihat pada Tabel 7. Suhu rata-rata simulasi chamber menunjukkan bahwa setelah kondisi simulasi konvergen, suhu yang dihasilkan pada simulasi mendekati suhu lingkungan dalam rumah tanaman yang diinputkan sebelumnya. Menurut Haryanto (2010), semakin besar geometri bedeng tanaman, makin sulit menciptakan keseragaman larutan nutrisi yang mengalir di dalamnya. Pada Gambar 29(a), yaitu chamber dengan panjang 1.5 meter, sebaran suhu di dalam chamber terbagi menjadi tiga bagian. Suhu yang lebih tinggi, mendekati 24.1002oC, berada di paling atas chamber, yaitu di bawah styrofoam penutup. Hal ini karena panas dari lingkungan rumah tanaman masuk ke dalam chamber hanya melalui satu lapisan, yaitu styrofoam. Faktor lainnya adalah styrofoam tersebut dibungkus dengan plastik mulsa yang berwarna gelap sehingga panas dari radiasi matahari terserap lebih banyak, karena sifat dari warna gelap yang mudah menyerap panas. Bagian tengah chamber mempunyai suhu sedikit lebih rendah dibandingkan dengan bagian atas. Hal ini dipengaruhi oleh suhu larutan nutrisi yang tersemprot keluar dari nozzle dan yang mengalir di dalam pipa lateral. Bagian dasar chamber memiliki suhu sekitar 24.0999oC karena sisa larutan nutrisi yang tidak terserap oleh akar, mengalir keluar menuju lubang pengeluaran chamber.
Pada Gambar 29(b) dengan panjang chamber 5 meter, terdapat dua lapisan suhu yang berbeda, yaitu bagian atas dengan suhu lebih tinggi sekitar 24,1003oC yang dipengaruhi oleh panas dari luar
chamber melalui bahan pelapis,yaitu multiplek dan styrofoam. Bagian dasar chamber dengan suhu
lebih rendah kisaran 24,0998oC karena didinginkan oleh larutan nutrisi yang mengalir keluar lubang pengeluaran chamber. Pada dimensi chamber 8 meter, terdapat suhu yang lebih rendah di sekitar inlet pipa lateral sampai lubang pengeluaran larutan nutrisi di bawah chamber sehingga mendinginkan
35 bagian tersebut. Chamber 12 meter, yang dapat dilihat pada Gambar 30(b), sebaran suhu yang terjadi seragam pada suhu 24.1055oC, hanya terjadi gradien suhu di sekitar lubang pengeluaran larutan nutrisi pada chamber. Pada mulut lubang pengeluaran, terlihat suhu yang rendah sekitar 24.0551oC, kemudian secara perlahan suhu akan mulai naik dan menyebar ke arah atas dan samping di dalam chamber. Suhu yang lebih rendah ini dipengaruhi oleh suhu larutan nutrisi pada bak penampung yang tepat berada di bawah mulut lubang pengeluaran.
Gambar 31 dan Gambar 32 menunjukkan sebaran suhu yang terjadi pada chamber aeroponik saat radiasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman sedang berada di nilai tertinggi, yaitu pada pukul 13:00 WIB kondisi hari cerah. Pada chamber dengan panjang 1.5 meter, faktor utama yang mempengaruhi suhu di dalam chamber adalah panas yang terserap dari radiasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman. Panas tersebut terserap dari bahan pelapis di semua sisi chamber yang kemudian membuat dinding sekeliling chamber mempunyai suhu tinggi. Semakin ke tengah chamber, suhu tersebut perlahan menjadi rendah karena didinginkan oleh suhu larutan nutrisi. Suhu terendah yang tercatat pada chamber dengan panjang 1.5 meter adalah 34.3997oC, sedangkan suhu maksimalnya adalah 34.4004oC. Chamber dengan panjang 5 meter memiliki suhu tertinggi pada bagian atas chamber. Panas berpindah dari luar chamber menuju ruangan di dalam chamber melalui bahan styrofoam yang dilapisi plastik mulsa berwarna gelap. Suhu simulasi yang tercatat pada bagian ini sebesar 34.4001oC. Suhu tinggi ini akan bergerak ke dasar chamber, kemudian bercampur dengan aliran larutan nutrisi sehingga suhu menurun secara perlahan. Suhu minimum fluida di dalam chamber sekitar 34.3999oC.
Pada Gambar 32(a), chamber dengan panjang 8 meter, terdapat dua sumber suhu yang berbeda yang mempengaruhi suhu di dalam chamber. Suhu dari lingkungan rumah tanaman akibat radiasi matahari masuk ke dalam chamber melalui styrofoam dan multiplek. Kemudian suhu dari bak penampung larutan nutrisi yang masuk melalui lubang pengeluaran chamber sehingga suhu chamber yang mulanya tinggi menjadi rendah di sekitar lubang pengeluaran. Chamber dengan panjang 12 meter memiliki persamaan dengan chamber panjang 8 meter yaitu pendinginan di sekitar lubang pengeluaran sisa larutan nutrisi. Namun, pada ujung lainnya, terdapat panas dari luar yang masuk ke dalam chamber melalui styrofoam bagian atas yang menyebabkan suhu tinggi pada sisi tersebut. Suhu tinggi pada sisi tersebut disebabkan oleh arah radiasi matahari sehingga panas akan mengalir pada daerah tersebut dan menyebar ke daerah yang memiliki suhu lebih rendah. Suhu rata-rata chamber berbagai dimensi panjang pada pukul 13:00 dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8. Suhu chamber aeroponik hasil simulasi CFD pukul 13:00 Panjang chamber (m) Suhu rata-rata chamber (oC)
1.5 34.3999
5 34.4000
8 34.3997
39 (a)
(b)
Gambar 31. Sebaran suhu di dalam chamber aeroponik pukul 13:00 pada dimensi panjang chamber (a) 1.5 meter dan (b) 5 meter
36
U
1500 mm
U
39 (a)
(b)
Gambar 32. Sebaran suhu di dalam chamber aeroponik pukul 13:00 pada dimensi panjang chamber (a) 8 meter dan (b) 12 meter
37
U
12000 mm
U
38 Haryanto (2010) menyatakan bahwa jika ada sebuah benda yang memiliki dimensi yang besar maka pindah panas yang terjadi juga semakin besar karena dimensi yang menjadi daerah kontak dengan lingkungan yang panas/dingin juga semakin besar. Pada empat dimensi panjang dan dua kondisi chamber yang disimulasikan, terdapat perbedaan suhu fluida yang dihasilkan dari setiap
chamber aeroponik tersebut. Perubahan suhu udara chamber pada pukul 08:00 dan 13:00 hanya
mencapai 0.08oC pada masing-masing waktu simulasi. Hal tersebut tidak mempengaruhi pertumbuhan fisik tanaman. Perubahan suhu dalam satu hari pengukuran pun tidak ada perbedaan pada fisik tanaman. Namun, jika perubahan suhu dalam satu hari tersebut berlangsung berhari-hari atau sampai massa panen, tanaman tersebut akan layu dan pertumbuhannya pun akan lambat sehingga hasil produk tanaman tersebut tidak sesuai dibandingkan dengan kondisi pada suhu optimalnya.
Suhu rata-rata terendah dari dua kondisi dan dibandingkan dengan tiga dimensi panjang lainnya tersebut mengarah pada chamber dengan panjang 12 meter. Namun, suhu terendah ini tidak diikuti dengan sebaran suhu yang merata di sekeliling chamber. Terdapat suhu tinggi di satu sisi dan di sisi lainnya mempunyai suhu rendah. Untuk sebaran suhu yang mendekati baik mengarah pada chamber dengan panjang 1.5-5 meter. Hal ini dapat dilihat dari sebaran suhu yang dihasilkan sepanjang chamber merata dan perpindahan panas dari luar chamber sampai ke dasar chamber yang menyebabkan perubahan suhu fluida di dalam chamber aeroponik. Penggunaan chamber yang tertutup rapat diharapkan tidak menjadi beban karena membuat suhu di sekitar akar menjadi ekstrem saat lingkungan cerah atau kondisi hari bersuhu tinggi. Pada pagi hari, suhu di dalam chamber mencapai 24.1oC sehingga suhu ini masih dalam batas toleransi bagi pertumbuhan tanaman. Namun pada siang hari, suhu di dalam chamber lebih dari 34oC sehingga perlu adanya pendinginan atau rekayasa lingkungan mikro di sekitar tanaman agar dapat tumbuh dan berkembang secara baik.
E.
VALIDASI HASIL SIMULASI SUHU CHAMBER AEROPONIK
Untuk mengetahui keakuratan model CFD yang dibuat, dilakukan validasi terhadap nilai suhu udara hasil simulasi terhadap hasil pengukuran. Terdapat dua metode yang digunakan, yaitu dengan menghitung presentase error dan dengan garis regresi. Error yang terjadi untuk suhu fluida di dalam chamber aeroponik mencapai 13.16%. Error tersebut cenderung besar, terdapat titik-titik yang lebih dari 10%, dikarenakan pendefinisian material dan kondisi batas yang kurang detail pada simulasi CFD sehingga menyebabkan kondisi simulasi kurang mendekati hasil pengukuran. Penjabaran error setiap titik dapat dilihat pada Lampiran 7.
Pengujian lain yaitu menggunakan garis regresi yang terbentuk pada hubungan linier antara suhu hasil simulasi (y) dan hasil pengukuran (x). Persamaan garis regresi ini disajikan pada Gambar 33. Intersep yang dihasilkan adalah -3.572 dan mempunyai gradien 1.184. Koefisien determinasi R2 0.943 menunjukkan besarnya keragaman suhu udara chamber hasil simulasi yang dapat diterangkan oleh suhu udara chamber hasil pengukuran. Prediksi dari simulasi ini cukup baik karena persamaan regresi memiliki intersep mendekati nol dan gradien mendekati satu.
39 Gambar 33. Grafik validasi suhu hasil simulasi terhadap hasil pengukuran
