OPTIMASI SUDUT ATAP DAN TINGGI DINDING PADA RUMAH KACA DI DAERAH TROPIKA DENGAN ALGORITMA GENETIK (AG) ENI SUMARNI

Transkripsi

1 OPTIMASI SUDUT ATAP DAN TINGGI DINDING PADA RUMAH KACA DI DAERAH TROPIKA DENGAN ALGORITMA GENETIK (AG) ENI SUMARNI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007 ii

2 ABSTRACT Eni Sumarni. Optimization of Greenhouse Roof Angle and Side Wall in Tropical Region by Using Genetic Algorithms (GA). Under the direction of HERRY SUHARDIYANTO dan LEOPOLD OSCAR NELWAN. The objective of this research was to investigate the influence of roof angle and side wall of a standard peak greenhouse to air temperature inside the greenhouse based on heat transfer equations, investigate the best configuration of greenhouse roof angle and side wall by using genetic algorithms (GA) with a reference of modification cost. The research was conducted in a standard peak greenhouse located at Leuwikopo experiment site, Department of Agricultural Engineering, Bogor Agricultural University from March to Mei Data acquisitions were done by using weather station (RM YOUNG Model), translator, thermocouple, Personal Computer, Hybrid Recorder (HR 2300), Pyranometer (MS-42 model A83182 series), oil bath and standard thermometer. Heat transfer equations to predict air temperature inside the greenhouse were consisted by three elements: 1) greenhouse cover, 2) inside air temperature, and 3) floor and soil layers. Validation was conducted by using linier regression and calculation of Average Percentage of Deviation (APD). The optimization was conducted to know optimum roof angle of greenhouse to decrease air temperature inside the greenhouse. Optimization process includes evaluation, selection, crossover and mutation. The results showed that the best design factor of roof angle was affected by wind speed and solar radiation. Roof angle 37 o are recommended for 0 m/s wind speed, 38 o are recommended for 1.1 m/s wind speed, 28 o are recommended for 2.4 m/s 2 wind speed and 27 o are recommended for 3.5 m/s in 340 W/m 2 radiation. Roof angle 38 o are recommended for 0 m/s wind speed, 39 o are recommended for 1.1 m/s wind speed, and 30 o are recommended for 2.4 m/s and 3.5 m/s wind speed in 531 W/m 2 radiation. Increase in roof angle causes in increase in the cost, considerably. Air temperature inside the greenhouse was affected by climatic condition. Optimization of greenhouse roof angle and side wall by using genetic algorithms can be used as a design tool for greenhouse in tropical region. Key word: roof angle, greenhouse design, tropical region, genetic algorithms

3 RINGKASAN Radiasi matahari yang masuk ke dalam greenhouse mempengaruhi suhu udara dalam greenhouse dan keseimbangan panas dalam greenhouse yang pada akhirnya menciptakan kondisi yang berbeda dengan sekitar greenhouse. Besarnya radiasi matahari dipengaruhi oleh lokasi suatu tempat karena perbedaan garis lintang, ketinggian, tanggal dalam setahun dan musim. Sudut datang radiasi matahari yang bervariasi sepanjang hari berpengaruh pada kondisi iklim mikro di dalam greenhouse. Pendugaan suhu udara di dalam greenhouse diperlukan dalam perancangan greenhouse. Pendugaan dengan menggunakan simulasi berdasarkan persamaan pindah panas dengan mempertimbangkan sudut datang radiasi matahari pada penutup greenhouse dan kemiringan sudut atap greenhouse diharapkan dapat memberikan hasil yang baik. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian hubungan antara kemiringan atap dan tinggi dinding dengan suhu udara di dalam greenhouse. Optimisasi sudut atap dan tinggi dinding yang optimum untuk mendapatkan suhu udara terendah di dalam greenhouse dapat dilakukan menggunakan algoritma genetik (AG). AG adalah metode optimasi menggunakan prinsip ilmu genetik dari teori Darwin untuk mendapatkan tujuan tertentu. Ide dasarnya adalah organisme yang berevolusi dari generasi ke generasi untuk beradaptasi dengan lingkungannya. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh sudut atap dan tinggi dinding greenhouse terhadap suhu udara di dalam greenhouse tipe standar peak dengan prinsip pindah panas, mengetahui modifikasi yang paling baik dari hubungan sudut atap dan tinggi dinding greenhouse tipe standar peak dengan optimasi menggunakan algoritma genetik (AG), dan mengetahui biaya greenhouse dari hasil optimasi algoritma genetik (AG). Penelitian dilakukan pada Maret 2007 sampai dengan Mei 2007 di Greenhouse Departemen Teknik Pertanian, Leuwikopo, IPB. Alat dan Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah greenhouse tipe standar peak, weather station RM YOUNG model 26700, translator, komputer, termokopel, Hybrid Recorder tipe HR 2300, Pyranometer model MS-42 seri A83182, serta oil bath dan termometer standar. Persamaan keseimbangan panas untuk memprediksi suhu udara di dalam greenhouse dengan mempertimbangkan sudut datang matahari dibagi menjadi tiga elemen, yaitu keseimbangan panas pada penutup greenhouse, keseimbangan panas di permukaan lantai dan lapisan tanah. Validasi dilakukan dengan menggunakan regresi linier dan Average Percentage of Deviation (APD). Optimasi algoritma genetik (AG) yang dikembangkan bertujuan meminimalkan suhu udara rata-rata dalam greenhouse dari variabel perancangan greenhouse, yaitu sudut atap greenhouse. Hubungan suhu udara dalam greenhouse hasil simulasi dan suhu udara hasil pengukuran menghasilkan persamaan regresi Y = x , dengan koefisien determinasi sebesar dan APD sebesar 7.8%. Pada kondisi radiasi matahari 340 W/m 2 sudut atap yang disarankan adalah 37 o untuk kecepatan angin 0 m/s, sudut atap 38 o untuk kecepatan angin 1.1 m/s, sudut atap 28 o untuk kecepatan angin 2.4 m/s dan 27 o untuk kecepatan angin 3.5 m/s. Pada kondisi radiasi 531 W/m 2 sudut atap yang disarankan adalah 38 o untuk kecepatan angin 0 m/s, sudut atap 39 o untuk kecepatan angin 1. 1 m/s 2.4 m/s dan 3.5 m/s. Biaya per

4 satuan luas atap lebih tinggi dari pada dinding greenhouse, sehingga semakin besar atap, maka semakin besar biaya. Greenhouse dengan kemiringan atap 27 o sampai 30 o membutuhkan biaya Rp sampai Rp Sudut kemiringan atap 37 o sampai 39 o membutuhkan biaya Rp sampai Rp Hasil optimasi menunjukkan bahwa suhu udara di dalam greenhouse dipengaruhi oleh kondisi cuaca sekitar greenhouse. Pengendalian alami dengan mempertimbangkan faktor desain greenhouse bermanfaat untuk mengurangi beban panas dalam greenhouse.

5 OPTIMASI SUDUT ATAP DAN TINGGI DINDING PADA RUMAH KACA DI DAERAH TROPIKA DENGAN ALGORITMA GENETIK (AG) ENI SUMARNI Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007 ii

6 Judul Tesis Nama NRP : Optimasi Sudut Atap dan Tinggi Dinding pada Rumah Kaca di Daerah Tropika dengan Algoritma Genetik (AG) : Eni Sumarni : F Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. H.Herry Suhardiyanto, M.Sc. Ketua Dr. Leopold Oscar Nelwan, STP, M.Si. Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Dekan Sekolah Pascasarjana Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S. Tanggal Ujian : 20 Juli 2007 Tanggal Lulus : ii

7 Penguji Luar Komisi : Dr. Ir. Suroso, MAgr.

8 Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya.

9 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Optimasi Sudut Atap dan Tinggi Dinding pada Rumah Kaca di Daerah Tropika dengan Algoritma Genetik (AG) adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir. Bogor, Agustus 2007 Eni Sumarni F

10 PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan Rahmat dan ridho-nya, sehingga tesis tentang Optimasi Sudut Atap dan Tinggi Dinding pada Rumah Kaca di Daerah Tropika dengan Algoritma Genetik (AG) dapat terselesaikan. Tesis ini sebagai salah satu syarat mendapatkan gelar Magíster Sains pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Sekolah Pascasarjana IPB. Pada kesempatan ini disampaikan tarima kasih kepada: 1. BPPS DIKTI yang telah memberikan dana sehingga aktivitas studi dan penelitian ini dapat berjalan. 2. Dr. Ir. H. Herry Suhardiyanto, MSc. Dan Dr. Leopold Oscar Nelwan, STP. Msi. sebagai komisi pembimbing atas bimbingan, arahan dan perhatiannya. 3. Dr. Ir. Suroso, MAgr. sebagai penguji, atas saran perbaikannya. 4. Institut Pertanian Bogor yang telah memberikan kesempatan studi di Program Studi Pascasarjana Ilmu Keteknikan Pertanian. 5. Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto yang telah memberikan ijin studi di Program Studi Pascasarjana Ilmu Keteknikan Pertanian. 6. Noor Farid, suamiku, Dilla, Dina, dan Nanda anakku atas dukungan semangat dan doa. 7. Ibu dan Bapak atas dukungan dan nasehatnya. 8. Pak Ahmad, Pak Harto, Pak Eman, Mas Firman, Titin, Dona, Khafid, Eka, Dewi, Iwa, Shinta, Yuni, Anne, Slamet Widodo, Rudiyanto, Sofyan, Nunik, Tika, Mba Dewi, Faida dan rekan-rekan satu angkatan pada Program Pascasarjana Ilmu Keteknikan Pertanian atas bantuan selama penyelesaian tesis ini. 9. Semua pihak yang telah tekun membantu pelaksanaan penelitian ini. Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Bogor, Agustus 2007 Eni Sumarni ii