Jurnal Keteknikan Pertanian (JTEP) terakreditasi berdasarkan SK Dirjen Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian Ristek Dikti Nomor I/E/KPT/2015 tanggal 21 September 2015. Selain itu, JTEP juga telah terdaftar pada Crossref dan telah memiliki Digital Object Identifier (DOI) dan telah terindeks pada ISJD, IPI, Google Scholar dan DOAJ.  Mulai edisi ini redaksi memandang perlu untuk meningkatkan nomor penerbitan dari dua menjadi tiga kali setahun yaitu bulan April, Agustus dan Desember berisi 12 naskah untuk setiap nomornya.  Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi masa tunggu dengan tidak menurunkan kualitas naskah yang dipublikasikan. Jurnal berkala ilmiah ini berkiprah dalam pengembangan ilmu keteknikan untuk pertanian tropika dan lingkungan hayati. Jurnal ini diterbitkan dua kali setahun baik dalam edisi cetak maupun edisi online.  Penulis makalah tidak dibatasi pada anggota PERTETA tetapi terbuka bagi masyarakat umum. Lingkup makalah, antara lain: teknik sumberdaya lahan dan air, alat dan mesin budidaya pertanian, lingkungan dan bangunan pertanian, energi alternatif dan elektrifikasi, ergonomika dan elektronika pertanian, teknik pengolahan pangan dan hasil pertanian, manajemen dan sistem informasi pertanian. Makalah dikelompokkan dalam invited paper yang menyajikan isu aktual nasional dan internasional, review perkembangan penelitian, atau penerapan ilmu dan teknologi, technical paper hasil penelitian, penerapan, atau diseminasi, serta research methodology berkaitan pengembangan modul, metode, prosedur, program aplikasi, dan lain sebagainya. Penulisan naskah harus mengikuti panduan penulisan seperti tercantum pada website dan naskah dikirim secara elektronik (online submission) melalui http://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep.

## Penanggungjawab:

## Ketua Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia
Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,IPB
Dewan Redaksi: Ketua : Wawan Hermawan (Scopus ID: 6602716827, Institut Pertanian Bogor) Anggota : Asep Sapei (Institut Pertanian Bogor) Kudang Boro Seminar (Scopus ID: 54897890200, Institut Pertanian Bogor) Daniel Saputra (Scopus ID: 6507392012, Universitas Sriwijaya - Palembang) Bambang Purwantana (Universitas Gadjah Mada - Yogyakarta) Yohanes Aris Purwanto (Scopus ID: 6506369700, Institut Pertanian Bogor)
Muhammad Faiz Syuaib (Scopus ID: 55368844900, Institut Pertanian Bogor) Salengke (Scopus ID: 6507093353, Universitas Hasanuddin - Makasar) I Made Anom Sutrisna Wijaya (Scopus ID: 56530783200, Universitas Udayana - Bali)
Redaksi Pelaksana: Ketua : Rokhani Hasbullah (Scopus ID: 55782905900, Institut Pertanian Bogor) Sekretaris   :  Lenny Saulia (Scopus ID: 16744818700, Institut Pertanian Bogor) Bendahara   :  Hanim Zuhrotul Amanah (Universitas Gadjah Mada - Yogyakarta) Anggota :  Dyah Wulandani (Scopus ID: 1883926600, Institut Pertanian Bogor) Usman Ahmad (Scopus ID: 55947981500, Institut Pertanian Bogor) Satyanto Krido Saptomo (Scopus ID: 6507219391, Institut Pertanian Bogor) Slamet Widodo (Scopus ID: 22636442900, Institut Pertanian Bogor)
Liyantono (Scopus ID: 54906200300, Institut Pertanian Bogor) Administrasi :  Diana Nursolehat (Institut Pertanian Bogor)
Penerbit: Perhimpunan Teknik Pertanian Indonesia (PERTETA) bekerjasama dengan Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor.
Alamat: Jurnal Keteknikan Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Kampus Institut Pertanian Bogor, Bogor 16680. Telp. 0251-8624 503, Fax 0251-8623 026, E-mail: jtep@ipb.ac.id atau jurnaltep@yahoo.com Website: web.ipb.ac.id/~jtep  atau http://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep
Rekening: BRI, KCP-IPB, No.0595-01-003461-50-9 a/n: Jurnal Keteknikan Pertanian
Percetakan: PT. Binakerta Makmur Saputra, Jakarta
P-ISSN 2407-0475  E-ISSN 2338-8439 Vol. 5, No. 3, Desember 2017

## Ucapan Terima Kasih
Redaksi Jurnal Keteknikan Pertanian mengucapkan terima kasih kepada para Mitra Bebestari yang telah menelaan (me-review) Naskah pada penerbitan Vol. 5 No. 3 Desember 2017. Ucapan terima kasih disampaikan kepada: Prof.Dr.Ir. I Made Supartha, MS.,PhD (Fakultas Teknologi Pertanian, Udayana), Prof.Dr.Ir. Bambang Purwantana, M.Agr (Jurusan Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada), Prof.Dr.Ir. Hj, Nurpilihan Bafdal, MSc (Universitas Padjadjaran), Prof.Dr.Ir. Ida Ayu Dwi Giriantari, PhD (Fakultas Teknik, Universitas Udayana), Prof.Dr.Ir. Kamaruddin Abdullah, MSA (Universitas Darma Persada), Prof.Dr.Ir. Sutrisno, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Andri Prima Nugroho, STP.,M.Sc (Jurusan Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada), Dr. Akhiruddin Maddu, MSi (Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor), Dr. Diding Suhandy, STP.,M.Agr (Fakultas Pertanian, Universitas Lampung), Dr.Ir. Chusnul Arief, STP.,M.Si (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Edward Saleh, MS (Universitas Sriwijaya), Dr.Ir. Abdul Rozaq, DAA (Jurusan Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada), Dr.Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Muhammad Faiz Syuaib, M.Agr (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Roh Santoso, BW.,MT (Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Rokhani Hasbullah, MSi (Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor), Dr.Ir. Rudiati Evi Masitoh, STP.,M.Dev.Tech, (Jurusan Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada), Dr.Ir. Sri Rahayoe, STP.,MP (Jurusan Teknik Pertanian, Universitas Gadjah Mada).

## Technical Paper

## Simulasi Distribusi Suhu pada Lubang Tanam Hidroponik Rakit Apung untuk Produksi Bawang Merah di Dataran Rendah Tropika
Simulation of Temperature Distribution on the Planting Hole of Floating Hydroponic for Shallot Production in Tropical Lowland
Agus Ghautsun Niam, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Email: ghautsun@apps.ipb.ac.id
Herry Suhardiyanto, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Email: herrysuhardiyanto@gmail.com
Kudang Boro Seminar, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Email: seminarkudangboro@gmail.com Akhiruddin Maddu, Departemen Fisika, Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Email: akhiruddin@ipb.ac.id

## Abstract
This paper discusses the cooling effect of the root zone (the root zone cooling) at a floating hydroponic for the shallot production in tropical lowland by cooling the nutrient bath. The study was conducted at three different temperatures, i.e. low temperatures (8-10 O C), medium temperature (13-15 O C), and control (23- 26 O C) with variable responses that include wet weight, dry weight, number of bulbs and weight per bulb. Plant growth responses were analyzed using statistical methods Fisher's least significant difference (LSD), while the temperature distribution on a floating hydroponic was analyzed by computational fluid dynamics (CFD) simulation approach. CFD simulation approach was able to describe the temperature distribution on a floating hydroponic well, where the coefficients of determination (R 2 ) for each treatment of low temperature, medium and controls are 0.983, 0.980 and 0.862 respectively. The results showed that the number of bulbs was the most responsive variable, where the induction of bulb formation at low temperature is more than 200% of the control temperature and more than 60% of the medium temperature.
Keywords: bulb formation; computational fluid dynamics; low temperature; root-zone cooling; number of bulbs.

## Abstrak
Makalah ini membahas tentang efek pendinginan daerah perakaran ( root zone cooling ) pada hidroponik rakit apung untuk produksi bawang merah di dataran rendah tropika dengan pendinginan pada bak nutrient. Penelitian dilakukan dengan 3 suhu berbeda, yaitu pada suhu rendah (8-10 O C), suhu sedang (13-15 O C), dan kontrol (23-26 O C) dengan variabel respon pertumbuhan tanaman bawang merah meliputi bobot basah, bobot kering, jumlah umbi dan bobot per umbi. Respon pertumbuhan tanaman dianalisis menggunakan metoda statistik Fisher's least significant difference (LSD), sedangkan distribusi suhu pada hidroponik rakit apung dianalisis melalui pendekatan simulasi computational fluid dynamics (CFD). Pendekatan simulasi CFD mampu menggambarkan sebaran suhu pada hidroponik rakit apung dengan baik dimana koefisien determinasi (R 2 ) untuk masing-masing perlakuan dari suhu rendah, sedang dan kontrol berturut-turut sebesar 0.983, 0.980 dan 0.862. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah umbi merupakan variabel yang paling responsif, dimana pada suhu rendah induksi pembentukan umbi bawang merah mencapai 200% lebih banyak dari pada suhu kontrol dan 60% lebih banyak dari suhu sedang.
Kata kunci : computational fluid dynamics; jumlah umbi; pembentukan umbi; root-zone cooling; suhu rendah Diterima: 19 Desember 2016; Disetujui: 25 April 2017
, Desember 2017
Vol. 5 No. 3, p 235-244
P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439

## Pendahuluan
Bawang merah merupakan tanaman yang sangat tergantung pada kondisi iklim (Suwandi, 2014), dimana produksi bawang merah di Indonesia masih mengenal istilah musiman ( in season dan off-season ). Hal ini tentu memiliki dampak negatif terhadap stabilitas rantai pasok bawang nasional seperti  fluktuasi  harga  yang  melonjak  dan  terjadi setiap tahun. Oleh karena itu, perlu adanya upaya produksi bawang merah alternatif yang tidak bergantung pada iklim, salah satunya yaitu dengan rekayasa suhu pada iklim mikro tanaman bawang.
Rekayasa iklim mikro tanaman di dataran rendah tropika umumnya dilakukan pada zona terbatas, yaitu dengan penerapan pendinginan terbatas di daerah perakaran tanaman, atau dikenal dengan istilah root-zone  cooling (RZC). Penerapan RZC di daerah tropika terbukti mampu meningkatkan produktivitas selada (Cometti, Bremenkamp, Galon, Hell, & Zanotelli, 2013), dan jumlah umbi kentang mini (E. Sumarni, 2013). Selain itu, rekayasa suhu juga terbukti berpengaruh kuat terhadap kualitas pertumbuhan tanaman sayuran (Malcolm, Holford, Mcglasson, Conroy, & Barchia, 2007; Moorby & Graves, 1979; Thompson, Langhans, Both, & Albright, 1998)  mulai dari respirasi dan fotosintesis (J He, Lee, & Dodd, 2001; Jie He, Austin, & Lee, 2010; Jie & Kong, 1998; Yong, Jing, Biao, & Zhu- jun,  2014),  respon  fisiologi  tanaman  (Yan,  Duan, Mao, Li, & Dong, 2013), meningkatnya uptake nutrisi pada akar (Jie He et al., 2010) maupun enzimatical driven untuk menginisiasi pembentukan individu baru tanaman (C S Mauk & Langille, 1978; Pregitzer & King, 2005). Oleh karena itu, rekayasa suhu pada zona perakaran tanaman bawang merah merupakan upaya strategis dalam rangka peningkatan produksi bawang merah dengan mewujudkan alternatif sumber produksi baru. Dalam penelitian ini, kami mengkaji efek RZC pada hidroponik rakit apung terhadap pertumbuhan bawang merah di dataran rendah tropika dengan mendinginkan larutan nutrisi di dalam bak rakit apung. Selain itu, makalah ini juga menyajikan analisis performa penerapan RZC pada hidroponik rakit apung yang diilustrasikan dengan visualisasi sebaran suhu di lubang tanam melalui pendekatan
simulasi berbasis CFD. Dari hasil kajian diharapkan dapat menjadi informasi penting terkait penerapan paket teknologi sistem RZC pada hidroponik rakit apung yang tepat guna untuk pertumbuhan bawang merah di dataran rendah tropika.

## Metodologi
Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Lapangan Siswadi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pelaksanaan penelitian berlangsung pada bulan April 2015 sampai dengan September 2015.
Varietas bawang merah Varietas yang digunakan dalam penilitian ini adalah varietas Mentes dengan pertimbangan: 1) kemampuan adaptasi di dataran rendah tropika (6- 85 mdpl), 2) masa panen yang cukup pendek (50-58 HST), 3) produktivitas umbi mencapai 7.10-27.58 ton/hektar. Selain itu, Mentes merupakan salah satu varietas bawang merah super yang sudah dikaji dan dirilis BALITSA (N. Sumarni, Suwandi, Gunaeni, & Putrasamedja, 2013).
Alat dan instrumentasi Peralatan dan instrumentasi yang digunakan terdiri dari stasiun cuaca (Davis 6162) untuk memonitoring kondisi cuaca, hybrid recorder tipe 48 channels (Yokogawa MV2000) dan termokopel tipe T untuk mengukur suhu, pompa air (merk Sanyo, 75 Watt tipe P-WH75), mesin pendingin (adam chiller; 1 pk 900 Watt), pH dan EC meter (Hanna combo) dan pipa pvc 0.5” yang dibungkus dengan insulator aluminium foil 2 mm. Proses komputasi untuk simulasi menggunakan interface Flow Simulation pada perangkat lunak Solidwork dengan melibatkan hardware computer core i7 (3 GHz speed, 8GB RAM). Analisis statistik untuk menentukan efek pendinginan terhadap variabel respon dilakukan menggukan perangkat lunak Minitab 17.
Ruang lingkup penelitian Penelitian dilakukan di dalam rumah tanaman tipe modified standard peak dengan titik lokasi tepat pada 6 O 33'50.82" LS dan 106 O 43'37.91" BT, berada pada ketinggian 182.3 mdpl. Suhu udara disekitar rumah tanaman pada siang hari antara 31-40°C, dan 22-27 O C pada malam hari. Kelembaban relatif (RH) mencapai 80-86% dengan intensitas curah hujan sebesar 1000-1500 mm/tahun.
Prosedur penelitian Penerapan RZC pada hidroponik rakit apung dilakukan pada 3 kondisi suhu berbeda, yaitu suhu rendah (antara 8-10 O C), suhu sedang (13-15 O C), dan suhu kontrol (23-26 O C). Mesin pendingin
Gambar 1. Geometri bak rakit apung.
( chiller ) dan pompa hanya difungsikan disaat siang hari, yaitu pada pukul 09:00-15:00 WIB, sepanjang masa tanam. Proses pendinginan dilakukan secara sirkulasi nutrient dari bak rakit apung ke chiller . Bak rakit apung terbuat dari bahan plastic berukuran 86 x 60 x 42 cm yang dilengkapi penyangga tanaman berupa styrofoam setebal 5 cm. Diameter lubang tanam pada styrofoam sebesar 3.5 cm dengan jarak antar lubang 15 cm, sehingga pada luasan bak tersebut terdapat 24 lubang tanam. Pada masing-masing lubang diberikan rockwool untuk menyangga akar bawang merah. Ilustrasi bak rakit apung dalam bentuk geometri dan sketsa hidroponik rakit apung disajikan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Kondisi lingkungan dimonitoring melalui stasiun cuaca, sedangkan sebaran suhu pada larutan nutrient di dalam bak rakit apung dimonitoring melalui hybrid recorder dengan pencatatan minimal per 30 menit selama masa tanam. Tanaman bawang merah dipanen pada umur 48 HST dan diukur respon variablenya yang terdiri dari: jumlah umbi, berat basah, berat kering dan berat umbi bawang merah segar per siung. Selanjutnya variable respon ditentukan dengan analisis statistik melalui pendekatan model annova dan Fisher's LSD untuk mengilustrasikan efek pendinginan terhadap pertumbuhan tanaman bawang.
Simulasi CFD Tahap awal dalam melakukan simulasi adalah pendefinisian  geometri  terkait  karakteristik  termal komponen material yang ada di dalam bak rakit apung yaitu terdiri dari bak plastik, styrofoam, rockwool , air dan udara. Karakteristik termal setiap komponen tersebut masing-masing diwakili dengan parameter suhu awal, densitas, panas jenis dan konduktivitas panas. Nilai tersebut secara terperinci disajikan pada Tabel 1.
Selain itu, jenis aliran nutrient dalam pipa sirkulasi didefinisikan sebagai aliran homogen yang incompressible dengan debit sebesar Q = 0.36 m 3 s -1 . Kondisi awal suhu nutrient dalam simulasi ini adalah sama dengan kondisi tanpa pendinginan yaitu 23 O C. Udara yang ada disekitar bak rakit apung tersebut bersuhu 32 O C, sedangkan nilai RH sebesar 67%. Suhu tersebut cukup tinggi akibat adanya pengaruh radiasi matahari, yaitu sebesar i = 182 Wm -2 . Beberapa asumsi yang menjadi batasan dalam simulasi ini meliputi: 1) fenomena aliran pindah panas terjadi pada kondisi steady state , 2) tipe analisisnya eksternal, 3) sumber panas hanya berasal dari paparan radiasi matahari, 4) panas jenis,  konduktifitas  dan  viskositas  udara  maupun air tetap konstan selama simulasi, 5) konduktifitas panas berupa isotropis, 6) fluida yang terlibat terdiri
(b) Titik pengukuran
Gambar 2. Skema, kondisi awal dan titik pengukuran bak rakit apung.
No. Parameter Satuan Material Bak Plastik Styrofoam Rockwool 1 suhu awal, T awal °C  24  24 23.5 2
densitas, ρ kg m -3 99.96  35 85 3 panas jenis, C p J.kg -1 K -1 1336.8  1500 840 4 konduktivitas panas, h Wm -1 K -1 0.041  0.030  0.5
Tabel 1. Geometri bak rakit apung.
Naim, et al.
dari air dan udara, namun tidak bercampur satu sama lain dengan batasan subdomain, 7) tidak ada perubahan fasa antara kedua material fluida yang terlibat sehingga tidak memperhitungkan uap air, dan terakhir 8) sifat karakteristik nutrient diwakili dengan sifat air secara umum.
Proses selanjutnya dalam simulasi CFD adalah pencarian solusi dengan penyelesaian skema numerik  persamaan  atur  dinamika  fluida.  Skema numerik pada perangkat lunak flow  simulation Solidwork menggunakan pendekatan Cartesian mesh, dimana diskritisasi persamaan numeriknya berdasarkan finite  volume  method (Molina-Aiz, Fatnassi, Boulard, Roy, & Valera, 2010).  Secara umum, persamaan dasar dalam CFD terdiri dari hukum kekekalan massa, momentum dan energi (Boulard, Fatnassi, Majdoubi, & Bouirden, 2008; Sobachkin & Dumnov, 2013), dan pendekatan numerik untuk merepresentasikan prinsip kontinuitas massa dengan asumsi kondisi aliran yang steady dinyatakan dalam persamaan Reynold- Average of the Navier-Stokes (Benjamin & Roberts, 2007; Della Torre, Montenegro, Tabor, & Wears, 2014; Halder & Datta, 2012) yang dituliskan dengan persamaan berikut:
(1) (2) (3)
dimana
Pada persamaan 1 ρ merupakan massa jenis fluida ( kg m -3 ), t menunjukkan waktu ( detik ), x adalah jarak pada koordinat kartesian ( m ), u adalah kecepatan udara (ms -1 ), dan i,  j adalah indeks koordinat kartesian.  Pada  persamaan  2  τ  merupakan viskositas tensor akibat adanya tegangan geser yang dipengaruhi oleh sifat viskositas dinamik fluida yang terkandung di dalam media tanam/substrat, sedangkan S i adalah gaya ekternal distribusi massa akibat  adanya  sifat  resistansi  fluida  seperti  pada media  porous  atau  interaksi  fluida  dengan  benda solid. Persamaan 3 menunjukkan bahwa h adalah panas elthalpy, q i adalah difusivitas panas flux dan Q H merupakan panas spesifik yang diserap bahan per satuan volume. Fluks panas didefiniskan oleh persamaan 4.
(4)
Nilai konstanta σ c disini adalah 0.9, sedangkan Pr adalah bilangan Prandtl.
Untuk panas konduksi pada media solid
diekspresikan dengan persamaan 5
(5)
dimana e merupakan energi internal spesifik yang dinyatakan dari e = c.T , c adalah panas jenis atau spesifik, dan ʎ i adalah nilai eigen dari konduktivitas panas tensor. Untuk medium yang bersifat isotropis, nilai eigen pada masing-masing koordinat akan bersifat sama, yaitu ʎ 1 = ʎ 2 = ʎ 3 = ʎ i . Radiasi  didefinisikan  dengan  pendekatan model transfer radiasi diskrit atau dikenal dengan DTRM ( Discrete  Transfer  Radiation  Model ) yang diekspresikan dengan persamaan 6.
(6) dimana s merupakan jarak, a adalah  koefisien absorpsi  gas,  I  adalah  intensitas  dan  σ  adalah tetapan Stefan-Boltzmann (5.672 x 10 -8 Wm -2 K -4 ). Proses solving merupakan penyelesaian persamaan yang sudah didiskritisasi hingga mencapai kondisi konvergen. Konvergensi menunjukkan stabilitas atau konsistensi dari hasil perhitungan pada setiap iterasi. Penentuan batasan kondisi, asumsi, pendefinisian karakteristik thermal, dan diskritisasi berkontribusi terhadap tingkat akurasi dalam simulasi.
Terakhir dalam simulasi CFD adalah penyajian data hasil simulasi baik berupa kontur, garis, sebaran vector, maupun animasi sehingga dapat dikatakan fleksibilitas yang disajikan dalam simulasi dengan menggunakan CFD, memungkinkan untuk melakukan beberapa kajian berbeda dengan cepat, akurat dan hemat biaya serta waktu.

## Hasil dan Pembahasan
Performa komputasi Dalam simulasi ini proses iterasi komputasi parameter suhu fluida maupun solid, heat flux dan koefisien pindah panas dengan menggunakan CPU berkecepatan sekitar 3 GHz membutuhkan waktu sekitar 35545 detik ( CPU time ), sedangkan jumlah iterasi sampai kondisi konvergen mencapai 1425 iterasi. Jadi rata-rata untuk satu kali iterasi (semua parameter yang dihitung) membutuhkan waktu sekitar 25 detik. Proses iterasi tersebut dilakukan secara parallel pada 8 CPU dengan kapasitas memory 8 GB RAM.
Total mesh yang terbentuk dengan ukuran dimensi ( p x l x t ) adalah 0.897 m x 0.539 m x 0.629 m dan dasar pembagian mesh ( x = 24 mesh, y = 16 mesh, dan z = 18 mesh) adalah sebanyak 159288 mesh. Proses diskritisasi mesh tersebut hanya membutuhkan waktu 1 menit 30 detik. Dari hasil diskritisasi, bentuk mesh seragam yaitu cubicus atau cuboid dengan 3 level ukuran seperti terdapat
pada Gambar 3.
Pada Gambar 3 tampak bahwa ukuran mesh terbesar terdapat pada bagian tengah bak rakit apung dimana interaksi antar fluida diprediksi relatif homogen  dibandingkan  dengan  interaksi  fluida dengan solid pada area yang berdekatan dengan dinding bak ataupun lubang tanam. Hal tersebut terjadi karena biasanya zona yang bersentuhan dengan komponen solid sering terjadi perubahan parameter fisik seperti friksi dan gaya geser, juga tumbukan dan momentum sehingga perlu adanya sarana untuk menangkap perubahan tersebut.
Distribusi suhu bak rakit apung Suhu daerah perakaran tanaman pada bak rakit apung diwakili oleh 5 titik secara vertikal (titik a, b, c, d dan e ) tepat di tengah-tengah lubang tanam. Masing-masing titik berjarak vertical sebesar 2 cm, dimana titik b menjadi acuan titik 0 cm. Titik a (-2 cm) mewakili nilai suhu nutrient yang didinginkan dengan menggunakan mesin chiller , sedangkan titik b (0 cm) mewakili nilai perbatasan permukaan nutrient terhadap bahan penyangga akar yaitu berupa rockwool . Titik c (2 cm) merupakan pusat bahan penyangga akar dimana adanya kandungan
a b c
Gambar 3. Mesh fluida pada bak tanaman: a) tampak samping, b) tampak atas, dan c) tampak isometris.
Gambar 4. Distribusi suhu pada bak tanaman tampak atas pada masing-masing layer.
Naim, et al.
air di titik tersebut sangat kuat ditentukan oleh daya kapilarisasi bahan rockwool . Titik d (4cm) mencerminkan posisi dimana pusat akar dan umbi berada. Kemudian titik e (6 cm) mewakili nilai suhu udara yang kemungkinan besar masih kuat dipengaruhi oleh nilai suhu nutrient. Oleh karena itu, arah vertical dianggap sesuai dengan arah fenomena pindah panas yang dominan mempengaruhi zona perakaran tanaman. Gambaran distribusi suhu pada masing-masing chamber untuk setiap perlakukan disajikan pada Gambar 4.
Pada Gambar 4. perlakuan suhu rendah, layer b masih didominasi oleh suhu set point. Suhu tengah pada lubang tanam di layer b masih berkisar 10.7- 11.3 °C, sedangkan pada layer c meningkat menjadi 11.6°C. Kemudian untuk layer d dan e berturut turut meningkat  signifikan,  yaitu  14.8  °C  dan  16.7°C. Lapisan d dan e merupakan lapisan udara di atas permukaan styrofoam. Terlihat bahwa perubahan suhu  cukup  signifikan  dengan  jarak  vertical  yang sama yaitu 2 cm. Hal ini terjadi karena di zona tersebut sudah dipengaruhi oleh faktor konveksi dari suhu udara luar. Namun demikian, suhu pada zona d dan e masih merepresentasikan nilai suhu untuk daerah dataran tinggi yang biasanya berkisar 16-18°C (Hilman, Rosliani, & Palupi, 2014). Dengan demikian layer yang masih memungkinkan untuk proses pendinginan yang identik dengan proses vernalisasi (< 12°C) terdapat pada layer a,  b dan c pada perlakukan suhu rendah. Akan tetapi untuk pembentukan umbi, zona pada layer d dan e juga termasuk pada rentang syarat cukup suhu dalam
pertumbuhan bawang merah yaitu sekitar 15-17 °C (Brewster, 2008; Fita, 2004). Perlakuan suhu sedang juga mengalami peningkatan suhu di setiap layernya secara berturut turut ( a, b, c, d dan e ) adalah 15.2 °C, 15.6 °C, 16.6 °C, 18.8 °C dan 20.3 °C .. Berdasarkan referensi syarat tumbuh bawang merah yang dipengaruhi oleh suhu, perolehan tersebut, masih sesuai dan dapat berpengaruh positif terhadap proses pembentukan umbi bawang merah, perkembangan umbel dan pemekaran bunga, serta dapat mengkompensasi iklim dataran tinggi (Brewster, 2008; Fita, 2004; Hilman et al., 2014).
Pada perlakuan suhu kontrol, juga terjadi peningkatan suhu sejalan dengan peningkatan lapisan. Secara berturut-turut dari layer a hingga layer e, peroleh suhu hasil simulasi di dalam lubang tanam adalah: 23.2 °C , 23.7 °C, 24.5 °C, 25.2 °C dan 25.9 °C. Hal tersebut menunjukkan bahwa air dengan tanpa perlakuan pendinginan mampu meredam efek panas dari udara lingkungan sekitar sebesar 32 °C. Relasi peningkatan suhu pada lubang tanam sesuai dengan peningkatan layer pada bak tanaman hidroponik rakit apung, disajikan pada Gambar 5.
Koefisien  pindah  panas  merupakan  koefisien proporsionalitas antara fluks panas dan perbedaan suhu permukaan bak tanaman yang bersinggungan dengan udara. Adanya perbedaan suhu antara luas permukaan bak tanaman yang kontak dengan udara menjadi penggerakan utama perpindahan panas. Tentu pindah panas yang dimaksudkan adalah pindah panas secara konveksi antara udara dengan bidang permukaan luar bak tanaman. Dengan kata  lain,  sebaran  nilai  koefisien  pindah  panas pada permukaan luar bak tanaman mencerminkan intervensi suhu udara lingkungan terhadap bak tanaman yang menjadi ruang pendinginan bagi lingkungan akar tanaman. Gambaran distribusi koefisien  pindah  panas  pada  bidang  permukaan luar bak tanaman disajikan pada Gambar 6. Gambar  6  menunjukkan  sebaran  koefisien pindah panas pada permukaan luar bak tanaman lebih tinggi dibandingkan dengan sebaran yang terjadi pada bidang luar permukaan styrofoam. Pada permukaan luar bak tanaman nilai koefisien pindah panas umumnya sekitar 2.00 sampai dengan 3.86 Wm -2 K -1 . Bahkan pada zona tertentu nilainya mencapai > 5.79 Wm -2 K -1 . Akan tetapi pada  permukaan  styrofoam  nilai  koefisien  pindah panas rata-rata sekitar 0.64 sampai 2.00 Wm - 2 K -1 . Hal ini menunjukkan bahwa rasio pindah panas konveksi dan konduksi normal terhadap bidang batas pada zona dinding luar bak lebih tinggi dibandingkan dengan zona permukaan atas styrofoam. Padahal zona permukaan styrofoam memiliki intervensi paparan radiasi matahari yang lebih tinggi dibandingkan dengan zona dinding luar bak tanaman.
Gambar 5. Peningkatan suhu pada lubang tanam secara vertikal.

## Gambar 6. Sebaran koefisien pindah panas pada
permukaan luar bak tanaman tampak isometris.

## Volume 5, 2017
Perbedaan  nilai  koefisien  pindah  panas  antara zona dinding luar bak tanaman dengan permukaan juga  dipengaruhi  oleh  nilai  konduktifitas  panas bahan, dimana styrofoam sebesar 0.030 Wm - 1 K -1 dan bak tanaman sebesar 0.041 Wm -1 K -1 . Namun  perbedaan  koefisien  pindah  panasnya dapat mencapai 2 kali lipat atau lebih. Artinya selain faktor konduktif normal juga faktor panas konvektif yang mempengaruhi nilai sebaran pindah panas. Sehingga dapat diperkirakan bahwa efek pendinginan nutrient juga berkontribusi terhadap pindah panas yang terjadi di zona permukaan styrofoam bagian luar. Melalui konvektif normal pada lubang tanam, nilai suhu udara di permukaan luar styrofoam menjadi lebih rendah dibandingkan udara lingkungan.
Validasi hasil simulasi Validasi dilakukan untuk mengukur nilai ketepatan antara hasil simulasi dengan hasil ukur,  sehingga  dapat  menjadi  acuan  justifikasi. Parameter validasi dalam simulasi ini hanya berupa sebaran suhu dimana sebaran tersebut diwakili oleh lima titik secara vertical di salah satu lubang tanam untuk setiap bak tanam. Hasil perbandingan antara nilai suhu hasil simulasi dengan nilai suhu hasil pengukuran disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7 menunjukkan relasi hasil simulasi dengan hasil pengukuran untuk masing-masing perlakuan. Pada perlakuan suhu rendah, relasi hasil simulasi dengan hasil ukur memiliki nilai gradient intersep sebesar 0.9832 dan determinasi korelasi sebesar R 2 sebesar 0.987. Nilai gradient intersep yang mendekati 1 menunjukkan relasi yang kuat antara pengukuran dengan hasil simulasi. Oleh karena itu, pendekatan melalui simulasi CFD ini dapat dinyatakan baik dan tepat. Demikian juga dengan perlakuan suhu sedang, gradient intersep
yang diperoleh sebesar 1.0196 dengan R 2 sebesar 0.98. Sedangkan pada perlakuan control gradient intersep yang diperoleh sebesar 1.0122 dan R 2 sebesar 0.862.
Efek pendinginan RZC terhadap pertumbuhan tanaman bawang merah Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa respon jumlah umbi, berat kering dan berat basah  umbi  berpengaruh  secara  signifikan  pada signifikansi level α = 0:05. Respon efek pendinginan berbeda nyata pada variable jumlah umbi dan bobot kering, yaitu suhu rendah merupakan suhu terbaik dengan nilai rataan berturut-turut sebesar 12.10 ± 3.54 siung/sample dan 2.59 ± 1.23 gram/umbi. Secara individu, hasil maksimal pada perlakukan suhu rendah mencapai 21 siung, sedangkan pada perlakuan suhu sedang mencapai 15 siung dan pada perlakuan suhu kontrol maksimal hanya 9 siung. Contoh hasil pembentukan umbi pada masing- masing perlakuan dapat dilihat pada Gambar 8.
Pembentukan umbi ( bulbs formation ) pada suhu yang rendah menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan suhu yang tinggi dan memiliki korelasi positif dari perlakukan pendinginan. Menurut (Craighton S. Mauk & Langille, 1978), hal tersebut dipicu oleh enzim cis-zeatin riboside yang muncul secara natural akibat perlakuan pendinginan. Koheren dengan hasil kajian ini, perlakuan suhu rendah menghasilkan jumlah umbi 2 kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan suhu control dan sekitar 60% lebih banyak dibandingkan hasil perlakuan suhu medium.
Selain itu, pendinginan pada nutrient juga berkorelasi kuat terhadap respon bobot kering, dimana perlakukan suhu rendah memiliki kehilangan kadar air setelah dikeringkan sebesar 80.71%, sedangkan perlakuan suhu medium mencapai
(a) (b) (c)
Gambar 8. Contoh hasil pembentukan umbi pada masing-masing perlakuan; (a) suhu rendah, (b) suhu medium, dan (c) suhu control.
Naim, et al.
86.71%, dan pada perlakuan suhu control mencapai 87.32%. Hal ini mengindikasikan bahwa total padatan terlarut bawang merah berkorelasi positif terhadap perlakuan pendinginan. Sebagaimana dinyatakan oleh (Yan et al. , 2013) bahwa zat gula terlarut dan enzim antioksidan pada tanaman mentimun yang dibudidayakan secara hidroponik dengan perlakuan suhu perakaran rendah (12ºC) lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan suhu sedang (20ºC). Akan tetapi, untuk variable bobot setiap umbinya berbeda nyata pada suhu kontrol dan berkorelasi negative terhadap pendinginan dengan rataan bobot 1.18 ± 0.47 (suhu rendah). 1.17 ± 0.69 (suhu sedang), dan 3.04 ± 3.15 (suhu kontrol). Sedangkan pada variable bobot segar, efek RZC tidak berbeda nyata.

## Simpulan
Pendekatan simulasi CFD mampu menggambarkan sebaran suhu pada hidroponik rakit apung dengan baik. Validasi hasil simulasi menunjukkan nilai yang sangat baik, yaitu  koefisien determinasi untuk masing-masing perlakuan dari suhu rendah, sedang dan control berturut turut adalah 0.983, 0.980 dan 0.862. Efek RZC terhadap pertumbuhan bawang merah juga telah dikaji, dimana suhu rendah adalah suhu terbaik untuk induksi pembentukan umbi, yaitu menghasilkan jumlah umbi 200% lebih banyak dibandingkan dengan perlakuan suhu kontrol dan sekitar 60% lebih banyak dibandingkan hasil perlakuan suhu medium.

## Daftar Pustaka
Benjamin, S.F., and C.A. Roberts. 2007. Three- dimensional modeling of NOx and particulate traps using CFD: A porous medium approach. Applied Mathematical Modelling 31(11): 2446– 2460. http://doi.org/10.1016/j.apm.2006.10.015 Boulard, T., H. Fatnassi, H. Majdoubi, and L.
Bouirden.  2008.  Airflow  and  microclimate patterns in a one-hectare canary type greenhouse: An experimental and CFD assisted study. Acta Horticulturae, 801 (2): 837–845. http://doi.org/10.1016/j.agrformet.2009.01.002 Brewster, J.L. 2008. Onions and other vegetable alliums. 2ndEd. (Crop production science in horticulture series;15). Biddles Ltd. King's Lynn. ISBN: 978 1 84593 399 9. http://doi. org/10.1079/9781845933999.0000 Cometti, N.N., D.M. Bremenkamp, K. Galon, L.R. Hell, and M.F. Zanotelli. 2013. Cooling and concentration of the nutrient solution in hydroponic lettuce crop. Horticultura Brasileira 31 (2): 287–292.
Fita,  G.T.  2004.  Manipulation  of  flowering  for
seed production of shallot ( Allium cepa L . var . ascalonicum Backer ). (Thesis). The university of Hannover. Halder, A., and A.K. Datta. 2012. Surface heat and mass transfer coefficients for multiphase porous media transport models with rapid evaporation. Food and Bioproducts Processing 90 (3): 475–
490. http://doi.org/10.1016/j.fbp.2011.10.005
He, J., P.T. Austin, and S.K. Lee. 2010. Effects of elevated root zone CO2 and air temperature on the photosynthetic gas exchange, nitrate uptake, and total reduced nitrogen content in aeroponically grown lettuce plants. Journal of Experimental Botany 61 (14): 3959–3969. http:// doi.org/10.1093/jxb/erq207 He, J., S.K. Lee, and I.C. Dodd. 2001. Limitations to photosynthesis of lettuce grown under tropical conditions : alleviation by root-zone cooling. Journal of Experimental Botany, 52 (359):1323– 1330.
Hilman, Y., R. Rosliani, and E. Palupi. 2014. The effect  of  altitude  on  flowering,  production,  and quality of true shallot seed. Jurnal Hortikultura, 24(2): 154–161.
Jie, H. and L.S. Kong. 1998. Growth and photosynthetic characteristics of lettuce (Lactuca sativa L.) under fluctuating hot ambient temperatures with the manipulation of cool root- zone temperature. Journal of Plant Physiology, 152(45): 387–391. http://doi.org/10.1016/S0176- 1617(98)80252-6 Malcolm, P., P. Holford, B. Mcglasson, J.Conroy, and I. Barchia. 2007. Growth and its partitioning in Prunus rootstocks in response to root zone temperature. Scientia Horticulturae, 112: 58–65. http://doi.org/10.1016/j.scienta.2006.12.003
Mauk, C.S. and A.R. Langille. 1978. Physiology of Tuberization in Solanum tuberosum L. Plant Physiology, 62 (3): 438–442.
Molina-Aiz, F.D., H. Fatnassi, T. Boulard, J.C. Roy, and  D.L.  Valera.  2010.  Comparison  of  finite element and finite volume methods for simulation of natural ventilation in greenhouses. Computers and Electronics in Agriculture, 72 (2): 69–86. http://doi.org/10.1016/j.compag.2010.03.002 Moorby, J. and C.J. Graves. 1979. Root and air temperature  effects  on  growth  and  yield  of tomatoes and lettuce. Symposium on Research on Recirculating Water Culture 98.
Pregitzer, K.S. and J.S. King. 2005. Effects of Soil Temperature on Nutrient Uptake. In Nutrient acquisition by plants Vol. 181, pp. 277–310. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. http://doi. org/10.1007/3-540-27675-0_10
Sobachkin, A., and G. Dumnov. 2013. Numerical Basis of CAD-Embedded CFD. NAFEMS World Congress 2013.
Sumarni, E. 2013. Pengembangan root-zone cooling system untuk produksi benih kentang secara aeroponik di dataran rendah tropika basah.
(Disertasi). Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Bogor. Retrieved from http://repository.ipb.ac.id/ bitstream/handle/123456789/66681/2013esu. pdf?sequence=1&isAllowed=y Sumarni, E., H. Suhardiyanto, K.B. Seminar, and S.K. Saptomo. 2013. Temperature distribution in aeroponics system with root zone cooling for the production of potato seed in tropical lowland. International Journal of Scientific & Engineering Research, 4(6):799–804.
Sumarni, N., Suwandi, N. Gunaeni, and S. Putrasamedja. 2013. Effects of Varieties and GA 3 Application Methods on Flowering. Journal of Horticulture, 23(2):153–163.
Suwandi. 2014. Budi Daya Bawang Merah di Luar Musim. 1stEd. Jakarta: IAARD Press. Thompson, H.C., R.W. Langhans, A.J. Both, and L.D. Albright. 1998. Shoot and root temperature effects on lettuce growth in a floating hydroponic system. Journal of American Society Horticulture Science, 123(3): 361–364.
Torre, A.D., G. Montenegro, G.R. Tabor, and M.L. Wears. 2014. CFD characterization of flow regimes inside open cell foam substrates. International Journal of Heat and Fluid Flow, 50: 72–82. http://doi.org/10.1016/j. ijheatfluidflow.2014.05.005 Yan, Q.Y., Z.Q. Duan, J.D. Mao, X. Li, and F. Dong. 2013. Low Root Zone Temperature Limits  Nutrient  Effects  on  Cucumber  Seedling Growth and Induces Adversity Physiological Response. Journal of Integrative Agriculture, 12(8):1450–1460. http://doi.org/10.1016/S2095- 3119(13)60549-3 Yong, H.E., Y. Jing, Z.H.U. Biao, and Z.H.U. Zhu-jun. 2014. Low root zone temperature exacerbates the ion imbalance and photosynthesis inhibition and induces antioxidant responses in tomato plants under salinity. Journal of Integrative Agriculture, 13(1):89–99. http://doi.org/10.1016/ S2095-3119(13)60586-9.

## Halaman ini sengaja dikosongkan