Sistem Pendinginan Pengabutan untuk Rumah Tanaman

Konsep Dasar

Sistem pendinginan pengabutan menggunakan konsep pendinginan evaporatif (pendinginan yang disertai penguapan). Apa yang dirasakan oleh tubuh ketika cairan alkohol dioleskan pada permukaan lengan? Lalu, apa yang dirasakan pula ketika keluar dari kolam renang dan angin sepoi-sepoi berhembus? Tubuh merasa dingin bukan? Fenoma inilah yang dinamakan pendinginan evaporatif. Sebelum mauk ke penjelasan tentang fenomena ini, terlebih dahulu disampaikan proses pendinginan evaporatif pada diagram psikrometri.

Dalam penggalan diagram psikrometri, proses pendinginan evaporatif disajikan pada Gambar 1. Subskrip 1 menunjukkan kondisi sebelum poses, sementara subskrip 2 menujukkan kondisi seteleh proses.

Gambar 1. Proses pendinginan evaporatif pada diagram psikrometri

Dalam proses ini, empat parameter termodinamika udara penting yang dapat dianalisis adalah: 1) suhu bola kering (Tdb); 2) kelembaban nisbi (RH) 3) kelembaban mutlak (w); dan 4) entalpi (h). Rinciannya adalah sebagai berikut: 1) suhu bola kering (Tdb) mengalami penurunan dari Tdb1 menuju Tdb2; 2) kelembaban nisbi (RH) mengalami peningkatan dari RH1 menuju RH2; 3) kelembaban mutlak udara (w) mengalami peningkatan dari w1 menuju w2; dan 4) entalpi (h) tidak mengalami perubahan (konstan).

Mari kita kembali ke fenomena pendinginan evaporatif yang dirasakan tubuh. Mengapa tubuh merasa dingin? Alkohol yang dioleskan pada permukaan lengan dan air kolam yang berada di permukaan tubuh mengalami proses penguapan. Diketahui bahwa proses penguapan memerlukan energi kalor. Kalor tersebut diserap dari tubuh. Dengan demikian, jumlah kalor yang berada pada tubuh menjadi berkurang. Hal inilah yang menyebabkan tubuh merasa dingin karena suhu tubuh menurun.

Demikian pula halnya dengan pendinginan evaporatif di dalam rumah tanaman. Kalor yang diperlukan untuk penguapan butiran kabut tersebut diambil dari udara di dalam rumah tanaman. Dengan demikian, jumlah kalor (khususnya kalor sensibel) yang berada di udara di dalam rumah tanaman menjadi berkurang. Hal inilah yang menyebabkan suhu bola keringnya (Tdb) menurun. Bersamaan dengan itu, jumlah massa uap airnya bertambah, sehingga kelembaban mutlak (w) dan nisbinya (RH) meningkat.

Peribahasa yang tepat untuk menjelaskan manfaat sistem pendinginan evaporatif adalah sekali merengkuh dayung, dua tiga pulau terlampau. Artinya, sistem pendinginan ini memberikan lebih dari satu manfaat: selain dapat menurunkan parameter suhu bola kering, sistem pendinginan ini sekaligus dapat meningkatkan kelembaban udara, baik mutlak maupun nisbi.

Pengaruh Suhu dan Kelembapan Udara terhadap Pertumbuhan Tanaman

Suhu dan kelembapan udara berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman. Idealnya, suhu dan kelembapan udara harus berada pada kisaran optimum supaya pertumbuhan tanaman dapat berlangsung secara maksimumPengaruh suhu udara yang melebihi kisaran optimum serta kelembapan nisbi udara yang kurang dari kisaran optimum terhadap pertumbuhan tanaman antara lain adalah a) tanaman mengalami cekaman panas (heat stress) dan cekaman air (water stress); b) benih mengalami kerusakan dan menjadi tidak aktif; c) efisiensi fotosintesi menurun karena enzim menjadi tidak stabil bahkan rusak; dan d) proses respirasi menjadi lebih tinggi sehingga tanaman mengalami kerusakan, baik struktural maupun enzimatik.

Dalam konteks penerapan sistem pendinginan evaporatif di dalam rumah tanaman, tentu saja tujuan utamanya adalah menurunkan suhu udara sekaligus mengingkat kelembapan nisbi udara sehingga berada pada kisaran optimum bagi pertumbuhan tanaman yang dibudiyakan di dalam rumah tamana tersebut.

Sistem Pendinginan Pengabutan

Apa itu sistem pendinginan pengabutan (fog cooling system)? Sistem pendinginan pengabutan dapat didefinisikan sebagai salah satu sistem pendinginan yang termasuk ke dalam sistem pendinginan evaporatif yang menggunakan perangkat pengabutan air. Sistem pendinginan ini mulai pada tahun 2000 dikembangkan oleh Makio Hayashi, seorang profesor bidang pengendalian lingkungan untuk produksi tanaman dari Tokai University Jepang. Pada waktu itu, Hayashi melakukan analisis penerapannya pada rumah tanaman berventilasi alami untuk produksi tomat. Melalui beberapa nozel, air disemprotkan ke udara oleh pompa tekanan tinggi dan berdebit rendah sehingga menghasilkan butiran air yang sangat halus, tergolong kategori kabut (fog).

Perangkat Sistem dan Mekanisme Kerjanya

Komponen utama sistem pendinginan pengabutan terdiri atas penyaring, bak penampung (reservoir), pompa pengabutan, katup pengatur tekanan, pengukur tekanan, katup pembuang tekanan, pipa penghantar dan nozel pengabutan (Gambar 2).

Gambar 2. Diagram skematis instalasi perangkat sistem pendinginan pengabutan (skala bebas)

Penyaring berfungsi untuk menyaring benda serta bahan pengotor (partikulat) yang terkandung di dalam air, sehingga air yang masuk ke dalam reservoir bebas dari kotoran. Reservoir berfungsi sebagai tempat penampung air guna disalurkan kepada sistem pendinginan. Pompa pengabutan berfungsi mengisap air dari reservoir dan menyalurkannya melalui pipa penghantar. Letak pompa harus sedekat mungkin dengan reservoir supaya mampu mengisap air dengan cepat. Pengukur tekanan (pressure gauge) merupakan alat untuk mengukur tekanan kerja pompa air. Nozel pengabutan berfungsi memecah air menjadi butiran (droplet) yang sangat halus, tergolong kategori kabut (fog). Katup pembuang tekanan berfungsi untuk membuang tekanan sisa agar tidak menimbulkan tetesan air dari mulut nozel pengabutan saat awal pompa pengabutan dinyalakan dan setelah dimatikan.

Lalu, bagaimama mekanisme kerja sistem pendinginanini? 1) setelah disaring, air disalurkan ke penampungan air (reservoir); 2) pompa pengabutn bertekanan kerja 700-14.000mengisap air dari reservoir kemudian menyalurkannya melalui pipa penghantar menuju nozel pengabutan; dan 3) melalui lubang nozel tersebut, akhirnya, butiran air yang sangat halus (tergolong kategori kabut, berdiameter kurang dari 60 mikron) disemprotkan ke udara di dalam rumah tanaman.

Pada umumnya, siste pendinginan ini dioperasikan secara secara selang-seling menggunakan saklar timer. Antarpengabutan diselingi interval (stand-by) sehingga membentuk pola siklus. Contohnya, pola siklus 1:3. Artinya, durasi pengabutan 1 menit diselingi interval 3 menit. Begitu seterusnya.

Suhu dan Kelembaban Nisbi Udara yang Dihasilkan Sistem

Contoh profil perubahan Tdbi dan RHi hasil pengoperasian sistem pendinginan pengabutan disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Profil Tdbi dan RHi hasil operasi sistem pendinginan pengabutan: (a) selama pengabutan dan (b) dalam pola siklus 1:3

Sebelum sistem pendinginan pengabutan dioperasikan, Tdbi dan RHi adalah 29,0 oC dan 48%. Selama masa pengabutan (highlight abu-abu), Tdbi menurun drastis hingga mencapai 21,0 oC. Sementara, RHi meningkat drastis hingga mencapai 85%. Hal ini terjadi akibat dari proses penguapan droplet yang disemprotkan melalui nozel ke udara di dalam rumah tanaman. Perubahan ini menunjukkan bahwa pendinginan evaporatif dapat menurunkan suhu bola kering sekaligus meningkatkan kelembapan nisbi udara secara efektif di dalam rumah tanaman.

Tdbi minimum dan RHi maksimum tercapai sesaat setelah operasi sistem dihentikan. Pada pola siklus, selama masa interval, Tdbi meningkat secara perlahan dan RHi menurun secara perlahan juga. Perubahan Tdbi dan RHi selama masa interval cenderung bergerak kembali ke kondisi awal keduanya. Perubahan ini disebabkan oleh proses konversi radiasi matahari menjadi panas sensibel di dalam rumah tanaman dan pengeluaran uap air dari dalam rumah tanaman melalui proses ventilasi. Pola perubahan Tdbi dan RHi selama siklus pertama berulang pada siklus-siklus berikutnya.

Keunggulan yang Dimiliki

Sistem pendinginan pengabutan memiliki beberapa keunggulan, yaitu 1) biaya investasi dan operasinya jauh lebih rendah daripada sistem pendinginan sekat-dan-kipas (pad-and-fan cooling system) karena tidak menggunakan sekat pendinginan (cooling pad), maupun kipas isap (exhaust fan); 2) efisiensi penguapan airnya tinggi karena droplet yang sangat halus memiliki kecepatan jatuh-bebas dan mudah terbawa aliran udara di dalam rumah tanaman; dan 3) nozel dapat dipasang pada setiap lokasi yang diinginkan sehingga pendinginan udara dapat menjangkau seluruh wilayah rumah tanaman dan suhu udara yang dihasilkannya menjadi lebih seragam. Nah, berdasarkan keunggulan yang dimilikinya, apakah berminat menerapkan sistem pendinginan ini pada rumah tanaman pembaca?