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

## Analisis Pindah Panas pada Pipa Pendingin untuk Root Zone Cooling System
Analysis of Heat Transfer in Cooling Pipe for Root Zone Cooling System
Nurbaiti Araswati, Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Institut Pertanian Bogor. Email: nurbaityaraswaty@yahoo.co.id
Herry Suhardiyanto, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Email: herrysuhardiyanto@yahoo.com
Mohamad Solahudin, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor. Email: mohamadso@ipb.ac.id

## Abstract
Root zone cooling system is needed to alleviate high-temperature injury for high-yield greenhouse vegetables production. Analysis of heat transfer along the cooling pipe is very important in designing the root zone cooling system. The objectives of this research were (1) to analyze heat transfer in cooling pipe for zone cooling in a hydroponic system, (2) to validate the heat transfer dynamics model to predict the water temperature at the outlet of the cooling pipe, and (3) to perform model simulations for various types of pipe materials and lengths in several thermal conditions in the greenhouse. Root zone cooling system was performed by flowing water (10 o C) through a steel pipe along 25 m to the root zone. The analysis showed a decrease up to 2.8 o C in the planting medium temperature 28.6 o C from control 31.4 o C. The validation of heat transfer model was conducted by comparing the predicted water temperature to that of measured on linear regression plot. The result showed a straight line Y=1.0026X and the coefficient of determination (R2) 0.9867. Based on data analysis, the temperature of water reaches 1 o C in steel and copper cooling pipes along 40 m and significantly different from the PVC that is 0.8 o C.
Keywords: hydroponics, heat transfer analysis, root zone cooling system

## Abstrak
Root zone cooling system diperlukan dalam mengurangi kerusakan akibat tingginya suhu agar hasil produksi sayuran rumah tanaman meningkat. Analisis pindah panas di sepanjang pipa pendingin sangat penting dalam perancangan root zone cooling system. Tujuan penelitian ini adalah (1) melakukan analisis pindah panas pada pipa pendingin untuk zone cooling dalam sistem hidroponik, (2) melakukan validasi model dinamik pindah panas untuk memprediksi suhu air pada bagian outlet pipa pendingin, dan (3) melakukan simulasi model untuk berbagai bahan dan panjang pipa pada beberapa kondisi termal rumah tanaman. Root zone cooling system dilakukan dengan mengalirkan air (10 o C) melalui pipa steel sepanjang 25 m ke perakaran tanaman. Hasil analisis menunjukkan adanya penurunan suhu media tanam hingga 2.8 o C yaitu 28.6 o C dari suhu kontrol 31.4 o C. Validasi model pindah panas dilakukan dengan membandingkan angka suhu air hasil prediksi dengan hasil pengukuran dalam grafik regresi linear. Hasil validasi model pindah panas  didapatkan  garis  lurus  Y=1.0026X  dan  koefisien  determinasi  (R2)  0.9867.  Berdasarkan  analisis data, kenaikan suhu air mencapai 1 o C pada pipa pendingin steel maupun tembaga sepanjang 40 m dan berbeda nyata dengan PVC yaitu 0.8 o C.
Kata Kunci: hidroponik, analisis pindah panas, sistem pendinginan daerah perakaran
Diterima : 18 Oktober 2016; Disetujui: 30 Novermber 2017
, Desember 2017
Vol. 5 No. 3, p 253-260
P-ISSN 2407-0475 E-ISSN 2338-8439

## Latar Belakang
Kondisi lingkungan merupakan aspek yang sangat penting dalam budidaya tanaman. Lingkungan harus dijaga agar berada atau mendekati kondisi optimum bagi tanaman yang dibudidayakan. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan, termasuk cahaya dan
suhu (Porter dan Gawith 1997). Suhu udara adalah salah satu unsur lingkungan yang paling penting bagi  tanaman  (Ramakrishna  dan  Ravishankar 2011). Suhu udara mempengaruhi besarnya suhu tanah (Kinoshita et al. 2012). Suhu tanah dapat memodulasi pertumbuhan serta kualitas sayuran. Suhu pada zona perakaran ( root zone ) selain mempengaruhi pertumbuhan juga komposisi kimia
Araswati, et al.
dari banyak tanaman (Adebooye et al. 2010; Malik et al. 2013; Yan et al. 2013; Sakamoto dan Suzuki 2015a, 2015b). Tingginya suhu serta kelembapan udara di dalam rumah tanaman menjadi kendala budidaya tanaman pada daerah tropis. Berbagai teknologi pendinginan telah dikembangkan untuk memungkinkan produksi tanaman sepanjang tahun. Penggunaan evaporative cooling tidak efektif ketika kelembaban udara tinggi (Real, Baille 2006), karena akan mengakibatkan peningkatan serangan penyakit (Max et al . 2009), dan pertumbuhan jamur (Suhardiyanto 2009). Oleh karena itu dapat ditempuh cara lain yaitu root zone cooling system . Root zone cooling mampu meningkatkan hasil mentimun (Ibarra-Jimenez et al. 2008), meningkatkan aktifitas fisiologi  dan  perkembangan  morfologi  tanaman tomat (Kawasaki et al. 2013), serta memodulasi produksi gula dan polifenol pada wortel juga selada merah (Sakamoto dan Suzuki 2015a, 2015b). Analisis pindah panas terhadap air di dalam pipa pendingin root zone cooling system , perlu dilakukan sebagai dasar perencanaan pendinginan sehingga diperoleh suhu yang ideal bagi tanaman. Tujuan penelitian ini yaitu melakukan analisis pindah panas pada pipa pendingin untuk root zone cooling dalam sistem hidroponik, memvalidasi model dinamik untuk prediksi suhu air pada posisi outlet pipa pendingin serta melakukan simulasi model untuk berbagai jenis bahan, dan panjang pipa pendingin.

## Bahan dan Metode
Penelitian dilaksanakan pada bulan Agustus- November 2014 di rumah tanaman Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo IPB yang terletak pada  6°33’50.82”  LS  dan  106°43’37.91”,  dengan elevasi ± 182.3 m di atas permukaan laut. Alat dan bahan yang digunakan: media tanam, wadah media tanam, air, pipa pendingin, tangki, pompa air listrik, chiller , thermocouple , hybrid recorder , software Powersim studio 10 , AutoCAD , microsoft excel dan mic rosoft word .
Root Zone Cooling System Cara kerja root zone cooling system : air dari dalam tangki dipompa menuju chiller untuk didinginkan. Air yang telah mencapai suhu setting mengalir melalui pipa pendingin ke perakaran tanaman. Air pendingin tersebut akan mengalami kenaikan suhu dikarenakan perpindahan panas. Skema set up hidroponik dengan root zone cooling system disajikan pada Gambar 1. Pengukuran suhu dilakukan terhadap air di dalam pipa pendingin ( set point 10 o C), dinding pipa pendingin, larutan nutrisi dalam media tanam, dinding wadah media tanam ( acrylic ) dan udara lingkungan. Pipa pendingin yang digunakan adalah pipa steel berukuran ¾ inch dengan panjang 25 meter. Pengukuran suhu air dalam pipa pendingin dilakukan pada posisi inlet dan outlet . Suhu larutan nutrisi didalam media tanam diukur pada titik ujung pangkal tajuk dan 5 cm di bawahnya (Gambar 2). Suhu dinding acrylic dan suhu udara lingkungan diukur pada tiap-tiap sisi (bagian kanan, kiri, depan, belakang dan bawah). Iklim mikro rumah tanaman diukur menggunakan weather station (meliputi suhu udara pada siang hari dan malam hari, kelembaban udara, dan radiasi matahari). Pengukuran dilakukan pada  17  September  2014  pukul  7.00-17.00  WIB dimana merupakan hari tercerah pada bulannya.
Analisis Pindah Panas Analisis pindah panas dilakukan menggunakan persamaan-persamaan pindah panas. Beberapa asumsi yang digunakan yaitu: perpindahan panas hanya terjadi melalui proses konveksi dan konduksi dengan batas sistem adalah dinding acrylic ; media Gambar 1. Skema set up hidroponik dengan root zone cooling system .
Gambar 3. Skema perpindahan panas dalam wadah tanam hidroponik]\
tanam dalam kondisi basah merata oleh larutan nutrisi sehingga suhu media tanam diasumsikan sama dengan suhu larutan nutrisi didalamnya; perpindahan panas yang terjadi meliputi konveksi antara air dengan dinding pipa pendingin bagian dalam, konduksi pada dinding pipa pendingin, konveksi antara dinding pipa pendingin bagian luar dan larutan nutrisi dalam media tanam, konveksi antara larutan nutrisi dalam media tanam dengan dinding acrylic bagian dalam, konduksi pada dinding acrylic dan konveksi antara dinding acrylic bagian luar dengan udara lingkungan; serta pindah panas hanya terjadi pada satu dimensi dan dalam keadaan steady . Nilai konduktivitas diambil dari literatur, untuk pipa steel (C steel -1.5%, table A-2 property values of metals )  36  W/m. o C, paranet (polyethylene, table A-3 properties of nonmetals ) 0.33  W/m. o C, acrylic ( glass  fiber  duct  liner,  table A-3 properties of nonmetals )  0.038  W/m. o C, pipa tembaga ( aluminum  bronze  95%  cu,  5%  al1.5%, table A-2 property values of metals ) 83 W/m. o C, dan pipa polyvinylchloride (PVC) (table A-3 properties of nonmeteals ) 0.09 W/m. o C (Holman 2010). Skema perpindahan panas dalam wadah tanam hidroponik disajikan pada Gambar 3. Suhu dinding luar pipa pendingin cenderung lebih rendah daripada suhu media tanam, akibatnya terjadilah aliran panas dari media tanam ke pipa pendingin. Pipa pendingin bersuhu lebih tinggi dari air di dalamnya, sehingga terjadi aliran panas dari dinding pipa pendingin ke air. Analisis ini menerangkan peristiwa kenaikan suhu air selama mengalir dalam pipa pendingin. Ketika suatu objek memiliki suhu yang berbeda
dari lingkungan sekitarnya, panas akan mengalir sehingga keduanya memiliki suhu yang sama pada satu titik kesetimbangan panas. Perpindahan panas terjadi secara spontan dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah.
Aliran  fluida  dengan  nilai  Reynold  kurang  dari 2000 merupakan aliran laminer, nilai Reynold antara 2000 dan 4000 merupakan aliran transisi, dan nilai Reynold  lebih  dari  4000  dikatakan  sebagai  aliran turbulen  penuh  (Nevers  2005).  Bilangan  Reynold digunakan sebagai kriteria untuk menentukan jenis aliran fluida. Persamaan bilangan Reynold (Re):
(1)
Untuk aliran dalam saluran yang panjang, penting dalam bilangan Nusselt (Nu) adalah garis tengah hidroliknya (Dh) (Kreith 1986), yang berdefinisi:
(2) Nilai Nu diperoleh menggunakan persamaan (3), (4),  (5)  atau  (6)  tergantung  dari  nilai  Reynoldnya. Kemudian dihitung juga perbandingan (L/D) nya apakah lebih besar atau lebih kecil dari 20. Ikhtisar persamaan-persamaan yang digunakan dalam perpindahan panas konveksi paksa di dalam pipa disajikan pada Tabel 1.
Mengikuti sebagian besar pola rumus empiris dalam  penelitian  sebelumnya  oleh  Bot  (1983), Garzoli  dan  Blackwell  (1981),  Kittas  (1986),  dan Papadakis et al. (1992),  koefisien  konveksi  pada pipa pendingin dan air didalamnya ( h a ):
Tabel 1. Ikhtisar persamaan yang digunakan dalam perpindahan panas konveksi paksa.
Araswati, et al.
h p = a + bh c (7)
Dengan metode minimisasi untuk fungsi non- linear dari banyak variabel, seperti Persamaan (7), koefisien  a,  b,  dan  c  dapat  ditentukan. Microsoft Excel Solver dapat digunakan untuk menentukan koefisien,  menggunakan Generalized Reduced Gradient (GRG2) optimasi nonlinier. Batasan yang digunakan yaitu jenis konveksi dan tipe aliran dari percobaan. Nilai pindah panas konveksi dapat dihitung menggunakan persamaan (8):
untuk konveksi pada pipa pendingin;
(8) untuk konveksi pada wadah tanam hidroponik;
Hubungan empiris untuk rerata nilai Nusselt konveksi alami pada berbagai geometri permukaan disajikan oleh Tabel 2. Rayleigh merupakan produk dari Grashof-Prandtl (9).
dimana (9)
Overall  heat  transfer  coefficient (U) berbanding terbalik dengan tahanan panas (R), sehingga:
(10)
untuk pipa
pendingin;   (11)
untuk sisi atas wadah tanam   (12)
untuk sisi bawah wadah tanam (13) untuk sisi depan, belakang, kanan, dan kiri wadah tanam (14)
Panas yang disimpan oleh air selama mengalir di dalam pipa pendingin:
Q = m.Cp.∆T (15) Laju perpindahan panas per satuan luas:
(16)
Sehingga,
(17)
Persamaan (17) tersebut dapat disederhanakan untuk memprediksi suhu air pada posisi o utlet pipa pendingin menjadi (Suhardiyanto, et al. 2007):
(18)
Model dinamik dan simulasi prediksi suhu air pada posisi outlet pipa pendingin dibuat menggunakan software  powersim  studio  10 dan microsoft excel . Flow diagram model dinamik tersebut disajikan pada Gambar 4. Proses perhitungan dimulai dengan menetapkan parameter fisik dan termal air (Tabel 3). Input program adalah suhu air pada posisi inlet pipa pendingin, suhu
Tabel 2. Hubungan empiris rerata nilai Nusselt konveksi alami pada berbagai permukaan.
dinding pipa pendingin, suhu larutan nutrisi dalam media tanam, suhu dinding acrylic , suhu udara lingkungan, panjang pipa pendingin, laju aliran massa air pendingin, diameter luar pipa pendingin, diameter dalam pipa pendingin, luas masing- masing sisi wadah media tanam, konduktivitas pipa pendingin, paranet, acrylic , polyvinylchloride ( PVC ), dan tembaga (Tabel 4). Selanjutnya dilakukan perhitungan  bilangan  Reynold/Rayleigh,  Nusselt, Prandtl,  koefisien  konveksi  dan  konduksi  yang terjadi didalamnya, overall heat transfer coefficient , flux  panas  dan  suhu  air  pada  posisi outlet pipa pendingin. Validasi dilakukan menggunakan parameter  koefisien  determinasi  (R 2 ) dengan set intersep = 0, untuk mengetahui kinerja model pindah panas dalam memprediksi suhu air pada posisi outlet pipa pendingin.

## Hasil dan Pembahasan
Suhu lingkungan, dan suhu media tanam hidroponik baik kontrol maupun dengan root zone cooling system disajikan pada Gambar 5. Pada Gambar 5 terlihat adanya kenaikan suhu media tanam selama rentang waktu pengukuran.
Kenaikan suhu media tanam tersebut dipengaruhi oleh lingkungan di sekitar tanaman antara lain yaitu suhu udara di dalam rumah tanaman yang juga meningkat. Sesuai dengan hukum termodinamika dimana ketika suatu objek memiliki suhu yang berbeda dari lingkungan sekitarnya, panas akan mengalir sehingga keduanya memiliki suhu yang sama pada satu titik kesetimbangan panas. Perpindahan panas terjadi secara spontan dari daerah bersuhu tinggi (udara lingkungan) ke daerah bersuhu rendah (media tanam). Suhu media tanam berhubungan erat dengan proses penyerapan unsur hara, air, dan respirasi. Bila suhu media tanam tinggi dan kelembaban rendah, evapotranspirasi tanaman akan cepat berlangsung. Kondisi ini akan mempengaruhi daya hisap air dan hara dari media ke tanaman.
Suhu media tanam dengan pengaplikasian root zone cooling system menunjukkan nilai rata-rata 28.6 o C. Penerapan root zone cooling system pada budidaya hidroponik mengakibatkan penurunan suhu media tanam hingga 2.8 o C dibandingkan dengan kontrol (31.4 o C). Akan tetapi, penurunan tersebut belum mampu mencapai suhu optimum tanaman hortikultura musim panas yaitu 16-24 o C dan musim dingin sebesar 8-16 o C (Sunu dan
k (-1 x (10 -5 ) x (Suhu Air dalam Pipa 2 )) + (0.0022 x Suhu Air dalam Pipa) + 0.5631
ρ (-0.0025 x (Suhu Air Nutrisi 2 )) − (0.113 x Suhu Air Nutrisi) + 1000.9 Cp (0.215 x (Suhu Air Nutrisi 2 ) − (1.6794 x Suhu Air Nutrisi) + 4206.7
μ ((3 x (10 -7 ) x (Suhu Air dalam Pipa 2 )) - (4 x (10 -5 ) x Suhu Air dalam Pipa) + 0.0016 ʋ Densitas/Viskositas dinamik Pr (0.0027 x (Suhu Air Nutrisi 2 )) - (0.2981 x Suhu Air Nutrisi) + 11.877
Tabel 3. Karakteristik fisik dan termal air.
Gambar 4. Flow diagram model dinamik analisis pindah panas untuk memprediksi suhu air pada posisi outlet pipa pendingin.
Wartoyo  2006).  Hal  tersebut  mengindikasikan bahwa pendinginan yang dilakukan masih jauh dari kondisi optimal pertumbuhan tanaman hortikultura yang diharapkan. Semakin besar panas yang dapat dipindahkan dari media tanam ke air di dalam pipa pendingin mengindikasikan semakin optimal pendinginan yang dilakukan.
Suhu air pada posisi inlet pipa pendingin saat pengukuran tercatat 0.068-0.143°C lebih rendah dibandingkan dengan outlet . Penyerapan panas oleh air pendingin masih sangat rendah. Oleh karena itu, perlu pengkajian lebih dalam mengenai hal-hal yang  dapat  meningkatkan  efektifitas  pendinginan. Root zone cooling system berinteraksi dengan kondisi lingkungan termal di sekitarnya. Komponen- komponen yang penting dari interaksi tersebut dapat digambarkan secara sederhana dalam sebuah model sehingga hubungan sebab akibat komponen penyusun tersebut dapat dijelaskan dengan baik. Analisis pindah panas terhadap air yang mengalir di dalam pipa pendingin perlu dilakukan sebagai dasar perencanaan pendinginan terbatas daerah perakaran sehingga diperoleh suhu yang ideal bagi perakaran tanaman.

## Validasi Model Pindah Panas
Flow diagram model dinamik analisis pindah panas sebagaimana disajikan pada Gambar 5 digunakan untuk memprediksi suhu air pada posisi outlet dalam pipa pendingin. Grafik suhu air pada posisi outlet pipa pendingin hasil pengukuran dan
prediksi disajikan dalam Gambar 6. Validasi model dilakukan untuk menguji apakah perilaku umum dari model mampu mencerminkan perilaku sistem yang dimodelkan. Validasi model dilakukan dengan membandingkan hasil prediksi dengan suhu air pendingin hasil pengukuran dalam plot grafik regresi linear. Grafik hubungan antara suhu air pada posisi outlet pipa pendingin hasil prediksi dengan hasil pengukuran  pada  pukul  7.00-17.00  WIB  disajikan pada Gambar 7. Seperti dapat dilihat pada gambar tersebut, didapatkan garis lurus Y=1.0026X yang memiliki  nilai  koefisien  determinasi  (R2)  sebesar 0.9867. Hal ini menunjukkan bahwa model pindah panas yang dikembangkan cukup efektif dalam memprediksi suhu air pada posisi outlet pipa pendingin dari daerah perakaran tanaman.
Perencanaan Pipa Pendingin untuk Root Zone Cooling System Model pindah panas yang telah berhasil dikembangkan kemudian digunakan untuk perencanaan pipa pendingin untuk menentukan
Tabel 4.  Besaran dimensi yang digunakan dalam analisis pindah panas.
Dimensi Satuan  Besaran R i m 0.008
R o m 0.010
D i m 0.016 D o m 0.019 K i m 0.05024 K o m 0.05966 A 1 m 2 0.0002 A 0 m 2 0.00028 A i m 2 1.256
A o m 2 1.492
L m 25 Dh m 0.016 Q m 3 /s 0.00035 v m/s 1.737 k p W/m. o C 36 C steel 1.5%, table A-2 property values of metals (Holman 2010) ∆X pr m 0.003 k pr W/m. o C 0.330 polyethylene, table A-3 properties of nonmetals (Holman 2010) ∆X acr m 0.005 k acr W/m. o C 0.038
glass fiber duct liner, table A-3 properties of nonmetals (Holman 2010) L acr m 0.250 A ab m 2 7.813 K ab m 15 A db m 2 0.313 A kk m 1.563 Konstanta a 1.249 hasil optimasi b 1.444 menggunakan solver c 1.471
Gambar 5. Suhu lingkungan, suhu media tanam dengan root zone cooling system dan control.
Gambar 6. Suhu air pada posisi outlet pipa pendingin hasil pengukuran dan prediksi.
bahan serta panjang pipa pendingin. Tabel 5 menunjukkan angka-angka kenaikan dari suhu air pada posisi outlet pipa pendingin hasil simulasi terhadap variasi bahan serta panjang pipa pendingin. Semakin besar nilai perbedaan suhu, semakin besar perpindahan panas yang terjadi sepanjang aliran pipa pendingin. Panas dari lingkungan perakaran tanaman dalam sistem hidroponik berpindah ke pipa pendingin yang kemudian menyebabkan kenaikan suhu air pendingin pada posisi outlet . Perpindahan panas yang terjadi semakin besar dengan semakin panjangnya pipa pendingin yang dipasang. Hal tersebut dikarenakan luasan kontak perpindahan panas yang semakin besar antara pipa pendingin (luas selimut pipa pendingin) dengan lingkungan perakaran tanaman. Kemampuan dari suatu bahan untuk menghantarkan panas disebut juga sebagai nilai konduktivitas begitu sebaliknya.
Berdasarkan analisis data (Tabel 5) menggunakan sidik ragam dan dilanjutkan dengan uji jarak ganda Duncan  (UJGD)  pada  α=5%  menunjukkan  hasil yang berbeda nyata pada penggunaan bahan PVC dibandingkan dengan steel dan tembaga. Dari data diatas terlihat kenaikan suhu tertinggi terjadi pada bahan steel dan tembaga. Nilai kenaikan suhu yang terjadi antara kedua bahan tersebut tidak berbeda nyata. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kenaikan suhu air pipa pendingin sepanjang 40 m berbahan steel dan tembaga mencapai 1 o C sedangkan PVC sebesar 0.8 o C. Penggunaan pipa PVC sudah cukup baik untuk hidroponik dengan pengaplikasian root zone cooling system . Untuk mengoptimumkan penurunan suhu pada daerah perakaran, maka pipa PVC yang digunakan perlu dua kali lebih panjang (jarak antar pipa lebih kecil) dibandingkan dengan pipa berbahan steel dan tembaga sehingga
luasan kontak perpindahan panas yang terjadi lebih besar. Penempatan pipa pendingin tepat pada perakaran tanaman juga akan mengoptimumkan perpindahan panas yang terjadi dari media tanam ke pipa pendingin.

## Simpulan
Suhu media tanam dengan pengaplikasian root zone cooling system mengalami penurunan hingga 2.8 o C yaitu 28.6 o C dari suhu kontrol 31.4 o C. Validasi model pindah panas dilakukan dengan membandingkan hasil prediksi dengan suhu air pendingin hasil pengukuran dalam plot grafik regresi linear sehingga didapatkan garis lurus Y=1.0026X yang  memiliki  nilai  koefisien  determinasi  (R2) sebesar  0.9867.  Model  pindah  panas  yang  telah berhasil dikembangkan kemudian digunakan untuk perencanaan pipa pendingin. Berdasarkan analisis data sidik ragam dan uji jarak ganda Duncan (UJGD) pada  α=5%  menunjukkan  hasil  yang  berbeda nyata. Kenaikan suhu air pipa pendingin sepanjang 40 m berbahan steel dan tembaga mencapai 1 o C sedangkan PVC sebesar 0.8 o C. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penggunaan pipa PVC sudah cukup baik untuk hidroponik dengan pengaplikasian root zone cooling system.

## Daftar Pustaka
Adebooye  OC,  Schmitz-Eiberger  M,  Lankes  C, Noga GJ. 2010. Inhibitory Effects of Sub-optimal Root  Zone  Temperature  on  Leaf  Bioactive Components, Photosystem II (PS II) and Minerals Uptake in Trichosanthes cucumerina L. Cucurbitaceae. Journal of Acta Physiologiae Plantarum. 32(6):67-73. Bot GPA. 1983. Greenhouse Climate: from Physical Processes to a Dynamic Model. Thesis. The Netherland: Agricultural University of Wagenigen.
Tabel 5.  Kenaikan suhu air pada posisi outlet pipa pendingin pukul 13:00 WIB dengan tiga jenis bahan serta sepuluh panjang pipa pendingin. Panjang Kenaikan suhu air pendingin pada posisi outlet pipa pendingin hasil simulasi (oC) pipa (m) PVC Steel Tembaga 10 0.660a  0.719b  0.719b 20 0.720a  0.835b  0.835b 30 0.778a  0.949b  0.949b 40 0.837a  1.060b  1.060b 50 0.894a  1.168b  1.169b 60 0.951a  1.275b  1.276b 70 1.007a  1.379b  1.379b 80 1.063a  1.480b  1.481b 90 1.118a  1.580b  1.581b 100 1.172a  1.677b  1.678b
Keterangan: angka-angka yang diikuti dengan huruf yang sama pada kolom yang sama menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata pada taraf α = 5% UJGD
Gambar 7. Grafik hubungan antara suhu air pada posisi outlet pipa pendingin hasil prediksi dengan hasil pengukuran pada pukul 7.00-17.00 WIB.
Araswati, et al.
Garzoli  KV,  Blackwell  I.  1981. An Analysis  of  the Nocturnal Heat Loss from a Single Skin Plastic Greenhouse. Journal of Agricultural Engineering Research . 26(2):204-214. Holman  JP.  2010. Heat Transfer . Ed ke-10. New York (US): McGraw-Hill.
Ibarra-Jimenez L, Gonzalez Z, Rio A, Rubalcava JC, Ortiz BOH. 2008. Changes in Soil Temperature, Yield  and  Photosynthetic  Response  of  Potato (Solanum Tuberosum L.) under Coloured Plastic Mulch. Journal of agrochimica . 52(4):263-272. Kawasaki Y, Matsuo S, Katsumi S, Kanayama Y,  Kanahama  K.  2013.  Root-Zone  Cooling  at High Air Temperature Enhances Physiological Activities  and  Internal  Structures  of  Roots  in Young Tomato Plants. Journal of The Japanese Society for Horticultural Science . 82(4):322-327. Kinoshita T, Nakano Y, Kawashima H. 2012. Effect of  Duration  of  Root-Zone  Cooling  in  Potted Tomato Seedling on Plant Growth and Fruit Yield during High-Temperature Periods. Journal of Horticultural Research. 11(4):459-465. Kittas C. 1986. Greenhouse Cover Conductances.
Journal  of  Boundary-Layer  Meteorology. 36(3):213-225.
Kreith P. 1986. Principles of Heat Transfer (Prinsip- Prinsip Perpindahan Panas) . A. Prijono, Penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Malik S, Andrade SAL, Sawaya ACHF, Bottcher A, Mazzafera P. 2013. Root-Zone Temperature Alters Alkaloid Synthesis and Accumulation in Catharanthus roseus and Nicotiana  tabacum . Journal of Industrial Crops and Products. 49(1):318-325.
Max  JFJ,  Horst  WJ,  Mutwiwa  UN,  Tantau  HJ. 2009.  Effects  of  Greenhouse  Cooling  Method on Growth, Fruit Yield and Quality of Tomato ( Solanum lycopersicum L) in a Tropical Climate . Journal of Scientia Horticulturae .  122(2):179-
186.
Nevers ND. 2005. Fluid Mechanics for Chemical Engineers . Ed ke-3. New York (US): McGraw- Hill Companies, Inc Papadakis  G,  Frangoudakis  A,  Kyritsis  S.  1992. Mixed, Forced, and Free Convection Heat Transfer at the Greenhouse Cover. Journal of Agricultural Engineering Research .  51(C):191- 205.
Porter JR, Gawith M. 1997. Temperatures and the growth and development of wheat: A review. European Journal of Agronomy. 10(1):23-36. Ramakrishna A,  Ravishankar  GA.  2011.  Influence of Abiotic Stress Signals on Secondary Metabolites in Plants. Journal of Plant Signaling and Behavior. 6(1):1720-1731. Real  MMG,  Baille  A.  2006.  Plant  Response to Greenhouse Cooling. Journal of Acta Horticulturae. 719(1):427-438. Sakamoto M, Suzuki T. 2015a. Elevated Root-Zone Temperature Modulates Growth and Quality of Hydroponically Grown Carrots. Journal of Agricultural Sciences. 6(1):749-757. Sakamoto  M,  Suzuki  T.  2015b.  Effect  of  Root- Zone  Temperature  on  Growth  and  Quality of  Hydroponically  Grown  Red  Leaf  Lettuce ( Lactuca  sativa L.  cv.  Red  Wave). American Journal of Plant Sciences. 6(1):2350-2360. Suhardiyanto H. 2009. Teknologi Rumah Tanaman untuk Iklim Tropika Basah . Bogor (ID): IPBPres. Suhardiyanto H, Fuadi MM, Widaningrum Y. 2007. Analisis Pindah Panas pada Pendinginan dalam Tanah untuk Sistem Hidroponik. Jurnal Keteknikan Pertanian . 21(4):355-362. Sunu  P,  Wartoyo  SP.  2006.  Buku  Ajar: Dasar Hortikultura . Surakarta (ID): UNS. Yan  Q,  Duan  Z,  Mao  J,  Xun  L,  Fei  D.  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.