FILM F FAKULTAS

Transkripsi

1 SIMULASI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI DI TANGKI DAN BEDENG PADA DESAIN BEDENG HIDROPON NIK PADAA BUDIDAYA TANAMAN TOMAT (Lycopersicon esculentum Mill.) SECARA NUTRIENT FILM TECHNIQUE (NFT) Oleh : DENA KUSUMA WAHDANI F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2 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 F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

3 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 F 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 Mengetahui, Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen Teknik Pertanian

4 Dena Kusuma Wahdani. F 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 CO 2, 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 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 WIB sampai WIB). Tahapan penelitian meliputi tahap persiapan yang terdiri dari beberapa kegiatan seperti sterilisasi greenhouse, pembuatan bedeng tanaman dan infrastrukur pendukung NFT, pembenihan dan perawatan bibit. Tahap kedua adalah pengamatan dan pengukuran selama dua hari yang berbeda, hari mewakili fase pembungaan dan hari mewakili fase pembuahan. Pengukuran dilakukan

5 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 t m C m C 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 t m C m C 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 o C hingga 31.9 o C) 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 kw dengan perlakuan pendinginan nutrisi malam hari yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 18.1 o C hingga 33.3 o C dan penggunaan kapasitas pendingin kw dengan perlakuan pendinginan nutrisi siang-malam yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 19.7 o C hingga 30.7 o C. Kenaikan kapasitas unit pendingin akan menurunkan temperatur minimum nutrisi. Skenario ketiga mencapai kondisi temperatur nutrisi yang masih dapat diterima tanaman pada interval waktu operasional pendingin 60 menit dengan perlakuan pendinginan nutrisi malam hari yang menghasilkan temperatur nutrisi di bedeng 20.5 o C hingga 33.4 o C dibanding interval waktu 30 menit dengan ketiga perlakuan.

6 RIWAYAT HIDUP Penulis bernama lengkap Dena Kusuma Wahdani, dilahirkan di Semulijaya, Lampung Utara pada tanggal 25 Desember Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Komarudin Akrom dan Ibu Munatun Wahyu Indrani. Pendidikann formal diikuti sejak tahun 1992 di SD Negeri I Semulijaya, Lampung Utara. Pada periodee tahun penulis melanjutkan pendidikannya ke SLTP Negri I Abung Selatan. Selepas itu pada tahun pendidikan tingkat SLTA diikutii di SMA Al-Kautsar Bandar Lampung. Tahun 2004 penulis diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertaniann IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama mengikuti perkuliahan di IPB penulis aktif di organisasi Badan Eksekutif Mahasiswaa Fakultas Teknologi Pertanian (BEM-F) pada periode tahun sebagai staff PSDM dan himpunan profesi Departemen Teknik Pertanian (HIMATETA) pada periode jabatan sebagai staff Humas. Pada tahun 2007 penulis melaksanakan praktek lapangan di PTPN VIII Unit Usaha Bungamayang, Lampung Utara dengan Laporan Praktek Lapangan berjudul Mempelajari Aspek Keteknikan Pertanian pada Prosess Budidaya Tebu dan Pengolahan Limbah di PG Bungamayang, PT Perkebunann Nusantaraa VII Lampung Utara. Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis menyelesaikan skripsi dengan judul Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi di Tangki dan Bedeng pada Desain Bedeng Hidroponik pada Budidaya Tanaman Tomat (Lycopersicon esculentum Mill.) Secara Nutrient Film Techniquee (NFT).

7 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 Dena Kusuma Wahdani

8 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR SIMBOL... DAFTAR TABEL... i ii iv 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 G. Keseimbangan Termal dan Pindah Panas III. METODOLOGI A. Waktu dan Tempat Penelitian B. Alat dan Bahan C. Parameter yang Diukur D. Perlakuan E. Prosedur Penelitian F. Asumsi-Asumsi yang Digunakan G. Simulasi IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Iradiasi Surya dan Temperatur Udara di Dalam Greenhouse B. Temperatur Nutrisi di Tangki Nutrisi dan Bedeng Tanaman C. Pertumbuhan Tanaman Tomat... 42

9 D. Model Simulasi Pendugaan Temperatur di Tangki dan Bedeng Tanaman Berdasarkan Persamaan Keseimbangan Termal dan Pindah Panas E. Validasi Model Simulasi Temperatur Larutan Nutrisi F. Simulasi V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 62

10 DAFTAR SIMBOL Simbol Makna, satuan a kemiringan atau gradien garis regresi A b luas permukaan bedeng terbasahkan, m 2 A s luas penampang medium, m 2 A s luas permukaan medium yang dilalui kalor, m 2 A t luas permukaan tangki terbasahkan, m 2 b intersep atau perpotongan garis regresi dengan sumbu tegak C p D E E in E out kalor jenis air, J/kg o C diameter tangki, m gradien temperatur pada ketebalan medium x, o K/m energi, Joule energi yang masuk ke dalam sistem, Joule energi yang meninggalkan sistem, Joule g percepatan gravitasi, m/s 2 Gr L bilangan Grashoff terhadap panjang L h koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m 2 o C h air h larnut h ud-bawah h ud-bed h ud-mpx h ud-sty h ugh k k dinding k mpx k sty k tutang L L koefisien konveksi air larutan nutrisi di dalam bedeng, W/m 2 o C koefisien konveksi larutan nutrisi-dinding tangki, W/m 2 o K koefisien konveksi udara-multiplex bagian bawah, W/m 2 o C koefisien konveksi udara bedeng-larutan nutrisi, W/m 2 o C koefisien konveksi udara-dinding multiplex, W/m 2 o C koefisien konveksi udara-styrofoam, W/m 2 o C koefisien konveksi udara greenhouse-dinding, W/m 2 o K konduktivitas termal bahan, W/m o K koefisien konduktivitas termal dinding plastik tangki, W/m o C konduktivitas termal multiplex, W/m o C koefisien konduktivitas termal styrofoam selimut tangki, W/m o C koefisien konduktivitas termal styrofoam tutup tangki, W/m o C tinggi dinding, m panjang medium yang dilalui angin, m