MODEL RADIASI SURYA DAN SUHU UDARA DI DALAM RUMAH PLASTIK
YUSHARDI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Model Radiasi Surya dan Suhu Udara di dalam Rumah Plastik adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulisan lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, September 2007
Yushardi NIM G261020031
ABSTRAK YUSHARDI. Model Radiasi Surya dan Suhu Udara di dalam Rumah Plastik. Dibimbing oleh YONNY KOESMARYONO, H.M.H.BINTORO DJOEFRIE, dan ARMANSYAH H TAMBUNAN. Penggunaan rumah plastik di daerah tropis berakibat pada peningkatan suhu di dalam rumah plastik tersebut ke tingkat yang dapat mengganggu pertumbuhan tanaman. Tujuan penelitian untuk menganalisis radiasi surya dan suhu udara di dalam rumah plastik. Penelitian dilakukan dengan eksprimen di lapangan dan simulasi. Eksprimen terdiri atas tiga bagian. Eksprimen pertama adalah untuk mempelajari radiasi surya yang terjadi sebagai akibat penggunaan plastik polyetylena (PE) berproteksi ultraviolet (UV) masing masing 0 %, 6 % dan 14 %. Eksprimen kedua adalah untuk menentukan sudut kemiringan cover rumah plastik terhadap bidang horisontal.(ß) Eksprimen ketiga adalah untuk mempelajari pengaruh lantai rumah plastik menggunakan tanah dan rumput terhadap suhu udara di dalam rumah plastik. Kondisi terbaik rumah plastik tipe hexagonal pada penelitian ini adalah menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 %, sudut kemiringan ß = 70o, dan menggunakan rumput sebagai lantai. Pada kondisi optimum, penggunaan plastik PE berproteksi UV 14 % dapat menurunkan suhu udara di dalam rumah plastik (Tin) sebesar 3.0 oC (7.4 %), dan penggunaan rumput sebagai lantai menurunkan suhu Tin sebesar 0.4 oC (1.1 %), dan kemiringan cover ß = 70o dapat menurunkan suhu cover rumah plastik sebesar 5.5 oC (12.8 %). Radiasi surya ultraviolet (UV), Photosintetically Active Radiation (PAR), dan inframerah (IR) yang di transmisi menggunakan plastik PE berproteksi UV 14 % pada hari cerah masing masing sebesar 3.0 W/m2, 143.3 W/m2, dan 192.8 W/m2. Parameter lain yang berpengaruh terhadap suhu udara di dalam rumah plastik adalah koefisien konveksi alami (hi) dan koefisien konveksi ventilasi (hv). Pada rumah plastik tipe hexagonal nilai hi dan hv masing masing sebesar 1.54 W/m2.C dan 50 W/m2.C. Pada rumah plastik tipe tunnel nilai hi dan hv masing masing sebesar 1.45 W/m2.C dan 55 W/m2.C.
Kata Kunci : rumah plastik, radiasi surya, suhu, UV, PAR, IR
ABSTRACT YUSHARDI. The Solar Radiation and Air Temperature Model in a Plastic House Supervised by YONNY KOESMARYONO, H.M.H BINTORO DJOEFRIE, and ARMANSYAH H. TAMBUNAN. The objective of this research is to analyze the solar radiation and air temperature in a plastic house. The research was conducted experimentally as well as by simulation. The first experiment was done to study the radiation in the plastic house as affected by the use of Polyethylene (PE) plastic with ultraviolet (UV) protection of 0 %, 6 % and 14 %. The second experiment was to study the influence of tilt angle between plastic cover and horizontal planar (ß), while the third one was to explore the influence of soil and grass as the floor to the air temperature inside the plastic house. The expriment reveals that optimum condition for
the plastic house was using hexagonal type with 14 % UV
protection PE and, grass as the floor. Air temperature in the plastic house decreased 3.0 oC (7.4 %) if using PE with UV 14 %, and 0.4 oC (1.1 %) if using grass as the floor. Temperature of the plastic house cover decreased 5.5 oC (12.8 %) If tilted 70o. Solar radiation of UV, Photosintetically Active Radiation (PAR) and infrared (IR) that transmited from PE 14 % was 3.0 W/m2, 143.3 W/m2 and 192.8 W/m2 respectively. The other parameter that influence air temperature in the plastic house is natural convection coeficient (hi) and ventilation coeficient (hv). For plastic house with hexagonal construction, hi and hv was 1.54 W/m2.C, and 50 W/m2.C respectively, while for tunnel plastic house, the hi and hv was 1.45 W/m2.oC, and 55 W/m2.C respectively. Keyword : plastic house, solar radiation, temperature, UV, PAR, IR
© Hak cipta milik IPB, tahun 2007 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam Bentuk apapun, baik cetak, fotocopi, microfilm, dan sebagainya
MODEL RADIASI SURYA DAN SUHU UDARA DI DALAM RUMAH PLASTIK
YUSHARDI
Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Agroklimatologi
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul Disertasi : Model Radiasi Surya dan Suhu Udara di dalam Rumah Plastik
Nama
: Yushardi
NIM
: G261020031
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS Ketua
Prof. Dr. HMH Bintoro Djoefrie, M.Agr Anggota
Prof. Dr. Armansyah.H. Tambunan, M.Agr Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Agroklimatologi
Dr.Ir. Rizaldi Boer, M.Sc
Tanggal Ujian: 27 Agustus 2007
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar N, MS
Tanggal Lulus:
PRAKATA Bismillaahirrohmaanirrohiim. Penyusunan disertasi yang berjudul Model Spektrum Radiasi Surya dan Suhu di dalam Rumah Plastik, mencakup pembuatan prototype rumah plastik tipe hexagonal dan tipe tunnel, membangun perangkat lunak dan model, pengumpulan dan pengolahan data, serta penulisan. Kegiatan tersebut dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Departemen Teknik Pertanian FATETA IPB Bogor , dari Juni 2005 sampai Juni 2006. Penulis menyadari dalam setiap tahapan di atas telah melibatkan banyak pihak. Dengan segala keikhlasan, penulis ucapan terima kasih kepada Bapak Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS ; Prof. Dr.Ir. H.M.H Bintoro Djoefrie, M.agr ; Prof. Dr.Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr, selaku pembimbing. Disamping itu, penghargaan yang tulus penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah sangat membantu baik dalam bentuk diskusi maupun dalam bentuk lainnya. Ungkapan terima kasih disampaikan juga kepada Ayahanda (alm); Ibunda (alm); Istri: Yanti Rianda, S.sos ; anak: M.Ganesha; kakanda: Ir. Eddy S, MBA; adinda: Yetty Hardiyanti, S.Si, atas segala do’a dan kasih sayang kalian. Semoga karya ini bermanfaat, Aamiin. Bogor, September 2007 Yushardi
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 20 April 1965 sebagai anak ke-2 dari pasangan Ayahanda Nursyamlukman (alm) dan Ibunda Hj. Rahmah (alm). Tahun 1983 penulis lulus dari SMA Negeri 6 Jakarta. Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Fisika ITB dan Jurusan Fisika UNPAD Bandung, lulus pada tahun 1993 dan 1994. Pendidikan Pascasarjana Magister ditempuh di Jurusan Fisika ITB, dan lulus pada tahun 2001. Kesempatan untuk melanjutkan ke Program Doktor pada Program Studi Agroklimatologi Sekolah Pasacasarjana IPB Bogor pada tahun 2002. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari BPPS DIKTI Departemen Pendidikan Nasional pada tahun 2002. Penulis bekerja sebagai staf pengajar di Departemen Fisika Universitas Jember sejak tahun 1995 hingga sekarang. Adapun karya ilmiah berupa jurnal /prosiding selama mengikuti pendidikan program doktoral adalah : 1. Yushardi, Abdullah K, Belyamin, 2003. Pemanfaatan Minyak Jelantah Pada Kompor Bertekanan. Prosiding Seminar Creata Teknik Pertanian. 2. Yushardi, Koesmaryono Y, Djoefrie B, Tambunan AH. 2007. Model Spektrum Radiasi Surya dan Suhu di dalam Rumah Plastik. Jurnal Agromet Perhimpi Vol 20 no1, 2006.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ………………………………………………………. ix DAFTAR GAMBAR .................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN xi 1 . PENDAHULUAN Latar Belakang .................................................................................. 1-1 Perumusan Masalah……………………………………………….. 1-3 Kerangka Penelitian……………………………………………….. 1-3 Tujuan Penelitian ………………………………………………….. 1-5 Manfaat Penelitian ………………………………………………… 1-5 Hipotesis …………………………………………………………… 1-5 Tata Nama Simbol …………………………………………… 1-6 Kajian 1: 2 . ANALISIS BENTUK KONSTRUKSI RUMAH PLASTIK Pendahuluan …………………………………………….. 2-1 Bahan dan Metode ……………………………………. 2-5 Hasil dam Pembahasaan …………………………………….. 2-7 Simpulan …………………………………………………… 2-13 Tata Nama Simbol ………………………………………………… 2-14 Kajian 2: 3. ANALISIS RADIASI SURYA DI DALAM RUMAH PLASTIK Pendahuluan …………………………………………….. 3-1 Bahan dan Metode …………………………………….. 3-3 Hasil dan Pembahasaan …………………………………….. 3-8 Simpulan …………………………………………………... 3-24 Tata Nama Simbol …………………………………………………. 3-25 Kajian 3: 4. SIMULASI PERUBAHAN SUHU DI DALAM RUMAH PLASTIK Pendahuluan …………………………………………………….. 4-1 Bahan dan Metode …………………………………………… 4-2 Hasil dan Pembahasaan ……………………………………. 4-5 Simpulan …………………………………………………………. 4-22 Tata Nama Simbol ………………………………………………. 4-23 5. PEMBAHASAN UMUM …………………………………………….. 5-1 Validasi Model ……………………………………………………. 5-2 Hasil Simulasi ………………………………………………………….
5-5 Aplikasi Perangkat Lunak …………………………………………… 5-7 Tata Nama Simbol ……………………………………………….. 5-8 6. SIMPULAN UMUM DAN SARAN ………………………………….. 6-1 7. DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………… 7-1 8. LAMPIRAN ………………………………………………………….. 8-1
DAFTAR TABEL Halaman 2.1 Koefisien konveksi alami, dan ventilasi
……………………………..2-12
3.1 Koefisien transmisivity (t) pada plastik PE berproteksi UV ……………3-8 3.2 Keadaan cuaca pada tanggal 22 Agustus 05 disekitar rumah plastik ……3-11 3.3 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE UV 14 % pada tanggal 22 Agustus 2005 ...…..3-12 3.4 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe tunnel menggunakan plastik PE UV 14 % pada tanggal 22 Agustus 2005…… 3-13 3.5 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal (plastikUV14%) tanggal 22 Agustus 2005 …….…………………….. 3-15 3.6 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal (plastik UV 6 %) tanggal 22 Agustus 2005 ……………………………3-15 3.7 Pola radiasi surya dan suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal (plastik UV 0 %) tanggal 22 Agustus 2005 ……………………………3-16 3.8 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE pada tanggal 22 Agustus 2005 dengan lantai tanah ………………….....3-19 3.9
Pola suhu harian pada rumah plastik tipe tunnel menggunakan plastik PE pada tanggal 22 Agustus 2005 dengan lantai tanah ...………………….3-21
3.10 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe hexagonal menggunakan plastik PE pada tanggal 22 Agustus 2005 dengan lantai rumput ……...3-22 3.11 Pola suhu harian pada rumah plastik tipe tunnel menggunakan plastik PE pada tanggal 22 Agustus 2005 dengan lantai rumput ........................3-22 3.12 Suhu rata rata di dalam rumah plastik pada kemiringan cover ß = 25o …3-23 4.1
Pola suhu rata rata harian pada sistem rumah plastik ………………….. 4-5
4.2
Nilai parameter parameter yang digunakan dalam simulasi pada Tanggal 22 Agustus 2005
…………………………………………. 4-17
4.3
Pola suhu rata rata harian pada sistem rumah plastik hasil simulasi ….. 4-18
5.1
Perbedaan suhu dalam sistem rumah plastik tipe hexagonal pada kondisi terbaik terhadap kondisi standar…………….………………….. 5-6
Halaman 5.2
Radiasi surya di dalam rumah plastik menggunakan plastik PE pada hari cerah (22 Agustus 2005)……….. …………………………… 5-7
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
2.6 2.7 2.8 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4.1 4.2
4.3 4.4 4.5
4.6 4.7
Kerangka penelitian …………………….…………………………... 1-4 Sudut datang radiasi surya terhadap kemiringan cover rumah plastik 2-2 Sudut datang radiasi surya pada kemiringan cover rumah plastik tipe tunnel ……………………………………………………………… 2-3 Prototype rumah plastik tipe hexagonal ….………………………. 2-6 Prototype rumah plastik tipe tunnel . …………………….…………. 2-6 Pola kosinus sudut datang radiasi surya terhadap penutup rumah plastik tipe hexagonal dengan beberapa kemiringan ß pada tanggal 22 Agustus 2005 …………………………………………………. 2-8 Pola kosinus sudut datang radiasi surya terhadap penutup rumah plastik tipe tunnel………………………………………………….. 2-8 Presentase perubahan koefisien transmisi setiap jam ……………… 2-9 Persentase transmisi terhadap variasi sudut ketinggian surya (Mastalerz 1997) ………………………………………………….. 2-9 Penangkapan radiasi surya di dalam rumah plastik ……………… 3-5 Kurva karakteristik plastik PE berproteksi UV 0 %, 6 %, dan 14 % radiasi surya di dalam rumah plastik...…………………………. 3-8 Keadaan cuaca di luar rumah plastik pada tanggal 22 Agustus 2005 3-11 Validasi suhu di dalam rumah plastik tipe hexagonal ……………… 3-14 Validasi suhu di dalam rumah plastik tipe tunnel ………………… 3-14 Pola radiasi surya ultaviolet pada beberapa jenis plastik PE berproteksi UV…………………………………………………….. 3-16 Pola radiasi surya visible pada beberapa jenis plastik PE berproteksi UV…………………………………………………….. 3-17 Pola radiasi surya inframerah pada beberapa jenis plastik PE berproteksi UV……………………………………………….. 3-18 Model fisik suhu di dalam rumah plastik…………………………… 4-3 Pola suhu Tc, Tin, Tss , dan Ts dengan plastik PE berproteksi UV 0 % 6 % dan 14 % dengan ß= 25o,lantai tanah rumah plastik tipe hexagonal …………………………………………………………. 4-7 Pola suhu Tc, Tin, Tss , dan Ts pada plastic PE UV 14 %, ß= 25o , 50o lantai rumput rumah plastik tipe hexagonal…………………… 4-9 Pola K harian dengan kemiringan ß = 25o , 50o tanggal 19 Juni 06 dan 27 Juni 06 pada rumah plastik tipe hexagonal dan tunnel… 4-11 Pola suhu Tc, Tin, Tss , dan Ts pada plastik PE UV 14 %, dengan beberapa jenis lantai (tanah dan rumput) tanggal 22 Agustus 05 dan 27 Juni pada umah plastik tipe hexagonal …………………… 4-12 Validasi Tc, Tin, dan Tss pada rumah plastik tipe hexagonal ……… 4-15 Validasi Tc, Tin, dan Tss pada rumah plastik tipe tunnel .…………… 4-16
Halaman 5.1 Perbedaan antara suhu cover rumah plastik tipe hexagonal (Tc) hasil simulasi terhadap hasil pengujian ……………………………………. 5-3 5.2 Perbedaan antara suhu udara di dalam rumah plastik tipe hexagonal (Tin) hasil simulasi terhadap hasil pengujian……………………………….. 5-3 5.3 Perbedaan antara suhu permukaan tanah rumah plastik tipe hexagonal (Tss) hasil simulasi terhadap hasil pengujian……………………………….. 5-4 5.4 Perbedaan antara suhu di dalam tanah rumah plastik tipe hexagonal (Ts ) hasil simulasi terhadap hasil pengujian………………………………. 5-4 5.5 Hasil simulasi pada kondisi terbaik………………............................... 5-5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6
Data hasil pengamatan cuaca di sekitar rumah plastik……………… 8-1 Data hasil pengamatan radiasi surya di sekitar rumah plastil ……… 8-6 Pola suhu harian hasil pengujian lapangan …………………………… 8-11 Pola suhu harian hasil simulasi……………………………………….. 8-21 Gambar desain rumah plastik………………………………………… 8-31 Program radiasi surya dan suhu pada sistem rumah plastik…………. 8-35
