Kajian 2: 3. ANALISIS RADIASI SURYA DI DALAM RUMAH PLASTIK

Transkripsi

1 Kajian 2: 3. ANALISIS RADIASI SURYA DI DALAM RUMAH PLASTIK Pendahuluan Rumah plastik merupakan salah satu media menjaga agar tanaman terhindar dari kondisi cuaca yang kurang menguntungkan seperti adanya salju, angin kencang dan tanaman selalu hangat pada kondisi malam hari (Seeman 1974; Takakura 1989). Pada umum nya permasalahan rumah plastik yang berada didaerah tropis, adalah suhu rumah plastik pada siang hari dapat mencapai lebih besar dari 40 o C (Conellan 2005). Suhu tersebut dapat menyebabkan tanaman menjadi layu. Salah satu cara untuk menghindari suhu ekstrim tersebut mengendalikan radiasi surya yang masuk ke dalam rumah plastik tersebut. Radiasi surya terdiri atas tiga katagori yaitu radiasi surya ultraviolet, cahaya tampak dan inframerah. Pada pertumbuhan tanaman radiasi surya PAR terletak pada daerah cahaya tampak (380 nm 680 nm) dimanfaatkan untuk proses fotosintesa yang berguna untuk pertumbuhan akar, batang, daun dan buah sebagai hasil produksi tanaman tersebut (Ksenzhek et al., 1986; Waaijenberg et al., 2005; Runkle et al., 2005). Radiasi surya ultraviolet (< 380 nm) memiliki energi kimia yang tinggi dan dapat mempengaruhi inti atom yang dilalui nya, sedangkan spektrum inframerah (> 750 nm) memiliki energi panas yang tinggi dan dapat menggetarkan molekul yang dilalui nya (Beiser, 1982). Ketiga jenis radiasi surya tersebut di transmisikan ke dalam rumah plastik, dan radiasi surya yang di transmisi ke dalam rumah plastik tersebut tergantung dari sifat optik plastik yang digunakan. Sifat optik tersebut adalah: transmisivity, reflectivity dan absorptivity. Radiasi surya inframerah terparangkap kedalam rumah plastik dan menyebabkan meningkat nya suhu di dalam rumah plastik tersebut. Peningkatan suhu di dalam rumah plastik dapat dikendalikan dengan menggunakan plastik yang diberi filter UV dan filter inframerah (Tabatabaie et al., 2005).

2 Tabatabaie et al. (2005) melakukan penelitian dengan memfilter IR pada bahan penutup rumah plastik dan berhasil meningkatkan konsentrasi kalsium dan bobot bersih buah tomat sebesar 15 %. Chunnasit et al. (2006) melakukan penelitian untuk menentukan efisiensi energi di dalam rumah plastik dengan menggunakan plastik double film dan mengatur jarak antara plastik. Hemming et al. (2003) selain mendesain sistem ventilasi juga mengembangkan plastik film setebal 0.2 mm yang terdiri atas bahan proteksi UV dan warna yang bertujuan untuk mencapai efek pendinginan di dalam rumah plastik. Sonneveld et al. (2002) mengembangkan plastik polycarbonate yang terdiri atas dua lapisan dengan bentuk permukaan berkelok-kelok setebal 50 mm. Plastik tersebut mentransmisikan radiasi surya sebesar 78.8 % dan meningkatkan energi yang disimpan sebesar 20 %. Waajenberg et al. (2002) melakukan standarisasi, pengukuran dan pengujian sifat optik material penutup rumah plastik. Sifat optik yang diamati adalah: sifat mentransmisi cahaya UV, dan IR, perbedaan co-polimer film dan kecepatan degradasi sifat fisik bahan plastik. Runkle et al. (2005) melakukan percobaan menggunakan bahan plastik yang berlapis yang terdiri atas lapisan yang memantulkan IR dan lapisan yang memantulkan PAR. Perlakuan tersebut menyebabkan perbedaan suhu udara antara di dalam dan luar rumah plastik sebesar 0.8 o C. Kleeman (2002) melakukan percobaan pada tanaman selada, dengan perlakuan memfilter cahaya merah. Hasil menunjukkan perlakuan filter cahaya merah tidak berpengaruh pada hasil produksi tanaman selada, tetapi kosentrasi kalsium lebih tinggi dan pertumbuhan tanaman berisi lebih sedikit chlorophyl dan zat kering. Spektrum radiasi surya diamati dengan dua perlakuan yaitu: 1) penutup rumah plastik menggunakan plastik PE berproteksi UV 6 %, 14 % dan tanpa proteksi UV, 2) lantai rumah plastik ditanami rumput. Pengujian spektrum radiasi surya di dalam rumah plastik dengan eksperimen di lapangan, serta pengujian model spektrum radiasi surya dengan simulasi.

3 Penelitian ini bertujuan untuk: mendapatkan dan mengkaji persamaan fungsi kurva transmisivity bahan plastik dan pola spektrum, serta suhu di dalam rumah plastik dengan kondisi yang terbaik. Waktu dan Tempat Bahan dan Metode Penelitian dilakukan pada bulan Juni 2005 Juni 2006 di Laboratorium Lapangan TEP Leuwikopo FATETA IPB Darmaga Bogor. Secara geografis tempat penelitian terletak pada 6 o LS dan 107 o BT. Pengukuran transmisivity plastik PE berproteksi UV dilakukan di Sentral Teknologi Polimer Puspitek Serpong. Pengukuran dilakukan dari pukul 8.00 hingga pukul Data Radiasi surya yang diambil yaitu : ultraviolet (220 nm nm), visible (380 nm 680 nm), dan inframerah (680 nm 1000 nm). Pegambilan data untuk plastik PE berproteksi 6 % UV pada tanggal 11 Juni, 13 Juni dan 20 Juni Pengambilan data untuk plastik PE berproteksi 14 % UV pada tanggal 22 Agustus, 28 Agustus, 29 Agustus, dan 30 Agustus Pengambilan data untuk plastik tanpa proteksi UV pada tanggal 26 Oktober dan 31 Oktober Pada tanggal 12 Juni, dan 13 Juni 2006 pengukuran dilakukan dengan menggunakan plastik PE berproteksi UV 6% dan rumah plastik ditanami rumput. Pada tanggal 19 Juni, 20 Juni, dan 27 Juni 2006 pengukuran dilakukan dengan menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 % dan rumah plastik ditanami rumput. Bahan dan Alat Bahan digunakan dalam penelitian ini terdiri atas: 1) Plastik Poly Ethylene (PE) berproteksi UV 6 % dengan Tinuvin sebagai zat anti UV produksi Ciba Swiss, 2) Plastik Poly Ethylene (PE) berproteksi UV 14 % dengan ACT sebagai zat anti UV produksi Schulman Jerman 14 %, dan 3) Plastik PE tanpa proteksi UV produksi Schulman Jerman. Ketebalan masing masing plastik PE tersebut sebesar 0.3 mm. Peralatan yang dipergunakan untuk pengujian spektrum radiasi surya yang ditransmisi kedalam rumah plastik terdiri atas: 1) integrating actino recorder, Model PH-11M-2 AT, produk SUGA, Jepang, 2) UV-VIS NIR produk Shimadzu Jepang.

4 Metode Penelitian Penelitian meliputi percobaan laboratorium, lapangan dan pemodelan radiasi surya dan suhu udara di dalam rumah plastik. Data hasil pengamatan lapangan digunakan sebagai dasar penurunan parameter, kalibrasi dan pengujian model. Percobaan Laboratorium Pengukuran sifat transmisi (σ) plastik PE berproteksi UV 0 %, 6 %, dan 14 %, dilakukan di Sentra Teknologi Polimer (STP) Puspitek Serpong. Adapun data radiasi surya yang diamati dengan panjang gelombang 200 nm hingga 1000 nm. Percobaan Lapangan Pengukuran Iklim Mikro di sekitar Rumah Plastik Parameter cuaca yang diamati di sekitar rumah plastik meliputi: intesitas radiasi surya, ultraviolet (UV), visible (VIS), inframerah (IR), suhu udara, ke- lembaban, dan kecepatan angin. Pengukuran Iklim Mikro di dalam Rumah Plastik Pengukuran iklim mikro di dalam rumah plastik menggunakan dua perlakuan yakni: a) menggunakan plastik berproteksi UV, dan b) menggunakan jenis lantai tanah dan rumput. Pengukuran iklim mikro di dalam rumah plastik meliputi:1) Radiasi surya UV, VIS, dan IR, 2) Suhu di dalam rumah plastik (T in ), dan 3) kecepatan angin (V in-wind ) di dalam rumah plastik. Pencatatan pengukuran radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik dilakukan setiap satu jam. Pemodelan Radiasi Surya di dalam Rumah Plastik Pada Gambar 3.1 terlihat radiasi surya yang datang terdiri atas intensitas radiasi surya ultraviolet (I out-uv ), intensitas radiasi surya visible (I out-vis ), dan intensitas radiasi surya inframerah (I out-ir ). Pada mulanya besar intensitas radiasi surya ultraviolet, visible, inframerah yang masuk ke dalam rumah plastik (I in-uv, I in-vis, I in-ir ) tersebut masuk dan menembus rumah plastik bergantung dari koefisien transmisivity radiasi surya ultraviolet, visible, dan inframerah (s uv, s vis, s ir ).

5 ? uv,? visible,? ir I tot τ(λ) I tot τ(λ) α f I tot τ(λ) α f I tot τ(λ) α 2 f I tot τ(λ) α 2 f α f I tot τ(λ) α 3 f Lapisan Tanah Pada zo = 20 cm zo = 20 cm Lapisan Tanah Pada z1 = 30 cm z1 = 30 cm Gambar 3.1 Penangkapan radiasi surya di dalam rumah plastik Secara matematis besarnya radiasi surya mula mula yang masuk menembus rumah plastik dapat dihitung sebagai berikut : I I I in uv in vis in ir = I = = I I out -uv out -vis out -ir σ σ τ ir uv vis (3.1) (3.2) (3.3) Radiasi surya tersebut kemudian diserap oleh lantai akan memanaskan lantai tersebut dan memancarkannya ke ruang rumah plastik dalam bentuk gelombang panjang. Radiasi gelombang panjang tersebut, tidak dapat menembus dinding rumah plastik, sehingga dipantulkan menuju lantai, dan dipantulkan kembali oleh lantai. Hal ini berlangsung secara kontinyu, secara matematis radiasi surya yang dipantulkan oleh lantai tersebut membentuk suatu deret ukur dengan rasio albedo lantai rumah plastik (a f ). Secara matematis besarnya total radiasi surya gelombang panjang yang terperangkap di dalam rumah plastik (I in-? ) dapat dihitung sebagai berikut :

6 I τ in -λ λ -ir I in λ = τ = = λ = ir2 γ = ir1 λ -ir ir 2 α (1 + α ir f f 1 I τ ( λ ) dλ ) I (1 - α f tot-out ) tot-out λ = ir2 λ = ir1 ir 2 I tot-out ir 1 - α τ ( λ ) dλ 1 α f f τ λ - ir (3.4)...(3.5) (3.6) keterangan notasi simbol matematik : I in-? : total radiasi surya gelombang panjang terperangkap di dalam rumah plastik. I tot-out : total radiasi surya gelombang panjang yang datang sebelum masuk ke dalam rumah plastik. a f s : albedo lantai rumah plastik. : koefisien transmisivity s?-ir : koefisien transmisivity rata rata panjang gelombang inframerah. d? : diferensial dari panjang gelombang ir 1 : batas bawah sepektrum inframerah i r2 : batas atas spektrum inframerah Model radiasi surya menduga radiasi surya yang ditransmisikan dan terparangkap di dalam rumah plastik. Radiasi surya yang datang menuju rumah plastik terdiri atas: radiasi surya ultraviolet, visible, dan inframerah. Radiasi surya tersebut oleh cover rumah plastik sebagian diserap oleh plastik, sebagian kecil dipantulkan kembali ke angkasa, dan sebagian besar diteruskan ke dalam rumah plastik. Radiasi surya yang diteruskan ke dalam rumah plastik pada mulanya terdiri atas spektrum ultraviolet, visible, dan inframerah, kemudian radiasi surya tersebut, sebagian diserap oleh permukaan lantai, dan dipantulkan kembali menuju cover rumah plastik, serta sebagian kecil diteruskan ke dalam tanah. Radiasi surya yang diserap oleh lantai akan memanaskan lantai tersebut dan memancarkannya ke dalam ruang rumah plastik dalam bentuk gelombang panjang. Radiasi gelombang panjang tersebut tidak dapat menembus dinding

7 rumah plastik, sehingga dipantulkan menuju lantai, dan dipantulkan kembali oleh lantai. Hal ini berlangsung terus menerus, sehingga intensitas radiasi surya total dengan pola deret ukur seperti yang dirumuskan pada persamaan 3.6. Peubah masukan dalam model tersebut adalah peubah cuaca yang terdiri atas intensitas radiasi surya ( I tot-out ), peubah sifat optik bahan plastik yakni koefisien transmisi bahan (τ), peubah bahan lantai rumah plastik yakni albedo dari lantai (α f ) tersebut. Model radiasi surya yang disusun mempunyai resolusi setiap jam. Suhu di dalam rumah plastik akibat radiasi surya gelombang panjang tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.7 sebagai berikut dan persamaan tersebut diselesaikan secara numerik : ρ C H * dt a a in / dt = hi (Tc Tin ) U (Tin Tout ) + hf ( Tss Tin) hv (T - T ) + [(1+ α )/(1-α )]I τ( λ )...(3.7) out keterangan notasi simbol matematik : in? a : massa jenis udara (kg/m 3 ) C a : panas jenis udara (kj/kg o C) H * : tinggi rumah plastik (m) dt in /dt : operator diferensial perubahan suhu di dalam rumah plastik terhadap waktu. h i : koefisien konveksi alami (W/m 2 o C) h v : koefisien ventilasi (W/m 2 o C) T in : suhu di dalam rumah plastik ( o C) T out : suhu di luar rumah plastik ( o C) T ss : suhu permukaan tanah di dalam rumah plastik ( o C) U : koefisien pindah panas dari luar ke dalam akibat dinding rumah plastik (W/m 2 o C) f f λout Hasil dan Pembahasan Analisis Sifat Transmisivity Bahan Plastik Cover Rumah Plastik Pada Gambar 3.2 terlihat kurva sifat transmisivity plastik PE berproteksi UV masing masing: 6 %, 14 %, dan tanpa proteksi UV sebagai pembanding. Analisis kurva transmisivity terdiri atas: radiasi surya UV B (280 nm 320 nm), UV A (320 nm 400 nm), radiasi surya visible (400 nm 750 nm), dan radiasi surya IR (750 nm 1000 nm).

8 Transmisivity ( % ) Panjang Gelombang (nm) UV14 % UV 6 % UV 0 % Gambar 3.2 Kurva karakteristik plastik PE berproteksi UV 0 %, 6 %, dan 14 % Tabel 3.1 Koefisien transmisivity (t) pada plastik PE berproteksi UV jenis plastik t uv t vis t ir t uva t uvb PE UV 0 % PE UV 6 % PE UV 14 % Analisis Radiasi Surya Ultraviolet Pada Plastik PE berproteksi UV Pada Gambar 3.2 dan Tabel 3.1 tersebut menunjukkan plastik PE berproteksi UV 6 % membuang spektrum UV B dibandingkan plastik PE berproteksi UV 14 %. Pada daerah spektrum UV A, penggunaan plastik PE UV 6 % mentransmisi lebih besar dibandingkan terhadap penggunaan plastik PE UV 14 %. Penggunaan plastik PE tanpa proteksi UV mentransmisi spektrum UV A dan UV B dengan nilai terbesar. Spektrum UV tersebut mempunyai energi kimia, daya tembus yang tinggi dan dapat merusak inti atom. Pada plastik PE tanpa proteksi UV, memiliki nilai transmisivity UV A dan UV B terbesar, sehingga menggunakan plastik tersebut akan menghasilkan energi kimia terbesar yang masuk ke dalam rumah plastik tersebut.

9 Persamaan kurva fungsi transmisivity terhadap panjang gelombang spektrum ultraviolet pada masing masing plastik PE tanpa proteksi UV, berproteksi UV 6 % dan berproteksi UV 14 % adalah sebagai berikut :: t (?) 0 % = ? ? 54.7 ; R 2 = 0.98 (3.8) t (?) 6 % = ? ? ; R 2 = 0.97 (3.9) t (?) 14 % = ? ? ; R 2 = 0.99 (3.10) Analisis Radiasi Surya Visible dan InframerahPada Plastik PE berproteksi UV Gambar 3.2 dan Tabel 3.1 menunjukkan penggunaan plastik PE tanpa proteksi UV memiliki koefisien transmisivity (t vis ) dan t vis yang terbesar, sedangkan penggunaan plastik PE berproteksi UV 14 % memiliki t visible terkecil. Spektrum visible radiasi surya tersebut berimpit dengan spektrum Photo- synthetically Aktive Radiation (PAR), spektrum tersebut sangat berguna bagi tanaman untuk proses fotosintesa. Persamaan kurva fungsi transmisivity terhadap panjang gelombang radiasi surya visible dan inframerah pada masing masing plastik PE tanpa proteksi UV, berproteksi UV 6 % dan berproteksi UV 14 % adalah sebagai berikut :: t (?) 0 % = ? ? 54.7 ; R 2 = 0.98 (3.11) t (?) 6 % = ? ? 46.1 ; R 2 = 0.96 (3.12) t (?) 14 % = ? ? 5.5 ; R 2 = 0.99 (3.12) Persamaan fungsi tersebut (3.8) hingga (3.12) akan disubsitusikan ke persamaan pindah panas (4.1) dan (4.2), sehingga dengan bahan plastik yang berbeda akan mempengaruhi pola suhu di dalam sistem rumah plastik tersebut. Berdasarkan persamaan fungsi tersebut, dapat diprediksi radiasi surya UV, PAR, inframerah (IR), dan suhu di dalam rumah plastik (T in ) yang dihasilkan apabila warna dan jenis plastik yang digunakan diubah ubah dengan jenis lain.

10 Swinkels et al. (2000) melakukan perhitungan koefisien transmisivity (t uv, t vis, dan t ir ) menggunakan plastik polyvinyl chloride (PVC) masing masing sebesar 0.159, 0.896, dan Hasil perhitungan tersebut menunjukkan menggunakan plastik PVC koefisien transmisi t vis, dan t ir lebih tinggi terhadap penggunaan plastik polythelene (PE), tetapi t vis lebih rendah dari pada plastik PE. Sonneveld et al. (2002) mengembangkan plastik polycarbonate yang terdiri atas dua lapisan dengan bentuk permukaan berkelok-kelok setebal 50 mm. Plastik tersebut mentransmisikan radiasi surya sebesar 78.8 % dan meningkatkan energi yang disimpan sebesar 20 %. Penggunaan plastik polycarbonate tersebut cocok dipakai pada cover plastik pengering surya karena mampu meningkatkan transmisi radiasi surya, sedangkan pada cover rumah plastik untuk daerah tropik sebaiknya menggunakan plastik berproteksi UV untuk menurunkan spektrum radiasi surya yang di transmisi ke dalam rumah plastik tersebut. Iklim Mikro di sekitar Rumah Plastik Hasil pengukuran lapangan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3 dan Tabel 3.2 diambil saat hari cerah pada tanggal 22 Agustus Pada Tabel 3.2 terlihat bahwa radiasi surya rata rata W/m 2, spektrum radiasi surya UV rata rata 16.6 W/m 2, VIS rata rata W/m 2, IR rata rata W/m 2, suhu udara rata rata C, kecepatan angin rata rata 0.5 m/s dan kelembaban udara rata rata %. Data tersebut menunjukkan pola cuaca dalam kondisi normal radiasi tertinggi pada siang hari pukul 12.00, kemudian semangkin menurun hingga W/m 2 pada pukul Pada hari cerah pola spektrum radiasi surya UV, VIS, dan mengikuti pola radiasi surya global. Hasil tersebut menunjukkan pada hari cerah, rasio spektrum radiasi surya VIS, IR dan UV terhadap radiasi surya global masing masing sebesar 49 %, 48 %, dan 3 %. Suhu maksimal tejadi pada pukul 13.00, sedangkan radiasi surya maksimal pada pukul Hal ini berarti dibutuhkan waktu selama satu jam untuk mentransfer energi radiasi surya untuk memanaskan suhu di sekitar rumah plastik. Kelembaban terendah terjadi pada pukul 15.00, dan pada pukul kelembaban meningkat kembali secara tajam. Hal ini menunjukkan akibat pemanasan udara di sekitar rumah plastik pada pukul hingga pukul 15.00

11 cukup tinggi, sehingga terjadi penguapan cukup besar ke angkasa dan menyebabkan udara di sekitar rumah plastik menjadi kering. Pada sore hari antara pukul , kecepatan angin 1.3 m/s dan radiasi surya 16 W/m 2 menyebabkan suhu disekitar rumah plastik 29.1 o C. Tabel 3.2 Keadaan cuaca pada tanggal 22 Agustus 05 di sekitar rumah plastik Pukul Rad-tot UV-out VIS-out IR-out Tout Vout-Wind RH-out Rata-rata Rad-tot : Radiasi Total yang datang di luar rumah plastik (W/m 2 ) UV-out : Radiasi ultraviolet yang datang diluar rumah plastik (W/m 2 ) IR-out : Radiasi inframerah yang datang diluar rumah plastik (W/m 2 ) Vout-Wind : Kecepatan angin diluar rumah plastik (m/s) RH-out : Kelembaban udara diluar rumah plastik ( % ) Rad_tot,VIS, IR, UV (W/M2) RH (%),Tout (C) Rad_tot VIS* IR* U V * Tout R H Waktu Gambar 3.3 Keadaan cuaca di luar rumah plastik pada tanggal 22 Agustus 2005 Iklim Mikro di dalam Rumah Plastik Tipe hexagonal Hasil pengukuran lapangan menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 % seperti ditunjukkan Tabel 3.3. Hasil pada Tabel 3.3 intensitas spektrum radiasi surya UV, VIS, dan IR hasil pengukuran rata rata masing masing sebesar 3.0 W/m 2, W/m 2, dan W/m 2.

12 Koefisien transmisivity radiasi surya UV, VIS, dan IR rata rata masing masing sebesar 18.2 %, 53 %, dan 73 %. Hasil tersebut menunjukkan penggunaan plastik berproteksi UV 14 %, hanya mentransmisi radiasi surya PAR rata rata sebesar 53 % yang berguna untuk proses fotosintesa tanaman. Suhu rata rata di dalam rumah plastik (T in ) sebesar 37.7 o C, suhu maksimal sebesar 44 o C, dan suhu minimal sebesar 26.5 o C. Pada siang hari suhu di dalam rumah plastik tersebut meningkat drastis, akibat spektrum radiasi yang ditranmisi ke dalam rumah plastik cukup besar, kemudian diserap lantai, dan dipantulkan kembali ke dalam ruang dalam bentuk gelombang panjang, Gelombang panjang tersebut terperangkap di dalam rumah plastik, dan apabila tidak ada pertukaran udara dari luar berupa ventilasi, suhu di dalam ruangan tersebut pada siang hari akan meningkat secara drastis. Tabel 3.3 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE proteksi UV 14 % pada tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi UV OUT VIS OUT IR Out UV in VIS in IR in Tin* Tin** W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 ( o C ) ( o C ) rerata ** Hasil Pengukuran * Hasil simulasi Iklim Mikro di dalam Rumah Plastik Tipe Tunnel Hasil pengukuran lapangan menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 % seperti ditunjukkan Tabel 3.4. Hasil pada Tabel 3.4 intensitas radiasi surya UV,

13 VIS, dan IR hasil pengukuran rata rata masing masing sebesar 3.0 W/m 2, W/m 2, dan W/m 2. Suhu rata rata di dalam rumah plastik (T in ) sebesar 36.3 o C, suhu maksimal sebesar 42 o C, dan suhu minimal sebesar 25.5 o C. Hasil tersebut menunjukkan bahwa suhu rata rata di dalam rumah plastik tipe tunnel pada percobaan ini lebih rendah dari pada suhu rata rata di dalam rumah plastik tipe hexagonal. Hal ini disebabkan luas ventilasi pada rumah plastik tipe tunnel lebih besar dari pada ventilasi rumah plastik tipe hexagonal. Ventilasi pada rumah plastik tersebut sangat berpengaruh pada fluks pertukaran antara udara dari luar dan masuk ke dalam rumah plastik tersebut. Pertukaran udara dari luar rumah plastik tersebut, menyebabkan penurunan suhu di dalam rumah plastik. Tabel 3.4 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe tunnel plastik PE proteksi UV 14 % pada tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi UV VIS IR UV* VIS* IR* Tin* Tin** W/m2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 ( o C ) ( o C ) rerata ** Hasil Pengukuran * Hasil simulasi Validasi Pada Gambar 3.4, dan Gambar 3.5 menunjukkan hasil simulasi dan hasil percobaan, dengan koefisien determinasi (R 2 ) sebesar 0.93 sehingga model yang dibangun dapat dipercaya keakuratannya.

14 Tin hasil pengukuran (C) y = x 50.0 R 2 = Tin hasil simulasi (C) Gambar 3.4 Validasi suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal Suhu hasil pengukuran (C) y = x R 2 = Suhu hasil simulasi (C) Gambar 3.5 validasi suhu di dalam rumah plastik tipe tunnel Simulasi Simulasi diambil saat hari cerah pada tanggal 22 Agustus Adapun variabel input yang digunakan pada simulasi tersebut adalah : Julian day (n), latitude (φ), albedo (a f ), intensitas radiasi surya ultraviolet (I uv ), intensitas radiasi surya visible (I vis ), dan intensitas radiasi surya inframerah (I ir ). Variabel output yang dianalisa pada simulasi tersebut adalah : intensitas radiasi surya ultraviolet di dalam rumah plastik hasil simulasi (I* uv ), intensitas radiasi surya visible di dalam rumah plastik hasil simulasi (I* vis ), intensitas radiasi surya inframerah di dalam rumah plastik hasil simulasi (I* ir ), dan suhu di dalam rumah plastik hasil simulasi (T* in ). Hasil simulasi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.5, Tabel 3.6, dan Tabel 3.7. Hasil simulasi tersebut menunjukkan pada plastik PE berproteksi UV 14 % mempunyai intensitas radiasi surya I* uv, I* vis, dan I* ir yang terendah,

15 sedangkan plastik PE tanpa UV (UV 0 %) mempunyai intensitas radiasi surya I* uv, I* vis, dan I* ir yang tertinggi. Hasil simulasi tersebut dapat dijadikan indikator, untuk mencegah suhu di dalam rumah plastik yang tinggi sebaiknya meng- gunakan plastik PE berproteksi UV 14 %. Pada kajian 1 dijelaskan bahwa besarnya koefisien transmisivity radiasi surya I* uv, I* vis, dan I* ir pada plastik berproteksi UV 14 % masing masing adalah 18.1 %, 52.7 %, dan 62.8 %. Hal ini menunjukkan dengan menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 %, maka radiasi surya inframerah di dalam rumah plastik memiliki nilai yang terkecil. Tabel 3.5 Pola radiasi surya dan suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal (plastik UV 14 %) tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi UV VIS IR UV* VIS* IR* Tin* W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 ( o C ) Tabel 3.6 Pola radiasi surya dan suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal (plastik UV 6 %) tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi UV VIS IR UV* VIS* IR* Tin* W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 ( o C )

16 Tabel 3.7 Pola radiasi surya dan suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal (plastik UV 0 %) tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi UV VIS IR UV* VIS* IR* Tin* W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 W/m 2 ( o C ) Radiasi Surya Ultraviolet Hasil simulasi radiasi surya ultraviolet, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6. Pada Gambar 3.6 hasil simulasi menunjukkan pada penggunaan plastik PE UV 6 %, menghasilkan radiasi surya UV di dalam rumah plastik terkecil, sedangkan menggunakan plastik PE UV 0 % (tanpa proteksi UV), menghasilkan radiasi surya UV terbesar UV** (W/M2) UV**(UV 14 %) UV**(UV 6 %) UV** (UV 0 %) Waktu Gambar 3.6 Pola radiasi surya ultraviolet pada beberapa jenis plastik PE berproteksi UV Penggunaan plastik PE UV 6 % menghasilkan radiasi surya terkecil, disebabkan nilai koefisien transmisi pada panjang gelombang 220 nm hingga 400 nm rata-rata sebesar 13.4 % mempunyai nilai terkecil, sedangkan penggunaan

17 plastik tanpa proteksi UV nilai koefisien transmisi sebesar 25.0 % mempunyai nilai terbesar. Radiasi surya UV tersebut bersifat dapat mempengaruhi inti atom benda yang dilalui. Efek radiasi surya UV pada tanaman, dapat merusak inti dan protoplasma tanaman tersebut, sehingga berpengaruh pada perkembangan dan pertumbuhan tanaman (Syakur et al. 2003). Radiasi surya UV tersebut setelah sampai di tanah akan diserap tanah dan memanaskan suhu tanah, kemudian dipantulkan ke dalam ruang sambil memancarkan gelombang panjang. Radiasi Surya Visible Hasil simulasi radiasi surya visible (VIS), seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7. Pada Gambar 3.7 hasil simulasi menunjukkan pada penggunaan plastik PE UV 0 % (tanpa proteksi UV), menghasilkan radiasi surya VIS di dalam rumah plastik terbesar, sedangkan menggunakan plastik PE 14 %, menghasilkan radiasi surya VIS yang terendah VIS** (W/M2) Waktu VIS**(UV 14 %) VIS**(UV 6 %) VIS** (UV 0 %) Gambar 3.7 Pola radiasi surya visible pada beberapa jenis plastik PE berproteksi UV. Penggunaan plastik PE UV 14 % menghasilkan radiasi surya terkecil, disebabkan nilai koefisien transmisi pada panjang gelombang 400 nm hingga 750 nm rata-rata sebesar 52.7 % mempunyai nilai terkecil, sedangkan penggunaan plastik tanpa proteksi UV nilai koefisien transmisi sebesar 70.4 % mempunyai nilai terbesar. Radiasi surya visible tersebut mempunyai panjang gelombang berkisar antara 400 nm hingga 750 nm, sedangkan spektrum Photosintheticaly Active

18 Radiation (PAR) di dalam radiasi surya visible berkisar antara panjang gelombang 400 nm hingga 680 nm, radiasi surya PAR tersebut berguna untuk fotosintesa tanaman khususnya pada panjang gelombang 680 nm (cahaya merah). Radiasi surya visible tersebut setelah sampai di tanah akan diserap tanah dan memanaskan suhu tanah, kemudian dipantulkan ke dalam ruang sambil memancarkan gelombang panjang. Radiasi Surya Inframerah Hasil simulasi radiasi surya inframerah (IR), seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8 Pada Gambar 3.8 hasil simulasi menunjukkan pada penggunaan plastik PE UV 14 %, menghasilkan radiasi surya UV di dalam rumah plastik terkecil, sedangkan menggunakan plastik PE UV 6 %, dan UV 14 % menghasilkan radiasi surya VIS memiliki nilai yang hampir sama. IR** (W/M2) Waktu IR**(UV 14 %) IR**(UV 6 %) IR** (UV 0 %) Gambar 3.8 Pola radiasi surya inframerah pada beberapa jenis plastik PE berproteksi UV Penggunaan plastik PE UV 6 % dan 14 % menghasilkan radiasi surya IR yang ditransmisikan ke dalam rumah plastik memiliki nilai yang hampir sama, hal ini disebabkan koefisien transmisi plastik PE UV 6 % sebesar 74.5 %, dan koefisien transmisi plastik PE UV 14 % sebesar 72.5 % memiliki nilai yang hampir sama.

19 Radiasi surya inframerah (IR) berkisar antara 700 nm hingga 1000 nm, spektrum IR tersebut bersifat dapat menggetarkan atom atom benda yang dilalui nya. Hal ini menyebabkan akan meningkatkan suhu benda yang dilaluinya. Radiasi surya IR tersebut, setelah sampai dipermukaan tanah sebagian kecil diteruskan ke dalam tanah, sebagian besar diserap tanah, dan sebagian dipantulkan kembali menuju cover rumah plastik. Radiasi surya gelombang panjang (IR) yang dipantulkan oleh lantai tersebut tidak dapat menembus dinding rumah plastik, sehingga gelombang panjang tersebut dipantulkan menuju lantai, dan dipantulkan kembali oleh lantai. Hal ini berlangsung terus menerus, sehingga spektrum gelombang panjang (IR) yang terperangkap akan meningkatkan suhu di dalam rumah plastik (T in ). Efek Perlakuan Plastik PE Berproteksi UV terhadap Suhu di dalam RumaPlastikTipe Hexagonal dengan Lantai Tanah Tabel 3.8 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE pada tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi PE UV 14 % PE UV 6 % PE UV 0 % W/M2 T in ( o C) T in ( o C) T in ( o C) rata rata Hasil simulasi menggunakan plastik berproteksi UV dengan lantai tanah ditunjukkan pada Tabel 3.8. Hasil tersebut menunjukkan menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 % menghasilkan suhu rata-rata di dalam rumah plastik memiliki nilai terendah (37.7 o C). Perbedaan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal dengan menggunakan plastik PE tanpa proteksi UV terhadap plastik berproteksi UV 14 % sebesar 3 o C (7.4 %). Hal ini disebabkan koefisien transmisi

20 panjang gelombang inframerah yang ditransmisi pada plastik plastik PE tanpa proteksi UV (87.5 %) lebih besar dari pada PE UV 14 % (72.5 %). Suhu di dalam sistem rumah plastik dipengaruhi oleh beberapa parameter fisis. Adapun parameter parameter fisis yang dianalisis pada sistem rumah plastik tersebut adalah: sifat fisis plastik, sifat absorbsi lantai, parameter pindah panas, dan keadaan ventilasi. Hasil simulasi tersebut menganalisis perubahan suhu di dalam sistem rumah plastik, khususnya pada koefisien transmisivity plastik PE sebagai variabel. Hasil perhitungan nilai koefisien transmisivity gelombang panjang rata rata (t?-ir ) adalah sebesar: t?-ir pada plastik PE UV 14 % (0.725), t?-ir pada PE UV 6 % (0.745), dan pada t?-ir PE UV 0 % (0.875). Berdasarkan nilai koefisien transmisivity spektrum radiasi surya gelombang panjang tersebut, penggunaan plastik PE UV 14 % pada penelitian menghasilkan suhu di dalam rumah plastik yang terkecil. Percobaan penggunaan bahan plastik yang berlapis dan menggunakan zat aditif, sehingga dapat meningkatkan pemantulan spektrum radiasi surya inframerah dan spektrum PAR. Perlakuan tersebut menyebabkan perbedaan suhu udara di luar dan suhu di dalam rumah sebesar 0.8 o C (Runkle et al., 2005). Pada percobaan dengan menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 %, menggunakan rumput sebagai lantai dengan kemiringan cover rumah plastik, hanya menyebabkan perbedaan suhu di dalam dan diluar rumah plastik sebesar 4.1 o C. Efek Perlakuan Plastik PE Berproteksi UV terhadap Suhu di dalam Rumah PlastikTipe Tunnel dengan Lantai Tanah Hasil simulasi menggunakan plastik berproteksi UV dengan lantai tanah ditunjukkan pada Tabel 3.8. Hasil simulasi pada Tabel 3.8 tersebut menunjukkan penggunaan plastik PE berproteksi UV 14 %, memiliki suhu di dalam rumah plastik terendah. Perbedaan suhu di dalam rumah plastik tipe tunnel dengan menggunakan plastik PE UV 14 % lebih rendah 1.4 o C (3.7 %) terhadap rumah plastik tipe hexagonal. Hal ini menunjukkan bentuk konstruksi rumah plastik sangat berpengaruh pada perpindahan panas di dalam sistem rumah plastik tersebut.

21 Adapun faktor penting yang sangat berpengaruh pada konstruksi rumah plastik selain sifat fisis material dan bentuk geometri, adalah letak dari ventilasi yang memungkinkan terjadi proses pertukaran udara dari luar dan masuk ke dalam rumah plastik berlangsung lancar. Kuantitas ukuran proses pertukaran udara di dalam rumah plastik ditentukan oleh koefisien ventilasi. Pada rumah plastik tipe tunnel koefisien ventilasi adalah sebesar 55 W/m 2 o C, sedangkan pada rumah plastik tipe tunnel adalah sebesar 50 W/m 2. o C. Hal ini menandakan laju pertukaran udara di dalam rumah plastik tipe tunnel lebih cepat terhadap rumah plastik tipe hexagonal, maka suhu udara di dalam rumah plastik tipe tunnel lebih cepat diturunkan. Tabel 3.9 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe tunnel (plastik PE ) pada tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi PE UV 14 % PE UV 6 % PE UV 0 % W/m 2 T in ( o C) T in ( o C) T in ( o C) rata rata Efek Perlakuan Plastik PE berproteksi UV dengan Lantai Rumput terhadap Suhu di dalam Rumah Plastik Hasil simulasi menggunakan plastik berproteksi UV dengan lantai rumput seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.10 dan Tabel Hasil simulasi tersebut menunjukkan penggunaan plastik PE berproteksi UV 14 % pada rumah plastik tipe tunnel memiliki suhu dalam rumah plastik terendah. Perbedaan suhu di dalam rumah plastik tipe tunnel menggunakan lantai rumput lebih rendah 1.6 o C (4.4 %) dari pada lantai tanah. Perbedaan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE UV 14 % dengan lantai rumput lebih rendah 1.9 o C (5 %).

22 Tabel 3.10 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE pada tanggal 22 Agustus 2005 Pukul Radiasi PE UV 14 % PE UV 6 % W/m 2 T in ( o C) T in ( o C) rata rata Tabel 3.11 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe tunnel (plastik PE ) pada tanggal 22 Agustus 2005 lantai rumput Pukul Radiasi PE UV 14 % PE UV 6 % W/m 2 T in ( o C) T in ( o C) rata rata Kondisi Terbaik Hasil simulasi seperti yang disajikan pada Tabel 3.12, menujukkan bahwa kondisi suhu di dalam rumah plastik yang terbaik pada rumah plastik tipe tunnel dengan menggunakan bahan plastik berproteksi PE UV 14 % dan menggunakan rumput sebagai lantai, serta kondisi ventilasi saling berhadapan pada bagian atas dan bawah rumah plastik. Kondisi tersebut dinyatakan terbaik pada penelitian ini disebabkan: a) bentuk tunnel mempunyai koefisien konveksi alami lebih kecil dari pada bentuk hexagonal, sehingga proses perpindahan panas yang berlangsung di dalam rumah plastik tipe tunnel lebih cepat dari pada tipe hexagonal, b) koefisien ventilasi tipe

23 tunnel lebih besar dari pada tipe hexagonal, sehingga menyebabkan fluks pertukaran udara lebih besar dari pada tipe hexagonal, 3) penggunaan plastik PE UV 14 % memiliki koefisien transmisi radiasi surya inframerah yang terendah, sehingga suhu di dalam rumah plastik menjadi rendah, 3) penggunaan rumput sebagai alternatif lantai rumah plastik, karena radiasi yang dipantulkan kembali oleh lantai rumah plastik menjadi lebih kecil dari pada penggunaan tanah sebagai lantai rumah plastik. Tabel 3.12 Suhu rata rata di dalam rumah plastik pada kemiringan cover ß = 25 o tipe rumah jenis lantai jenis plastik plastik PE tanpa UV PE UV 6 % PE UV 14 % hexagonal tanah 40.7 o C 38.0 o C 37.7 o C rumput 37.3 o C 35.8 o C tunnel tanah 39.2 o C 37.0 o C 36.3 o C rumput 36.0 o C 34.7 o C

24 Simpulan 1. Fungsi kurva transmisivity pada plastik berproteksi UV 6 %, berproteksi UV 14 %, dan tanpa proteksi UV pada daerah spektrum ultraviolet masing masing adalah : t (?) 6 % = ? ? ; R 2 = 0.97 t (?) 14 % = ? ? ; R 2 = 0.99 t (?) 0 % = ? ? 54.7 ; R 2 = Fungsi kurva transmisivity pada plastik berproteksi UV 6 %, berproteksi UV14 %, dan tanpa proteksi UV pada daerah spektrum visible, dan inframerah masing masing adalah : t (?) 6 % = ? ? 5.5 ; R 2 = 0.96 t (?)!4 % = ? ? 46.1 ; R 2 = 0.99 t (?) 0 % = ? ? 54.7 ; R 2 = Pola radiasi surya ultraviolet, visible, inframerah radiasi surya rata rata pada hari cerah, menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 %, pada kedua tipe rumah plastik, masing masing sebesar 3.00, , dan W/m Hasil simulasi menunjukkan penggunaan plastik PE berproteksi UV 14 % dan rumput sebagai lantai pada kedua tipe rumah plastik, serta ventilasi dipasang saling berhadapan pada bagian atas dan bawah rumah plastik akan memberikan suhu di dalam rumah plastik dengan kondisi yang terbaik, dalam upaya menurunkan suhu di dalam rumah plastik. 5. Hasil simulasi menunjukkan pengaruh penggunaan rumput sebagai lantai pada kedua tipe rumah plastik untuk menurunkan suhu di dalam rumah sistem rumah plastik lebih dominan dibandingkan penggunaan plastik PE berproteksi UV 14 %, pada kondisi posisi dan ukuran ventilasi yang sama.

25 Tata Nama Simbol Simbol Keterangan Satuan d? diferensial dari panjang gelombang nm I in-ir I in-uv I in-vis I in-? I out-ir I out-uv I out-vis I tot-out intensitas radiasi surya inframerah yang masuk ke dalam rumah plastik W/m 2 intensitas radiasi surya ultraviolet yang masuk ke dalam rumah plastik W/m 2 intensitas radiasi surya visible yang masuk ke dalam rumah plastik W/m 2 total spektrum radiasi gelombang panjang yang terperangkap di dalam rumah plastik W/m 2 intensitas radiasi surya inframerah di luar rumah plastik W/m 2 intensitas radiasi surya ultraviolet di luar rumah plastik W/m 2 intensitas radiasi surya visible di luar rumah plastik W/m 2 total radiasi surya gelombang panjang yang datang sebelum masuk ke dalam rumah plastik. W/m 2 IR inframerah W/m 2 IR* intensitas radiasi surya IR** IR Out inframerah hasil simulasi W/m 2 intensitas radiasi surya inframerah hasil pengujian lapangan W/m 2 intensitas radiasi surya inframerah yang datang di luar rumah plastik W/m 2 ir 1 batas bawah radiasi surya inframerah nm i r2 batas atas radiasi surya inframerah nm PAR Photosintheticaly Active Radiation W/m 2 PE polyethylene T in suhu di dalam rumah plastik o C UV ultraviolet W/m 2 UV* intensitas radiasi surya ultraviolet UV** hasil simulasi W/m 2 intensitas radiasi surya ultraviolet hasil pengujian lapangan W/m 2

26 Simbol Keterangan Satuan UV OUT intensitas radiasi surya ultraviolet yang datang di luar rumah plastik W/m 2 V in-wind kecepatan angin di dalam rumah plastik m/s VIS visible W/m 2 VIS* intensitas radiasi surya visible VIS** VIS out hasil simulasi W/m 2 intensitas radiasi surya visible hasil pengujian lapangan W/m 2 intensitas radiasi surya visible yang datang di luar rumah plastik W/m 2 a f albedo lantai rumah plastik % s ir s uv s vis s?-ir koefisien transmisivity radiasi surya inframerah % koefisien transmisivity radiasi surya ultraviolet % koefisien transmisivity radiasi surya visible % koefisien transmisivity rata rata spektrum inframerah. %