Rancangan greenhouse untuk tanaman tomat berkapasitas 1000 tanaman

Script Rancangan Teknik

RANCANGAN GREENHOUSE UNTUK

TANAMAN TOMAT BERKAPASITAS

1000 TANAMAN

Oleh :

Muadz Abdul Rosyid            /F14130131

Rizky Akbar Maharoesman / F14130130

 

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

2016

PENDAHULUAN

Latar Belakang

            Tomat (Lycopersicumesculentum Mill.) merupakan tanaman hortikultura yang mempunyai banyak manfaat bagi tubuh manusia. Saat ini, Tingkat konsumsi tomat dimasyarakat terus meningkat. Badan Pusat Statistik (2011), melaporkan bahwa produksi nasional tomat tahun 2006-2010 terus mengalami peningkatan, nilai produksinya tahun 2006 sebesar 629,744 ton, tahun  2007 sebesar 635,474 ton, tahun 2008 sebesar 725,973 ton, tahun 2009 sebesar 853,061 ton, dan tahun 2010 sebesar 891,616 ton. Namun, kendala seperti rendahnya kualitas dan produktivitas tomat yang dihasilkan serta keterbatasan lahan serta kondisi cuaca yang tidak menentu merupakan beberapa faktor kendala dalam pengembangan usaha budidaya tanaman tomat. Untuk menanggulangi hal tersebut, penerapan sistem hidroponik yang dipadukan dengan teknologi greenhouse menjadi salah satu alternatif solusi yang dapat digunakan.

Teknologi greenhouse merupakan sebuah rekayasa teknik yang bertujuan agar lingkungan tumbuh untuk tanaman sesuai. Teknologi greenhouse saat ini memiliki kemampuan merekayasa cuaca. Dimana, didalam greenhouse perubahan cuaca dapat direkayasa diantaranya suhu udara, durasi penyiraman dan sirkulasi udara (Alwi 2011). Sistem pertanian dengan lingkungan yang terkontrol dimana budidaya tanaman di dalam greenhouse dapat meningkatkan hasil produksi holtikultura menjadi salah satu solusi dalam rangka Indonesia menuju swasembada pangan (Abbas, Syam, dan Jaelani 2015). Untuk itu dilakukanlah perancangan greenhouse untuk tanaman tomat dengan kapasitas 1000 tanaman. Adapun pengklasifikasian terhadap greenhouse yang akan dirancan berdasarkan jenis bahan konstruksi, yaitu rumah kasa dengan bahan konstruksi logam dan rumah kasa dengan bahan konstruksi non-logam (kayu atau bambu) serta berdasarkan ukuran luas bangunan, yaitu rumah kasa kecil (luas bangunan kurang dari 60 m²), rumah kasa sedang (luas bangunan antara 60 m² – 200 m²), dan rumah kasa besar (luas bangunan lebih dari 200 m²).

Tujuan

             Tujuan dari makalah ini adalah merancang ukuran greenhouse yang optimum untuk memenuhi kebutuhan penanaman 1000 tanaman tomat dengan paraeter – parameter standar untuk perancangan greenhouse di daerah tropis.

DESKRIPSI MASALAH

            Dibutuhkan rancangan greenhouse yang optimum dari segi dimensi untuk penanaman bibit tomat dengan kapasitas 1000 tanaman. Setiap bibit ditanam dalam polybag berukuran 35 x 40 cm dengan jarak antar bedengan 100 cm dan jarak antar tanaman 50 cm. Tipe atap greenhouse yang digunakan adalah Single-span Standard Peak Greenhouse, konstruksinya menggunakan kayu atau bambu dengan kasa plastik transparan. Dari kontruksi ini tentukan apakah ini termasuk rumah kasa kecil, sedang, atau besar. Lalu tentukan optimasi luas permukaan yang paling minimum dinding dan atap berbentuk separoh silinder, tetapi volume susai rumah kasa yang telah ditentukan sebelumnya.

ANALISIS DIMENSI DAN DESAIN GREENHOUSE

Analisis yang dilakukan meliputi 5 hal, yaitu:

1.    Analisis jumlah bedengan dan jumlah tanaman pada setiap bedengan

2.    Analisis jarak antar bedengan dengan dinding samping, belakang, dan depan.

3.    Analisis tinggi pondasi, tinggi ruang tanam, luas permukaan atap, dan tinggi total greenhouse.

4.    Penentuan ukuran pintu.

5.    Perhitungan luas permukaan keseluruhan greenhouse.

1.    Analisis jumlah bedengan dan jumlah tanaman pada setiap bedengan

Batasan masalah :

·         Kapasitas greenhouse tanaman tomat          = 1000 tanaman

·         Ukuran polybag tanaman tomat                     = 35 x 40 cm

·         Jarak tanaman antar bedengan                     = 100 cm

·         Jarak antar tanaman                                      = 50 cm

Optimasi menggunakan metode Lagrange Multiplier

Fungsi tujuan  :

            P          = 100 (y + 1) + 40y

                        = 140y + 100

            L          = 50 (x + 1) + 35x

                        85x + 50

            Luas    = P x L

                        = (140y + 100) x (85x + 50)

                        = 11900xy + 8500x + 7000y + 5000

Dimana x merupakan jumlahtanaman dalam setiap bedengan dan y merupakan jumlah bedengan

Fungsi kendala           : xy = 1000

LE        = fungsi tujuan l(fungsi kendala)

LE        = 11900xy + 8500x + 7000y + 5000 + l(xy - 1000)

dLE/dx = 11900xy + 8500x + ly         = 0

dLE/dy = 11900x + 7000 + lx             = 0

dLE/dl = xy – 1000                             = 0

xy        = 1000 ;                       dimana                        x = 1000/y

dari persamaan (1), dihasilkan perhitungan sebagai berikut

            11900y + 8500 + ly    = 0

            (11900 + l)y + 8500   = 0

            (11900 + l)                 = - (8500/y)

dari persamaan (2), dihasilkan perhitungan sebagai berikut

            11900x + 7000 + lx    = 0

            (11900 + l)x + 7000   = 0

            (11900 + l)                 = - (7000/x)

Selanjutnya, subtitusi persamaan (4) dengan persamaan (5), sehingga diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut

- (8500/y)        = - (7000/x)

            x                      = 14y/17

Subtitusi persamaan (6) dengan persamaan (3), sehingga diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut

            14y/17 = 1000/y

            y          = 34,87 ~ 35 bedengan, dan

            x          = 1000/y

                        = 1000/35

                        = 28,57            ~ 29 tanaman pada setiap bedengan

Sehingga diperoleh panjang serta lebar untuk luas lahan tanaman didalam greenhouse sebagai berikut

Panjang           = 140y + 100

                        = 140(35) +100

                        = 5000 cm

Lebar               = 85x + 50

                        = 85(29) + 50

                        = 2515 cm

Luas lahan untuk tanaman didalam greenhouse adalah 5000 x 2515 cm²

2.    Analisis jarak antar bedengan dengan dinding samping, belakang, depan

Total panjang untuk media tanam      = (PP x SB) + (JB x (SB – 1))

                                                           = ( 40 x 35) cm + (100 x (35 – 1))cm

                                                           = 4800 cm

            Keterangan :   PP       = panjang polybag

                                    SB       = jumlah bedengan

                                    Jb        = jarak antar bedengan

Sisa panjang lahan  = (5000 – 4800) cm

= 200 cm ( jarak bedengan dengan dinding greenhouse bagian depan dan belakang).

            Total lebar untuk media tanam           = (LP x ST) + (JT x (ST – 1))

                                                                        = (35 x 29) cm + (50 x (29 – 1)) cm

                                                                        = 2415 cm

            Keterangan :   LP        = Lebar polybag

                                    ST       = Jumlah tanaman

                                    JT        = Jarak tanaman

            Sisa lebar lahan          = (2515 – 2415) cm

= 100 cm (jarak bedengan dengan dinding greenhouse bagian samping kanan dan kiri).

3.    Analisis tinggi pondasi, ruang tanam, dan total serta luas permukaan atap greenhouse

Tinggi pondasi dan tingi ruang tanam

Greenhouse yang dirancang direncanakan terbuat dari bahan non logam yaitu kayu. Berdasarkan SNI 2010 tentang konstruksi greenhouse, tinggi pondasi adalah 0,2 m dan tinggi total ruang tanam, yaitu 2,5 – 4 m. Dalam rancangan ini dipilih tinggi optimum ruang tanam yaitu 3 m.

Luas permukaan atap

Menurut Suhardiyanto (2006), sudut kemiringan optimum pada atap greenhouse tipe standard peak sekitar 25^o – 30^o. Dalam perancangan ini dipilih sudut optimum, yaitu 25^o. Berikut adalah gambaran atap greenhouse tampak depan.

Gambar 1 Atap segitiga pada greenhouse (tampak depan)

Tan 25o           = T/1257,5

T                      = 586,38 cm

T                      = 5,86 m

Dengan tinggi atap seperti di atas, volume bagian atap diperoleh sebesar

V                      = ½ L x T x P

                        = ½ x 25,15 x 5,86 x 50

                        = 3.684,475 m³

Atap yang direncanakan untuk perencanaan greenhouse ini berbentuk setengah tabung dengan bagian sisi tabung berbentuk elips. Berikut adalah perhitungan untuk menentukan luas permukaan atap yang minimun.

Gambar 2 Atap setengan tabung pada greenhouse

Volume atap segitiga = ½ volume atap setengah tabung

3.684,475                    = ½ (П x a x b x P)

                                    = ½ (П x a x 12,575 x 50)

3.684,475                    = 987,638 a

                        a          = 3,73 m

4.    Menentukan ukuran pintu

Ukuran pintu ditentukan dengan tipe geser dengan ukuran

Tinggi : 2 m (tinggi maksimum orang Indonesia)

Lebar   : 2 m (berdasarkan SNI 2010)

5.    Perhitungan luas permukaan keseluruhan greenhouse

Luas permukaan dinding:      

LD       = (2 x P x T) + (2 x L x T)

                        = (2 x 50 x 3) + (2 x 25,15 x 3)

                        = 450,9 m²

Luas permukaan atap:

            LA        = (2 x ½ luas elips) + (luas selimut tabung)

                        = (luas elips) + (½  keliling elips x P)

                        = (П x a x b) + (½ x ½П( a + b) x p)

                        = (П x 3,73 x 12,575) + (½ x ½П (3,73 + 12, 575) x 50)

                        = 787,65 m²

Luas total        = luas permukaan dinding + luas permukaan atap

            LT        = (450,9 +787,65) m²

                        = 1238,55 m²

Sehingga diperoleh hasil rancangan greenhouse termasuk kedalam rumah kasa besar karena luas permukaan kasa lebih dari 200 m². Hal ini diperkuat dengan data sebagai berikut:

Gambar 3 Spesifikasi tenkin rancangan rumah tanman (greenhouse)

Berdasarkan lima point analisis diatas, dapat dirumuskan bahwa ukuran greenhouse yang optimum dapat dilihat pada Tabel 1, yaitu

Tabel 1 Ukuran bagian – bagian greenhouse

Nama Bagian	Ukuran (m)
Lebar greenhouse	25,15
Panjang greenhouse	50
Tinggi dasar bangunan	0,5
Tinggi ruang bangunan	3
Tinggi atap setengah silinder	3,73
Tinggi total greenhouse	8,23
Tinggi pintu	2
Lebar pintu	2

DESAIN GREENHOUSE

Gambar 4 Desain greenhouse

  PEMBAHASAN

          

     Rancangan Greenhouse untuk tanaman tomat menggunakan kriteria jarak tanam antar bedengan 100 cm dan jarak antar tanaman dalam bedengan 50 cm. Jarak tersebut dirasa cukup untuk jalur pejalan kaki ketika bekerja di dalam greenhouse. Tanaman tomat yang dibudidayakan menggunakan polybag dengan ukuran 35 x 40 cm. Jumlah tanaman yang ditanam sebanyak 1000 tanaman.

Perhitungan optimasi dilakukan dengan menggunakan persamaan Lagrange dan dihasilkan jumlah bedengan sebanyak 35 dengan jumlah tanaman disetiap bedengan sebanyak 29. Panjang greenhouse, yaitu 50 m dan lebar 25,15 m sehingga luas lahan yang dibutuhkan 1257,5 m². Jarak antara tanaman dengan batas-batas greenhouse, yatu dinding juga dihitung. Batas antara tanaman dengan dinding samping adalah 1 m dengan jarak dari sisi kiri, yaitu 50 cm dan sisi kanan 50 cm. Batas antara tanaman dengan dinding depan serta belakang adalah 1 m.

Menurut Suhardiyanto (2006), sudut kemiringan optimum pada atap greenhouse tipe standard peak sekitar 25^o – 30^o sehingga sudut kemiringan yang digunakan adalah 25^o. Adapun pertimbangan lainnya, yaitu dengan semakin kecilnya sudut yang digunakan maka semakin kecil tinggi dari bagian atap yang digunakan sehingga bahan yang digunakan juga akan semakin sedikit (hemat). Dalam proses perhitungan, Atap segitiga digunakan sebagai acuan pendekatan untuk menghitung volume atap greenhouse tipe single span standard peak. Bentuk atap dari tipe single span standard peak adalah setengah tabung silinder. Berdasarkan gambar 2 diperoleh tinggi dari atap single span standard peak yang akan digunakan, yaitu 3,73 m dengan luas permukaan atap sebesar 787,65 m². Untuk luas permukaan dinding diperoleh hasil sebesar 450,9 m² dimana tinggi dari diding bangunan greenhouse yang digunakan adalah adalah 3 m. Tinggi ini disesuaikan dengan tinggi umum untuk orang indonesia. Rata rata tinggi badan pada laki-laki adalah 167,9 ± 6,49 cm dimana tinggi badan terendah adalah 151,2 cm dan tinggi badan tertinggi adalah 186,2. Sedangkan pada perempuan rata-ratanya adalah 155, ± 5,22 cm dimana tinggi badan terendah adalah 145,5 cm dan tinggi badan tertinggi adalah 168,3 cm (Asmiliaty E 2012). Sementara tinggi dari pintu yang digunakan adalah 2 m.

Untuk bahan rangka pada ruang tanam yang akan digunakan yaitu balok kayu, sedangkan rangka atap terbuat dari bambu. Bambu digunakan sebab mudah untuk dilengkungan ketika proses pembentukan rangka atap. Bentuk rangka atap yang digunakan adalah adalah setengah silinder. Selain itu, harga bambu tang tidak terlalu mahal serta ketersediaannya yang banyak di Indonesia memudahkan untuk proses pemesanan serta penggantian jika terjadi kerusakan. Sementara itu, Bahan untuk dinding greenhouse adalah ramp kawat. Ramp kawat digunakan karena dapat mencegah hama untuk masuk namun udara dapat tetap masuk sehingga proses sirkulasi udara pada greenhouse tetap terjadi tanpa harus membuka pintu.

DAFTAR PUSTAKA

Abbas H, Syam R, dan Jaelani B. 2015. Rancang bangun smart greenhouse sebagai tempat budidaya tanaman menggunakan solar cell sebagai sumber listrik. Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV. Banjarmasin.

Alwi,  M.  (2011).  Analisis  Kinematika dan   Dinamika   Smart   Green   House Untuk Tanaman Hidroponik. Makassar: Universitas Hasanuddin.

Asmiliaty, E. 2012. Model Prediksi Tinggi Badan Usia Dewasa Muda Dengan Menggunakan Prediktor Panjang Depa. Skripsi Sarjana pada FKM UI Depok.
Badan  Pusat  Statistik.  2011.  Produksi  sayuran  di Indonesia. http://www.bps.go.id. [14 Desember 2011].

Suhardiyanto, H., M. Widyarti, F. Chrisfian, I.S. Muliawati. 2006. Analisis ventilasi alamiah untuk modifikasi rumah kaca standard peak tipe curam. Jurnal Keteknikan Pertanian. 20(2).

Standar Nasional Indonesia. 2010. SNI 1760 : 2010 Tentang Konstruksi Greenhouse. Badan Standarisasi Nasional

Sumarni, E. 2007. Optirnasi Sudut Atap dan Tinggi Dinding pada Rumah Kaca di Daerah Tropika dengan Algoritma Genetik (AG). Tesis. Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Sekolah Pascasarjana IPB. Bogor. 106p.