Rancangan Bangunan Rumah Tanaman

TUGAS RANCANGAN TEKNIK

(26 Novermber 2012)

RANCANGAN RUMAH TANAMAN DENGAN KOMODITI SAYURAN TOMAT

OLEH

NOPRI SURYANTO

F14090068

noprisuryanto.blogspot.com

MATA KULIAH RANCANGAN TEKNIK

DEPARTEMAN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2012

DAFTAR ISI

Halaman

COVER                      .................................................................................   ....        I

DAFTAR ISI              .................................................................................   ....        II

DAFTAR GAMBAR  …………………………………………………………..     III

DAFTAR TABEL...  ………………………………………………………...          IV

I.              PENDAHULUAN  ……………………………………………………….     1

A.      Latar Belakang  ……………………………………………………....     1

B.       Tujuan   ……………………………………………………………...      5

II.           RUMUSAN MASALAH………………………………………………....      5

A.      Mekanisme..............................……………………………………...        5

B.       Pemilihan Bahan.........…………………………………………….....       6

C.       Penentuan Dimensi Bangunan………………………………………         6

III.        ANALISIS  DAN DESAIN    …………………………………………..        7

A.      Perhitungan  ......................................……………………………….       7

B.       Desain  ……………………………......................................……….      8

IV.        HASIL DAN PEMBAHASAN...............................……………………..        10

DAFTAR PUSTAKA  ……………………………………………………..…...     11

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Gambaran greenhouse untuk budidaya tomat yang di rencanakan……4

Gambar 2. Layout rumah tanaman sayuran tomat dengan 1007 tanaman tomat…8

Gambar 3. Layout rumah tanaman tampak isometri, depan, dan samping………..9

Gambar 4. Layout penyusunan polybag di dalam rumah tanaman (19 baris)……..9

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1. Karakteristik Fisik Beberasa Bahan Atap Rumah Tanaman………….    2

Tabel 1.2. Karakteristik termal beberapa bahan atap rumah tanaman………….      2

Tabel  2.   Hasil perhitungan laju ventilasi alam greenhouse…………………….       5

Tabel  3.   Analisis pembobotan dalam pemilihan jenis bahan konstruksi……..        6

Tabel  4.   Standar konstruksi pembangunan rumah tanaman…………………..      6

I.    PENDAHULUAN

A.        Latar Belakang

            Rumah tanaman atau greenhouse dapat digunakan sebagai usaha penurunan suhu ruangan di dalam rumah tanaman dengan cara perpindahan panas dari bagian dalam rumah tanaman dengan bagian lingkungan luar, pemanasannya dengan penambahan panas ke bagian dalam rumah tanaman dari suatu sumber energi termasuk matahari, namun terdapat juga naungan yang akan membatasi sinar matahari yang akan mengenai tanaman sebagai optimalisasi budidaya tanaman.       

            Ada berbagai macam tipe greenhouse berdasarkan tipe atap antara lain; tipe semi monitor, piggy back dan modified arch. Tipe atap modified standard peak greenhouse adalah tipe yang sesuai dengan kondisi lingkungan Indonesia. Bentuk atap berundak dengan kemiringan tertentu mempercepat aliran air hujan ke arah ujung bawah atap. Kemiringan sudut atap 25-35^o tergolong optimal dalam mentransmisikan radiasi matahari. Untuk daerah tropika basah, atap rumah tanaman sebaiknya tidak menggunakan bahan plastik film. Polyethylene dengan UV stabilizer dapat menjadi pilihan karena memiliki umur pakai lebih lama dibandingkan polyethylene biasa (Suhardiyanto et al, 2006). Tujuan penggunaan rumah tanaman adalah menciptakan iklim rnikro yang kondusif untuk pertumbuhan tanaman ketika kondisi iklim tidak kondusif.

Pemilihan bahan atap harus mempertimbangkan karakteristik fisik, termal, optik, dan harga bahan.  Berbagai jenis bahan atap rumah tanaman masing-masing mempunyai karakteristik tertentu, baik fisik maupun termal. Karakteristik fisik dan radiasi termal (panjang gelombang >2800 nm) beberapa bahan atap rumah tanaman disajikan dalam Tabel 1.1dan 1.2. Berdasarkan tabel 1 dapat menjadikan acuan dalam pemilihan atap yang sesuai dengan rumah tanaman dengan mempertimbangkan suhu yang akan dihasilkan dirumah tanaman, intensitas cahaya yang akan terperangkap, dan kemudahan dalam perawatan atap rumah tanaman.

Terdapat dua sifat kaca, yaitu single strength dan double strength. Karena sifatnya yang sangat tahan pecah, jenis double strength sangat direkomendasikan untuk atap rumah tanaman. Jenis kaca yang banyak dipakai adalah soda lime silica. Spesifikasi yang dianjurkan adalah transparan,flat glossy suface, Jirejinished, dan datar.

Tabel 1.2. Karakteristik termal beberapa bahan atap rumah tanaman (Takakura, 1989)

          Kaca mempunyai daya tembus atau transmisivitas PAR yang baik yaitu 71 - 92% dan umur pakai yang lama yaitu 25 tahun. Tetapi, biaya konstruksi rumah tanaman dengan atap kaca tergolong besar. Jika petani atau pengusaha ingin berinvestasi untuk jangka waktu yang pendek, misalnya hanya beberapa tahun saja maka bahan penutup dari plastik film dapat menjadi pilihan. Ada beberapa plastik film yang dapat digunakan untuk bahan penutup rumah tanaman, yaitu polyethylene (PE), atau polyvinyl chloride (PVC). PE pertama kali diproduksi di Inggris pada tahun 1938. PE memiliki sifat fisik yang fleksibel dan ringan sehingga sering digunakan pada rumah tanaman dengan atap melengkung.

PE dapat mentransmisikan PAR 85 - 87%. Kelemahan PE adalah umur pakainya yang hanya dua sampai empat tahun. PVC juga merupakan bahan atap yang fleksibel sehingga mudah dipasang. PVC mempunyai transmisivitas PAR yang sama dengan kaca. PE lebih populer sebagai bahan penutup rumah tanaman dibandingkan dengan PVC. PE dengan W stabilizer merupakan bahan penutup yang paling banyak digunakan di Indonesia karena harganya relatifmurah dan daya tahannya cukup baik. Selain plastik yang fleksibel berupa film, terdapat juga plastik yang kaku dan cukup baik sebagai bahan atap rumah tanaman.

Penggunaan plastik yang berupa film maupun plastik yang kaku semakin luas. Hal ini antara lain karena harganya murah sehingga mudah disesuaikan dengan kebijakan investasi dalam bisnis yang bersangkutan. Beberapa jenis plastik kaku yang dapat digunakan sebagai bahan atap rumah tanaman antara lain adalah corrugatedfiberglass,acrylic, dan polycarbonate. Corrugated fiberglass dapat mentransrnisikan PAR 60 - 88%. Bahan ini tergolong murah, h a t , dan mudah digunakan. Namun, bahan ini mudah dipengaruhi oleh sinar W, debu dan polutan sehingga hams sering dibersihkan. Lama kelamaan, bahan ini akan berubah warna menjadi kekuningan dan mudah terbakar. Umur pakainya diperkirakan sekitar 7 - 15 tahun. Acrylic bersifat ringan, mudah digunakan serta tahan terhadap sinar W dan cuaca. Acrylic dapat mentransmisikan PAR 83% untuk penggunaan dua lapis dan 93% untuk penggunaan satu lapis.

            Ventilasi alamiah perlu menjadi salah satu aspek pertimbangan yang penting dalam perancangan struktur rumah tanaman di kawasan yang beriklim tropika basah. Hal ini karena ventilasi alamiah merupakan metode yang sangat murah untuk menjaga lingkungan di dalam rumah tanaman berada pada tingkat yang baik bagi perturnbuhan tanaman. Selain itu, rancangan struktur rumah tanaman sangat berpengaruh terhadap laju pertukaran udara dari dalam ke luar atau sebaliknya melalui ventilasi alamiah. Pertukaran udara tersebut menentukan kondisi iklim mikro di dalam rumah tanaman.

Menurut Lindley dan Whitaker (1996) ventilasi alamiah adalah pertukaran udara di dalam suatu bangunan dengan udara di luarnya tanpa menggunakan kipas atau peralatan mekanik laimya. Pertukaran udara pada rumah tanaman sangat diperlukan untuk mencegah terlalu tingginya suhu dan kelembaban udara. Selain itu, ventilasi alamiah juga menjaga tersedianya CO, yang sangat penting bagi proses fotosintesis pada daun tanaman. Ventilasi alamiah terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara antara posisi di dalam dan di luar bangunan akibat faktor angin dan faktor termal. Faktor angin dan faktor termal diperhitungkan dalam memanfaatkan ventilasi alamiah sebagai metode pengendalian lingkungan secara pasif. Besarnya efek angin dan efek termal menentukan laju ventilasi alamiah dalam ukuran pertukaran udara yang melalui bukaan pada suatu rumah tanaman (Kozai dan Sase, 1978).

Semakin besar laju ventilasi alamiah pada suatu rumah tanaman maka suhu udara di dalamnya akan semakin mendekati suhu udara di luar. Kalau suhu udara dalam rumah tanaman s u m mendekati suhu udara di luar rumah tanaman maka tidak diperlukan pengendalian lingkungan secara aktif, misalnya ventilasi mekanik. Ventilasi alamiah mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan ventilasi mekanik. Ventilasi alamiah tidak membutuhkan energi listrik, tidak mernbutuhkan pemeliharaan, dan tidak mengeluarkan suara berisik dari putaran kipas. Pengendalian laju ventilasi alamiah dapat dilakukan dengan pembukaan dan penutupan lubang ventilasi (Takakura, 1979).

 

B.        Tujuan

Adapun tujuan dari tugas rancangan teknik yaitu:

a.      Membuat rancangan rumah tanaman untuk produksi buah tomat yang berkapasitas penanaman 1000 tanaman dengan mengacu pada standar nasional konstruksi bangunan rumah tanaman.

b.      Menggambarkan rumah tanaman yang paling sesuai untuk produksi buah tomat berkapasitas 1000 tanaman dengan menggunakan Autocad dengan menggunakan analisis optimasi perancangan teknik.

II.   RUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang terdapat dalam pengembangan greenhouse adalah dalam menentukan ukuran dan jenis konstruksi bangunan greenhouse dengan mempertimbangkan mekanisme yang hendak digunakan baik pindah panas, ventilasi, pengairan maupun pada mekanisme pemilihan bahan yang hendak digunakan, hal ini berpengaruh terhadap keberhasilan pengembangan greenhouse dengan kondisi iklim seperti di Indonesia yakni iklim tropis basah.

Dalam kasus ini terdapat 3 komponen yang harus di penuhi yang meliputi :

A.  Mekanisme pertukaran panas

Ventilasi yang diharapkan dalam pembangunan greenhouse ini adalah ventilasi alamiah, berikut adalah data hasil pengukuran mengenai ventilasi alam.

     Tabel 2. Hasil perhitungan laju ventilasi alam greenhouse (Suhardiyanto et al, 2006).

B.  Pemilihan bahan

Pemilihan bahan pada manufakturing greenhouse membutuhkan beberapa analisis, pada kasus ini bahan yang hendak dipilih adalah bahan kayu untuk tiang sedangkan untuk dinding akan dipasang dengan kasa, hal ini memungkinkan adanya kemudahan dalam perancangan, kekuatan serta desain yang memudahkan dalam pertukaran udara. Berikut hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan bahan.

     Tabel 3. Analisis pembobotan dalam pemilihan jenis bahan konstruksi

C.  Penentuan dimensi bangunan

Dimensi bangunan menjadi faktor yang sangat penting dalam pembangunan rumah tanaman karena akan turut mempengaruhi konsisi-kondisi lingkungan yang akan di tentukan.  Berdasarkan optimasi pemilihan ukuran rumah tanaman dengan acuan pada jenis tanaman yang akan diusahakan di rumah tanaman tersebut.  Pada perancangan ini akan diusahakan tanaman tomat dengan kapasitas 1000 tanaman. Melalui syarat-syarat dalam usaha budidaya tanaman tomat yang meliputi sistem tanam, jarak tanam, tinggi tanaman, dan kebutuhan akan radiasi sinar matahari, maka akan ditentukan spesifikasi ukuran rumah tanaman sesuai standar nasional :

     Tabel 4. Standar konstruksi pembangunan rumah tanaman

III.    ANALISIS DAN DESAIN

A.  Perhitungan

Ukuran polybag : 35 x 40 cm (penampang atas) maka diameter dari polybag adalah

D : 35 *2 /  = 22, 28 cm

P = 22,28Y + (50-22,28)(Y-1) + 200 = 50Y + 172,28

L = 22,28X + (100-22,28)(X-1) + 200 = 100X + 122,28

Luas Rumah Tanaman = P x L = 5000XY + 17228X + 6114 Y + 21066.39

(* 200 = kelehan ruang di ujung baris, 50 = kelebihan ruang di ujung bedengan)

Untuk menentukan ukuran rumah tanaman perlu dilakukan analisis optimasi sebagai berikut:

Fungsi kendala : XY = 1000, XY – 1000 = 0

Fungsi tujuan : min L = 5000 * Y + 17228X + 6114 Y + 21066.39

X : Jumlah lajur tanaman dalam rumah tanaman

Y : Jumlah tanaman dalam satu lajur tanaman

Dengan menggunakan Metode optimasi dengan langrange multipliers, maka:

LE=fungsi tujuan +  fungsi kendala

LE = 500 XY + 9000 X + 6750 Y + 5000 + (XY – 1000)

 = 5000Y + 9000 + Y = 0 …………. (1)

 = 500X + 6750 + X = 0 …………….(2)

 = XY – 1000 = 0 ……………………..(3)

     = 1000

 =  ………………………………….. (4)

Dari (1)

 = 5000Y + 9000 + Y = 0

5000 +  = - (172,28/Y)…………………(5)

Dari (2)

 = 500X + 6750 + X = 0

5000 +  = - (6114/X)………..…………(6)

Substitusi persamaan (5) dan (6)

(172,28/Y) = (6114/X)    Y = 2,8178 X ..(7)

Substitusikan persamaan 7 ke persamaan 4

X = 1000/Y = 1000/(2,18178X)

X = 18,8 ≈ 19 baris

Y = 53 tanaman

Jadi di dalam rumah tanaman terdapat 19 baris bedengan dan 53 tanaman dalam satu baris bedengan, sehingga  terdapat (19 x 53) 1007 tanaman dalam rumah tanaman, maka :

P = 50Y + 172,28 = 50(53) + 172,28 = 28,2228 m

L = 100X + 122,28 = 100(19) + 122,28 = 20,0228 m

Dengan ukuran rumah tanaman P = 28,2228 m > 20 m, dan lebar rumah tanaman 20,0228 m > 10 m, maka rumah tanaman yang akan dibangun berdasarkan tabel 4 adalah kategori rumah tanaman besar.

B.     Desain Rumah Tanaman.

Gambar 2. Layout rumah tanaman sayuran tomat dengan 1007 tanaman tomat

                Gambar 3. Layout rumah tanaman tampak isometri, depan, dan samping

Gambar 4. Layout penyusunan polybag di dalam rumah tanaman (19 baris)

IV.    HASIL DAN PEMBAHASAN

Perencanaan greenhouse dikawasan tropis basah seperti di Indonesia, memiliki karakteristik dan fungsi yang berbeda dengan rancangan greenhouse di kawasan subtropik. Kawasan subtropika dengan empat musim, rumah tanaman memiliki peran penting sebagai fasilitas produksi sayuran daun, sayuran buah, dan bunga dengan prinsip penggunaan greenhouse untuk pemanenan panas radiasi matahari, memungkinkan pertumbuhan tanaman pada musim dingin karena suhu udara di dalarnnya dapat dijaga agar tidak terlalu rendah. Rumah tanaman atau greenhouse kawasan iklim tropis basah dirancang dengan fungsi utama sebagai pelindung tanaman dari ganggunan lingkungan yang tidak sesuai dengan melindungi dari serangan hama dan penyakit, angin kencang, dan panas berlebihan. 

            Berdasarkan hasil perhitungan dalam optimasi luasan yang diinginkan di dapatkan panjang greenhouse  28.2228 meter dan lebarnya 20.0228 meter dan tinggi ruang tumbuh tanaman 4 meter dengan span bagian bawah +  2 meter dan tinggi ventilasi atas yang dapat diterapkan adalah + 1 meter sehingga tinggi maksimal rumah tanaman + 7 m.  Berdasarkan analisis optimasi tersebut di dapatkan jumlah palibag untuk penanaman tomat sebanyak 1007 polybag.

            Penentuan dimensi dari rumah tanaman diambil berdasarkan perhitungan optimasi dengan metode langrange multipliers. Penentuan dimensian dengan memaksimalkan ruang pertumbuhan tanaman tomat dan meminimalisasi penggunaan biaya dengan seefektif mungkin. Berdasarkan tabel 4 menuju standarisasi perancangan greenhouse, maka dengan menggunakan panjang bangunan > 20 m dan lebar bangunan > 10 meter, maka diambil spesifikasi perancangan rumah tanaman jenis besar.  Pembangunan rumah tanaman dengan rangka dari bahan kayu.

Menurut Rault (1988) perancangan rumah tanaman untuk kawasan tropika :

1.      Bukaan rumah tanaman hams merupakan kombinasi yang baik antara bukaan untuk ventilasi dan perlindungan tanaman terhadap air hujan,    

2.      Kerangka konstruksi hams cukup kuat sebagai antisipasi terhadap kemunglunan angin kencang,

3.      Biaya pembangunan hams cukup murah dan tata Jetaknya mempertimbangkan adanya kernunman untuk perluasan rumah tanaman.

DAFTAR PUSTAKA

Suhardiyanto, H., A. Sapei, C. Arif, A.M. Patapa, B. Dewi. 2006a. Sistem Kendali

                        Berbasis PLC untuk Pengaturan Larutan Nutrisi pada Jaringan Irigasi

                         Tetes. Jurnal Ilmiah Ilmu Komputer, Vol. 4, No.2.

Suhardiyanto, H., M. Widyarti, F. Chrisfian, I.S. Muliawati. 2006b. Analisis ventilasi

                         alamiah untuk modifikasi rumah kaca standard peak tipe curam. Jurnal

                         Keteknikan Pertanian. 20(2).

Takakura, T., K.A. Jordan, L.L. Boyd. 1971. Dynamic simulation of plant growth and

                         environment in the greenhouse. Trans.ASAE: 964 - 97 1.

*Sumber internet :

Sumber: http://ediskoe.blogspot.com/2010/01/greenhouse-menuju-standar-nasional.html