Analisis Pindah Panas Konveksi pada Screenhouse

Abstract

Koefisien pindah panas konveksi pada screen (hci) dan tanah (hfi) di dalam screenhouse telah diteliti baik dengan kondisi ada dan tidak adanya tanaman di dalamnya. Penelitian ini bertujuan untuk menyajikan pendekatan yang dapat merepresentasikan hci dan hfi serta dampaknya terhadap iklim mikro di dalam screenhouse. Penelitian telah dilaksanakan pada bulan April-Mei 2017 di sebuah screenhouse berbentuk quonset dengan orientasi Utara-Selatan. Luas screenhouse 360 m2 (40 m x 9 m), volume 868 m3, dan tinggi max. 3 m. Screen yang digunakan adalah jenis knitted netting berbahan polyethylene (stabilized UV), warna putih dengan ukuran mesh 36. Tanaman kailan (Brassica Oleracea) ditanam di atas guludan tanah dengan kepadatan 16.4 tanaman per m2 di dalam screenhouse. Analisis pindah panas konveksi di dalam screenhouse (khususnya pada screen dan tanah) dilakukan pendekatan sebagai selubung yang terdiri atas porous layers dan fluid layer (fluid-porous layers model) yang kemudian digunakan dalam pengembangan model numeriknya berupa simplified formulas. Simplified formulas dihasilkan menggunakan dua pendekatan model empirik: 1) koefisien konveksi (h) sebagai fungsi dari perbedaan suhu; dan 2) bilangan Nusselt (Nu) sebagai fungsi dari bilangan Rayleigh (Ra). Simplified formulas untuk hci dan hfi yang dihasilkan meliputi mode konveksi bebas dan campuran dengan jenis aliran udara turbulent di dalam screenhouse. Hasil analisis sensitivitas koefisien pindah panas konveksi (h) dipengaruhi oleh: i) ketinggian dari screenhouse (𝐻�����), ii) rasio konduktivitas panas dari solid layers (screen/tanah) terhadap udara (ks/ki), iii) perbedaan suhu (T-Tz), dan iv) ketebalan dari solid layers (ΔY). Perpindahan panas yang terjadi antara screenhouse dengan lingkungan di sekitarnya menentukan kondisi iklim mikro di dalamnya. Model simulasi dinamik yang mencakup persamaan kesetimbangan panas sensibel dan latent, pertambahan dan atau kehilangan panas secara radiasi, konveksi maupun konduksi digunakan untuk memprediksi suhu udara di dalam screenhouse (Tdi). Semua hasil regresi linear yang dilakukan menunjukkan nilai prediksi 𝑇�����𝑑�����𝑖����� yang baik, sebagaimana ditunjukkan oleh gradient garis regresi (0.93 hingga 0.96) mendekati satu, nilai intersepnya 1.02 hingga 1.92 serta koefisien determinasi R2 > 90 %. Uji kinerja telah dilakukan dan menghasilkan nilai Root Mean Square Error (RMSE) (0.74 hingga 1.34) < 5 %, Standard Error of Prediction (SEP) (0.74 hingga 1.34) < 4, Bias (-0.67 hingga 0.34) < 4, dan Coefficient of Variation (CV) (1.7 % hingga 3.9 %) < 5 %, sehingga disimpulkan bahwa model dapat digunakan untuk memprediksi suhu udara di dalam screenhouse. Model simulasi dinamik yang telah dihasilkan pada penelitian ini, kemudian dievaluasi pada berbagai ukuran mesh (36, 45, 50, 55, dan 60), lubang ventilasi dari screen (24.2 hingga 150.1 m2), dan leaf area index (LAI 0.25 hingga 4). Data hasil prediksi suhu udara di dalam screenhouse (Ti) menunjukkan adanya penuruan suhu pada kondisi LAI 0.25 hingga 4. Penurunan suhu udara juga terjadi seiring dengan berkurangnya ukuran mesh screen dan meningkatnya luasan lubang bukaan ventilasi/porositas dari screen. Hal tersebut sesuai dengan prinsip kesetimbangan panas sensibel dan latent yang digunakan pada model simulasi dinamik ini. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa model simulasi dinamik yang telah dibuat layak digunakan untuk perancangan screenhouse yang optimal bagi pertumbuhann tanaman