17 Gambar 4. Hybrid Recorder merk Yokogawa type HR2300
4. Pyranometer
Pyranometer digunakan untuk mengukur besarnya radiasi matahari
Wm
2
di dalam dan di luar greenhouse. Pyranometer yang digunakan terdiri dari 2 macam, yaitu pyranometer model MS-42 dengan
sensitivitas 5.0 mVCalm
2
min dan pyranometer model MS-401 dengan sensitivitas 7.0 mVKWm
2
. 5.
Weather Station, Translator, dan komputer. Weather station
digunakan untuk mengukur parameter lingkungan di sekitar greenhouse untuk mengetahui kondisi lingkungan pada hari
pengukuran. Translator berfungsi untuk menterjemahkan nilai-nilai yang terekam pada weather station sehingga dapat diproses ke dalam
komputer. 6.
Termometer bola basah dan bola kering Kelembaban udara di dalam greenhouse diukur dengan
menggunakan termometer bola basah dan kering dengan ketinggian rata- rata 1.45 m dari permukaan lantai. Nilai kelembaban udara diperoleh
dengan membaca pshycrometric chart.
3.3. METODE PENELITIAN
1. Persiapan
Kegiatan persiapan meliputi kegiatan-kegiatan mempersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
18 2.
Penyiapan penanaman dan persemaian Penyiapan
penanaman meliputi
kegiatan penempatan bedeng, mengatur debit larutan nutrisi, dan mempersiapkan sirkulasi larutan
nutrisi. Kegiatan penyemaian meliputi persiapan tempat persemaian berupa tray, persiapan benih tomat yang akan disemai. Benih direndam
terlebih dahulu di air hangat sebelum ditanam dalam tray dengan menggunakan media tanam co co peat. Penyemaian benih dilakukan pada
tempat yang lembab kurang lebih 85 dan terlindung dari sinar matahari.
3. Pembuatan larutan stok nutrisi
Pembuatan larutan nutrisi dilakukan dengan cara melarutkan pupuk nutrisi yang mengandung bahan-bahan mineral ke dalam air sesuai dengan
dosis yang dibutuhkan tanaman. Pupuk nutrisi yang digunakan merupakan pupuk A B mix yang siap pakai. Untuk membuat larutan stok dalam 45
liter air besarnya tertera pada Tabel 2.
Tabel 1. Banyaknya bahan mineral gram yang harus dilarutkan dalam 45 liter air untuk menghasilkan larutan stok.
Substansi Formula
Berat gram Larutan
Calcium Nitrate EDTA iron
CaNO
3 2
.4H
2
O [CH
2
.NCH
2
.COO
2
]
2
FeNa 10030
790 Stok A
Potassium dihydrogen phospate
Potassium nitrate Magnesium sulphate
Manganous sulphate Boric acid
Copper sulphate Ammonium
molybdate Zinc sulphate
KH
2
PO
4
KNO
3
MgSO
4
.7H
2
O MnSO
4
.4H
2
O H
3
BO
3
CuSO
4
.5H2O
NH
4 6
Mo
7
O
24
.4H2O ZnSO
4
.7H2O 2630
5830 5130
61 17
3.9
3.7 4.4
Stok B
Sumber : Cooper, 1982
19 4.
Pemeliharaan Benih tomat disemai pada media tanam co co peat. Benih dijaga
dalam lingkungan yang lembab dan terhindar dari cahaya langsung agar proses perkecambahan berlangsung baik. Setelah pada tanaman mulai
muncul daun sejati, tanaman dipindahkan ke dalam polybag kecil dengan media tanam arang sekam. Setelah tanaman mempunyai akar yang cukup
kuat kurang lebih 1 bulan, tanaman dapat dipindahkan ke bedeng tanaman yang telah dialiri larutan nutrisi.
5. Pengukuran dan pengolahan data
Pengamatan dan pengambilan data dilakukan setelah tanaman dipindahkan ke bedeng tanaman. Pengamatan parameter lingkungan
mencakup lingkungan luar dan dalam greenhouse. Data parameter lingkungan yang diambil yaitu suhu udara di luar dan di dalam
greenhouse , suhu larutan nutrisi yang diukur setiap 3.33 m dari hulu
hingga hilir, kelembaban udara di dalam dan di luar greenhouse, dan radiasi matahari di luar greenhouse. Pengukuran suhu dan radiasi matahari
dilakukan secara bersamaan setiap 10 menit sekali pada tiga tahap pertumbuhan yang berbeda.
Pengukuran suhu lingkungan rumah kaca menggunakan termokopel yang diletakkan pada tiga tempat yang berbeda dengan
ketinggian rata-rata 1.65 m dari permukaan lantai. Suhu udara di luar greenhouse
diukur dengan menggunakan termokopel dengan ketinggian 3.16 m dari permukaan tanah. Pengukuran radiasi matahari dengan
menggunakan weather station dan pyranometer. Hasil pengukuran yang telah diolah akan memberikan gambaran
tentang perubahan dan pengaruh suhu lingkungan rumah kaca serta radiasi matahari terhadap selisih temperatur hulu-hilir larutan nutrisi pada stiap
tahap pertumbuhan tanaman tomat. skema penampang aliran larutan dalam bedeng ditunjukkan seperti Gambar 5.
20 Dimana : a = Lapisan styrofoam
b = Lapisan udara c = Lapisan larutan nutrisi
d = Lapisan kayu Gambar 5. Penampang aliran larutan nutrisi pada bedeng
Untuk mengetahui
temperatur hilir, dapat dievaluasi menggunakan
persamaan-persamaan pindah panas yang ada. Sesuai dengan hukum pertama termodinamika, kesetimbangan panas pada sistem NFT secara
sederhana dapat dituliskan sebagai berikut : 19
Persamaan tersebut kemudian dapat dikembangkan pada masing-masing komponen pada bedeng tanaman dengan menerapkan prinsip konduksi dan
konveksi. 20
Koefisien overall konduksi termal U pada masing-masing komponen dapat dijelaskan dengan persamaan seperti berikut :
21
22
Dimana : h
st
= koefisien konveksi antara styrofoam dan air Qstored
Qout Qin
= −
st st
st st
h k
L U
1 1
+ =
b b
b b
h k
L U
1 1
+ =
a
b c
d
air b
b b
air st
st st
hulu hilir
T T
U A
T T
U A
T T
Cp m
− +
− =
− 2
21 h
b
= koefisien konveksi dinding pipa terhadap fluida
Asumsi-asumsi yang diterapkan pada persamaan pindah panas tersebut sebagai berikut :
a. Larutan nutrisi dan air mempunyai sifat-sifat fisik yang sama
b. Temperatur air T
air
= temperatur hulu + temperatur hilir 2 c.
Tidak ada perpindahan panas pada dasar bedeng d.
Antara styrofoam dan air tidak terdapat ruang udara
Koefisien konveksi antara styrofoam dan air h
st
diperoleh dengan persamaan :
23
Selanjutnya besarnya Nusselt number Nu dapat diperoleh dengan mengacu pada jenis aliran dan bentuk pipa sehingga diperoleh persamaan-
persamaan seperti pada tabel berikut:
Tabel 2. Ikhtisar persamaan-persamaan yang digunakan dalam perpindahan panas konveksi paksa di dalam saluran
Sistem Persamaan
Pipa panjang LDh 20 Aliran laminer Re 2100
Nu = 1.86 Re Pr DhL
0.33
μbμs
0.14
24
Pemanasan cairan
μbμs = 0.36
Pendinginan cairan
μbμs = 0.2
Pipa pendek Aliran laminer
Nu = Re Pr Dh4L Ln 1-2.6Pr
0.167
Re Pr DhL
0.5 -1
25
Pipa panjang Aliran turbulen
Nu = 0.023 Re
0.83
Pr
0.33
26
Pipa pendek Aliran turbulen
Nu = 0.023 1+DhL
0.7
Re
0.8
Pr
0.33
27
Sumber : Kreith 1980 dalam Kuncoro 1998
Besarnya koefisien konveksi dinding pipa terhadap fluida h
b
dapat diperoleh dari persamaan Giles, 1986:
D Nu
k h
d =
Dh Nu
k h
st
=
22 28
dimana : St = bilangan Stanton = Fr 8 Faktor gesekan fluida terhadap dinding pipa Fr dapat diperoleh
dari persamaan-persamaan berdasarkan jenis aliran seperti pada tabel berikut Giles, 1986:
Tabel 3. Persamaan universal untuk memperoleh faktor gesekan fluida terhadap dinding pipa Fr.
Jenis aliran Fr
Laminer Re 2300 Fr = 64Re 29
Turbulen Re 2300 Fr = 8
σρ V
2
30
Kalor yang disimpan dalam air selama mengalir dalam bedeng yaitu sebesar :
31
Suhu air yang mengalir pada bedeng diperoleh dari suhu rata-rata air di bagian hulu dan hilir. Error hasil pengukuran suhu air hilir merupakan
selisih temperatur hilir hasil perhitungan dengan pengukuran.
6. Pengukuran faktor gesekan pada setiap tahap pertumbuhan
Perbedaan pertumbuhan akar tanaman pada bedeng dapat dievaluasi melalui perbedaan faktor gesekan aliran pada bedeng. Untuk
mengetahui kondisi aliran pada bedeng, parameter berupa kecepatan aliran nutrisi yang berhubungan dengan aliran larutan nutrisi diukur pada setiap
tahap pertumbuhan tanaman. Faktor gesekan yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran dapat
dijelaskan melalui formula Chezy berikut :
32
Kecepatan fluida dapat dicari melalui persamaan V = QA, dimana Q adalah debit larutan m
3
. Luas penampang A merupakan luas
= V
⎟ ⎠
⎞ ⎜
⎝ ⎛
= Lp
A Fr
g V
θ 8
T Cp
g T
Cp m
Q Δ
= Δ
= ρ
Cp V
St h
b
ρ =
23 penampang melintang aliran larutan nutrisi yang terukur pada debit aliran
yang berbeda-beda.
7. Pengembangan Model ANN
Model ANN yang dikembangkan menggunakan algoritma back propagation dengan memakai bahasa pemrograman Delphi. Input layer
yang digunakan terdiri dari 8 unit yaitu data radiasi matahari dalam greenhouse
Wm
2
, suhu udara dalam greenhouse
o
C, kelembaban udara , umur tanaman, suhu styrofoam
o
C, suhu permukaan bedeng
o
C, dan suhu larutan nutrisi di bagian hulu
o
C. Output layer terdiri dari 1 unit yaitu suhu larutan nutrisi di bagian hilir
o
C. Pendugaan suhu bagian hilir menggunakan model ANN dilakukan
pada 3 tahap pertumbuhan tanaman, yaitu pada fase vegetatif, pembungaan, dan pembuahan. Proporsi jumlah data training dan validasi
untuk ANN yang dikembangkan terdiri dari 70 data training dan 30 data validasi.
Proses validasi bertujuan untuk menguji kinerja ANN terhadap contoh data yang tidak pernah diberikan dalam training. Validasi
dilakukan setelah mendapatkan nilai RMSE yang cukup kecil serta dilakukan dengan menghitung Standard Error of Prediction SEP, bias
, dan Coefficient of Variation CV.
33
34
35
Dimana: Ya = nilai aktual dari pengukuran Yp = nilai prediksi oleh ANN
n = jumlah data d
∑
=
− −
=
n i
n Yp
Ya SEP
1 2
1
∑
=
− =
n i
n Yp
Ya d
1
100 ×
= a
Y SEP
CV
24 = nilai rata-rata aktual pengukuran
Hasil validasi dinilai baik jika nilai SEP yang diperoleh dibawah 4.0, nilai bias mendekati nol, dan nilai CV berada dibawah 5. Nilai bias
yang negatif menunjukkan bahwa nilai prediksi suhu selalu lebih tinggi dibandingkan nilai aktual.
a Y
25 Gambar 6. Diagram alir menghitung temperatur hilir larutan nutrisi
Kst, Kbd, Tst, Tbd
Hst
Hbd
Ust = 1 LstKst + 1hst Ubd = 1 LbdKbd + 1Kbd
T hilir dihitung berdasarkan persamaan 2
Kalor air = ρ Q Cp DT
T hilir, Kalor air
DT = Thilir – Thulu Error = DT - DTU
26 Gambar 7. Diagram alir menghitung koefisien konveksi styrofoam-air lanjutan
V, Thulu, w, d, L
Interpolasi
ρ, Cp, μ, k,
Dh = w d w + 2d
Re =
ρ V Dhμ
Re 2300
LDh 20
LDh 20
Tabel 1 Persamaan 26
Tabel 1 Persamaan 24
Tabel 1 Persamaan 25
Tabel 1 Persamaan 27
Y Y
Hst = k NuDh Y
27 Gambar 8. Diagram alir menghitung koefisien konveksi bedeng-air lanjutan
Re =
ρ V Dhμ
Re 2300
Fr = 8 σ ρ V
2
σ = ρ g hL Dh2L Fr = 64Re
St = Fr8
Hbd = St ρ V Cp
Y
28
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
