: TRI YUDA HARYANTO F

Transkripsi

1 SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI PADA BEDENG TANAMAN SISTEM NFT (NUTRIENT FILM TECHNIQUE) DENGAN MENGGUNAKAN CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS) Oleh : TRI YUDA HARYANTO F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2 SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR LARUTAN NUTRISI PADA BEDENG TANAMAN SISTEM NFT (NUTRIENT FILM TECHNIQUE) DENGAN MENGGUNAKAN CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS) SKIRPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Tenkik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Oleh : TRI YUDA HARYANTO F DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

3 Nama Lengkap NIM Judul Skripsi : Tri Yuda Haryanto : F : Simulasi Distribusi Temperatur Nutrisi pada Bedeng Tanaman Sistem NFT (Nutrient Film Technique) dengan Menggunakan CFD (Computional Fluid Dynamics) Pembimbing Akademik I Menyetujui, Bogor, 00 Pembimbing Akademik II Prof. Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, M.Sc Dr.Ir. Indra Siswantara, NIP NIP Mengetahui, Ketua Departemen Teknik Pertanian Dr. Ir. Desrial, M.Eng NIP Tanggal Lulus:... 3

4 Tri Yuda Haryanto. F Simulasi Distribusi Temperatur Nutrisi pada Bedeng Tanaman Sistem NFT (Nutrient Film Technique) dengan Menggunakan CFD (Computional Fluid Dynamics). Dibawah bimbingan: Herry Suhardiyanto dan Ahmad Indra Siswantara. 00 RINGKASAN Sistem hidroponik merupakan metode budidaya tanaman tanpa menggunakan tanah sebagai media tanamnya. Budidaya tanaman dengan cara ini telah banyak dikembangkan sebagai salah satu alternatif sistem produksi tanaman secara massal dengan lebih terencana dari segi mutu, waktu, dan jumlah hasil panen. Untuk menghasilkan produktifitas yang tinggi diperlukan kondisi yang optimal bagi faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman diantaranya temperatur udara, cahaya matahari, kelembaban udara, kadar CO dan ketersedian unsur hara. Untuk menciptakan lingkungan yang sesuai dengan pertumbuhan dan perkembangan tanaman maka diperlukan sebuah lingkungan tumbuh yang optimal dan dapat dikontrol dengan baik. Penggunaan greenhouse atau rumah tanaman sebagai salah satu alternatif untuk budidaya tanaman dengan sistem hidroponik bisa digunakan. Dengan sistem rumah tanaman ini beberapa faktor yang kurang menguntungkan dapat dikendalikan. Penggunaan rumah tanaman di Indonesia menyebabkan tingginya temperatur udara di dalamnya karena rumah tanaman ternyata juga memberikan efek samping sebagai pengumpul panas. Selain melindungi tanaman yang dibudidayakan di dalamnya dari curah hujan yang berlebihan dan serangan hama penyakit, penggunaan rumah tanaman diikuti oleh tingginya temperatur udara di dalamnya. Zone Cooling merupakan salah satu cara untuk menurunkan temperatur terbatas pada daerah yang berpengaruh langsung terhadap pertumbuhan tanaman. Aplikasi zone cooling pada sistem hidroponik dilakukan dengan mengalirkan larutan nutrisi yang didinginkan ke daerah perakaran tanaman. Walaupun temperatur udara di bagian atas rumah tanaman tinggi, selama temperatur yang berada di zona tanaman cukup rendah maka pertumbuhan tanaman diharapkan tidak terganggu. Salah satu sistem hidroponik yang umum digunakan adalah NFT (Nutrient Film Technique). NFT merupakan metode budidaya tanaman dengan akar tanamannya berada di lapisan air dangkal tersirkulasi dan mengandung nutrisi sesuai dengan kebutuhan tanaman. Lapisan aliran air yang dangkal tersebut memungkinkan akar tanaman selain mendapatkan air dan nutrisi juga mendapatkan udara yang cukup. Tujuan penelitian ini adalah mempelajari perubahan temperatur udara di dalam rumah tanaman dan temperatur larutan nutrisi di bedeng tanaman, mempelajari parameter perhitungan pindah panas untuk studi simulasi dengan CFD (Computional Fluid Dynamics), mempelajari distribusi temperatur larutan nutrisi sepanjang bedeng tanaman pada NFT melalui studi simulasi dengan CFD, serta mempelajari hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi sepanjang bedeng tanaman dan kemiringan bedeng tanaman dengan simulasi CFD. Penelitian ini dilakukan di dalam rumah tanaman yang berada di Laboratorium Lapang Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas 4

5 Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilakukan pada bulan Oktober 009 hingga November 009. Penelitian dibagi menjadi empat tahap, tahap pertama adalah persiapan penelitian meliputi kegiatan sterilisasi greenhouse, pembuatan bedeng, persiapan peralatan, penyediaan bahan dan media tanam, serta penyiapan sistem sirkulasi larutan nutrisi. Tahap kedua adalah proses perlakukan penelitian dimana bedeng tanaman yang terbuat darai kayu lapis dilapisis plastik hitam dan ditutup oleh Styrofoam dimasukan tanaman tomat yang telah berumur 30 HST atau memiliki tinggi meter. Tahap ketiga adalah pengamatan dan pengukuran yang dilakukan selama tiga hari berturut-turut dengan masing-masing pengambilan data selama 30 menit secara bersamaan menggunakan termokopel dan recorder. Tahap keempat merupakan tahap pengolahan data yang diperoleh dari lapangan, dan proses pensimulasian bedeng tanaman dengan CFD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa distribusi temperatur larutan nutrisi di sepanjang bedeng tanaman berubah setiap waktu. Temperatur udara harian di dalam rumah tanaman pada fase pembungaan berkisar antara 3.7 o C hingga 4.5 o C dan rata-rata harian 8.4 o C, sedangkan temperatur udara harian di dalam rumah tanaman pada fase pembuahaan berkisar 3.0 o C hingga 34.4 o C dan ratarata harian 6.8 o C. Temperatur larutan nutrisi di bedeng pada fase pembungaan berkisar antara 5.9 o C hingga 35.6 o C dengan rata-rata 9.8 o C. Parameter termal yang digunakan untuk data input pada analisis CFD yaitu hasil perhitungan dari pindah panas yang terjadi pada bedeng yang berada di dalam rumah tanaman yang terkena radiasi matahari yang menyebabkan naiknya temperatur udara di dalam rumah tanaman. Adapun peristiwa pindah panas yang terjadi dan berpengaruh cukup besar ialah peristiwa konveksi dan konduksi dari udara pada larutan nutrisi di dalam bedeng. Hasil perhitungan pindah panas tersebut yang digunakan sebagai data input ialah total laju pindah panas dari dua waktu yang berbeda yaitu pukul 4:00 dan 4:30, adapun hasil perhitunganya berturut-turut yaitu W/m K dan W/m K. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan menggunakan CFD memberikan gambaran distribusi temperatur larutan nutrisi yang cukup baik dimana dari beberapa titik yang diukur dalam waktu 30 menit kemudian data tersebut dianalisis menggunakan CFD memiliki hasil yang hampir sama, hal ini terlihat dari adanya peningkatan temperatur dari titik inlet ke titik outlet. Dengan demikian membuktikan bahwa analisis menggunakan CFD dapat dijadikan salah satu cara untuk analisis termal dari suatu objek yang akan dianalisis. Hasil distribusi temperatur larutan nutrisi dan energi yang dihasilkan oleh larutan nutrisi tersebut dengan menggunakan CFD yaitu berkisar antara 35 o C hingga 35. o C pada pukul 4:00 dengan nilai heat flux dan energi pindah panas yang dihasilkan selama proses mengalirnya larutan nutrisi di dalam bedeng tersebut yaitu sebesar W/m dan W, sedangkan pada pukul 4:30 temperatur larutan nutrisi yang terjadi berkisar antara 35.6 o C hingga 35.8 o C dengan nilai heat flux dan energi pindah panas yang dihasilkan selama proses tersebut yaitu sebesar 7.89 W/m dan.39 W. Hasil simulasi dengan menggunakan CFD menunjukan makin besar kemiringan bedeng tanaman maka semakin cepat aliran larutan nutrisi yang melewati dalam bedeng tanaman juga akan berpengaruh pada besarnya panas yang diserap lebih sedikit oleh larutan nutrisi tersebut yang menyebabkan 5

6 temperatur larutan nutrisi menjadi lebih kecil, terlihat pada tiga kemiringan yang digunakan, kemiringan.6 o memiliki distribusi temperatur larutan nutrsi yang paling besar tetapi memilki kecepatan aliran larutan nutrisi yang paling kecil, begitu pula sebaliknya dimana kemiringan 3 o memiliki distribusi temperatur larutan nutrsi yang paling kecil tetapi memiliki kecepatan aliran larutan nutrisi yang paling besar. Dari hasil simulasi CFD pada hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi dan panjang bedeng tanaman diperoleh pada penelitian ini panjang bedeng tanaman tidak bisa lebih dari 0 m karena akan memberikan temperatur yang lebih tinggi sehingga sulit dilakukan penurunan temperatur lewat penambahan kemiringan dan pendinginan larutan, serta sulitnya diperoleh keseragaman aliran di dalam bedeng dan tidak seragamnya pertumbuhan tanaman karena tidak meratanya penyerapan nutrisi oleh tanaman karena panjangnya bedeng tanaman. Dengan diketahuinya karakteristik distribusi temperatur larutan nutrisi sepanjang bedeng tanaman baik pada skala lapangan maupun skala prediksi mengguanakan CFD maka perancangan dan pembuatan bedeng tanaman dapat dilakukan dengan baik agar diperoleh bedeng yang optimal untuk pertumbuhan tanaman, serta diperlukannya mesin pendingin untuk menjaga temperatur larutan nutrisi pada kondisi yang optimal. Dengan demikian, temperatur larutan nutrisi dapat tetap terjaga pada setiap titik pada bedeng tanaman tersebut tidak melebihi batas temperatur yang sesuai dibutuhkan tanaman yang dibudidayakan. 6

7 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta, April 988. Anak ketiga dari tiga bersaudara dari pasangan G. Supadi dan Surati. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Negeri Bukit Duri 09 pagi pada tahun 999. Penulis melanjutkan pendidikan menengah di SLTP Negeri 3 Jakarta, tamat pada tahun 00. Setelah itu melanjutakn ke SMA Negeri 6 Jakarta dan tamat pada tahun 005. Pada tahun 005, penulis masuk ke IPB melalui jalur SPMB diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Selama di perguruan tinggi, penulis aktif berorganisasi di BEM Tingkat Persiapan Bersama (TPB) angkatan 4 sebagai wakil ketua BEM, BEM Keluarga Mahasiswa (KM) IPB sebagai staff Kajian Strategis Daerah (KASDA), dan di BEM Keluarga Mahasiswa (KM) IPB sebagai Menteri Kebijakan Daerah (JAKDA). Selain berorganisasi, penulis juga aktif mengikuti kepanitiaan dalam beberapa acara kampus seperti Open House (OH) mahasiswa baru Angkatan 43, Masa Perkenalan Kampus Mahasiswa Baru (MPKMB) Angkatan 43, Lepas Landas Sarjana, Seminar Sosialisasi Pemilu 009, Seminar Kebijakan Pertanian di Kabupaten Bogor. Penulis juga pernah menjadi sebagai asisten praktikum mata kuliah Motor dan tenaga Pertanian (008 dan 009, TEP), Ilmu Ukur Wilayah (009, TEP), Ilmu Ukur Tanah (009, SIL), dan Teknik Greenhouse dan Hidroponik (009, TEP). Pada tahun 008, penulis melakukan Kegiatan Praktek Lapangan di PT. Astra Agro Lestari dengan judul Aspek Pembibitan Kelapa Sawit pada PT. Nirmala Agro Lestari, Kabupaten Lamandau, Kalimantan Tengah. Salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis menyelesaikan skripsi dengan judul Simulasi Distribusi Temperatur Nutrisi pada Bedeng Tanaman Sistem NFT (Nutrient Film Technique) dengan Menggunakan CFD (Computional Fluid Dynamics). 7

8 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan hidayah dan rahmat-nya, salawat serta salam juga dihaturkan kepada baginda Rasulullah SAW, pemimpin besar umat Islam. Berkat nikmat-nya penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini yang berjudul Simulasi Distribusi Temperatur Nutrisi pada Bedeng Tanaman Sistem NFT (Nutrient Film Technique) dengan Menggunakan CFD (Computional Fluid Dynamics). Penulis dengan penuh kekurangan ini tidak akan pernah selesai tanpa bantuan orang-orang yang berada disekitar penulis yang terus memberikan bantuan, semangat serta do a. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:. Bapak Prof. Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, M.Sc selaku dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan ilmu dan membimbing penulis dengan sabar dalam proses penyusunan skripsi ini hingga dapat menyelesaikan dengan baik.. Bapak Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara, selaku dosen pembimbing skripsi kedua yang dengan sabar mencurahkan waktunya untuk memberikan ilmu yang tak ternilai kepada penulis terutama diberikan kesempatan mengikuti kuliah dan praktikum CFD-nya. 3. Bapak Dr. Ir. Erizal, M.Agr sebagai dosen penguji yang telah bersedia menguji dan memberikan masukkan, kritik, serta ilmu yang bermanfaat untuk penyempurnaan skripsi ini. 4. Pak Ahmad dan Pak Harto serta seluruh civitas Departemen Teknik Pertanian atas bantuan yang diberikan. 5. Papa G. Supadi dan Ibu Surati, Mas Bambang S - Mbak Isa, Mas Dwi S - Mbak Sherly, serta dua keponakanku Tio dan Miftah yang selalu memberikan semangat, dukungan dan do a yang tak pernah terputus kepada penulis sehingga penulis menyelesaikan skripsi. 6. Dompet Dhuafa Republika (DDR) yang telah memberikan beasiswa BEASTUDI ETOS kepada penulis selama 3 tahun pertama kuliah di IPB, tanpa adanya beasiswa ini sulit rasanya penulis dapat melanjutkan pendidikan di perguruan tinggi. i

9 7. Teman-teman yang telah bersedia membantu dan memberikan waktu dan ilmu pada saat penelitian dan cara menggunakan software EFD, Ahmad Rifqy, Dewi L, Evy Y, Mas Agus, Hasbi, Farid, Dini, Mas Ali, Mbak Dona, Mbak Titin, dan Abdul Wahhaab terima kasih untuk semua kesabaran, pengertian, dan pengalaman yang tak terlupakan. 8. Teman-teman LBP ers dan TEP 4, terima kasih atas dukungan, bantuan diskusi serta kebersamaan yang tak terlupakan hingga akhir hayat penulis, semoga tetap jaga tali persaudaraan kita. 9. Teman-teman seperjuangan di Asrama BEASTUDI ETOS 4 dan Wisma Madani, terima kasih atas dukungan, bantuan dan kebersamaan yang diberikan kepada penulis selama tinggal di Bogor. Penulis dengan sangat sadar bahwa penulisan skripsi ini masih penuh kekurangan, namun penulis berharap semoga skripsi ini tetap bermanfaat bagi yang membutuhkan hingga kapan pun. Bogor, Juni 00 Tri Yuda Haryanto F ii

10 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN vii BAB. PENDAHULUAN.... Latar Belakang.... Tujuan... 3 BAB. TINJAUAN PUSTAKA Tomat (Lycopersicum Esculentum Mill) NFT (Nutrient Film Technique) Rekayasa Termal Temperatur Rumah Tanaman Pindah Panas Dasar-dasar Simulasi....8 Metode Komputasi Dinamika Fluida... 3 BAB 3. METODOLOGI Tempat dan Waktu Pelaksanaan Bahan dan Alat Metode Penelitian Asumsi-Asumsi yang Digunakan... 4 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Perubahan Temperatur Parameter Termal untuk Simulasi dengan CFD Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dalam Bedeng dengan CFD Simulasi Hubungan Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dan Kemiringan Bedeng Tanaman dengan CFD Simulasi Hubungan Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dan Panjang Bedeng Tanaman dengan CFD iii

11 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran... 5 DAFTAR PUSTAKA... 5 LAMPIRAN iv

12 DAFTAR TABEL Tabel. Hasil perhitungan koefisien konveksi udara dari seluruh bagian bedeng Tabel. Hasil perhitungan laju pindah panas pada seluruh bagian bedeng Tabel 3. Data masukan untuk perhitungan CFD Tabel 4. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari inlet pukul 4.00 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar 37 Tabel 5. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik tengah bedeng pukul 4.00 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar.. 37 Tabel 6. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari outlet pukul 4.00 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar Tabel 7. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari inlet pukul 4.30 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar 38 Tabel 8. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik tengah bedeng pukul 4.30 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar 38 Tabel 9. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari outlet pukul 4.30 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar 38 Tabel 0.Data masukkan simulasi CFD dengan dua kemiringan... 4 Tabel.Tabel temperatur larutan nutrisi pada mm dari inlet dan mm dari dasar Tabel.Tebal temperatur larutan nutrisi pada tengah bedeng dan mm dari dasar. 44 Tabel 3.Tebal temperatur larutan nutrisi pada mm dari outlet dan mm dari dasar.. 44 Tabel 4.Data masukkan simulasi CFD dengan empat skenario panjang Tabel 5.Tabel temperatur larutan nutrisi pada mm dari inlet dan mm dari dasar Tabel 6.Tabel temperatur larutan nutrisi pada tengah bedeng dan mm dari dasar Tabel 7.Tabel temperatur larutan nutrisi pada mm dari oulet dan mm dari Dasar v

13 DAFTAR GAMBAR Gambar. Pompa air... 7 Gambar. Recorder Yokogawa AW Gambar 3. Skema titik pengukuran tampak atas... 0 Gambar 4. Skema pindah panas pada bedeng... Gambar 5. Model bedeng tanaman untuk simulasi... 3 Gambar 6. Grafik perubahan temperatur udara harian di dalam rumah tanaman (8-9 Oktober 009) 5 Gambar 7. Grafik perubahan temperatur udara harian di dalam rumah tanaman (6-7 November 009) 6 Gambar 8. Grafik perubahan temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada bedeng I (8-9 Oktober 009). 7 Gambar 9.Grafik perubahan temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada bedeng I (6-7 November 009) 8 Gambar 0.Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul 4.00, (a)lapisan mm, (b)lapisan mm, (c)lapisan 3 mm, dari dasar Gambar.Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul 4.30, (a)lapisan mm, (b)lapisan mm, (c)lapisan 3 mm, dari dasar Gambar.Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan tiga, kemiringan (a).6 o, (b) o, (c) 3 o, dari lantai Gambar 3.Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan skenario empat panjang berbeda (a) 8.5 m, (b) m, (c) 0 m, dan (d) 30 m vi

14 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran. Data temperatur udara di dalam rumah tanaman pada bedeng I fase pembungaan tanggal 8-9 Oktober Lampiran. Data temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng I pada fase pembungaan tanggal 8-9 Oktober Lampiran 3. Data temperatur udara di dalam rumah tanaman pada bedeng I fase pembuahan tanggal 6-7 November Lampiran 4. Data temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng I pada fase pembuahan tanggal 6-7 November Lampiran 5. Perhitungan pindah panas di dalam bedeng tanaman pukul Lampiran 6. Perhitungan pindah panas di dalam bedeng tanaman pukul Lampiran 7. Tabel tterasi CFD temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul Lampiran 8.Tabel iterasi CFD Heat flux pukul Lampiran 9. Iterasi CFD energi pindah panas pada pukul Lampiran 0.Tabel iterasi CFD temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul Lampiran.Tabel iterasi CFD Heat flux pukul Lampiran.Tabel iterasi CFD energi pndah panas pada pukul vii

15 BAB. PENDAHULUAN. Latar Belakang Hidroponik merupakan budidaya tanaman yang tidak menggunakan tanah sebagai media tanamnya. Nutrisi yang diperlukan oleh tanaman diberikan dalam bentuk larutan. Budidaya dengan cara ini telah banyak dikembangkan sebagai salah satu alternatif sistem produksi tanaman secara massal dengan lebih terencana dari segi mutu, waktu, dan jumlah hasil panen. Untuk menghasilkan produktifitas yang tinggi, lingkungan di sekitar tanaman perlu diupayakan berada pada kondisi yang optimal. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman diantaranya adalah temperatur udara, cahaya matahari, kelembaban udara, kadar CO dan ketersedian unsur-unsur hara. Untuk menciptakan lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman yang baik maka lingkungan pertumbuhan tanaman perlu dikontrol dengan baik. Penggunaan greenhouse atau rumah tanaman memungkinkan dilakukannya pengendalian lingkungan di sekitar tanaman agar lebih mendekati kondisi optimal tersebut, terutama perlindungan terhadap tanaman dari kondisi yang tidak menguntungkan bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Sistem hidroponik dapat diterapkan dengan baik bila digunakan rumah tanaman sebagai fasilitas untuk perlindungan bagi tanaman. Salah satu sistem hidroponik yang umum digunakan pada tingkat komersial adalah Nutrient Film Technique (NFT). NFT merupakan metode budidaya tanaman dengan akar tanamannya berada pada lapisan air dangkal tersirkulasi dan mengandung nutrisi sesuai dengan kebutuhan tanaman. Lapisan aliran air yang dangkal tersebut memungkinkan akar tanaman selain mendapatkan air dan nutrisi juga mendapatkan udara yang cukup. Iklim tropis Indonesia dicirikan oleh tingginya temperatur udara sepanjang hari karena tingginya radiasi matahari. Selain melindungi tanaman yang dibudidayakan di dalamnya dari curah hujan yang berlebihan dan serangan hama penyakit, penggunaan rumah tanaman selalu diikuti oleh

16 persoalan tingginya temperatur udara di dalamnya. Penggunaan rumah tanaman di Indonesia selalu diikuti oleh tingginya temperatur udara di dalamnya pada siang hari ketika cuaca cerah. Hal ini karena rumah tanaman juga berkarakteristik sebagai pengumpul panas. Oleh karena itu, diperlukan rekayasa lingkungan mikro di dalam rumah tanaman. Rekayasa lingkungan mikro yang dilakukan dengan cara mengendalikan temperatur disebut juga rekayasa termal. Tingginya beban panas di dalam rumah tanaman akibat radiasi matahari menyebabkan diperlukan energi yang besar untuk pendinginan. Untuk itu diperlukan rekayasa termal yang efektif dan efisien dalam penggunaan energi. Analisa termal perlu dilakukan untuk mengetahui proses pindah panas yang terjadi dan besarnya energi yang dibutuhkan untuk pendinginan. Suhardiyanto (994) telah mengembangkan zone cooling sebagai metode rekayasa termal untuk menurunkan temperatur secara terbatas pada daerah di sekitar tanaman yang langsung berpengaruh kepada pertumbuhan tanaman. Dengan zone cooling, energi yang diperlukan untuk mendinginkan tidak terlalu besar. Walaupun temperatur udara di bagian atas rumah tanaman tinggi, selama temperatur yang berada di zona tanaman cukup rendah maka pertumbuhan tanaman diharapkan tidak terganggu. Aplikasi zone cooling pada sistem hidroponik secara NFT dilakukan dengan mendinginkan larutan nutrisi kemudian mengalirkannya ke saluran tempat tanaman dibudidayakan. Larutan nutrisi kemudian ditampung dengan tangki dan selanjutnya didinginkan kembali. Dalam perancangan saluran tempat budidaya tanaman secara NFT untuk aplikasi zone cooling dengan pendinginan larutan nutrisi diperlukan kajian sebaran temperatur larutan nutrisi ketika mengalir di dalam saluran tersebut. Oleh karena itu, perlu dilakukan simulasi untuk memprediksi proses pindah panas yang terjadi dan sebaran temperatur yang tepat untuk pendinginan larutan nutrisi. Simulasi proses pindah panas dan sebaran temperatur larutan nutrisi tersebut ini dapat dilakukan dengan menggunakan program Computational Fluid Dynamics (CFD).

17 Tomat adalah salah satu komoditas sayuran yang sangat potensial untuk dibudidayakan secara hidroponik menggunakan NFT. Hal ini karena tanaman tomat sangat responsif terhadap pasokan nutrisi berupa larutan dan kemampuan buffer yang tinggi dalam menghadapi kondisi ekstrim dalam pasokan unsur hara. Tanaman ini secara luas dibudidayakan dari dataran rendah hingga dataran tinggi. Untuk menghasilkan buah tomat yang baik, selain menggunakan varietas yang tahan terhadap penyakit dan hama, juga perlu menerapkan teknologi budidaya yang tepat. Dengan demikian diharapkan akan tercapai produktivitas yang tinggi dan mutu tomat yang baik. Penerapan teknologi hidroponik secara tepat dalam budidaya tomat antara lain adalah penggunaan saluran tempat pertumbuhan tanaman yang diketahui sebaran temperaturnya. Oleh karena itu, dilakukanlah simulasi sebaran temperatur larutan nutrisi dalam saluran budidaya tomat secara NFT dengan menggunakan CFD.. Tujuan Tujuan penelitian ini adalah untuk :. Mempelajari perubahan temperatur udara di dalam rumah tanaman, dan temperatur larutan nutrisi di dalam saluran bedeng budidaya tanaman tomat.. Mempelajari parameter perhitungan pindah panas untuk simulasi dengan CFD. 3. Mempelajari distribusi temperatur larutan nutrisi sepanjang saluran bedeng tanaman tomat secara NFT melalui simulasi CFD. 4. Mempelajari hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi sepanjang bedeng tanaman dan kemiringan bedeng tanaman dengan simulasi CFD. 5. Mempelajari hubungan distribusi temepratur larutan nutrisi dan panjang bedeng tanaman. 3

18 BAB. TINJAUAN PUSTAKA. Tomat (Lycopersicum Esculentum Mill) Tomat dengan nama botani Lycopersicum Esculentum Mill merupakan sayuran buah yang berasal dari kawasan Peru dan Ekuador. Pada tahun 8, tanaman tomat mulai menyebar ke negara-negara lain termasuk Indonesia, terutama di dataran tinggi (Wijanarko, 990). Para ahli botani mengklasifikasikan tanaman tomat sebagai berikut : Kelas : Dycotyledonae Ordo : Tubiflarae Famili : solanaceae Genus : Lycopersicon atau Lycopersicum Spesies : Lycopersicon esculentum L. korst atau Lycopersicum esculentum Mill Menurut Tugiyono (007), tanaman tomat adalah tanaman setahun yang berbentuk perdu atau semak dan termasuk ke dalam golongan tanaman berbunga (angiospermae). Bentuk daunnya bercelah menyirip tanpa stippelae (daun penumpu), jumlah daunnya ganjil antara 5-7 helai. Batang tomat tidak sekeras tanaman tahunan tetapi cukup kuat dan warna batang hijau dan berbentuk persegi empat sampai bulat. Pada permukaan batangnya ditumbuhi banyak rambut halus terutama di bagian berwarna hijau. Diantara rambutrambut tersebut biasanya terdapat rambut kelenjar. Pada bagian bukubukunya terjadi penebalan dan kadang-kadang pada bagian buku bagian bawah terdapat akar-akar pendek. Bunga tomat termasuk jenis bunga sempurna artinya daun bunga, benang sari, dan putik terdapat pada satu bunga (Wijanarko, 990). Bunga tomat tersusun dalam tandan yang terletak diantara ruas batang, terdiri dari lima benang helai kelopak bunga, lima helai mahkota yang berwarana kuning, lima benang sari yang muncul dari dasar mahkota serta kepala putik. Tomat pada umumnya menyerbuk sendiri (Thompson dan Kelly, 979). Pada umumnya, dalam satu tandan terdapat 5-0 bunga. 4

19 Kandungan gizi dalam tomat yang sangat tinggi mendorong tingginya konsumsi masyarakat akan tomat. Buah tomat banyak mengandung vitamin A, vitamin C, mineral, dan lycopene. Kandungan vitamin dalam tomat yaitu vitamin A dan C dapat membantu penyembuhan penyakit buta malam, memelihara kesehatan gigi dan gusi, dan mempercepat penyembuhan luka. Selain vitamin kandungan gizi tomat yang tak kalah penting ialah lycopene yang memberikan warna merah pada tomat, diyakini merupakan antioksidan yang jauh memilki khasiat dibanding beta karotin. Seperti antioksidan yang lain, lycopene melindungi tumbuhnya radikal-radikal bebas yang berbentuk dalam tubuh akibat polusi, rokok dan sinar ultraviolet. Lycopene dapat membantu dari kerusakan sel yang dapat berakibat kanker dan penyakit lain. Temperatur bulanan rata-rata yang sesuai untuk pertumbuhan tomat berkisar antara -4 o C, sedangkan temperatur malam yang sesuai bagi pembentukan bunga dan buah berkisar antara 5-0 o C. Untuk pertumbuhan dan hasil yang baik, tomat memerlukan penyinaran matahari sepanjang (Thompson dan Kelly, 979). Pembentukan buah sangat ditentukan oleh faktor temperatur malam hari. Pengalaman dari berbagai negara membuktikan bahwa temperatur yang terlalu tinggi di waktu malam menyebabakan tanaman tomat tidak dapat membentuk bunga sama sekali, sedangkan pada temperatur kurang dari 0 o C tepung sari menjadi lemah tumbuhnya dan banyak tepung sari yang mati, akibatnya hanya sedikit yang terjadi pembuahan (Tugiyono, 007).. NFT (Nutrient Film Technique) NFT (Nutrient Film Technique) adalah metode budidaya secara hidroponik yang akar tanamannya berada di lapisan air dangkal tipis (3-0 mm) seperti film, dimana nutrisi dapat tersirkulasi sesuai kebutuhan tanaman. Pada sistem hidroponik secara NFT, akar tanaman terendam dalam larutan nurisi yang bersirkulasi selama 4 jam terus menerus. Sebagian akar terendam dan sebagian lainnya berada di atas permukaan air. Pada sistem NFT, tanaman ditegakkan di bedeng berbentuk segi empat (untuk mencegah terjadi deoksigenasi) yang biasanya digunakan untuk talang 5

20 rumah, juga dari fiberglass yang dirancang khusus. Bedeng-bedeng disusun dengan kemiringan -5% sehingga larutan nutrisi mengalir dari bagian atas ke bawah karena pengaruh gravitasi bumi. Larutan nutrisi berasal dari sebuah tangki air dengan kapasitas sesuai populasi tanaman. Larutan nutrisi dipompakan dengan sebuah pompa dari tangki air ke bedeng. Setelah mengalir disepanjang bedeng, larutan nutrisi ini keluar dari outlet kemudian ditampung di tangki lagi. Selanjutnya larutan nutrisi kembali dipompakan ke dalam bedeng. Sirkulasi larutan nutrisi dilakukan terus-menerus. Menurut Chadirin (006), keuntungan menggunakan sistem NFT adalah sebagai berikut :. Sistem NFT dapat mempersingkat masa tanam karena tanaman tumbuh lebih cepat dari tanaman yang dibudidayakan secara konvensional di tanah, sehingga dapat menambah musim tanam per tahunnya.. Pemberian nutrisi lebih mudah terkontrol secara tepat sesuai denagn kebutuhan tanaman. 3. Terhindar dari kekringan karena nutrisi dan air disirkulasikan secara teratur ke daerah perakaran tanaman. 4. Pengendalian temperatur lebih mudah dilakukan dengan cara mengotrol temperatur larutan pada tingkat yang optimum bagi daearah perakaran tanaman. 5. Tidak diperlukan sterilisasi tanah. 6. Hemat biaya nutrisi, karena pupuk/nutrisi dan air diberikan kepada tanaman secara sirkulasi sehingga tidak ada yang terbuang. Hidoponik NFT dikategorikan sebagai sistem tertutup. Kekurangan sistem ini adalah apabila terjadi akar dari salah satu tanaman terserang penyakit maka seluruh tanaman akan menular dalam waktu singkat. Hidroponik secara NFT membutuhkan pasokan aliran energi listrik secara terus menerus. Apabila pasokan listrik selama beberapa jam saja terhenti maka seluruh tanaman dalam sistem NFT terancam mati total. 6

21 .3 Rekayasa Termal Persoalan terbesar pemanfaatan rumah tanaman di daerah tropika basah adalah sangat tingginya temperatur udara pada siang hari ketika cuaca cerah, sedangkan evaporative cooling yang relatif efektif jika digunakan di daerah kering juga tidak efektif lagi digunakan. Daerah tropika basah, seperti Indonesia, mendapatkan radiasi matahari penuh jam setiap harinya sepanjang tahun. Radisasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman mengakibatkan temperatur udara dalam rumah tanaman meningkat dengan cepat hingga seringkali melewati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman. Beban panas yang timbul pada 80 bedengan tanaman per 0 acre luasan tanam dilaporkan sebear 590 MJ per hari per 0 acre. Pendinginan terbatas atau zone cooling dilaporkan dapat mendinginkan temperatur udara di sekitar tanaman dengan input energi yang minimum (Kojima and Suhardiyanto, 99; Suhardiyanto and Matsuoka, 99). Zone cooling dilakukan dengan cara mendinginan daerah di sekitar tanaman saja tanpa perlu mendinginkan volume udara seluruh rumah kaca. Udara dingin di hembuskan melalui pipa-pipa berlubang yang diletakkan di sekitar tanaman mampu mendinginkan udara di sekitar tanaman, yakni -6 o C lebih rendah dibandingkan dengan daerah yang tidak mendapat hembusan angin dingin (Suhardiyanto and Matsuoka, 99 dan 994). Pada hidroponik sistem NFT, zone cooling dapat dilakukan dengan cara mendinginkan larutan nutrisi dalam bak/tangki nutrisi yang selanjutnya disirkulasikan ke daerah perakaran sepanjang bedeng tanaman (Matsuoka dan Suhardiyanto, 99). Chadirin (006) melaporkan pendinginan larutan nutrisi dengan menggunakan deep sea water mampu menghemat 78% konsumsi energi listrik. Matsuoka dan Suhardiyanto (99) melaporkan bahwa tanaman tomat dengan temperatur daerah perakaranya dipertahankan pada tingkat o C sampai 3 o C ternyata tumbuh jauh lebih baik dalam sistem NFT dibandingkan dengan yang berada pada tingkat temperatur daerah perakaranya 5 o C sampai 7 o C. 7

22 .4 Temperatur Temperatur lingkungan berpengaruh terhadap proses fisik dan kimiawi tanaman dan selanjutnya akan mengendalikan proses biologi dalam tanaman (Harjadi dan Setyawati, 996). Temperatur sangat besar pengaruhnya dalam mendukung atau membatasi pertumbuhan tanaman. Temperatur daun, batang, dan akar biasanya berada dalam kisaran beberapa derajat dari temperatur udara dan tanah. Oleh karena itu, pertumbuhan dan metabolisme tanaman sangat dipengaruhi oleh perubahan temperatur lingkungan (Fitter dan Hay, 99). Respon laju pertumbuhan tanaman terhadap satu kisaran temperatur yang konstan dibagi menjadi tiga bagian, yaitu kisaran temperatur minimum dan maksimum dimana pertumbuhan tanaman terhenti seluruhnya, dan kisaran temperatur optimum dimana kecepatan pertumbuhan tertinggi dapat dipertahankan dengan anggapan bahwa temperatur merupakan faktor pembatas pertumbuhan (Fitter dan Hay, 99). Temperatur optimum untuk pertumbuhan akar umumnya lebih rendah daripada temperatur untuk pertumbuhan pucuk. Tanaman akan tumbuh baik pada kisaran temperatur larutan nutrisi dan temperatur lingkungan tertentu. Tanaman tomat akan tumbuh baik apabila temperatur larutan nutrisi C meskipun temperatur sekitar tidak mendukung untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman tomat. Tanaman tomat akan tumbuh subur jika tanaman mendapat cahaya matahari yang cukup dan berada pada temperatur yang optimal untuk pertumbuhan. Temperatur optimal pada siang hari berkisar 5-30 C dan temperatur pada malam hari berkisar 5-0 C. Temperatur optimal pada malam hari sangat baik untuk pertumbuhan bunga, karena proses pembungaan terjadi pada malam hari (Villareal, 980). 8

23 .5 Rumah Tanaman Menurut Nelson (978), greenhouse atau rumah tanaman didefinisikan sebagai suatu bangunan yang memiliki struktur atap dan dinding yang bersifat tembus cahaya. Cahaya yang dibutuhkan oleh tanaman dapat masuk ke dalam rumah tanaman sedangkan tanaman terhindar dari kondisi yang tidak menguntungkan. Selain itu dengan pemakaian rumah tanaman maka temperatur, kelembaban, cahaya, dan keperluan tanaman yang lain dapat diatur sampai tanaman (sayuran) musiman dapat ditanaman sepanjang tahun. Di dalam rumah tanaman, parameter lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman, yaitu cahaya matahari, temperatur udara, kelembaban udara, pasokan nutrisi, kecepatan angin, dan konsentrasi karbondioksida dapat dikendalikan dengan mudah. Penggunaan rumah tanaman memungkinkan dilakukannya modifikasi lingkungan yang tidak sesuai bagi pertumbuhan tanaman menjadi lebih mendekati kondisi optimum bagi pertumbuhan tanaman (Suhardiyanto, 009). Di dalam budidaya tanaman, rumah tanaman dibangun untuk melindungi tanaman dari cuaca dingin di musim dingin di daerah sub tropis karena rumah tanaman dapat menjadi tempat untuk bercocok tanam sekalipun di musim dingin. Penggunaan rumah tanaman di daerah sub tropis ini memungkinkan petani melakukan rekayasa termal karena lingkungan pertumbuhan tanaman dibatasi oleh rumah tanaman. Dengan demikian budidaya tanaman masih dapat dilakukan di musim dingin dalam rumah kaca. Indonesia merupakan negara tropis yang mengalami musim kemarau dan musim penghujan sehingga fungsi rumah tanaman lebih ditekankan sebagai sarana pelindung tanaman terhadap iklim yang tidak menguntungkan, yakni memanfaatkan rumah tanaman untuk melindungi tanaman dari terpaan curah hujan, temperatur yang terlalu rendah, dan tiupan anagin yang terlalu kencang. Selanjutnya dinding rumah tanaman di pasang kain/kawat kasa untuk melindungi tanaman dari serangan hama dan serangga. 9

24 .6 Pindah Panas Peristiwa pindah panas didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah yang lainnya sebagai akibat dari beda temperatur dari daerah-daerah tersebut (Kreith, 994). Pindah panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi dan radiasi.. Konduksi Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah bertemperatur tinggi ke daerah bertemperatur lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair, gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung (Kreith, 994). Besaran perpindahan panas konduksi tergantung dari nilai konduktivitas panas suatu bahan. Menurut Holman (997), jika dalam suatu bahan terdapat gradien temperatur (temperature gradient) maka terjadi perpindahan energi atau panas dari bagian yang bertemperatur tinggi ke bagian yang bertemperatur lebih rendah. Besarnya laju aliran panas dengan cara konduksi suatu bahan dinyatakan dalam : dt q k ka.() dx dimana : q k : laju perpindahan panas (W) k : konduktivitas termal (thermal conductivity) bahan (W/m.K) A : luas penampang benda yang tegak lurus terhadap aliran panas (m ) dt : gradien temperatur (K) dx : ketebalan dinding (m). Konveksi Arus cairan atau gas yang menyerap kalor pada suatu tempat, lalu bergerak ke tempat lain dan bercampur dengan bagian fluida yang lebih dingin serta memberikan kalornya, disebut arus konveksi (Zemansky dan Dittman, 986). 0

25 Kreith (994) mengemukakan bahwa perpindahan panas konveksi berdasarkan cara menggerakan alirannya diklasifikasikan menjadi dua cara yaitu, konvesi bebas (alami) dan konveksi paksa. Konveksi bebas terjadi karena adanya perbedaan massa jenis yang disebabkan oleh perbedaan temperatur, sedangkan konveksi paksa terjadi karena adanya gerak dari luar misalnya dari pompa atau kipas. Laju perpindahan panas konveksi dinyatakan dalam persamaan berikut: q h A T T ).....() c 3. Radiasi c ( f dimana: q c : laju perpindahan panas (W) h c T T f : koefisien perpindahan panas konveksi (convection heat transfer coefficient) (W/m.K) : temperatur permukaan (K) : temperatur fluida (K) Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah bila bendabenda tersebut terpisah di dalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut dan energi panas yang berpindah ini disebut panas radiasi (Kreith, 994). Laju aliran panas suatu benda dengan cara radiasi, dihitung dengan menggunakan persamaan : 4 q r AT...(3) dimana: q r : laju perpindahan panas (W) : konstanta Stefan Boltzman, x 0-8 W/m K 4 : emisivitas bahan (hitam = )

26 .7 Dasar-dasar Simulasi Menurut Syamsa (003), simulasi komputer adalah usaha mengeksplorasi model-model matematika dari suatu proses atau fenomena fisik dengan menggunakan komputer dalam rangka memberikan gambaran situasi nyata dengan sebagian besar rinciannya. Sedangkan simulasi proses adalah penggunaan model matematika untuk menggambarkan secara realistik perilaku nyata dari system dengan mengukur tanggap dinamik variablevariabel proses yang dipantau, misalnya temperatur, tekanan, dan komposisi bahan. Dengan memanipulasi atau bekerja dengan model diharapkan :. Dapat meramalkan hasil atau keluaran.. Lebih memahami model fisik dan matematika dari fenomena dan proses. 3. Bereksperimen dengan model. 4. Melalukan pengujian dengan model. 5. Menggunakan model untuk tujuan penelitian dan pelatihan. Secara garis besar, simulasi proses dapat dikategorikan menjadi dua kategori berdasarkan kondisinya yaitu simulasi pada keadaan tunak dan simulasi dalam keadaan dinamis (Syamsa, 003). Simulasi keadaan tunak biasanya terdiri dari sejumlah persamaan aljabar yang diselesaikan secara iterasi, misalnya untuk menghitung kalkulasi panas dan keseimbangan dari suatu proses dibawah kondisi keadaan tunak yang berubah-ubah. Program simulasi keadaan tunak umum digunakan dalam proses industri seperti pengukuran boiler dan peralatan turbin untuk laju panas tertentu. Sedangkan simulasi keadaan dinamis tidak hanya memeperhatikan kalkulasi panas dan keseimbangan bahan dalam keadaan tunak, tetapi juga kondisi transien dari perubahan proses. Simulasi dilakukan dengan menyelesaikan persamaanpersaman diferensial non-linier berjumlah besar dalam waktu nyata, untuk menggambarkan keseimbangan dinamik bahan dan energi dari proses yang disimulasikan. Laju akumulasi masa dan energi dihitung secara kontinyu dan diintegrasikan sepanjang interval waktu yang relatif kecil, yaitu untuk menghasilkan proses tiruan dari tanggap dinamik yang realistik seperti temperatur, tekanan, dan komposisi bahan.

27 .8 Metode Komputasi Dinamika Fluida Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan pemanfaatan program komputer untuk membuat suatu prediksi apa yang terjadi secara kuantitaif pada saat fluida mengalir. Dengan menggunakan CFD presiksi aliran fluida pada berbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya yang relatif murah dan waktu yang singkat dibanding dengan metode eksperimen (Nugraha, 005). Secara istilah CFD merupakan suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yang mengalir. Menurut Zhang (005), pada dasarnya persamaan-persamaan fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan-persamaan parsial (PDE= Partial Differential Equation) yang merepresentasikan hukum-hukum konservasi massa, momentum, dan energi. Untuk memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu, program CFD harus dapat menyelesaikan persamaan-persamaan yang menerangkan peristiwa aliran-aliran fluida. Dengan demikian pemahaman tentang sifat-sifat dasar aliran fluida sangatlah penting. Persamaan-persamaan yang menerangkan peristiwa aliran fluida berbentuk persamaan diferensial parsial. Program komputer tidak langsung dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut secara langsung. Oleh karena itu, persamaan diferensial ini ditransformasikan kedalam persamaan aljabar yang sederhana dan disebut dengan metode diskritisasi (Versteeg dan Malalasekera, 995). Secara umum, proses dalam CFD dibagi dalam tiga tahapan yaitu prapemrosesan (pre-processing), pencarian solusi (solving), dan pascapemrosesan (post-processing) (Purbaya dan Asmara, 003).. Prapemrosesan Menurut Tuakia (008), tahapan ini merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Prapemrosesan terdiri dari input masalah aliran ke dalam program CFD dengan memakai interface yang memudahkan operator dan transformasi input berikutnya ke dalam bentuk yang sesuai dengan pemecahan oleh solver. Hal-hal yang dilakukan pada tahap ini meliputi : 3

28 - Penurunan definisi geometri dari daerah yang dianalisis. - Pembentukan grid. - Pemilihan fenomena fisik dan kimia yang terjadi. - Penentuan sifat-sifat fluida (konduktivitas, viskositas, massa jenis, panas jenis dan sebagainya). - Penentuan kondisi batas yang sesuai agar memudahkan dalam menganalisis. Pemecahan masalah aliran (kecepatan, tekanan, temperatur, dan lainlain) didefinisikan pada titik (nodal) didalam tiga sel. Ketepatan CFD dibentuk oleh sejumlah sel dalam grid. Secara umum, semakin besar jumlah sel, ketelitian hasil pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak harus selalu seragam, semakin halus pada bagian yang memiliki varisai cukup besar dan semakin kasar untuk bagian yang relatif tidak banyak perubahan (Tuakia, 008).. Pencarian Solusi Setelah geometri masalah didefininisikan secara numerik melalui grid-grid, tahap selanjutnya adalah pencarian solusi. Pada tahap ini persamaan-persamaan matematika yang digunakan untuk memodelkan aliran didiskritasasi untuk masing-masing grid dan dicari solusinya. Persamaan atur yang digunakan dalam CFD tergantung dari permasalahan yang akan dimodelkan (Purbaya dan Asmara, 003). Proses pencarian solusi dilakukan dengan menggunakan metode finite volume, dimana metode ini dikembangkan dari finite difference khusus (Tuakia, 008). Algoritma numerik metoda ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu : - Aproksimasi variabel aliran yang tidak diketahui dengan menggunakan fungsi sederhana. - Diskritisasi dengan mensubsitusi hasil aproksimasi ke dalam aliran dan memanipulasi matematika berikutnya. - Penyelesaian persamaan aljabar. 4

29 3. Pasca-pemrosesan Tahap terakhir dari simulasi menggunakan CFD adalah pascapemrosesan. Pada tahap ini semua solusi dari parameter aliran yang telah diperoleh untuk setiap grid yang disajikan melalui visualisasi. Visualisasi solusi ini bertujuan untuk mempermudah memahami solusi yang dihasilkan oleh software CFD (Purbaya dan Asmara, 003). 5

30 BAB 3. METODOLOGI 3. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian ini dilakukan di dalam rumah tanaman yang berada di Laboratorium Lapang Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pelaksanaan penelitian dilakukan pada bulan Oktober 009 hingga November Bahan dan Alat Fasilitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 3.. Rumah tanaman Rumah tanaman berfungsi untuk melindungi tanaman dari faktorfaktor lingkungan yang tidak menguntungkan. Rumah tanaman yang digunakan berukuran 6 m x m yang dibangun membujur ke arah utara-selatan dengan bahan konstruksi besi. Atap rumah tanaman menggunakan bahan plastik PVC transparan 0.0 mm dan dindingnya terbuat dari kasa kawat dengan lubang mm. Lantai rumah tanaman dilapisi semen dengan pondasi setempat sedalam 50 cm. 3.. Bedeng tanaman Bedeng tanaman berfungsi untuk menempatkan tanaman dan mengalirkan larutan nutrisi. Bedeng tanaman dibuat dari bahan kayu lapis dengan tebal cm dengan panjang bedeng 9 m dan lebar bedeng 8 cm. Bagian dasar bedeng dilapisi dengan plastik polyethilene hitam. Dinding bedeng dibuat dari kayu lapis dengan ketinggian 0 cm Penyangga bedeng Kerangka penyangga bedeng yang digunakan dibuat dari pipa galvanis ¾ inchi yang dirangkaikan sedemikian rupa sehingga bedeng yang ditempatkan berada pada kemiringan dari hulu ke hilir sebesar 3%. Pipa galvanis yang digunakan sebagai kaki penyangga ditanam pada pondasi yang terbuat dari beton bertulang. 6

31 3..4 Tangki larutan nutrisi Tangki ini digunakan untuk menampung larutan nutrisi yang siap pakai dan siap disirkulasikan. Volume tangki larutan nutrisi yang digunakan adalah 50 L Saluran/pipa larutan nutrisi Pipa larutan nutrisi digunakan untuk mengalirkan larutan nutrisi dari tangki larutan ke bedeng tanaman. Pipa larutan nutrisi dibuat dari bahan PVC ¾ inchi sepanjang 9 m Pompa air Pompa air berfungsi untuk mendorong larutan nutrisi dari tangki ke bedeng tanaman secara terus menerus. Pompa air yang digunakan memiliki daya sebesar 5 W. Gambar. Pompa air 3..7 Recorder Recorder Yokogawa AW 000 digunakan untuk mencatat temperatur pada titik-titik pengukuran tertentu yang dihubungkan dengan termokopel. Recorder tersebut dapat mencatat temperatur dari 4 titik pengukuran secara bersamaan. Gambar. Recorder Yokogawa AW 000 7

32 3..8 Program CFD Program CFD digunakan untuk menganalisis aliran fluida dengan simulasi komputer. Program ini terdiri dari software yang diintegrasikan menjadi satu yaitu software Flow Simulation 009 yang menggambarkan geometri bidang aliran fluida dan Flow Simulation yang akan mensimulasikan aliran fluida tersebut dengan berbagai parameter yang telah ditentukan. Karena dalam software ini telah diintegrasikan antara penggambaran geometri dan perangkat untuk menganalisa kasus aliran fluida tersebut, sehingga dapat memvisualisasikan distribusi aliran fluida secara numerik. Prinsip kerja perhitungan yang dilakukan oleh software ini berdasarkan metode finite volume dengan mengintegrasikan persamaan model Navier-Stokes sebagai dasar perhitungan kasus mekanika fluida yang akan dianalisis. Pendekatan numerik dengan model ini dianggap paling otentik diantara model perhitungan mekanika fluida yang lainnya Personal Computer (PC) PC yang dipergunakan untuk proses simulasi menggunakan CFD memiliki spesifikasi Pentium IV, RAM GB. Adapun spesifikasi lain dari PC yang dapat digunakan ialah PC yang memiliki kemampuan yang lebih dari spesifikasi yang digunakan oleh penulis Peralatan lain Peralatan lain yang digunakan adalah EC meter, termometer air raksa, meteran, gelas ukur, wadah larutan stok. Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini berupa nutrisi AB MIX, air, plastik mulsa, styrofoam sebagai bahan isolator, dan lain-lain. 3.3 Metode Penelitian 3.3. Persiapan penelitian Persiapan penelitian meliputi kegiatan pembersihan rumah tanaman, pembuatan bedeng tanaman, persiapan peralatan dan penyediaan bahan. Persiapan sebelum tanam meliputi penempatan 8

33 bedeng-bedeng tanaman, media tanam, dan penyiapan sistem sirkulasi larutan nutrisi Perlakuan penelitian Bedeng tanaman tomat terbuat dari kayu dan diberi lapisan plastik hitam dan ditutup dengan styrofoam Pengamatan dan Pengukuran Pengamatan dilakukan tiap hari selama proses pengembilan data berlangsung selama tiga hari. Parameter yang diukur meliputi temperatur larutan nutrisi pada tangki, temperatur bedeng tanaman, dan temperatur lingkungan di dalam. Pengukuran data tersebut dilakukan secara bersamaan setiap 30 menit sekali. Data-data tersebut merupakan hasil pengukuran selama tiga hari berturut-turut. Pengukuran temperatur larutan nutrisi bedeng tanaman dilakukan pada bedeng bagian dalam yang berhubungan langsung dengan larutan nutrisi. Pengukuran dilakukan pada 4 titik pengukuran yaitu pada inlet, 0,5 m dari inlet, outlet (9 m dari inlet), dan titik tengah antara inlet dan outlet (4.5 m dari inlet/outlet). Titik pengukuran pada inlet bedeng dianggap sama dengan titik outlet pipa. Pengukuran dilakukan pada masing-masing pipa dan bedeng tanaman. Pencatatan data temperatur dilakukan pada masing-masing pipa dan bedeng dengan menggunakan hybrid recorder yang dihubungkan pada titik pengukuran dengan menggunakan termokopel. Pencatatan data dilakukan selama 4 jam per 30 menit. Hasil pengamatan mengenai distribusi temperatur memberikan gambaran mengenai temperatur larutan nutrisi yang terjadi di sekitar daerah perakaran tanaman. Skema titik-titik pengukuran temperatur larutan nutrisi dan lingkungan sekitar ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4. 9

34 Keterangan gambar: Bedeng I = perlakuan tanpa pendinginan (kontrol) = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi dalam tangki = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi di inlet pipa 3-6 = titik pengukuran temperatur larutan nutrisi dalam bedeng Gradien temperatur dalam sistem menyebabkan perubahan temperatur larutan nutrisi selama interval waktu pengukuran. Fluktuasi temperatur larutan nutrisi ini dipengaruhi oleh proses-proses perpindahan panas. Analisis pindah panas yang terjadi dalam sistem secara umum antara lain pindah panas secara konveksi dari fluida ke bahan penutup, dan secara konduksi dari pertukaran energi antar medium-medium berlainan yang bersinggungan secara langsung dan berbeda temperatur. Dengan asumsi-asumsi bahwa temperatur larutan nutrisi merupakan temperatur air yang seragam pada setiap titik serta larutan nutrisi dianggap berada dalam ruang yang tertutup rapat. Gambar 5 adalah skema proses pindah panas yang terjadi pada bedeng terjadi secara vertikal dari atas dan dari bawah. Temperatur udara di dalam rumah tanaman dianggap seragam. Q Sty Udara T u T s Styrofoam T ud Q triplek + Q Plastik Air T K. Lapis Plastik hitam T b Bedeng Gambar 4. Skema pindah panas pada bedeng Untuk mengetahui pindah panas yang terjadi pada bedeng tanaman, dapat menggunakan rumus berdasarkan pindah panas konveksi dan konduksi yang terjadi dari udara ke air melewati styrofoam dan pindah panas secara konveksi dan konduksi dari udara ke

35 air melewati bedeng triplek dan plastik. Sifat-sifat udara dan air dapat dilihat dari tabel A-5 dan A-9 (Cengel, 007). Adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut: Dari atas bedeng: U h u k x sty sty h ud h a... (0) Dari kiri, kanan, dan bawah bedeng: U h u k x triplek triplek k x plastik plastik h a... () Keterangan: h u : koefisien konveksi udara dalam rumah tanaman (W/m. C) h ud : koefisien konveksi udara dalam bedeng (W/m. C) x sty : tebal styrofoam (m) k sty : konduktivitas termal styrofoam (W/m. C) x triplek : tebal kayu lapis (m) k triplek : konduktivitas termal kayu lapis (W/m. C) x plastik : tebal plastik (m) k plastik : konduktivitas termal plastik (W/m o C) h a : koefisien konveksi air (W/m. C) Berdasarkan kesetimbangan panas larutan nutrisi, maka akan diperoleh nilai penyerapan kalor oleh larutan nutrisi pada masingmasing pipa dan masing-masing bedeng tanaman Pensimulasian dengan CFD Pensimulasian dengan CFD dilakukan setelah semua data hasil pengukuran di lapangan dihitung. Setelah semua data telah selesai dihitung, model untuk simulasi dibuat berdasarkan data diperoleh dari lapangan, adapun model tersebut ialah bedeng tanaman berbentuk balok berporos. Model bedeng tanaman dibuat dengan menggunakan software Solidwork 009 yang telah di-install di dalam PC. Ukuran dari model

36 bedeng yang dibuat dengan software Solidwork 009 ialah panjang 8.5 m, lebar 0.6 m, dan tinggi bedeng m, serta kemiringan.6 o dari dasar outlet. Berikut gambar model yang telah dibuat dengan software tersebut. Inlet Barat Timur Arah aliran larutan nutrisi 8.5 m 4 mm 6 cm.6 o Outlet Gambar m 5. Model bedeng tanaman untuk simulasi Setelah model bedeng tanaman selesai dibuat, langkah berikutnya ialah mendefinisikan semua kejadian fisik dan kimia yang terjadi pada model bedeng tanaman yang sesuai dengan keadaan nyata dan menentukan parameter apa saja yang ingin dihasilkan dari pensimulasian ini. Hal selanjutnya ialah menjalankan proses simulasi dengan memulai proses perhitungan yang dilakukan oleh software EFD tersebut atau yang disebut dengan proses running hingga mencapai kondisi konvergen. Langkah terakhir dari pensimulasian ini ialah 3

37 melihat hasil pensimulasian yang telah ditentukan di langkah pertama tadi. Dengan hasil tersebut kita dapat memperkirakan hasil pensimulasian tersebut dengan kondisi yang ada di lapangan. Untuk penelitian ini juga dilakukan pensimulasian model bedeng tanaman dengan melihat hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng tanaman dengan kemiringan bedeng tanaman. Ada dua skenario pensimulasian yang digunakan selain dari pensimulasian yang telah dilakukan sebelumnya yaitu kemiringan o dan kemiringan 3 o dari dasar outlet. 3.4 Asumsi-Asumsi yang Digunakan Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:. Temperatur styrofoam yang digunakan sama dengan temperatur udara bedeng.. Temperatur dinding kayu lapis yang digunakan sama dengan temperatur larutan nutrisi, hal ini dikarenakan tidak dilakukan pengambilan data temperatur di dinding triplek dan dinding styrofoam. 3. Perpindahan panas yang dihitung terjadi secara konduksi dan konveksi. 4. Pengaruh evaporasi larutan sepanjang bedeng tanaman diabaikan. 5. Pada proses simulasi aliran dianggap seragam, sehingga dari model bedeng tanaman yang dibuat hanya 95% saja yang digunakan ketika proses pensimulasian yaitu sepanjang 8.5 m dikarenakan daerah tersebut dianggap seragam. 6. Faktor hambatan akar tanaman dianggap tidak mempengaruhi aliran nutrisi di dalam bedeng tanaman. 7. Penambahan kemiringan bedeng tanaman tidak mempengaruhi ketebalan larutan nutrisi yang lewat di dalam bedeng tanaman. 4

38 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4. Perubahan Temperatur 4...Temperatur Udara di Dalam Rumah Tanaman Temperatur udara di dalam rumah tanaman pada umumnya jauh lebih tinggi dibanding temperatur udara di luar rumah tanaman. Temperatur udara harian di dalam rumah tanaman yang diukur dengan termokopel selama periode pengambilan data di beberapa titik pengukuran yaitu di atas dan di bawah bedeng tanaman serta di dinding rumah tanaman dapat ditampilkan dalam bentuk grafik di bawah ini. Hasil pengukuran temperatur udara di dalam rumah tanaman pada fase Temperatur ( o C) pembungaan ditunjukkan pada Gambar 6 berikut: 40,0 35,0 30,0 5,0 0,0 5,0 0,0 5,0 0,0 6:00 8:00 0:00 :00 4:00 6:00 8:00 0:00 :00 0:00 :00 4:00 6:00 Waktu Pengukuran (WIB) T di dalam Rumah Tanaman (oc) Gambar 6. Grafik perubahan temperatur udara harian di dalam rumah tanaman (8-9 Oktober 009). Temperatur udara harian di dalam rumah tanaman berkisar antara 3.9 o C hingga 37.5 o C dan memiliki rata-rata 8.4 o C. Nilai temperatur ini dapat dikatakan cukup tinggi bila dibandingkan dengan temperatur udara di luar rumah tanaman pada saat yang sama. Temperatur udara di dalam rumah tanaman pada fase pembuahan berkisar antara 3.0 o C hingga 34.4 o C dan rata-rata harian 6.8 o C. Perubahan temperatur udara di dalam rumah tanaman pada fase pembuahan disajikan pada Gambar 7. berikut ini: 5

39 Temperatur ( o C) 40,0 35,0 30,0 5,0 0,0 5,0 0,0 5,0 0,0 9:30 :30 3:30 5:30 7:30 9:30 :30 3:30 :30 3:30 5:30 7:00 9:00 Waktu Pengukuran (WIB) T di dalam Rumah Tanaman Gambar 7. Grafik perubahan temperatur udara harian di dalam rumah tanaman (6-7 November 009). Temperatur udara harian di dalam rumah tanaman antara fase pembungaan dan fase pembuhaan berbeda karena dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu tingkat radiasi matahari dan cuaca tiap waktu. Pada saat penelitian ini berlangsung tingkat radiasi matahari ketika waktu puncak terjadi antara pukul :00 hingga pukul 4:00. Radiasi matahari di dalam rumah tanaman memang tidak tinggi apabila dibanding dengan radiasi matahari di luar rumah tanaman karena terhalang oleh atap, namun gelombang pendek yang terjebak di dalam rumah tanaman oleh atap itulah yang kemudian berubah menjadi gelombang panjang yang menyebabkan temperatur udara di dalam rumah tanaman tinggi bahkan lebih tinggi dari temperatur udara di luar rumah tanaman. Namun cuaca di tempat penelitian berlangsung sering berubah dalam waktu yang sangat cepat yang menyebabkan radiasi matahari yang masuk di dalam rumah tanaman menjadi turun seketika pula, hal inilah yang juga menurunkan temperatur udara di dalam rumah tanaman secara tiba-tiba, sehingga terjadi perbedaan yang cukup besar dari ke dua fase tersebut. 6

40 4...Temperatur Larutan Nutrisi di Dalam Bedeng Tanaman Perubahan temperatur larutan nutrisi di sepanjang bedeng tanaman dipengaruhi oleh keadaan lingkungan termal di dalam rumah tanaman dan di sekitar tanaman. Lingkungan luar yang banyak mempengaruhi temperatur larutan nutrisi di dalam tangki dan bedeng tanaman adalah radiasi matahari, temperatur dan kelembaban udara di dalam rumah tanaman. Hasil pengukuran temperatur larutan nutrisi pada fase pembungaan dan pembuahan menunjukkan bahwa temperatur larutan nutrisi di dalam tangki dan di bedeng tanaman berfluktuasi sejalan dengan perubahan parameter lingkungan luar tersebut.. Fase Pembungaan Grafik perubahan temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada di bedeng I, pada tanggal 8 Oktober 009 pukul 06:00 WIB hingga 9 Oktober 009 pukul 06:00 WIB disajikan pada gambar berikut. Temperatur ( o C) 40,0 35,0 30,0 5,0 0,0 5,0 0,0 5,0 0,0 6:00 8:00 0:00 :00 4:00 6:00 8:00 0:00 :00 0:00 :00 4:00 6:00 Waktu (WIB) T di dalam bedeng Gambar 8. Grafik perubahan temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada bedeng I (8-9 Oktober 009). Dari Gambar 9. dapat diketahui bahwa pada fase pembungaan distribusi temperatur larutan nutrisi pada bedeng berkisar antara 5.9 o C hingga 35.6 o C dengan rata-rata 9.8 o C. 7

41 . Fase Pembuahan Grafik perubahan temperatur larutan nutrisi di bedeng pada bedeng I, pada tanggal 6 November 009 pukul 09:30 WIB hingga 7 November 009 pukul 09:30 WIB disajikan pada gambar berikut. Temperatur ( o C) 40,0 35,0 30,0 5,0 0,0 5,0 0,0 5,0 0,0 9:30 :30 3:30 5:30 7:30 9:30 :30 3:30 :30 3:30 5:30 7:00 9:00 Waktu (WIB) T di dalam bedeng Gambar 9. Grafik perubahan temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada bedeng I (6-7 November 009). Dari Gambar 0. dapat diketahui bahwa pada fase pembuahan temperatur larutan nutrisi pada bedeng I berkisar antara 5.8 o C hingga 35. o C dengan rata-rata 9.0 o C. Untuk pertumbuhan tomat terutama pada fase pembungaan dan pembuahan diperlukan keadaan cuaca yang mendukung, salah satunya temperatur udara rata-rata siang hari antara 8-5 o C. Tanaman tomat tumbuh baik di daerah yang temperatur siang dan malam yang konstan dibanding dengan yang mempunyai fluktuasi temperatur siang dan malam yang besar (Kusmini, 989). Temperatur malam sangat baik untuk pertumbuhan tanaman terutama pembentukan bakal bunga dan buah. Adapun tempertur yang optimal untuk tumbuhnya bakal bunga dan bakal buah yang baik berkisar 9-0 o C. Menurut Soedarya (009), temperatur optimal untuk fase pembuahan dan pembungaan adalah -8 o C jika temperatur > 3 o C tanaman akan gagal berbuah sedangkan temperatur < 5 o C bunga tanaman tomat tidak 8

42 tumbuh optimal. Menurut Nelson (979), temperatur yang tinggi maka kandungan CO tinggi, menyebabkan proses fotosintesis berlangsung cepat sehingga pertumbuhan tanaman akan lebih cepat. Tetapi hal ini dapat mengurangi kualitas tanaman diantaranya batang panjang, kurus dan bunga yang dihasilkan kecil. Temperatur udara harian di dalam rumah tanaman cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur udara harian di luar rumah tanaman baik pada saat siang hari maupun malam hari. Hal ini disebabkan karena serta kurangnya pergerakan udara di dalam rumah tanaman. Menurut Randiniaty (007), selain kurangnya pergerakan udara kecenderungan temperatur udara yang tinggi juga di pengaruhi oleh efek rumah kaca yang terjadi di dalam rumah tanaman itu sendiri karena gelombang pendek dari radiasi akan berubah ketika diteruskan oleh atap rumah tanaman menjadi gelombang panjang, gelombang panjang tadi akan menyebabkan panas yang tidak dapat diteruskan keluar melalui atap sehingga terperangkap di dalam rumah tanaman. Jenis penutup atap rumah tanaman juga sangat berpengaruh besar pada meningkatnya temperatur udara di dalam rumah tanaman. Semakin kecil koefisien transmisivitas suatu bahan penutup atap, makan semakin sulit bahan tersebut melepaskan panas. Selain faktor lingkungan di atas yang sudah dibahas ada satu faktor lingkungan lain yang sangat berpengaruh pada pertumbuhan tanaman di dalam rumah tanaman yaitu radiasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman. 4. Parameter Termal untuk Simulasi dengan CFD Penggunaan CFD sebagai salah satu cara untuk menganalisis distribusi temperatur aliran nutrisi di dalam bedeng tanaman memerlukan inputan data agar proses analisis dapat mendekati hasil yang sama dengan keadaan nyata di lapangan. Salah satu inputan yang paling penting dalam analisis ini adalah data mengenai pindah panas yang terjadi di dalam bedeng tanaman tersebut yang akan mempengaruhi temperatur dari larutan nutrisi yang akan melewati sepanjang bedeng tanaman tersebut. 9

43 Sumber panas yang mempengaruhi temperatur udara di dalam maupun di luar rumah tanaman menjadi naik atau turun karena ada atau tidak adanya radiasi matahari. Radiasi matahari yang terjebak di dalam rumah tanaman inilah yang mempengaruhi temperatur udara di dalam rumah tanaman tinggi, hal ini juga mempengaruhi temperatur udara di dalam bedeng tanaman yang akan dilewati oleh larutan nutrisi yang sengaja di lewatkan di dalamnya. Pindah panas yang terjadi di dalam bedeng tanaman tersebut dihitung untuk memperoleh sebuah nilai untuk diinputkan ke dalam CFD. Dalam hal ini setidaknya ada dua peristiwa yang cukup mempengaruhi yaitu peristiwa konduksi dan konveksi. Untuk mengetahui perhitungan pindah panas yang terjadi pada bedeng tanaman, dapat menggunakan rumus berdasarkan pindah panas konveksi dan konduksi yang terjadi dari udara ke air melewati styrofoam dan pindah panas secara konveksi dan konduksi dari udara ke air melewati bedeng kayu lapis dan plastik. Sifat-sifat udara dan air dapat dilihat dari tabel A-5 dan A-9 (Cengel, 007). Adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut:. Menghitung luasan dinding yang mengalami proses pindah panas. Lc A kll Dimana: Lc : Panjang karakteristik (m) A : Luas dinding kayu lapis (m ) kll : Keliling dinding kayu lapis (m). Menghitung nilai bilangan Gr Pr dan Re L Untuk menghitung nilai bilangan g ( Tu T Gr PrL Dimana: s ) Lc Gr Pr pada konveksi udara L Gr Pr : Bilangan Grashof Prandalt (tanpa satuan) L g : Percepatan gravitasi (m/s ) : T (/K) 3 Pr 30

44 T u : Temperatur udara ( o C) T s : Temperatur bahan ( o C) Pr : Laju aliran Volume (m 3 /s) : Bilangan Prandlt (tanpa satuan) Untuk menghitung nilai bilangan Re Re L Dimana: vl Re : Bilangan Reynold (tanpa satuan) L v : Densitas fluida ( 3 kg / m ) : Debit aliran fluida (m 3 /s) L : Panjang bedeng (m) : Viskositas dinamik (kg/m.s) 3. Menghitung bilangan Nusselt, persamaan yang digunakan disesuaikan dengan keadaan di lapangan. Permukaan bawah plat panas Nu 0.7Gr Pr 4 Permukaan kiri, kanan Nu 0.59Gr Pr 4 Permukaan atas plat panas Nu 0.54Gr Pr 4 Permukaan kontak antara udara dengan larutan nutrisi Nu 0.037Re 0.8 L 3 Pr Dimana: Nu : Bilangan Nusselt (tanpa satuan) 4. Menghitung nilai koefisien konveksi Menghitung konveksi udara melalui permukaan atas, kanan, kiri, dan bawah h us k Lc Nu Menghitung konveksi larutan nutrisi di dalam bedeng 3

45 h a k L Nu Dimana: h us : Koefisien konveksi udara dengan dinding (W/m.K) h a : Koefisien konveksi udara dengan larutan nutrisi (W/m.K) k : Konduktivitas termal bahan (W/m.K) Lc : Daerah/luasan dinding (m) L : Panjang bedeng tanaman (m) 5. Menghitung laju pndah panas dari konveksi dan konduksi Dari atas bedeng: x sty U h u k sty h ud h a Dari kiri, kanan, dan bawah bedeng: x kayulapis x plastik U h u k kayulapis k plastik h a Keterangan: U : laju pindah panas (W/m K) h u : koefisien konveksi udara dalam rumah tanaman(w/m. C) h ud : koefisien konveksi udara dalam bedeng (W/m. C) x sty : tebal styrofoam (m) k sty : konduktivitas termal styrofoam (W/m. C) x kayulapis : tebal kayu lapis (m) K kayulapis : konduktivitas termal kayu lapis (W/m. C) x plastik : tebal plastik (m) K plastik : konduktivitas termal plastik (W/m o C) h a : koefisien konveksi air (W/m. C) Setelah semua parameter yang digunakan untuk menghitung telah diketahui berikut disajikan hasil perhitungan pindah panas yang terjadi di dalam bedeng tanaman tersebut. Untuk perhitungan lengkap mengenai pindah 3

46 panas yang terjadi di dalam bedeng tanaman dapat dilihat pada Lampiran 5 dan Lampiran 6. Tabel. Hasil perhitungan koefisien konveksi (h) udara dari seluruh bagian bedeng. Waktu h (W/m C) udara atas udara kiri&kanan udara bawah udara-larutan nutrisi 4: : Tabel. Hasil perhitungan laju pindah panas (U) pada seluruh bagian bedeng. Waktu U (W/m K) 4: : Hasil dari perhitungan di atas yang digunakan sebagai data masukkan untuk proses perhitungan dengan menggunakan CFD ialah total laju pindah panas dari dua waktu pukul 4:00 dan 4:30 yang berturut yaitu W/m K dan W/m K. 4.3 Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dalam Bedeng dengan CFD Pada saat ini, CFD merupakan metode yang sangat efektif dalam analisis distribusi temperatur, kecepatan, atau energi dari suatu objek yang diinginkan. Hasil dari analisis ini berupa gradasi warna yang menggambarkan distribusi temperatur, kecepatan, atau energi sesuai dengan keinginan pengguna. Pemberian gradasi warna tersebut untuk membedakan temperatur, kecepatan, atau tekanan antara suatu tempat dengan tempat lain dari objek yang dianalisis. CFD tidak hanya memberikan gambaran berupa warna, tetapi juga memberikan hasil kuantitatif berupa angka-angka dari distribusi temperatur, energi yang dihasilkan, kecepatan aliran fluida, dan lain-lain. Dalam sub bab ini diterangkan hasil simulasi menggunakan CFD berupa gradasi warna distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng, tabel distribusi temperatur larutan nutrisi tersebut dan energi yang dihasilkan selama larutan nutrisi tersebut mengalir di dalam bedeng tanaman. 33

47 Untuk memperoleh hasil analisis akhir CFD tersebut diperlukan beberapa langkah. Langkah yang pertama yaitu memasukkan semua data input yang diperlukan agar hasil dari analisis CFD tersebut dapat mendekati kenyataan. Adapun data yang diinput merupakan data yang langsung diperoleh dari lapangan dan data yang diperoleh dengan mengolah data dari lapangan terlebih dahulu, yaitu data temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng ketika sebelum memasuki waktu puncak dan waktu puncak di dalam rumah tanaman yang masing-masing 30 menit yaitu pada pukul 4:00 WIB dan 4:30 WIB, debit larutan nutrisi yang melewati dalam bedeng, intensitas radiasi matahari dan data laju pindah panas. Berikut tabel data input yang digunakan untuk analisis menggunakan CFD. Tabel 3. Data masukan untuk perhitungan CFD. Waktu Masukan 4:00 4:30 Temperatur udara di luar rumah tanaman ( o C) 33 3 Temperatur udara di dalam rumah tanaman ( o C) 34 3 Temperatur larutan nutrisi ( o C) Dinding Kayu (x = 0 mm), Polyetilen (x = mm ) Radiasi matahari Arah datang radiasi matahari Pancaran langsung dan intensitas Barat Intensitas radiasi matahari 30 W/m 5 W/m Laju perpindahan panas W/m K W/m K Debit aliran larutan nutrisi L/s L/s Kemiringan bedeng terhadap lantai.6 o Data masukan pada tabel di atas merupakan data pukul 4:00 yang menunjukkan temperatur udara di luar dan dalam rumah tanaman merupakan titik tertinggi pada data temperatur udara harian di luar dan di dalam rumah tanaman dimana intensitas radiasi matahari harian di dalam rumah tanaman tercatat paling tinggi dari data yang diperoleh di lapangan yaitu 30 W/m. Namun panas dari radiasi matahari yang terjebak di dalam rumah tanaman 34

48 tersebut tidak lantas memanaskan larutan nutrisi di dalam bedeng karena memerlukan waktu untuk mengalami perpindahan panas dari udara ke dalam larutan nutrisi. Jika dilihat dari data yang diperoleh di lapangan panas yang terjebak di dalam rumah tanaman baru akan menaikan temperatur larutan setelah 0-30 menit kemudian, hal ini terlihat dari masukan temperatur larutan nutrisi pada pukul 4:30 merupakan temperatur larutan nutrisi tertinggi sepanjang hari di dalam bedeng namun intensitas matahari mulai menurun yang menyebabkan temperatur udara di dalam rumah tanaman juga mulai menurun. Langkah kedua setelah semua data diinputkan ke dalam software CFD maka dilakukan proses running untuk menghitung data input tersebut hingga diperoleh kondisi konvergen dari perhitungan tersebut. Untuk mencapai kondisi konvergen, software CFD membutuhkan waktu hingga kurang lebih masing-masing selama 7 jam. Berikut hasil simulasi distribusi temperatur larutan nutrisi dalam bedeng. Barat Inlet Inlet Inlet Timur Outlet Outlet Outlet (a) (b) (c) Gambar 0. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul 4:00, (a) lapisan mm, (b) lapisan mm, (c) lapisan 3 mm, dari dasar. 35

49 Barat Inlet Inlet Inlet Timur Outlet Outlet Outlet (a) (b) (c) Gambar. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pukul 4:30, (a) lapisan mm, (b) lapisan mm, (c) lapisan 3 mm, dari dasar. Hasil pada Gambar menunjukkan temperatur larutan nutrisi pada pukul 4:00 terus mengalami kenaikan dari inlet menuju outlet di dalam bedeng dimana terlihat dari skala penunjuk warna di dalam gambar distribusi temperatur larutan nutrisi di atas. Dari data temperatur larutan nutrisi yang di inputkan sebesar 35 o C setelah mengalami proses perhitungan diperoleh nilai tertinggi dalam skala hingga mencapai 35. o C, hal ini memperlihatkan terjadinya perpindahan panas di dalam bedeng karena adanya radiasi matahari. Selain hasil data temperatur juga diperoleh nilai heat flux dan energi pindah panas yang dihasilkan selama proses mengalirnya larutan nutrisi di dalam bedeng tersebut yaitu sebesar W/m dan W. Berikut ditampilkan hasil distribusi temperatur larutan nutrisi melalui beberapa titik di dalam bedeng. 36

50 Tabel 4. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari inlet pukul 4:00 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar. x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Tabel 5. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik tengah bedeng pukul 4:00 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar. x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Tabel 6. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari outlet pukul 4:00 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar. x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Hasil yang terlihat dari Tabel 4 hingga Tabel 6 menggambarkan distribusi temperatur larutan nutrisi yang terjadi di dalam bedeng melalui beberapa titik yaitu di depan inlet, ditengah bedeng, dan di depan outlet mengalami kenaikan dari titik inlet hingga titik di depan oulet sebelum keluar ke tangki nutrisi. Hal ini menjelaskan bahwa temperatur larutan nutrisi mengalami kenaikan selama melewati dalam bedeng hingga titik akhir dikarenakan adanya pindah panas dari lingkungan kedalam bedeng yaitu panas yang terakumulasi di dalam bedeng yang terkena pancaran radiasi matahari dan panas yang terjebak akibat pantulan gelombang pendek yang tidak dapat menembus atap rumah tanaman. Gambar juga menggambarkan distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pada pukul 4:30 atau ketika temperatur larutan nutrisi yang 37

51 masuk ke dalam bedeng mencapai puncak, terlihat di skala penunjuk warna pada gambar menunjukan temperatur larutan nutrisi mengalami kenaikan. Dari skala tersebut terlihat bahwa temperatur larutan nutrisi yang digunakan sebagai data input yaitu 35.6 o C mengalami kenaikan setelah mengalami proses perhitungan di dalam software CFD menjadi o C. Selain hasil data temperatur juga diperoleh nilai heat flux dan energi pindah panas yang dihasilkan selama proses tersebut yaitu sebesar 7.89 W/m dan.39 W. Dari analisis ini terlihat kembali fenomena kenaikan temperatur larutan nutrisi yang juga disebabkan oleh radiasi matahari yang memancarkan energi panas ke dalam bedeng dan panas yang terjebak di dalam rumah tanaman. Berikut ditampilkan hasil perhitungan melalui beberapa titik di dalam bedeng. Tabel 7. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari inlet pukul 4:30 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar. x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Tabel 8. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik tengah bedeng pukul 4:30 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar. x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Tabel 9. Tabel temperatur larutan nutrisi pada titik mm dari outlet pukul 4:30 dengan ketinggian mm-3 mm dari dasar. x [m] y [m] z [m] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C]

52 Hasil yang terlihat pada Tabel 7 hingga Tabel 9 pada umumnya sama dengan yang terlihat pada tabel sebelumnya dimana temperatur larutan nutrisi akan mengalami kenaikan selama melewati dalam bedeng dan memberikan selisih positif antara temperatur di inlet dan temperatur di outlet. Kedua hal diatas membuktikan bahwa panas yang terjebak dalam rumah tanaman akan memanaskan bedeng beserta larutan nutrisi yang ada di dalamnya secara bertahap beberapa waktu selama temperatur udara di luar dan di dalam rumah tanaman masih tinggi. Terlihat dari panas yang diserap dari kedua analisis menunjukkan kecepatan kenaikan temperatur larutan nutrisi, makin tinggi panas yang diserap maka makin cepat kenaikan temperatur larutan nutrisi dan selisih antara inlet dan oulet juga semakin besar. Namun setelah temperatur udara di luar dan di dalam rumah tanaman menurun temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng pun juga ikut menurun. Kedua analisis CFD diatas telah memberikan gambaran yang jelas mengapa analisis CFD dapat dijadikan salah satu alternatif untuk menganalisis sebuah aliran fluida. Adapun fenomena yang menjadikan analisis CFD dapat digunakan yaitu mengenai pindah panas yang terjadi karena adanya radiasi matahari yang datang pada arah barat, terlihat pada Gambar dan Gambar dimana adanya kenaikan temperatur larutan nutrisi yang lebih cepat di sebelah barat bedeng dibanding sebelah timur bedeng. Selain perpindahan panas tersebut fenomena mengenai teori lapisan batas atau boundary layers juga dapat dibuktikan pada Tabel 4 hingga Tabel 9. Terlihat pada Tabel 4 hingga Tabel 9 adanya perbedaan kecepatan larutan nutrisi, dimana hal tersebut untuk membedakan besarnya kecepatan larutan nutrisi yang terjadi antara larutan nutrisi yang menyentuh dinding bedeng pada jarak mm dengan yang berada 3 mm dari dinding dimana kecepatan larutan nutrisi yang berada di dekat bedeng lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan larutan nutrisi yang berada jauh dari dinding bedeng. Hal ini sejalan dengan teori lapisan batas yang menyatakan bahwa adanya gesekan antara fluida yang bergerak dengan dinding atau lapisan lain yang memiliki nilai kekasaran. Makin besar nilai kekasaran suatu dinding maka makin kecil 39

53 kecepatan fluida yang langsung menyentuh dinding tersebut dibanding fluida yang berada jauh dari dinding tersebut. Dengan hasil analisis yang ada kemudian bedeng diberi tanaman untuk ditanam di dalam rumah tanaman ialah tanaman tomat maka tanaman tomat tersebut tidak akan tumbuh dengan baik bahkan akan memilki kecenderungan mengalami pengkerdilan dan kemudian mati. Menurut Soedarya (009), bahwa tomat akan mengalami pertumbuhan yang optimal jika temperatur disekitar tanaman tomat tidak lebih besar dari 3 o C. Dengan demikian terbukti bahwa bedeng tanaman yang berada di dalam rumah tanaman perlu diberikan treatment khusus agar tanaman yang hidup di dalamnya bisa bertahan hidup atau tumbuh dengan baik, menurut Randiniaty (007), untuk memperoleh temperatur larutan nutrisi sekitar 7-5 o C diperlukan pendingin untuk mendinginkan bedeng sepanjang 0 m dibutuhkan energi dari sistem pendingin sebesar 6. MJ/hari atau setara dengan 4.47 kwh/hari. Manfaat yang dapat diambil dari simulasi menggunakan CFD selain dapat memprediksi distribusi temperatur larutan nutrisi seperti yang dilakukan di atas, penggunaan simulasi CFD juga dapat mencari geometri suatu bedeng yang optimum untuk pertumbuhan tanaman dari pendekatan kejadian fisik dan kimia yang terjadi pada bedeng agar simulasi CFD dapat memprediksi temperatur larutan nutrisi ketika melewati bedeng dari inlet hingga outlet agar temperatur larutan nutrisi tetap terjaga pada kondisi yang optimum bagi tanaman. Tidak hanya pada parameter temperatur larutan nutrisi yang dapat diprediksi, dari parameter fisika yang lain seperti kecepatan aliran larutan nutrisi di dalam bedeng pun dapat diprediksi guna memperoleh kecepatan aliran yang optimal bagi tanaman dengan mengubah kemiringan bedeng tanaman. Cara ini dapat memperlihatkan berapa lama larutan nutrisi melewati bedeng dan berapa panas yang diserap sehingga temperatur larutan nutrisi menjadi berubah. 40

54 4.4 Simulasi Hubungan Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dan Kemiringan Bedeng Tanaman dengan CFD Proses distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng tanaman terjadi karena ada faktor-faktor yang mempengaruhinya. Faktor-faktor yang memiliki pengaruh yang sangat besar dengan terjadinya distribusi temperatur larutan nutrisi tersebut yaitu laju pindah panas dari lingkungan ke sistem, geometri dari bedeng tanaman, dan kecepatan aliran nutrisi yang melewati bedeng tanaman tersebut. Faktor terakhir yang mempengaruhi proses distribusi temperatur larutan nutrisi yang disimulasikan diharapkan dapat memperlihatkan hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan kecepatan aliran yang terus bertambah seiring dengan bertambahnya kemiringan dari bedeng tanaman. Kemiringan bedeng pada model bedeng yang disimulasikan sesuai dengan selang yang telah disarankan yaitu o - 3 o. Untuk melakukan pensimulasian ini tetap diperlukan data masukkan untuk menjalankan simulasi tersebut dengan CFD. Skenario kemiringan bedeng yang digunakan selain kemiringan yang telah digunakan untuk simulasi di atas yaitu kemiringan o dan kemiringan 3 o. Kemiringan ini dipilih sebagai pembanding dengan hasil dari simulasi dengan kemiringan.6 o, dimana makin besar kemiringan bedeng maka makin cepat aliran nutrisi yang lewat di dalam bedeng tanaman tersebut sehingga makin sedikit panas yang diserap oleh larutan nutrisi yang mengakibatkan temperatur larutan nutrisi dapat berkurang, begitu juga sebaliknya. Berikut tabel data masukkan simulasi CFD dengan beberapa skenario kemiringan. 4

55 Tabel 0. Data masukkan simulasi CFD dengan dua kemiringan. Kemiringan Masukan o 3 o Temperatur udara di luar rumah tanaman ( o C) Temperatur udara di dalam rumah tanaman ( o C) Temperatur larutan nutrisi ( o C) Dinding Kayu (x = 0 mm), Polyetilen (x = mm ) Radiasi matahari Arah datang radiasi matahari Pancaran langsung dan intensitas Barat Intensitas radiasi matahari 30 W/m 30 W/m Laju perpindahan panas W/m K W/m K Debit aliran larutan nutrisi L/s L/s Setelah data masukkan di atas dimasukkan ke dalam software CFD dan parameter yang diinginkan telah ditentukan seperti kecepatan aliran nutrisi di dalam bedeng dan temperatur larutan nutrisi. Kedua parameter dipilih guna melihat hubungan yang terjadi pada keduanya setelah pensimulasian, apakah kedua parameter tersebut dapat membuktikan hubungan kecepatan aliran nutrisi yang dapat mempengaruhi besarnya perubahan temperatur yang terjadi pada larutan nutrisi yang melewati bedeng tanaman. Langkah berikutnya menunggu proses perhitungan atau iterasi yang dilakukan software CFD hingga mencapai kondisi konvergen. Proses pensimulasian ini membutuhkan waktu relatif lama yaitu sekitar 4 jam pada setiap kemiringan dari model bedeng yang disimulasi. Langkah terakhir setelah proses tersebut mencapai kondisi konvergen ialah melihat hasil parameter yang telah ditentukan pada langkah awal. Berikut gambar hasil distribusi temperatur larutan nutrisi dengan CFD. 4

56 Inlet Inlet Inlet Barat Timur Outlet Outlet (a) (b) (c) Gambar. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan tiga, kemiringan (a).6 o, (b) o, (c) 3 o, dari lantai. Gambar di atas memperlihatkan distribusi temperatur larutan nutrisi dari ketiga kemiringan yang berbeda. Kemiringan yang digunakan untuk simulasi ini menghasilkan distribusi temperatur yang berbeda satu sama lain, hal ini menunjukkan adanya hubungan kemiringan bedeng tanaman dan distribusi temperatur larutan nutrsi di dalam bedeng tanaman. Berikut dijelaskan pada tabel distribusi temperatur larutan nutrisi dan kecepatan aliran di dalam bedeng dengan kemiringan yang berbeda. Outlet Tabel. Tebal temperatur larutan nutrisi pada mm dari inlet dan mm dari dasar Kemiringan [ ] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C]

57 Tabel. Tebal temperatur larutan nutrisi pada tengah bedeng dan mm dari dasar Kemiringan [ ] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Tabel 3. Tebal temperatur larutan nutrisi pada mm dari outlet dan mm dari dasar Kemiringan [ ] Kecepatan [m/s] Temperatur Fluida [ C] Dari ketiga kemiringan yang digunakan untuk simulasi, pada Tabel hingga Tabel 3 diperlihatkan kemiringan.6 o memiliki nilai temperatur larutan nutrisi yang paling tinggi ditiap titik di dalam bedeng tanaman. Hal ini disebabkan kecepatan aliran nutrisi di dalam bedeng yang lebih rendah daripada kemiringan yang lain. Menurut kondisi yang ada di lapangan makin besar kemiringan suatu saluran atau bedeng maka semakin besar kecepatan aliran fluida yang ada di dalam saluran atau bedeng tersebut. Hal ini lah yang menjadi titik perhatian, dimana kecepatan aliran fluida yang cepat dapat mengurangi penyerapan panas dari lingkungan ke dalam sistem tersebut. Terbukti bahwa kemiringan bedeng tanaman sebesar.6 o dapat menyerap panas yang lebih besar dari kemiringan o dan 3 o, terlihat dari distribusi temperatur larutan nutrisi di tiap titik di dalam bedeng memilki hasil yang lebih tinggi dari kemiringan yang lain. Namun kecepatan aliran larutan nutrisi memiliki hasil yang paling kecil dibandingkan yang lain. Pada kemiringan bedeng o dan 3 o, distribusi temperatur larutan nutrisi tidak berbeda nyata, namun hal ini cukup untuk membuktikan hubungan distribusi temperatur larutan nutrisi dengan kemiringan bedeng tanaman. Satu hal yang perlu diperhatikan lagi kecepatan aliran larutan nutrisi yang terjadi dengan mengubah kemiringan bedeng dapat berpengaruh pada proses penyerapan akar tanaman terhadap air dan unsur hara yang terkandung di dalam larutan nutrisi. Diperlukan suatu penelitian khusus untuk memperoleh 44

58 kecepatan aliran larutan nutrisi yang optimal bagi penyerapan akar tanaman terhadap air dan unsur hara yang terkandung di dalam larutan nutrisi tersebut, dengan memperhatikan kemiringan dan geometri dari bedeng tanaman yang digunakan. 4.5 Simulasi Hubungan Distribusi Temperatur Larutan Nutrisi dan Panjang Bedeng Tanaman dengan CFD Faktor-faktor yang mempengaruhi distribusi temperatur seperti yang disebutkan di atas salah satunya ialah bentuk geometri dari bedeng tanaman yang disimulasikan. Makin besar geometri bedeng tanaman makin sulit menciptakan keseragaman larutan nutrisi yang mengalir di dalamnya dan keseragaman kandungan nutrisi hingga ke ujung bedeng dari tempat pemberian larutan nutrisi tersebut. Seperti diketahui dalam budidaya tanaman dengan sistem hidroponik terutama jenis NFT harus memperhatikan nutrisi yang dibutuhkan oleh tanaman dapat terpenuhi dengan baik. Jika nutrisi untuk tanaman tidak terpenuhi maka budidaya tanaman terancam gagal. Pada subbab ini dibahas mengenai hasil simulasi beberapa skenario panjang bedeng tanaman yang digunakan untuk budidaya tanaman dengan menggunakan NFT dengan CFD. Hasil simulasi diharapkan dapat menggambarkan distribusi temperatur larutan nutrisi sebuah bedeng tanaman yang diubah-ubah panjangnya dan memberikan rekomendasi sebuah panjang bedeng yang dapat digunakan untuk budidaya tanaman dengan menggunakan sistem hidroponik jenis NFT. Skenario panjang bedeng tanaman yang disimulasikan ialah 8.5 m, m, 0 m, dan 30 m. Skenario yang pertama merupakan panjang bedeng yang digunakan selama penelitian. Semua panjang bedeng yang digunakan merupakan panjang bedeng yang sering digunakan dalam budidaya tanaman dengan NFT.. Menurut Budhi (004), Parung Farm dan Joy Farm untuk budidaya tanaman dengan sistem NFT mengguankan talang rumah tangga yang memiliki panjang tiga meter dan disambung menjadi satu dari tiga talang rumah tangga tersebut, sehingga memiliki panjuang m. Sedangkan menurut Howard (004), beberapa negara bagian di Amerika Serikat 45

59 menggunakan bedeng khusus untuk budidaya tanaman dengan sistem NFT. Dimensi bedengnya memiliki panjang 0-5 m, lebar 0-30 cm, dan penggunaan talang ini menggunakan media tanaman buatan untuk tempat tanaman tumbuh dengan kemiringan bedeng antar -5 o. Skenario panjang terakhir merupakan panjang yang dicobakan sendiri karena panjang tersebut melebihi panjang bedeng yang selama ini digunakan untuk budidaya tanaman dengan sistem NFT. Untuk memulai simulasi tersebut tetap diperlukan data masukkan agar simulasi dengan CFD dapat berjalan. Geometri bedeng tanaman yang digunakan utnuk simulasi ini sama seperti pada subbab sebelumnya, hanya panjang dari bedeng tanaman yang diubah-ubah mengikuti skenario yang telah ditetapkan. Berikut tabel data masukkan untuk simulasi CFD dengan skenario beberapa panjang bedeng tanaman. Tabel 4. Data masukkan simulasi CFD dengan empat skenario panjang. Masukan Panjang bedeng (m) Temperatur udara di luar rumah tanaman ( o C) 33 Temperatur udara di dalam rumah tanaman ( o C) 34 Temperatur larutan nutrisi ( o C) 35 Dinding Kayu (x = 0 mm), Polyetilen (x = mm ) Radiasi matahari Arah datang radiasi matahari Pancaran langsung dan intensitas Barat Intensitas radiasi matahari 30 W/m Laju perpindahan panas W/m K 6.7 W/m K 6.68 W/m K 6.56 W/m K Debit aliran larutan nutrisi L/s Setelah proses simulasi yang terjadi di dalam software CFD selesai yang sebelumnya telah dimasukkan data di atas diperoleh hasil distribusi temperatur dari empat skenario panjang bedeng tanaman tersebut, berikut hasil simualsi CFD dalam bentuk gambar distribusi temperatur di dalam bedeng. 46

60 Barat Inlet Inlet Timur Barat Outlet (a) Inlet Outlet (b) Inlet Timur Outlet (c) Outlet (d) Gambar 3. Distribusi temperatur larutan nutrisi di dalam bedeng dengan skenario empat panjang berbeda (a) 8.5 m, (b) m, (c) 0 m, dan (d) 30 m. 47