simulasi distribusi suhu media tanam dalam … · simulasi distribusi suhu media tanam dalam...

32
SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD) INA RAHMAWATI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

Upload: ngokhanh

Post on 20-Mar-2019

238 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG

PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH

KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

INA RAHMAWATI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Page 2: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID
Page 3: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Simulasi Distribusi

Suhu Media Tanam dalam Polybag pada hidroponik Substrat untuk Produksi

Benih Kentang dengan Computational Fluid Dynamic (CFD) adalah benar karya

saya dengan arahan dari dosen pembimbing Prof Dr Ir Herry Suhardiyanto, MSc

dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.

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 skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2014

Ina Rahmawati

F14090011

Page 4: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

ABSTRAK

INA RAHMAWATI. Simulasi Distribusi Suhu Media Tanam dalam Polybag

pada Hidroponik Substrat untuk Produksi Benih Kentang dengan Computational

Fluid Dynamic (CFD). Dibimbing oleh HERRY SUHARDIYANTO.

Budidaya kentang yang pada umumnya dilakukan pada daerah dataran

tinggi dan jarang dilakukan pada daerah dataran rendah menghadapi masalah erosi

lahan dan banyaknya penyakit. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian yang

mengkaji kemungkinan produksi benih kentang di dataran rendah. Dataran rendah

cenderung memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan suhu optimum

untuk budidaya kentang. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui

distribusi suhu media tanam dalam polybag setelah diberi larutan nutrisi yang

didinginkan 10 ºC dengan Computational Fluid Dynamic (CFD) di daerah dataran

rendah. Selanjutnya hasil simulasi divalidasi dengan hasil pengukuran,

menggunakan metode regresi linier dan persentase error. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa distribusi suhu media tanam yang diberi larutan nutrisi 10 ºC

dapat mempertahankan suhu media tetap rendah. Hasil validasi memperlihatkan

bahwa hasil simulasi menggunakan CFD mendekati nilai suhu pengukuran pada

media di dalam polybag.

Kata kunci: Budidaya kentang, CFD, sistem hidroponik substrat

ABSTRACT

INA RAHMAWATI. Simulation of Temperature Distribution of Growing Media

in a Polybag of Hydroponic Substrate for Production of Seed Potatoes with

Computational Fluid Dynamic (CFD). Supervised by HERRY

SUHARDIYANTO

Potato cultivation is often carried out on the highland areas and it is rarely

done on the lowland areas are facing the problem of land erosion and widespread

disease. Therefore, it is necessary to study which examines the possibility of seed

potato production in the lowlands. The lowlands tend to have higher temperatures

compared with the optimum temperature for the cultivation of potatoes. The aim

of this research is to know the distribution of temperature in a polybag planting

media after being given a nutrient solution that is cooled 10 ºC with

Computational Fluid Dynamic (CFD) in lowland areas. Further simulations

validated with measurements, using linear regression method and percentage

error. The results showed that the distribution of the planting medium

temperatures given nutrient solution 10 ºC can maintain the temperature of the

media remain low. The results showed that the results of validation simulations

using CFD approach the value of temperature measurement on media in polybag.

Keywords: Potato cultivation, CFD, substrate hydroponic system

Page 5: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknologi Pertanian

pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG

PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH

KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

INA RAHMAWATI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Page 6: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID
Page 7: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

Judul Skripsi : Simulasi Distribusi Suhu Media Tanam dalam Polybag pada

Hidroponik Substrat untuk Produksi Benih Kentang dengan

Computational Fluid Dynamic (CFD).

Nama : Ina Rahmawati

NIM : F14090011

Disetujui oleh

Prof Dr Ir Herry Suhardiyanto, MSc

Pembimbing

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng

Ketua Departemen

Tanggal lulus:

Page 8: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID
Page 9: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T yang telah

memberikan rahmat serta hidayahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi ini yang berjudul Simulasi Distribusi Suhu Media Tanam dalam Polybag

pada hidroponik Substrat untuk Produksi Benih Kentang dengan Computational

Fluid Dynamic (CFD).

Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof Dr Ir Herry Suhardiyanto, MSc

selaku pembimbing. Penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Ahmad dari

Laboratorium LBP, Bapak Darma dan Mas Firman dari Laboratorium Lapangan

Siswadhi Soepardjo, kak Agus Ghautsun N yang telah membantu penulis dalam

penyelesaian simulasi, Nurul Choerunnisa, Drupadi Ciptaningtyas, Achmad

Muzakir, Warto, Rina Oktaviana, Nurul Rizqiyyah, Riska Dwi W, Ledyta

Hindiani, Ni Wayan Desi P, Caesar Riyadho, Ngudi Aji, Endah Prahmawati,

Abdul Rouf, Toni Dwi N, Teguh Kurniawan, Weni A dari TEP 46 yang

meluangkan waktunya untuk membantu penulis dalam pengambilan data, serta

teman-teman Ginastri, Risa Sawitri, Fajar Naimah, Anggi Widyasari, Nurayu

Anisa, Aulia Anggraini yang selalu memberi dukungan dan semangat untuk

menyelesaikan skripsi ini. Semoga Allah S.W.T membalas segala kebaikan

kalian.Ungkapan terimakasih disampaikan kepada orang tua KH. Drs. Mudatsir

AM dan Salimatul Fuad, Affan Rasyid Ridha dan Keluarga besar Bani Habib atas

dukungan, doa dan kasih sayangnya kepada penulis.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Amin

Bogor, Februari 2014

Ina Rahmawati

Page 10: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Tujuan Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 2 Kentang 2 Hidroponik Substrat sebagai Metode Budidaya 2 Pindah Panas 2 Computational Fluid Dynamic (CFD) 3

METODE 4 Lokasi dan Waktu Penelitian 4 Bahan dan Alat 4 Prosedur Pengambilan dan Analisis Data 4 Simulasi distribusi suhu dengan CFD 6 Validasi Hasil Simulasi 9

HASIL DAN PEMBAHASAN 10 Suhu Udara di dalam Rumah Tanaman 10 Suhu Media Tanam dalam Polybag 11 Distribusi Suhu Media Tanam di dalam Polybag 12 Validasi 15

SIMPULAN DAN SARAN 16 Simpulan 16

Saran 16 DAFTAR PUSTAKA 17 LAMPIRAN 18

RIWAYAT HIDUP 20

Page 11: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

DAFTAR TABEL

1 Sifat fisik matrial polybag 8 2 Data Input Simulasi CFD (10 September 2013) 13

DAFTAR GAMBAR

1 Skema titik pengukuran 5 2 Skema pindah panas yang terjadi dari lingkungan ke media tanam 6

3 Skema tahapan simulasi menggunakan CFD 7 4 Geometri polybag 8 5 Perubahan radiasi matahari dan suhu udara pada kondisi cerah (10

September 2013) 10 6 Perubahan suhu lantai rumah tanaman pada kondisi cuaca cerah (10

September 2013) 11 7 Perubahan suhu media tanam dalam polybag setelah pendinginan (10

September 2013) 12 8 Distribusi suhu media tanam pukul 06.30 WIB, (a) Tampak depan (b)

Tampak atas 20 cm dari dasar (10 September 2013) 13 9 Distribusi suhu media tanam pada pukul 13.00 WIB, (a) Tampak depan

(b) Tampak atas 20 cm dari dasar (10 September 2013) 14 10 Distribusi suhu media tanam dengan air tanpa pendinginan, (a) Pukul

06.30 WIB (b) Pukul 13.00 WIB 15

11 Grafik validasi suhu media hasil simulasi terhadap suhu hasil pengukuran 16

DAFTAR LAMPIRAN

1 Tabel sebaran suhu media dalam polybag 18 2 Perhitungan error hasil simulasi 18 3 Gambar orthogonal polybag 19

Page 12: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

DAFTAR SIMBOL

laju perpindahan panas secara konduksi (W)

laju perpindahan panas secara konveksi (W)

laju perpindahan panas secara radiasi (W)

laju perpindahan panas (W)

⁄ perubahan suhu diantara dua permukaan (°C)

perbedaan suhu menyeluruh (°C)

laju aliran massa (kg s-1

)

T suhu (°C)

A luas penampang benda yang tegak lurus terhadap aliran panas (m2)

Cp kalor jenis (J kg-1

oC

-1)

h koefisien pindah panas konveksi (W m-2

°C-1

)

k konduktivitas termal (W m-1

°C-1

)

emisivitas permukaan bahan

konstanta Stefan-Boltzmann, 5.67 x 10-8

(W m-2

K-4

)

massa jenis fluida (kg/m3)

U overall heat transfer coefficient (W m-2

)

tebal (m)

Page 13: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Budidaya kentang pada umumnya dilakukan di dataran tinggi yang dapat

mengakibatkan erosi yang berlebihan. Lahan dataran tinggi dengan suhu yang

sesuai untuk budidaya kentang sangat terbatas. Selain itu, budidaya kentang yang

intensif di dataran tinggi tertentu menyebabkan terjadinya akumulasi penyakit

yang tersimpan dalam tanah sehingga dapat menular pada umbi yang akan

dijadikan sebagai benih. Oleh karena itu, budidaya kentang perlu juga dilakukan

di dataran rendah. Dengan tingginya permintaan akan komoditas kentang maka

diperlukan peningkatan produksi benih kentang.

Dataran rendah di Indonesia pada umumnya memiliki suhu udara rata-rata

28 o

C - 34 oC pada siang hari dan 24

oC - 26

oC. Hal tersebut menjadi masalah

dalam budidaya kentang karena suhu udara yang optimal untuk tanaman kentang

adalah 24 oC - 30

oC pada siang hari dan 15

oC - 18

oC pada malam hari (Setiadi et

al 1993). Pada sistem hidroponik, metode pendinginan dengan larutan nutrisi

dapat menjadi salah satu solusi untuk masalah tersebut. Pendinginan larutan

nutrisi bertujuan untuk menjaga suhu daerah perakaran tanaman cukup rendah

walaupun suhu udara siang tinggi (Suhardiyanto 2009).

Budidaya tanaman secara hidroponik sudah semakin berkembang. Budidaya

secara hidroponik dianggap lebih menguntungkan karena tidak memerlukan lahan

yang luas dan dapat dilakukan dimana saja. Salah satu sistem hidroponik yang

banyak dijumpai di Indonesia adalah sistem hidroponik substrat. Sistem

hidroponik substrat tidak menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan

media padat selain tanah yang dapat menyerap larutan nutrisi lalu melepaskannya

bagi tanaman, namun mempunyai ruang untuk udara sehingga tanaman dapat

menyerap oksigen serta dapat mendukung pertumbuhan akar tanaman.

Media tanam harus memenuhi syarat tersebut karena merupakan tempat

tumbuh kembang akar. Dalam hidroponik substrat, arang sekam merupakan media

yang sering digunakan. Arang sekam merupakan hasil sampingan dari

penggilingan padi, sehingga sangatlah mudah mendapatkan arang sekam di

Indonesia. Arang sekam sangat baik untuk digunakan sebagai media tanam karena

nilai porositasnya yang tinggi yaitu mencapai 46% yang artinya dalam setiap 1000

ml arang sekam, terdapat 46 ml ruang kosong yang dapat diisi oleh fluida dan

memungkinkan arang sekam menyimpan air dan udara yang cukup untuk akar

tanaman (Ciptaningtyas 2011).

Suhu daerah perakaran merupakan faktor penting yang harus diperhatikan

dalam pertumbuhan tanaman karena berpengaruh nyata terhadap pengendalian

lingkungan. Oleh karena itu, diperlukan pengetahuan terhadap pola distribusi suhu

media tanam. Untuk mengetahui pola distribusi suhu maka diperlukan simulasi

dengan menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD). Hasil simulasi

tersebut dapat digunakan sebagai acuan untuk menjaga agar daerah perakaran

tidak terlalu tinggi.

Page 14: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

2

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan simulasi pola distribusi suhu

media tanam dalam polybag pada sistem hidroponik substrat dengan

menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD).

TINJAUAN PUSTAKA

Kentang

Kentang (Solanum toberosum L.) merupakan tanaman hortikultura yang

termasuk dalam kelompok sayur mayur. Kultivar kentang yang sering ditanam

adalah Granola. Kentang kultivar Granola dibudidayakan di daratan tinggi dengan

suhu ideal 15 oC - 18

oC pada malam hari, dan 24

oC - 30

oC pada siang hari.

Ketinggian lokasi yang ideal untuk tanaman kentang adalah 1000 m - 1300 m di

atas permukaan laut. Tetapi kentang juga hidup di daerah yang mempunyai

ketinggian 500 m - 3000 m.

Hidroponik Substrat sebagai Metode Budidaya

Istilah hidroponik digunakan untuk menjelaskan tentang bercocok tanam

tanpa media tanah. Terdapat beberapa macam jenis hidroponik salah satunya

adalah hidroponik substrat. Hidroponik substrat adalah budidaya tanaman tidak

menggunakan air sebagai media, tetapi menggunakan media padat bukan tanah

yang dapat menyerap larutan nutrisi lalu melepaskannya bagi tanaman, namun

mempunyai ruang untuk udara sehingga tanaman dapat menyerap oksigen serta

dapat mendukung pertumbuhan akar tanaman. Pemberian nutrisi pada sistem ini

biasanya menggunakan irigasi tetes.

Pindah Panas

Perpindahan panas dapat difenisikan sebagai berpindahnya energi dari satu

tempat ke tempat yang lain karena adanya perbedaan suhu. Proses perpindahan

energi panas terjadi melalui tiga cara yaitu :

Konduksi

Konduksi adalah transmisi panas melalui padatan, gas atau cairan, atau

diantara objek yang sama yang bersentuhan langsung. Panas dipindahkan secara

konduksi dari molekul yang mempunyai energi panas tinggi ke molekul yang

mempunyai energi panas rendah (Mastalerz 1977). Besarnya laju aliran aliran

panas dengan cara konduksi suatu bahan dinyatakan dengan menggunakan

Hukum Fourier :

-

(1)

Page 15: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

3

Konveksi

Konveksi adalah perpindahan massa dari gas atau cairan yang suhunya lebih

tinggi ke suatu area yang suhunya lebih rendah. Pergerakan udara panas di seluruh

bagian rumah tanaman terjadi karena konveksi (Mastalerz 1977). Laju

perpindahan panas konveksi dapat dihitung berdasarkan Hukum Newton :

( - ) (2)

Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas yang melewati suatu tempat dalam bentuk

energi radiasi panas (Mastalerz 1977). Laju aliran panas suatu benda dengan cara

radiasi dihitung berdasarkan Hukum Stefan-Boltzmann :

(3)

Computational Fluid Dynamic (CFD)

Computational Fluid Dynamic (CFD) adalah ilmu yang mempelajari cara

memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya

dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika (Tuakia 2008).

Terdapat tiga tahapan yang perlu dilakukan dalam simulasi menggunakan

CFD, yaitu:

Preprocessing

Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan

menganalisis sebuah model CFD. Langkah-langkah yang dilakukan adalah

sebagai berikut:

1. Membentuk geometri (computational domain) dua dimensi atau tiga

dimensi.

2. Membentuk geometri menjadi sejumlah bagian yang lebih kecil (grid).

Grid merupakan bagian yang akan dicari solusinya karena tingkat

keakuratan hasil CFD didasarkan pada jumlah grid yang dibentuk.

3. Mendefinisikan fenomena-fenomena yang terjadi (fisik dan kimia) yang

digunakan untuk pemodelan.

4. Medefinisikan karakteristik fluida.

5. Mendefinisikan kondisi batas (boundary condition) pada model

geometri.

Solving

Solver digunakan untuk memecahkan persamaan model aliran fluida

(persamaan momentum, energi, dan massa) yang menggunakan analisis numerik

dengan metode beda hingga atau volume hingga. Tahapan yang dilakukan dalam

mencari solusi pada CFD, meliputi:

1. Memperkirakan variable aliran yang tidak diketahui menggunakan

fungsi sederhana.

Page 16: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

4

2. Melakukan diskritasi hasil perkiraan tersebut dengan mensubtitusi ke

dalam persamaan aliran fluida tersebut dan memanipulasi secara

matematis.

3. Membuat solusi dengan persamaan aljabar

Post Processor

Post processor merupakan tahapan terakhir dalam pemrosesan CFD. Tahap

ini menampilkan semua hasil pengolahan pada pre-processor dan solver. Hasil

analisis disajikan dengan visualisasi warna yang meliputi:

1. Hasil dari geometri dan grid yang telah dibentuk.

2. Plot berdasarkan vektor.

3. Plot berdasarkan kontur.

4. Plot berdasarkan permukaan (dua dimensi atau tiga dimensi)

METODE

Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di rumah tanaman (greenhouse) tipe modified standard

peak Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan

Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Lokasi

penelitian berada di dataran rendah dengan ketinggian 250 dpl. Penelitian

dilakukan pada bulan Juni - Desember 2013.

Bahan dan Alat

Bahan dan alat yang digunakan adalah arang sekam sebagai media tanam

dalam polybag, tanaman kentang varietas Granola, air sebagai pengganti larutan

nutrisi, sistem pendinginan larutan nutrisi, sistem irigasi tetes, dan instrumen

pengukuran. Sistem pendinginan larutan nutrisi meliputi pendingin Elitech tipe

STC 8080H dan pompa celup Wasser tipe WD 101 dengan kapasitas maksimal 70

liter menit-1

dan total head 6 m. Sistem irigasi tetes meliputi bak penampung

larutan nutrisi, pompa listrik Panasonic GA 130JAK (kapasitas 32 liter menit-1

,

daya hisap 9 m, daya dorong 18 meter, dan daya listrik 125 W), pipa utama dari

PVC ukuran ¾ inch, pipa lateral, dan emitter. Alat ukur yang digunakan adalah

termometer bola basah bola kering, termokopel dan hybrid recorder Yokogawa

tipe MV Advance 1000, weather station Vantage Pro 2.

Prosedur Pengambilan dan Analisis Data

Persiapan Penelitian

Persiapan penelitian meliputi kegiatan pembersihan rumah tanaman,

pembuatan instalasi sistem hidroponik substrat, persiapan peralatan pengukuran,

dan penyediaan bahan yang digunakan.

Page 17: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

5

Pendinginan Daerah Perakaran

Air yang digunakan sebagai pengganti larutan nutrisi didinginkan dengan

mesin pendingin sehingga mencapai suhu 10 oC. Air yang telah didinginkan lalu

dialirkan ke media tanam melalui sistem irigasi tetes. Media tanam yang

digunakan adalah arang sekam untuk tumbuh kembang tanaman kentang. Polybag

yang digunakan berukuran 40 x 20 x 0.5 cm.

Pengamatan dan pengukuran

Pengamatan dilakukan mulai pukul 06.00 wib sampai dengan pukul 17.00

WIB selama lima hari. Parameter yang diukur adalah meliputi suhu arang sekam

dalam polybag, dan suhu udara di dalam greenhouse. Pengukuran suhu sekam

dilakukan pada sembilan titik di dalam polybag seperti terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Skema titik pengukuran

Pencatatan data suhu dilakukan pada masing-masing polybag menggunakan

hybrid recorder yang dihubungkan pada titik pengukuran dengan mengunakan

thermocouple setiap 30 menit selama lima hari.

Analisis pindah panas yang terjadi pada sistem selama pengukuran meliputi

pindah panas secara konveksi dari fluida ke arang sekam, secara konduksi antara

polybag dengan arang sekam, dan antar sekam. Skema pindah panas yang terjadi

dari lingkungan ke arang sekam dapat dilihat pada Gambar 2.

40

20

5

5

Page 18: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

6

Gambar 2 Skema pindah panas yang terjadi dari lingkungan ke media tanam

Untuk mengetahui pindah panas yang terjadi pada polybag, digunakan

rumus berdasarkan pindah panas konveksi dan konduksi yang terjadi dari udara ke

arang sekam melewati polybag dan pindah panas secara konveksi dan konduksi

dari lantai ke arang sekam melewati polybag. Adapun persamaan yang digunakan

sebagai berikut (Ciptaningtyas 2011):

Bagian bawah polybag:

(4)

Bagian kiri dan kanan polybag:

(5)

Panas yang disimpan oleh air selama mengalir dapat dinyatakan dengan

persamaan:

Q = Cp T (6)

Simulasi distribusi suhu dengan CFD

Simulasi distribusi suhu media tanam dalam polybag dilakukan setelah

pengambilan data lapang. Selanjutnya, dilakukan simulasi berdasarkan data yang

diperoleh di lapangan. Pembuatan geometri polybag dan simulasi distribusi suhu

media tanam dilakukan menggunakan software SolidWorks 2011. Asumsi yang

digunakan pada simulasi tersebut adalah sebagai berikut:

1. Udara bergerak dalam keadaan steady

2. Suhu udara di dalam lingkungan rumah tanaman dianggap seragam.

3. Suhu luar polybag sama dengan suhu udara di dalam rumah tanaman.

4. Suhu dinding polybag sama dengan suhu lantai.

5. Arang sekam diasumsikan sebagai porous medium.

Qpolybag Qpolybag

Qlantai + Qpolybag

Tudara Tudara

Tlantai

Tmedia

Page 19: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

7

6. Suhu larutan nutrisi yang dialirkan dianggap konstan yaitu 10 °C.

7. Sifat termal akar sama dengan sifat termal arang sekam.

Simulasi distribusi suhu media dalam polybag dilakukan untuk pukul 06.00

WIB dan pukul 13.00 WIB pada kondisi cuaca cerah dengan suhu larutan nutrisi

yang dialirkan 10 °C.

Langkah-langkah dalam proses simulasi distribusi suhu media tanam dalam

polybag menggunakan program CFD SolidWorks adalah sebagai berikut (Gambar

3):

Gambar 3 Skema tahapan simulasi menggunakan CFD

Mulai Pembuatan

Geometri dan meshing

Pendefinisian material

Pengecekan geometri

Penentuan general setting

Penentuan computational domain,

boundary condition,dan goals

Proses numerik (solver)

Geometri baik?

Iterasi eror?

Plot kontur sebaran suhu

Pengecekan

Selesai

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Page 20: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

8

1. Pembuatan geometri

Ukuran model polybag yang dibuat untuk polybag yang digunakan adalah

silinder dengan diameter 20 cm dan tinggi 40 cm. Ukuran tersebut terbentuk dari

plastik polybag yang digunakan dalam penelitian ini. Berikut ditampilkan

geometri polybag pada Gambar 4.

Gambar 4 Geometri polybag

2. Pendefinisian material

Material media tanam yaitu arang sekam didefinisikan sebagai porous

medium yang berarti benda tersebut tidak dianggap sebagai benda solid,

melainkan dianggap sebagai fluida yang memiliki nilai air flow resistance

(Ciptaningtyas 2011). Dalam prosedur simulasi pada database engineering

dimasukkan nilai karakteristik fisik dan termal dari arang sekam. Material polybag

didefinisikan sebagai solid dan bahan dari polybag adalah polyethylene low

density. Kemudian permukaan luar polybag didefinisikan sebagai real wall dan

diberi nilai suhu dinding dari hasil pengukuran.

Tabel 1 Sifat fisik matrial polybag

Sifat Fisik Bahan Satuan PE Low Density1

Kerapatan

Panas Jenis

Konduktivitas Panas

Tipe Konduktivitas

Melting Temperature

Kg/m3

J/kg.C

W/m.C

-

C

917

1842

0.322

Isotropik

573

Sumber: 1Engineering Database Solidworks (2011)

Page 21: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

9

3. Penentuan General Setting

Setelah pendefinisian material selesai, tahap selanjutnya adalah penentuan

general setting. Pada tahap ini dimasukkan nilai-nilai dari parameter lingkungan

yang mempengaruhi simulasi, seperti suhu udara di dalam rumah tanaman serta

nilai dari material solid yang telah didefinisikan. Fluida yang disimulasikan adalah

udara dan air. Kemudian ditentukan tingkat resolusi mesh yang akan digunakan

untuk simulasi. Pada simulasi ini ditentukan nilai tingkat resolusi mesh adalah

lima.

4. Penentuan Computational Domain

Domain dibuat untuk daerah batasan luar dari model yang dianalisi. Pada

simulasi ini computational domain dibuat jarak 1 m x 1 m x 1 m dari objek yang

disimulasikan. Pada domain tersebut diasumsikan tidak ada benda disekitar yang

dapat mempengaruhi simulasi. Walaupun pada kenyataannya terdapat chamber

aeroponik dan benda lainnya di sekitar polybag.

5. Penentuan Kondisi Batas

Boundary condition dari polybag adalah seluruh permukaan luar polybag

yang didefinisikan sebagai real wall. Keberadaan air diasumsikan sebagai nilai

inlet mass flow yang berada di dalam media tanam arang sekam.

6. Penentuan Goals

Pada langkah ini, hasil akhir yang dipilih adalah global goal: average

temperature of fluid, dan average density.

7. Menjalankan Run

Running dapat berjalan apabila semua langkah-langkah di atas sudah

dilakukan, sehingga hasil simulasi yang konvergen diperoleh.

8. Post processor

Pada tahap ini dilakukan interpretasi hasil simulasi CFD dan selanjutnya

disajikan visualisasi berupa gambar kontur, vektor, arah aliran, animasi dari

perhitungan mesh, dan lain-lain. Tampilan tersebut merupakan hasil akhir

simulasi.

Validasi Hasil Simulasi

Validasi model dilakukan dengan membandingkan hasil simulasi

menggunakan CFD dengan hasil pengukuran di lapangan. Keakuratan hasil

simulasi dengan hasil pengukuran dinyatakan dengan persentase error (Percentage

of Deviation). Persamaan Average Percentage of Deviation (APD) yang

digunakan adalah sebagai berikut (Riskawati 2012):

APD = |

| (7)

Page 22: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

10

Pengujian keakuratan hasil simulasi terhadap hasil pengukuran dapat pula

dinyatakan menggunakan garis regresi yang terbentuk pada hubungan linier antara

suhu hasil pengukuran (x) dengan hasil simulasi (y). Persamaan linier yang

terbentuk adalah sebagai berikut:

(8)

Dimana (a) merupakan kemiringan atau gradien garis regresi dan (b)

menyatakan intersep atau perpotongan garis regresi dengan sumbu tegak. Prediksi

distribusi suhu daerah perakaran hasil simulasi dikatakan baik jika persamaan

regresi tersebut memiliki intersep mendekati nol dan gradiennya mendekati satu.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Suhu Udara di dalam Rumah Tanaman

Pengambilan data dilakukan pada tanggal 10 September hingga 14

September 2013 mulai pukul 06.00 - 17.00 WIB pada saat cuaca cerah. Data yang

diambil sebagai masukan untuk simulasi adalah data pada tanggal 10 September

2013 pada pukul 06.30 dan 13.00 WIB. Gambar 5 menunjukkan bahwa suhu

udara tertinggi terjadi pada pukul 13.00 WIB yaitu sekitar 34.9°C. Di dalam

rumah tanaman terjadi greenhouse effect radiasi matahari gelombang pendek

berubah menjadi gelombang panjang di dalam rumah tanaman dan terperangkap

di dalamnya. Sehingga menyebabkan suhu udara di dalam rumah tanaman

meningkat.

Gambar 5 Perubahan radiasi matahari dan suhu udara pada kondisi cerah (10

September 2013)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

6:0

0

6:3

0

7:0

0

7:3

0

8:0

0

8:3

0

9:0

0

9:3

0

10:0

0

10:3

0

11:0

0

11:3

0

12:0

0

12:3

0

13:0

0

13:3

0

14:0

0

14:3

0

15:0

0

15:3

0

16:0

0

16:3

0

17:0

0

Rad

iasi

Mat

ahar

i (W

m-2

)

Suhu (

ºC)

Waktu (WIB)

SUHU RADIASI MATAHARI

Page 23: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

11

Selain suhu udara dalam rumah tanaman, suhu lantai juga berpengaruh

terhadap distribusi suhu media tanam. Terjadi pindah panas secara konveksi dan

konduksi dari lantai ke arang sekam melewati polybag. Oleh karena itu, dilakukan

pengukuran suhu lantai. Gambar 6 menunjukkan bahwa suhu tertinggi lantai

mencapai 46 ºC.

Gambar 6 Perubahan suhu lantai rumah tanaman pada kondisi cuaca cerah (10

September 2013)

Suhu Media Tanam dalam Polybag

Suhu media tanam sangat perlu dijaga karena berhubungan dengan suhu

lingkungan akar suatu tanaman. Untuk penelitian ini tanaman yang digunakan

adalah kentang. Menurut Samadi (1997), suhu tanah optimal bagi pertumbuhan

umbi berkisar antara 10 ºC sampai 30 oC. Smith dalam Sutater et al. (1987) juga

menyatakan bahwa suhu tanah kurang dari 15 oC dapat menyebabkan rendahnya

kandungan pati dalam umbi. Oleh karena itu, untuk mencapai suhu daerah

perakaran yang optimum bagi tanaman kentang, dilakukan pendinginan larutan

terlebih dahulu dengan menggunakan chiller sebelum dialirkan ke media tanam.

Suhu air sebagai pengganti larutan nutrisi yang digunakan dalam penelitian ini

adalah 10 oC. Hal ini berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Sumarni et

al (2013) yang menyatakan bahwa pemberian perlakuan pendinginan 10 oC dapat

menjaga suhu udara di daerah perakaran agar tetap dingin meskipun suhu udara

dalam rumah tanaman tinggi. Berikut ini ditampilkan grafik perubahan suhu pada

media tanam dalam polybag (Gambar 7).

20

25

30

35

40

45

50

6:0

0

6:3

0

7:0

0

7:3

0

8:0

0

8:3

0

9:0

0

9:3

0

10:0

0

10:3

0

11:0

0

11:3

0

12:0

0

12:3

0

13:0

0

13:3

0

14:0

0

14:3

0

15:0

0

15:3

0

16:0

0

16:3

0

17:0

0

Suh

u (

ºC)

Waktu (WIB)

Suhu Lantai

Page 24: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

12

Gambar 7 Perubahan suhu media tanam dalam polybag setelah pendinginan (10

September 2013)

Menurut Fitter dan Hay (1981), tidak mudah untuk menetapkan secara tepat

hubungan antara proses-proses pada tanaman dan suhu lingkungan karena adanya

variabilitas yang ekstrem dari suhu udara dan tanah atau larutan nutrisi. Suhu akar

tergantung kepada waktu, bulan, kedalaman di bawah permukaan tanah, sifat

tanah yang menentukan absorpsi dan transmisi panas. Dalam hal ini, kondisi suhu

udara di dalam rumah tanaman cenderung tinggi, akan sangat mempengaruhi

distribusi suhu dalam media tanam. Berdasarkan hasil perubahan suhu media

tanam setelah dialiri air dengan suhu 10 ºC, diketahui adanya pengaruh terhadap

suhu rata-rata di dalam media tanam. Dari Gambar 7 terlihat bahwa suhu media

tanam yang dialiri air dengan suhu 10 ºC pada siang hari pukul 13.00 WIB

bervariasi antara sekitar 25 oC - 27

oC.

Distribusi Suhu Media Tanam di dalam Polybag

Analisis distribusi suhu media tanam di dalam polybag dilakukan dengan

menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Untuk memperoleh

hasil yang baik diperlukan pendefinisian tepat dalam menentukan input dan ouput

model simulasi. Data input diperoleh melalui data lapangan yang telah diolah.

Untuk output dapat dipilih pada saat melakukan simulasi. Berikut adalah contoh

data input yang digunakan dalam simulasi menggunakan CFD.

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

6:0

0

6:3

0

7:0

0

7:3

0

8:0

0

8:3

0

9:0

0

9:3

0

10:0

0

10:3

0

11:0

0

11:3

0

12:0

0

12:3

0

13:0

0

13:3

0

14:0

0

14:3

0

15:0

0

15:3

0

16:0

0

16:3

0

17:0

0

Suhu (

ºC)

Waktu (WIB)

Suhu Rata-rata

Page 25: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

13

Tabel 2 Data Input Simulasi CFD (10 September 2013)

Input Waktu

06:30 13:00

Suhu udara di dalam Rumah Tanaman (°C)

Suhu larutan nutrisi (°C)

Nilai mass flow (kg/s)

Suhu permukaan polybag (°C)

Radiasi matahari di dalam Rumah Tanaman (W/m2)

22.1

10

0.000598

26.2

17

35.2

10

0.000598

45.1

250

Setelah dilakukan proses running, diperoleh hasil gambar berupa kontur

distribusi suhu yang dibedakan oleh beberapa warna. Perbedaan warna yang

ditampilkan berdasarkan perubahan suhu di setiap area di dalam media tanam.

Hasil simulasi CFD dapat dilihat pada Gambar 8 dan Gambar 9.

(a) (b)

Gambar 8 Distribusi suhu media tanam pukul 06.30 WIB, (a) Tampak depan (b)

Tampak atas 20 cm dari dasar (10 September 2013)

Pada Gambar 8 ditunjukkan hasil simulasi distribusi suhu pada media tanam

berkisar pada rentang suhu 13.69 ºC hingga 21.07 ºC. Distribusi suhu media

tanam cenderung lebih rendah daripada suhu udara di dalam rumah tanaman

maupun lantai yang mempengaruhi perubahan suhu. Pada Gambar 8 (a), dapat

dilihat bahwa air cenderung menyebar secara vertikal.

Page 26: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

14

(a) (b)

Gambar 9 Distribusi suhu media tanam pada pukul 13.00 WIB, (a) Tampak depan

(b) Tampak atas 20 cm dari dasar (10 September 2013)

Warna yang ditampilkan pada hasil simulasi tersebut menunjukkan distribusi

suhu yang terjadi di dalam media tanam. berdasarkan hasil simulasi pada Gambar

9 (a) air lebih cenderung menyebar secara vertikal daripada secara horizontal. Air

menyebar ke bawah mengikuti gaya gravitasi. Dominasi warna biru dan hijau

pada Gambar 9 (a) memiliki nilai suhu dalam rentang 17.82 ºC hingga 25.63 ºC.

Hasil tersebut menunjukkan bahwa pendinginan air 10 ºC dapat menjaga suhu

dalam media tanam sebagai media akar tumbuh pada siang hari pukul 13.00 WIB

tidak terlalu tinggi. Hal tersebut juga menunjukkan bahwa pendinginan yang

diberikan mampu menunjang suhu daerah perakaran tanaman kentang yang

optimum. Air yang mengalir di dalam media dalam keadaan dingin

mempengaruhi suhu media. Massa air yang memiliki suhu lebih dingin menyerap

panas dari media dalam polybag yang memiliki suhu lebih panas. Terjadi pindah

panas konveksi oleh air dan media tanam arang sekam di dalam polybag, dimana

perpindahan panas yang terjadi disertai perpindahan massa. Menurut Tipler (1998)

kapasitas panas air yang besar membuat air menjadi bahan yang baik untuk

menyimpan energi termal. Air dapat menyerap atau melepas energi termal dalam

jumlah yang besar sementara mengalami perubahan suhu yang sangat kecil.

Meskipun suhu di dalam rumah tanaman tinggi, namun apabila suhu di daerah

perakaran dijaga agar cukup rendah maka tidak akan mengganggu pertumbuhan

tanaman. Matsuoka dan Suhardiyanto (1992) melaporkan bahwa tanaman tomat

dengan suhu daerah perakaran dipertahankan pada tingkat 21 ºC - 23 ºC dapat

tumbuh jauh lebih baik dalam sistem Nutrient Film Technique (NFT)

dibandingkan dengan yang berada pada tingkat suhu 25 ºC - 27 ºC. Gambar 9 (b)

menyajikan warna kuning menunjukkan suhu udara di sekitar polybag berkisar

antara 33.45 ºC - 37.35 ºC. Selain itu, bagian di bawah polybag berwarna merah

menandakan suhu lantai lebih tinggi, daripada bagian lain dalam dua gambar yang

dikaji yaitu antara 24.76 ºC – 26.60 ºC.

Page 27: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

15

(a) (b)

Gambar 10 Distribusi suhu media tanam dengan air tanpa pendinginan, (a) Pukul

06.30 WIB (b) Pukul 13.00 WIB

Gambar 10 (a) merupakan hasil simulasi pada kondisi air tidak didinginkan.

Gambar tersebut menunjukkan rata-rata distribusi suhu media tanam pada pukul

06.30 WIB adalah 22 ºC - 24 ºC. Gambar 10 (b) menunjukkan rata-rata suhu pada

pukul 13.00 WIB adalah 35 ºC - 37 ºC. Hasil simulasi distribusi suhu pada kondisi

air tidak didinginkan menunjukkan bahwa suhu media tanam masih cenderung

tinggi pada semua bagian dari media tanam. Hal ini menunjukkan bahwa tanpa

pendinginan larutan nutrisi maka media tanam pada sistem hidroponik substrat

dengan kondisi lingkungan seperti kondisi percobaan tidak akan memungkinkan

tanaman dapat tumbuh dengan baik. Hal tersebut sangat mengganggu dalam

pertumbuhan tanaman kentang yang cenderung membutuhkan suhu lingkungan

yang rendah.

Validasi

Validasi dilakukan untuk mengetahui keakuratan model CFD yang dibuat.

Untuk itu, validasi dilakukan terhadap suhu media tanam dalam polybag hasil

simulasi terhadap hasil pengukuran. Terdapat dua metode untuk validasi yaitu

dengan menghitung Average Precentage of Deviation (APD) dan dengan garis

regresi. Presentase rata-rata error yang terjadi pada suhu fluida di dalam media

tanam mencapai 6.2 %. Hal tersebut mungkin karena pendefinisian material dan

kondisi batas yang kurang detail pada simulasi CFD sehingga menyebabkan hasil

simulasi yang kurang mendekati dengan hasil pengukuran. Nilai error setiap titik

dapat dilihat pada Lampiran 2.

Dengan menggunakan garis regresi yang terbentuk pada hubungan linier

antara hasil simulasi (y) dan hasil pengukuran (x) validasi hasil simulasi terhadap

hasil pengukuran juga dapat dilakukan. Persamaan garis regresi ditampilkan pada

Gambar 11. Intersep yang dihasilkan adalah -1.4069 dan memiliki gradien 1.0527.

Koefisien determinasi R2 0.8456 menunjukkan bahwa besarnya keragaman suhu

media tanam hasil simulasi dapat dijelaskan oleh suhu media tanam hasil

Page 28: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

16

pengukuran. Pendugaan dari simulasi ini cukup baik karena persamaan regresi

memiliki intersep mendekati nol dan gradien mendekati satu.

Gambar 11 Grafik validasi suhu media hasil simulasi terhadap suhu hasil

pengukuran

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa

distribusi suhu tipikal rata-rata media tanam dalam polybag adalah 17.82 ºC -

25.63 ºC pada kondisi cuaca cerah pukul 13.00 WIB. Hal tersebut menandakan

pemberian perlakuan pendinginan larutan nutrisi 10 ºC dapat menjaga suhu media

tanam tetap rendah. Pada pukul 06.30 WIB distribusi suhu rata-rata media tanam

berkisar antara 13.69 ºC - 21.07 ºC.

Hasil validasi menunjukkan bahwa pendugaan distribusi suhu media tanam

di dalam polybag dapat dikatakan cukup baik karena pada garis regresi yang

terbentuk antara hasil simulasi dan hasil pengukuran nilai gradien yang diperoleh

1.0527 dan intersep yang dihasilkan adalah -1.406 serta koefisien determinasi R2

0.8456. Garis regresi tersebut mendekati garis y = 1 karena nilai gradien

mendekati satu dan intersep mendekati nol.

Saran

Perlu kajian lebih lanjut mengenai simulasi distribusi suhu media tanam

diikuti dengan perubahan suhu terhadap waktu. Agar distribusi suhu lebih merata

disarankan untuk memperbanyak emiter yang ditanam dalam polybag untuk debit

y = 1.0527x - 1.4069

R² = 0.8456

10

15

20

25

30

10 15 20 25 30

Su

hu

Sim

ula

si (°C

)

Suhu Pengukuran (ºC)

APD= 0.062

y = x

Page 29: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

17

total tetap. Selanjutnya untuk menentukan jarak ujung emiter dengan akar bibit

dapat dilakukan dengan simulasi CFD agar suhu daerah sekitar bibit dapat dijaga

tetap rendah.

DAFTAR PUSTAKA

Ciptaningtyas D. 2011. Simulasi Pola Sebaran Suhu Media Tanam Arang Sekam

pada Sistem Hidroponik Substrat dengan Menggunakan Computational Fluid

Dynamics (CFD) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Fitter AH, Hay RKM. 1981. Fisiologi Lingkungan Tanaman. Sri A dan ED

Purbayanti, penerjemah. Yogyakarta (ID):UGM Pr.

Holman JP. 1997. Perpindahan Kalor. Jasfi E, penerjemah. Jakarta (ID): Penerbit

Erlangga.

Mastalerz JW. 1977. The Greenhouse Environment: The Effect of Environmental

Factors on The Growth and Development of Flowers Crops. New York (US):

John Wiley & Sons, Inc.

Matsuoka T, Suhardiyanto H. 1992. Thermal and flowing aspects of growing petty

tomato in cooled NFT solution during summer. Environ, Contr, Biol.

30(3):119-125.

Riskawati D. 2012. Simulasi Sebaran Suhu pada Chamber Aeroponik dengan

Menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD) [skripsi]. Bogor (ID):

Institup Pertanian Bogor.

Samadi B. 1997. Kentang dan Analisis Usaha Tani. Yogyakarta (ID): Kanisius.

Setiadi, Nurulhuda SF. 1993. Kentang, Varietas dan Pembudidayaan. Jakarta

(ID): Penebar Swadaya.

Suhardiyanto H. 2009. Teknologi Rumah Tanaman untuk Iklim Tropika Basah:

Pemodelan dan Pengendalian Lingkungan. Bogor (ID): IPB Pr.

Sumarni E, Suhardiyanto H, Seminar KB, Saptomo SK. 2013. Temperature

Distribution in Aeroponics System with Root Zone Cooling for the Production

of Potato Seed in Tropical Lowland. IJSER. 4(6):799-804.

Sutater T, Wiroatmodjo J, Solahuddin S, Nasoetion LI, Bey A, Nur MA. 1987.

Pertumbuhan dua varietas kentang (Solanum tuberosum L.) di lingkungan

dataran rendah

Tipler PA. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Lea P dan Rahmad WA,

penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga

Tuakia F. 2008. Dasar-dasar CFD Menggunakan Fluent. Bandung (ID):

Informatika

Page 30: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

18

LAMPIRAN

Lampiran 1 Tabel sebaran suhu media dalam polybag

Waktu TITIK PENGUKURAN

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6:00 28.07 28.47 29.54 22.68 26.70 26.41 25.33 25.92 24.64

6:30 21.41 19.40 19.80 18.07 15.70 17.80 15.92 15.10 17.20

7:00 20.72 16.31 12.68 13.86 11.80 13.17 12.97 11.80 13.95

7:30 19.74 15.72 14.64 16.21 14.54 15.42 15.23 14.64 16.11

8:00 20.33 16.31 14.44 15.42 14.05 14.74 14.44 14.84 15.42

8:30 20.03 16.41 16.50 18.17 16.60 17.19 16.80 16.70 18.17

9:00 22.48 18.86 17.68 16.80 14.35 15.13 15.52 15.13 16.80

9:30 21.80 17.78 16.99 19.05 16.90 17.88 18.17 16.80 19.05

10:00 22.29 17.39 14.35 19.84 14.93 15.82 16.31 15.42 19.84

10:30 23.76 19.35 18.07 18.37 15.62 16.90 17.19 15.92 18.37

11:00 25.13 20.43 18.27 17.39 15.42 16.31 16.99 15.82 17.39

11:30 26.01 21.01 19.35 17.48 15.03 15.72 16.31 15.72 17.48

12:00 26.01 21.01 20.82 21.99 19.54 20.23 20.43 19.35 21.99

12:30 27.68 22.58 20.43 17.88 15.42 15.92 16.90 15.92 17.88

13:00 26.70 22.30 24.70 24.74 24.30 23.50 22.68 25.60 24.90

13:30 27.39 24.25 22.58 24.54 21.01 22.39 23.96 20.13 24.54

14:00 28.96 23.37 19.15 17.68 15.42 16.21 17.48 16.11 17.68

14:30 29.45 23.47 21.41 19.54 16.99 18.27 18.86 16.99 19.54

15:00 28.76 22.39 18.17 16.41 14.74 15.62 16.70 14.64 16.41

15:30 28.07 22.19 22.09 20.33 19.35 19.44 18.27 20.13 20.33

16:00 27.39 22.68 19.64 16.90 15.33 15.92 17.29 15.52 16.90

16:30 26.31 22.19 20.72 19.15 17.48 18.56 18.46 16.99 19.15

17:00 25.52 21.21 17.78 16.11 14.93 15.42 16.21 14.93 16.11

Lampiran 2 Perhitungan error hasil simulasi

Simulasi (°C) Pengukuran (°C) Error (%) 18.02 19.40 7.12 17.62 19.80 11.03 17.98 15.70 14.54 17.94 17.80 0.80 18.32 15.10 21.33 18.19 17.20 5.75 23.52 22.30 5.47 24.62 24.70 0.33 23.32 24.30 4.04 24.03 23.50 2.27 25.67 25.60 0.28 24.59 24.90 1.26

Rata-rata 6.19

Page 31: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

19

Lampiran 3 Gambar orthogonal polybag

Page 32: SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM … · SIMULASI DISTRIBUSI SUHU MEDIA TANAM DALAM POLYBAG PADA HIDROPONIK SUBSTRAT UNTUK PRODUKSI BENIH KENTANG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID

20

RIWAYAT HIDUP

Ina Rahmawati lahir pada tanggal 14 November 1990 di Banyuwangi.

Penulis lahir sebagai tunggal dari pasangan KH Drs Mudatsir AM dan Salimatul

Fuad. Pendidikan formal mulai ditempuh di TK Kaliwates, Jember (1995-1997),

SD Al-Baitul Amien, Jember (1997-2001), SD Negeri Tegal Harjo IX,

Banyuwangi (2001-2003), SMP Negeri 6, Jember (2003-2006), SMA Negeri 4,

Jember (2006-2008), SMA Negeri 1 Sungai Lilin, Musi Banyuasin (2008-2009),

dan Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI di Departemen Teknik Pertanian,

Fakultas Teknologi Pertanian (2009-2013) yang kemudian berganti nama menjadi

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis mengikuti berbagai kegiatan

termasuk menjadi pengurus HIMATETA (Himpunan Mahasiswa Teknik

Pertanian) periode 2011-2012 sebagai staff Riset dan Teknologi, pengurus BEM-

FATETA (Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian) periode

2012-2013 sebagai sekretaris biro Kewirausahaan. Penulis melakukan praktik

lapangan di PT Perkebunan Nusantara VIII Kebun Malabar, Pangalengan,

Bandung selama 40 hari dengan topik “Aspek Ketek ik p P ses

Pengolahan Teh di Kebun M l b PT Pe kebu Nus t VIII”. Adapun

prestasi yang pernah diukir oleh penulis adalah PKM-T didanai DIKTI pada tahun

2011, PKM-T didanai DIKTI pada tahun 2012 dan PIMNAS (Pekan Ilmiah

Nasional) tahun 2012 mendapatkan medali emas pada bidang poster, Juara III

Cooking Competition Nutrion Fair tahun 2012.