KURVATEK Vol.
No.
November 2024, pp.
e-ISSN: 2477-7870 p-ISSN: 2528-2670
PERANCANGAN WATER CHILLER PENGKONDISI
MEDIA TANAM HIDROPONIK DEEP FLOW
TECHNIQUE UNTUK TANAMAN SELADA (LACTUCA
SATIVA)
DESIGN OF A WATER CHILLER FOR CONDITIONING
HYDROPONIC MEDIA USING THE DEEP FLOW
TECHNIQUE FOR LETTUCE (LACTUCA SATIVA)
Anas Akbar1.
Ranufani Mahameru Timur Angin1.
Muhammad Arman1.
Arda Rahardja Lukitobudi1 .
Bowo Yuli Prasetyo1* Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara.
Politeknik Negeri Bandung Jl.
Gegerkalong Hilir.
Ciwaruga.
Parongpong.
Kabupaten Bandung Barat.
Jawa Barat.
Indonesia *Email corresponding: bowo_yuli@polban.
Cara sitasi : A.
Akbar.
Angin.
Arman.
Lukitobudi, and B.
Prasetyo " Perancangan Water Chiller Pengkondisi Media Tanam Hidroponik Deep Flow Technique untuk Tanaman Selada (Lactuca Sativ.
," Kurvatek, vol.
9, no.
2, pp.
xx-xx, 2024.
doi: 10.
33579/krvtk.
4997 [Onlin.
Abstrak Ai Keterbatasan lahan dan perubahan iklim ekstrem menjadi tantangan utama dalam pertumbuhan tanaman yang optimal.
Salah satu solusi alternatif untuk mengatasinya adalah pemanfaatan sistem hidroponik dengan air yang dikondisikan.
Penelitian ini bertujuan merancang dan menguji kinerja sistem water chiller sebagai pengkondisi media tanam untuk budidaya selada hidroponik Sistem water chiller dirancang untuk menyerap kalor dari air sehingga temperaturnya dapat disesuaikan dengan kondisi ideal pertumbuhan tanaman.
Air yang telah dikondisikan kemudian digunakan sebagai media tanam selada dengan metode deep flow technique (DFT).
Dalam penelitian ini, air dijaga pada rentang suhu 15Ae20AC, menghasilkan beban pendinginan sebesar 694,8 Watt.
Sistem pendingin dibangun menggunakan condensing unit yang dilengkapi dengan baretube evaporator yang ditempatkan di dalam cool box sebagai media pertukaran kalor dengan air.
Pengujian menunjukkan bahwa sistem ini mampu menurunkan suhu air hingga 15,9AC dalam waktu 30 menit.
Nilai Coefficient of Performance (COP) yang diperoleh adalah 4,05 untuk COP actual (COP.
dan 5,13 untuk COP Carnot (COP.
, dengan efisiensi refrigerasi mencapai 78,98%.
Hasil panen menunjukkan bahwa selada hidroponik yang ditanam selama 18 hari memiliki massa sebesar 0,65 kg.
Kata kunci: Sistem water chiller.
Selada.
Hidroponik.
Deep Flow Technique.
Abstract Ai Land scarcity and extreme climate changes pose significant challenges to achieving optimal plant One alternative solution to address these issues is the utilization of hydroponic systems with conditioned water.
This study aims to design and evaluate the performance of a water chiller system as a medium conditioner for hydroponic lettuce cultivation.
The water chiller system is designed to absorb heat from the water, allowing its temperature to be adjusted to the ideal conditions for plant growth.
The conditioned water is then used as a growing medium for lettuce using the deep flow technique (DFT) method.
In this study, water was maintained at a temperature range of 15Ae20AC, resulting in a cooling load of 694.
8 Watts.
The cooling system utilizes a condensing unit equipped with a bare-tube evaporator placed in a cool box, which serves as the heat exchange medium with the water.
Testing showed that the system could reduce the water temperature to 15.
9AC within 30 minutes.
The system achieved a Coefficient of Performance-actual (COP.
of 05 and a Coefficient of Performance-Carnot (COP.
13, with a refrigeration efficiency of 78.
The harvest results indicated that hydroponic lettuce cultivated over 18 days had a mass of 0.
65 kg.
Keywords: Water chiller System.
Lettuce.
Hydroponics.
Deep Flow Technique.
PENDAHULUAN
Sayuran pada saat ini merupakan bahan makanan yang banyak dikonsumsi, terlebih di zaman yang banyak menerapkan hidup sehat seperti vegan atau vegetarian.
Namun, pada saat ini pesatnya pembangunan di perkotaan maupun pedesaan mengakibatkan berkurangnya lahan pertanian untuk bercocok tanam.
Selain Received July 8, 2024.
Revised November 26, 2024.
Accepted November 26, 2024 DOI :https://doi.
org/10.
33579/krvtk.
itu, perubahan iklim dan cuaca yang ekstrem, seperti meningkatnya temperatur lingkungan dan masalah polusi yang semakin memburuk, sering kali mengakibatkan tanaman gagal panen, bahkan mati sebelum sempat tumbuh .
Hidroponik merupakan cara menumbuhkan tanaman yang tidak membutuhkan banyak lahan .
Hidroponik memiliki beberapa metode, salah satunya adalah Deep Flow Technique (DFT).
DFT adalah teknik hidroponik yang mengalirkan air secara terus menerus dengan ketinggian 4-6 cm dan memiliki permukaan yang datar .
Biasanya air yang dialirkan merupakan air dengan temperatur yang tidak dikondisikan, atau temperatur lingkungan, dan diberikan tambahan nutrisi untuk pertumbuhan tanaman .
Untuk mengoptimalkan pertumbuhan tanaman, air yang dialirkan sebaiknya dikondisikan pada temperatur 15EE sampai 20EE .
, .
Temperatur air dapat dikondisikan menggunakan sistem water chiller yang bekerja berdasarkan prinsip kerja refrigerasi kompresi uap.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem water chiller untuk pengkondisian air pada hidroponik dengan metode DFT, dengan tanaman yang menjadi objek kajian adalah selada.
Performa sistem terhadap kemampuan pendinginan air kemudian akan dikaji dan dianalisis.
Disamping itu akan dilihat pula hasil panen yang diperoleh.
II.
METODE PENELITIAN
Rancang bangun sistem water chiller hidroponik diawali dengan tahap perancangan.
Data perancangan sistem water chiller hidroponik dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1.
Data Perancangan Sistem Water Chiller Hidroponik
Keterangan Spesifikasi
Kompresor
Hermetic Kondenser Air Cooled Condenser Evaporator Bare Tube
Alat Ekspansi
TXV
Refrigeran R-22 Produk Air Massa Produk 50 liter Temperatur Evaporasi Temperatur Kondensasi Temperatur Lingkungan 24AC Chilling Time 1 hours Running Time 20 hours Penentuan beban pendinginan dilakukan dengan perhitungan beban transmisi (QTran.
, beban produk (QBF), dan beban total pendinginan (QTota.
menggunakan persamaan 1 sampai 3 .
ycEycNycycaycuyc = U y A y OIT ycEyaAya = yco y yaycE y .
cNycaycycayco ycyycycuyccycyco Oe ycNycaycoEaycnyc ) ycu y 3600 ycEycNycuycycayco = ycEycNycycaycu ycEyaAya Dengan U.
OIT, yco, yaycE , dan ycu secara berurutan adalah koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/mA K), luas penampang .
A), beda temperatur melalui dinding antara lingkungan dan air (K), massa produk .
, kalor spesifik air .
J/kg.
K), dan chilling time .
Evaporator sebagai area penyerapan kalor dari air dibuat dengan pipa tembaga tanpa dilengkapi sirip .
are-tub.
Kapasitas evaporator dirancang menyesuaikan dengan beban pendinginan yang telah Kebutuhan panjang evaporator diperoleh melalui persamaan 4 hingga 8 .
ycAyc y yco Eaycn = yccycn Eaycu = Nu y k yccycu KURVATEK Vol.
No.
November 2024: 117 Ae 126
KURVATEK
e-ISSN: 2477-7870 p-ISSN: 2528-2670 OIycNyco = 1 yc 1 ycO Eaycn yco Eaycu cNEaycu Oe ycNycaycn ) Oe .
cNEaycn Oe ycNycaycu ) ycNEa Oe ycNycaycn ln ( ycu ycNEaycn Oe ycNycaycu ya= ycE ycO y yuU y yccycn y OIycNyco Dengan Eaycn, ycAyc, yco, yccycn.
Eaycu , yccycu , ycO, yc.
OIycNyco, ycE, dan ya secara berurutan adalah koefisien konveksi bagian dalam pipa (W/m2K), bilangan nusselt, konduktivitas thermal (W/m.
K), diameter dalam pipa .
, koefisien konveksi bagian luar pipa (W/m2K), diameter luar pipa .
, koefisien konveksi panas menyeluruh (W/m2K), ketebalan pipa .
, rata-rata perbedaan temperatur (K), beban total pendinginan (W), dan panjang pipa evaporator .
Setelah diperoleh hasil hitung kapasitas pendinginan dan panjang evaporator untuk sistem yang akan digunakan, selanjutnya dilakukan seleksi komponen.
Tabel 2 menampilkan spesifikasi komponen yang digunakan di dalam sistem.
Tabel 2.
Unit dan Komponen
Model
CAJ9510T
NO.
Komponen
Condensing Unit
TXV
T2-X
Evaporator Pressure Gauge Pressure Gauge Tangki air
PLC
MR-306
MR-206
Cool box
12/24 RCE - 6ED10521MD08-0BA1
HMI
MT8051iP
Spesifikasi
1 HP
R-22
R-22
-40 - 10oC 25 meter .
Ae .
bar (-.
Ae .
bar 50 liter 8 digital input 4 digital output TFT LCD 4.
3Ay Resolusi 480 x 272 px Gambar 1 memperlihatkan diagram pemipaan sistem water chiller yang dirancang.
Melalui gambar tersebut terlihat dua bagian pemipaan yang berbeda.
Bagian pertama merupakan sistem pemipaan refrigeran sebagai sebuah sistem kompresi uap yang berfungsi untuk pengkondisian air.
Kalor dari air diserap pada bagian evaporator untuk kemudian dilepaskan ke lingkungan melalui komponen kondenser.
Pada bagian selanjutnya terdapat sistem pemipaan yang mendistribusikan air dingin dari tangki air menuju tanaman hidroponik yang berada di dalam greenhouse.
Air dingin yang telah didistribusikan kemudian dikembalikan ke dalam tangki pendingin untuk dikondisikan temperaturnya kembali.
Sistem pemipaan ini menganut sistem dua pipa, yakni supply dan return, memiliki jalurnya masing-masing, sehingga temperatur masuk dan keluar tidak akan tercampur .
Perancangan Water Chiller Pengkondisi Media Tanam Hidroponik Deep Flow Technique untuk Tanaman Selada (Lactuca Sativ.
( Anas Akbar.
Ranufani Mahameru Timur Angin.
Muhammad Arman.
Arda Rahardja Lukitobudi .
Bowo Yuli Prasety.
DOI :https://doi.
org/10.
33579/krvtk.
Gambar 1.
Sistem Pemipaan Gambar 2 memperlihatkan diagram kontrol kelistrikan sistem yang dirancang.
Pada sistem kontrol tersebut terdapat alat ukur berupa sensor temperatur PT-100 yang berfungsi untuk membaca temperatur produk yang akan ditampilkan pada human machine interface (HMI).
Selain itu, sensor ini juga berfungsi untuk pengontrolan kerja sistem berdasarkan temperatur produk .
yang diatur oleh Programmable Logic Control (PLC).
Pada sistem ini, terdapat juga sensor tekanan untuk membaca nilai tekanan discharge dan suction yang juga ditampilkan pada HMI.
Disamping itu, terdapat pula flowmeter yang berfungsi unuk mengetahui debit air yang dialirkan ke tanaman hidroponik.
Pada saat switch diubah ke posisi on, solenoid valve akan langsung terbuka dan kompresor tidak langsung bekerja karena terdapat delay selama 3 menit.
Hal ini dilakukan supaya sensor dapat membaca nilai temperatur, tekanan, dan debit sebelum sistem aktif.
Ketika sistem telah aktif, maka indikator pada panel akan berwarna hijau.
Pada sistem ini, kompresor diatur waktu kerjanya berdasarkan capaian temperaur air .
Sistem akan padam ketika air mencapai 15EE, dan aktif kembali ketika temperatur airnya naik ke 20EE.
Gambar 2.
Sistem Kontrol Kelisrikan KURVATEK Vol.
No.
November 2024: 117 Ae 126
KURVATEK
e-ISSN: 2477-7870 p-ISSN: 2528-2670 Pengujian dilakukan untuk menilai kinerja yang mampu dihasilkan oleh sistem untuk mengkondisikan air yang akan didistribuikan ke tanaman.
Oleh karena itu, sejumlah parameter pengukuran diperlukan untuk melihat setiap perubahan yang terjadi, seperti yang terlihat pada tablel 3.
Dua titik ukur tekanan ditempatkan pada sisi tekanan tinggi dan sisi tekanan rendah pada sistem refrigerasi.
Sementara empat titik ukur temperatur ditempatkan pada sistem pemipaan di bagian discharge, suction, keluar kondenser, dan keluar Disamping itu dilakukan pengukuran juga pada perubahan temperatur yang terjadi pada air yang didinginkan, temperatur lingkungan, dan arus serta tegangan listrik untuk melihat pengaruhnya terhadap energi yang dikonsumsi.
Tabel 4 memperlihatkan spesifikasi alat ukur yang digunakan pada Tabel 3.
Data yang dibandingkan Parameter Tekanan suction Tekanan discharge Temperatur suction Temperatur discharge Temperatur keluar kondenser Temperaur keluar evaporator Temperature produk Temperature lingkungan arus listrik tegangan listrik Item Sensor Temperatur Sensor Tekanan Watt meter Tabel 4.
Spesifikasi Alat Ukur
Rentang
Model
Pengukuran PT-100
-200EE - 850EE
SD-25 010
0 - 10 bar
SD-25
0 - 25 bar
DDS662
0,25 Ae 100 A Satuan EE
Ampere
Volt
Resolusi
Akurasi
0,01
A0,6%
A1%
0,01
0,01
A1%
A10%
A2%
Hasil pengukuran kemudian akan digunakan untuk menilai kinerja sistem menggunakan diagram Ph.
Hasil penggambaran kondisi sitem pada diagram P-h kemudian digunakan untuk menilai performa yang mampu dihasilkan.
Performa sistem yang dikaji antara lain waktu pendinginan, daya listrik yang digunakan, serta efek refrigerasi, kerja kompresi.
Coefficient of Performance-actual (COP.
Cofficent of Performancecarnot (COP.
dan efisiensi refrigerasi () yang dapat dihitung menggunakan persamaan 9 sampai 13.
ycyce = Ea1 Oe Ea4 ycyc = Ea2 Oe Ea1 yaycCycEyca = yayceyceyco ycIyceyceycycnyciycycaycycn ycyce yayceycycyca yaycuycoycyycyceycycn yaycCycEyca = ycNyceycycaycyycuycycaycycn ycNycoycuycuyccyceycuycycaycycn Oe ycNyceycycaycyycuycycaycycn yaycCycEyca yaycCycEyca Perancangan Water Chiller Pengkondisi Media Tanam Hidroponik Deep Flow Technique untuk Tanaman Selada (Lactuca Sativ.
( Anas Akbar.
Ranufani Mahameru Timur Angin.
Muhammad Arman.
Arda Rahardja Lukitobudi .
Bowo Yuli Prasety.
DOI :https://doi.
org/10.
33579/krvtk.
HASIL DAN DISKUSI
Sistem water chiller telah berhasil dirakit berdasarkan rancangan yang telah disampaikan.
Gambar 3 memperlihatkan sistem yang telah dibuat.
Seluruh rangkaian sistem disusun di area kampus Politeknik Negeri Bandung yang berlokasi di Kabupaten Bandung Barat.
Tangki air yang berperan sebagai penampungan sekaligus area pendinginan terbuat dari coolbox.
Didalamnya terdapat evaporator sebagai pendingin air dengan jenis bare-tube yang terbuat dari pipa tembaga lunak dengan panjang 25m.
Sementara sebuah condensing unit ditempatkan pada rangka di bagian bawah tangki.
Sistem kontrol dibangun menggunakan PLC untuk pengaturan kerja dan pemantauan sistem.
Air dingin yang telah dikondisikan temperaturnya didistribusikan dengan pompa menuju greenhouse melalui pipa PVC.
Greenhouse sebagai sarana tumbuh kembang selada dibuat dari material PVC dan plastik UV yang di dalamnya terdapat 16 lubang tanam.
Pengujian dilakukan terhadap seluruh rangkaian sistem selama 18 hari secara terus menerus.
Data yang dikaji merupakan sampel pengukuran pada hari ke-7 dengan durasi selama lima jam.
Selama durasi tersebut terjadi tiga kali siklus cut-in dan cut-out akibat set point temperatur air yang tercapai.
Gambar 3.
Sistem hidroponik water chiller: .
Tangki air pendingin.
sistem kontrol.
Greenhouse Gambar 4 merupakan sampel kurva temperatur produk terhadap waktu.
Melalui gambar tersebut terlihat bahwa temperatur produk tetap terjaga pada kisaran temperatur 15EE sampai 20EE.
Hal ini menunjukkan bahwa sistem kontrol bekerja dengan tepat sesuai dengan pengaturan yang telah dilakukan.
Ketika sistem aktif maka temperatur air akan turun hingga 15EE.
Sensor temperatur kemudian akan mematikan sistem sehingga temperatur air naik kembali.
Ketika temperaturnya mencapai 20EE, maka sistem akan kembali aktif dan mendinginkan air.
Pada menit ke-48 terjadi cut-out pertama kalinya dan pada menit ke-105 sistem aktif kembali.
Selanjutnya secara berturut-turut terjadi cut-out pada menit 141 dan 225, serta cut-in pada menit 195 dan 312.
KURVATEK Vol.
No.
November 2024: 117 Ae 126 e-ISSN: 2477-7870 p-ISSN: 2528-2670 Temperatur (EE) KURVATEK Waktu .
Gambar 4.
Kurva temperatur produk terhadap waktu Gambar 5 memperlihatkan sampel kurva daya listrik yang digunakan terhadap waktu.
Melalui kurva tersebut terlihat daya listrik yang dikonsumsi berkisar pada 900 W hingga 1000 W ketika sistem aktif.
Daya terukur sebesar 0 W terjadi ketika air pada kabin sudah mencapai 15C yang kemudian PLC akan mematikan Selama sistem aktif, terjadi penurunan nilai daya.
Hal ini disebabkan oleh penurunan nilai arus yang dikonsumsi oleh kompresor akibat dari beban pendinginan yang turun.
Daya (Wat.
Waktu .
Gambar 5.
Kurva daya terhadap waktu Gambar 6 menunjukkan sampel kurva tekanan suction dan discharge terhadap waktu.
Melalui kurva tersebut terlihat tekanan suction dan discharge yang cenderung stabil selama sistem bekerja.
Pada menit ke-48 terjadi cut-out pertama yang mengakibatkan naiknya nilai tekanan suction yang disertai dengan penurunan tekanan discharge.
Hal ini disebabkan oleh refrigeran di dalam sistem yang berupaya mencari titik setimbangnya.
Sistem kembali aktif pada menit ke-105, dan 12 menit setelahnya tekanan suction dan discharge sudah stabil Kembali, sehingga tidak terdapat penurunan maupun kenaikan yang signifikan.
Pada saat steady, tekanan suction berada pada nilai 3,4 bara sedangkan tekanan discharge berada pada nilai 15 Perancangan Water Chiller Pengkondisi Media Tanam Hidroponik Deep Flow Technique untuk Tanaman Selada (Lactuca Sativ.
( Anas Akbar.
Ranufani Mahameru Timur Angin.
Muhammad Arman.
Arda Rahardja Lukitobudi .
Bowo Yuli Prasety.
DOI :https://doi.
org/10.
33579/krvtk.
Tekanan .
Waktu .
Gambar 6.
Kurva tekanan suction dan tekanan discharge terhadap waktu Tabel 5 memperlihatkan performa sistem yang dihasilkan.
Melalui hasil pengujian, diperoleh waktu pendinginan (CT) yang diperlukan untuk mendinginkan air sampai 15EE yaitu selama 30 menit.
Data yang diperoleh pada pembahasan sebelumnya kemudian digunakan untuk menggambarkan siklus sistem refrigerasi pada diagram P-h.
Penggambaran siklus sistem pada diagram P-h dilakukan pada keadaan steady Kemudian diperoleh nilai efek refrigerasi dan kerja kompresi dari sistem yang dirancang masingmasing sebesar 170 kJ/kg dan 41,99 kJ/kg.
Selain itu diperoleh pula COPa dan COPc melalui persamaan 11 dan 12 dengan nilai 4,05 dan 5,13.
Efisiensi refrigerasi () dari sistem yang telah dirancang diperoleh sebesar 78,9%.
No.
Tabel 3.
Performa sistem Parameter CT .
Efek Refrigrasi .
J/k.
Kerja Kompresi .
J/k.
COPa
COPc
(%)
Hasil Pengujian 41,99 4,05 5,13 Pada Gambar 8 terlihat hasil panen dari tanaman hidropnik yang temperatur airnya telah dikondisikan.
Tanaman ini tumbuh secara optimal yang ditandai dengan tanaman yang hijau segar.
Setelah tumbuh selama 18 hari, hasil panen selada diperoleh sebanyak 0.
65Kg dengan lubang tanam sebanyak 16.
Gambar 1.
Hasil Produksi: .
Selada Hasil Panen.
Berat Produk KURVATEK Vol.
No.
November 2024: 117 Ae 126
KURVATEK
e-ISSN: 2477-7870 p-ISSN: 2528-2670 IV.
KESIMPULAN
Sistem water chiller untuk pengkondisian air hidroponik metode DFT berhasil dirancang, dengan waktu pendinginan selama 30 menit mampu menurunkan temperatur air hingga 15EE.
melalui pengujian sistem yang dilakukan diperoleh COPa.
COPc, dan efisiensi refrigerasi () masing-masing sebesar 4,05, 5,13, dan 78,0%.
Hasil panen tanaman selada setelah 18 hari penanaman yang ditumbuhkan dalam sistem ini diperoleh dengan massa sebesar 0,65 Kg.
Hasil penelitian ini memberikan sudut pandang baru terhadap pemanfaatan sistem pendinginan bagi teknologi pertanian.
Namun, penelitian lanjutan tentunya sangat dibutuhkan untuk menunjang teknologi pertanian yang lebih efektif dan efisien lagi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Politeknik Negeri Bandung atas bantuan pendanaan untuk karya tulis ini dan pihak-pihak yang mensupport penulis dalam proses penyusunan.
DAFTAR PUSTAKA