Mu'Minah M PKMKC Laporan Akhir SMIPY [PDF]

Citation preview

LAPORAN AKHIR PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA



SMIPY: SMART MINI PLANT FACTORY BERBASIS INTERNET OF THINGS SEBAGAI PENDUKUNG URBAN FARMING



BIDANG KEGIATAN PKM KARSA CIPTA



Diusulkan oleh: Mu’minah Mustaqimah Ahmad Safrizal Bung Daka Putera



F14140011/2014 F14140060/2014 F14140057/2014



INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2018



LEMBAR PENGESAHAN



ii



RINGKASAN Pemenuhan kebutuhan sayuran sehat dan berkelanjutan merupakan salah satu permasalahan bagi masyarakat perkotaan karena sempitnya lahan untuk kegiatan budidaya. Hidroponik merupakan metode budidaya tanaman tanpa tanah yang saat ini banyak digunakan di lahan yang terbatas. Akan tetapi, belum terdapat optimasi faktor lingkungan untuk mendukung tumbuh kembang tanaman, dikarenakan kondisinya yang masih sangat bergantung pada lingkungan luar. Saat ini, telah dikembangkan inovasi bertanam menggunakan sistem plant factory. Namun, sistem plant factory umumnya masih diterapkan dalam skala besar/industri. Salah satu solusi dari masalah ini adalah dengan melakukan inovasi bertanam dengan sistem plant factory pada lahan sempit di perkotaan, yaitu SMIPY (Smart Mini Plant Factory). Tahapan kegiatan untuk membuat prototip SMIPY meliputi perancangan, pabrikasi serta pengujian kinerja alat. Alat ini berupa lemari empat rak budidaya yang dilengkapi dengan sistem pengendalian larutan nutrisi yang berbeda untuk setiap rak. Hal ini memungkinkan pengguna untuk dapat menanam berbagai macam tanaman dalam satu waktu, ataupun menerapkan sistem tanam bergilir sehingga masa panen juga dilakukan secara bergantian per minggu. Dipergunakan cahaya buatan berupa LED untuk mendukung fotosintesis tanaman dan kipas untuk sirkulasi udara. SMIPY mempunyai dimensi 0.44 m x 0.5 m x 1.7 m, kapasitas total 24 lubang tanam, dengan kebutuhan daya 91 W. Dari hasil uji fungsional alat, diketahui bahwa seluruh komponen alat dapat bekerja dengan baik. Ketepatan pengendalian larutan nutrisi yang diujicobakan mencapai 91%. Uji kinerja alat dengan penanaman kangkung menunjukkan bahwa penggunaan SMIPY mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman sebesar 43,75% dibanding sistem konvensional. Pertumbuhan tanaman terbaik diperoleh dengan pencahayaan LED putih yaitu tinggi tanaman 21 cm, jumlah daun 9 helai, dan berat 7,7 g per lubang tanam pada umur 14 hari setelah tanam. Kata kunci: hidroponik, internet of things, plant factory, urban farming



iii



DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii RINGKASAN ........................................................................................................ iii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv DAFTAR TABEL ................................................................................................... v DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... v BAB 1. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang............................................................................................. 1 1.2



Perumusan Masalah .................................................................................... 1



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 2 2.1 Hidroponik ..................................................................................................... 2 2.2 Plant Factory dengan Pencahayaan Buatan ................................................. 2 BAB 3. METODE PENELITIAN........................................................................... 3 3.1 Waktu dan Tempat ........................................................................................ 3 3.2 Tahapan Pelaksanaan..................................................................................... 3 3.3 Perancangan Alat ........................................................................................... 3 3.4 Pabrikasi Alat ................................................................................................ 4 BAB IV HASIL YANG DICAPAI DAN POTENSI KHUSUS ............................. 5 4.1 Hasil Perancangan Alat ................................................................................. 5 4.2 Uji Fungsional Alat ....................................................................................... 6 4.3 Uji Kinerja Alat ............................................................................................. 8 4.4 Potensi Hasil .................................................................................................. 9 BAB V PENUTUP.................................................................................................. 9 5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 9 5.2. Saran ........................................................................................................... 10 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 10 LAMPIRAN .......................................................................................................... 11



iv



DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Hubungan antara panjang gelombang cahaya dengan pertumbuhan tanaman (Kozai et al., 2016) ................................................................................... 2 Gambar 2. Mekanisme kontrol alat ......................................................................... 4 Gambar 3. Hasil simulasi perubahan suhu pada berbagai kecepatan udara ............ 5 Gambar 4. Hasil simulasi perubahan kelembaban pada berbagai kecepatan udara 6 Gambar 5. Prototip SMIPY ..................................................................................... 6 Gambar 6. Kurva kalibrasi perubahan nilai EC terhadap penambahan larutan A dan B ....................................................................................................................... 7 Gambar 7. Interface monitoring SMIPY ................................................................ 8 Gambar 8. Hasil uji kinerja alat pada LED merah-biru, LED putih dan kontrol .... 8 Gambar 9. Perbandingan tanaman pada tiga pencahayaan berbeda berdasarkan bobot total, tinggi tanaman dan jumlah daun .......................................................... 9



DAFTAR TABEL Tabel 1. Rancangan fungsional alat ........................................................................ 3 Tabel 2. Hasil validasi sistem penyaluran nutrisi loop terbuka .............................. 7



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Rancangan desain alat ...................................................................... 11 Lampiran 2. Hasil simulasi kecepatan udara, suhu dan kelembaban menggunakan CFD pada 4 variasi kecepatan kipas ..................................................................... 12 Lampiran 3. Dokumentasi kegiatan ...................................................................... 13 Lampiran 4. Analisis ekonomi .............................................................................. 15 Lampiran 5. Publikasi di media massa .................................................................. 17 Lampiran 6. Publikasi ilmiah ................................................................................ 19 Lampiran 7. Surat Keterangan Pengajuan Paten ................................................... 21 Lampiran 8. Anggaran Dana ................................................................................. 22



v



1



BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penyediaan pangan yang sehat dan berkelanjutan merupakan salah satu aspek utama yang sangat penting di masyarakat. Akan tetapi, masalah yang harus diselesaikan adalah sempitnya lahan untuk kegiatan budidaya, khususnya di perkotaan. Penurunan produktivitas selain karena masalah keterbatasan lahan juga disebabkan menurunnya tenaga kerja di sektor pertanian. Hidroponik merupakan metode budidaya tanaman tanpa tanah yang saat ini banyak digunakan di lahan yang terbatas. Akan tetapi, belum terdapat optimasi faktor lingkungan untuk mendukung tumbuh kembang tanaman, dikarenakan kondisinya yang masih sangat bergantung pada lingkungan luar. Solusi mutakhir yang saat ini ditawarkan adalah dengan bertanam menggunakan sistem plant factory. Plant factory adalah sistem produksi tanaman yang terisolasi dari lingkungan luar (Shimizu et al., 2011), sehingga hasil produksinya menjadi lebih sehat, segar dan berkualitas tinggi. Saat ini, sistem plant factory umumnya masih diterapkan dalam skala besar/industri. Mengadaptasi hal tersebut, inovasi Smart Mini Plant Factory (SMIPY) dapat menjadi solusi penyediaan pangan yang sehat dan berkelanjutan di perkotaan (urban farming), pada lahan dan waktu yang terbatas. SMIPY merupakan plant factory berskala rumah tangga berbasis Internet of Things (IoT) dimana seluruh fungsi monitor dan kontrol dapat dilakukan oleh pengguna melalui internet. Teknologi yang digunakan adalah teknologi hidroponik yang dilengkapi dengan sensor, sistem kendali nutrisi otomatis, mikrokontroller, dan LED. Tujuan dari kegiatan ini adalah menciptakan prototipe SMIPY sebagai pendukung urban farming. 1.2



Perumusan Masalah Beberapa permasalahan yang dihadapi dalam penyediaan sayuran di perkotaan saat ini adalah: 1. Sulitnya mendapatkan sayuran segar berkualitas dan bebas dari residu pestisida sehingga aman dikonsumsi oleh keluarga 2. Minimnya ketersediaan lahan kosong di area tempat tinggal di perkotaan 3. Kurangnya waktu masyarakat perkotaan untuk dapat membudidayakan sayuran sendiri. Usaha penyediaan pangan dengan teknologi hidroponik canggih ini memiliki banyak keunggulan, yaitu ramah lingkungan, produk yang dihasilkan higienis dan sehat, serta adanya pemanfaatan lahan kecil sebagai tempat peletakan alat SMIPY. Kegiatan ini diharapkan dapat menghasilkan beberapa luaran, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Rancangan Smart Mini Plant Factory skala rumah tangga dengan fungsi Internet of Things yang secara real time menunjukkan kondisi suhu, kelembaban, intensitas cahaya, pH, serta EC.



2



2. Publikasi ilmiah pada seminar internasional dan jurnal nasional terakreditasi 3. HaKI dalam bentuk paten sederhana



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hidroponik Hidroponik merupakan teknologi bercocok tanam tanpa tanah, tetapi menggunakan larutan nutrisi sebagai sumber utama pasokan nutrisi tanaman. Hidroponik berasal dari bahasa latin yang terdiri dari kata hydro yang berarti air, dan kata ponos yang berarti kerja (Soeseno, 1998). Tanaman hidroponik yang dapat ditanam pada alat ini umumnya mempunyai karakteristik yang hampir sama, yaitu dapat tumbuh pada suhu ruang, intensitas cahaya normal dan mempunyai ketinggian maksimal antara 20-25 cm. Waktu panen dari tanaman-tanaman tersebut beragam, di antara 15-40 hari setelah tanam. 2.2 Plant Factory dengan Pencahayaan Buatan Plant factory adalah sistem produksi tanaman yang terisolasi dari lingkungan luar. Secara umum, pencahayaan buatan yang digunakan yaitu, fluorescent, LED merah dan LED biru (Kobayashi et al. 2013). m-PFAL (miniPlant factory with Artificial Lighting) adalah sistem tanam indoor plant growing yang digunakan untuk berbagai keperluan. m-PFAL dicirikan sebagai (1) budaya soilless culture, (2) tanaman ditanam di bawah lampu LED, (3) didesain secara estetik, (4) Mudah dirawat, (5) tidak menggunakan pestisida, dan (6) lama penerangan, pengairan, suhu, dan sebagainya dapat dikontrol secara otomatis atau manual oleh pengguna (Kozai et al. 2015).



450 nm Germinasi



630 nm Pertumbuhan



Gambar 1. Hubungan antara panjang gelombang cahaya dengan pertumbuhan tanaman (Kozai et al., 2016) 2.3 Internet of Things Internet of Things (IoT) termasuk dalam inovasi terkini pengembangan sistem internet dimana benda-benda memiliki kemampuan untuk saling berkomunikasi yaitu mengirim dan menerima data. Kelebihan dari sistem ini



3



adalah kemampuannya yang dapat memberikan dan menerima informasi secara real-time (Kumar et al. 2016).



BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Kegiatan ini dilaksanakan pada bulan April hingga Juli 2018. Analisis desain, perancangan serta pabrikasi dilakukan pada tiga bulan pertama, kemudian dilanjutkan dengan uji fungsional dan uji kinerja alat. Keseluruhan kegiatan dilakukan di Laboratorium Manufaktur, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Tahapan Pelaksanaan Kegiatan ini dilakukan dalam beberapa tahap. Tahap pertama adalah perancangan alat meliputi penentuan kriteria desain, perancangan fungsional, dan perancangan struktural. Setelah proses desain, maka dilakukan pabrikasi alat. Selanjutnya dilakukan uji fungsional dan uji kinerja alat untuk memastikan setiap komponen bekerja dengan baik dan secara keseluruhan kinerja alat sesuai dengan yang diharapkan. 3.3 Perancangan Alat Perancangan diawali dengan penentuan kriteria desain, yaitu alat yang dikembangkan harus kompak sehingga bisa ditempatkan di dalam rumah/apartemen. Alat juga harus mampu menyediakan lingkungan mikro seperti suhu, kelembaban udara, intensitas cahaya, kecepatan udara, dan konsentrasi larutan nutrisi yang ideal bagi pertumbuhan tanaman. Secara umum alat yang dikembangkan harus memiliki beberapa fungsi dan komponen pendukungnya sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Rancangan fungsional alat Fungsi Komponen Rangka dari mini plant factory Rangka mesin Pengukuran parameter lingkungan mikro tanaman Sensor Sistem instrumentasi dan kontrol Mikrokontroller Arduino Server dan pengaturan interface IoT



Raspberry Pi



Sumber cahaya fotosintesis Penampung larutan nutrisi Mengalirkan larutan nutrisi ke tiap rak budidaya



Lampu LED Tangki larutan nutrisi Pompa celup 60W Pipa PVC 1” Kipas



Mengatur sirkulasi udara dalam ruang budidaya



4



Detil rancangan SMIPY dibuat menggunakan software Solidworks 2016. Dilakukan simulasi menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD) untuk memprediksi distribusi suhu, kelembaban udara, dan kecepatan angin. Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan analisis berbasis komputer yang dapat mensimulasi keadaan aliran fluida, pindah panas dan massa. Simulasi dilakukan dalam 4 variasi kecepatan kipas yaitu 0 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s serta 1,8 m/s. Melalui simulasi ini, diharapkan dapat dihasilkan rancangan dengan kondisi lingkungan yang ideal bagi tanaman. Sesuai kriteria desain, rancangan SMIPY dibuat kompak dengan dimensi 0,44 m x 0,5 m x 1,7 m. Alat dirancang untuk mempunyai empat buah rak tanaman dengan masing-masing 6 lubang tanam. Untuk penyaluran nutrisi, dipilih pompa celup (submersible pump) untuk memudahkan penggunaan, dengan head 2 m dan daya 60 W supaya mampu memompa nutrisi hingga rak paling atas. Digunakan LED sebagai sumber pencahayaan. Terdapat dua buah kipas untuk menarik udara di bagian bawah alat, serta satu buah kipas dengan diameter lebih besar di bagian atas sebagai exhaust. Dibutuhkan beberapa rangkaian elektronika sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.



Gambar 2. Mekanisme kontrol alat 3.4 Pabrikasi Alat Pabrikasi alat diawali dengan mempersiapkan kerangka (showcase). Rakrak hidroponik disusun pada rangka showcase tersebut, serta dihubungkan dengan pipa-pipa yang dilengkapi katup solenoid untuk mengatur pemberian larutan nutrisi. Rangkaian elektronika untuk monitoring kondisi lingkungan diletakkan pada ruang semai dan ruang budidaya, sedangkan komponen sensor pH dan EC diletakkan pada tangki penampungan air. Unit pengendali utama dibuat untuk mengatur keseluruhan sistem monitoring dan kendali SMIPY. Untuk menjalankan sistem monitoring dan kendali, dibuat program menggunakan arduino IDE dan python. 3.5 Uji Fungsional dan Uji Kinerja Alat Uji fungsional pertama dilakukan dengan mengukur kecepatan udara menggunakan anemometer pada kipas. Dalam uji fungsional sistem sirkulasi udara,



5



hasil simulasi CFD yang telah dilakukan pada tahap perancangan alat divalidasi dengan hasil pengukuran. Pengujian dilakukan dalam 4 variasi kecepatan yaitu 0 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s serta 1,8 m/s. Proses validasi dilakukan dengan cara menghitung error atau perbedaan antara nilai pengukuran suhu dan kelembaban secara langsung (To) dengan nilai simulasi CFD (Ti) menggunakan persamaan berikut: 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 (%) = |



𝑇𝑜−𝑇𝑖 𝑇𝑜



| ∗ 100%



(1)



Uji sistem pencampuran dan penyaluran nutrisi ke masing-masing rak dilakukan secara terpisah. Terlebih dahulu dicari hubungan antara penambahan larutan pekat A dan B dengan kenaikan EC dalam bentuk persamaan linear. Uji pencampuran nutrisi dilakukan dengan menambahkan larutan nutrisi pekat A dan B mix menggunakan pompa yang diatur menggunakan persamaan linear tersebut. Pengukuran intensitas cahaya dilakukan menggunakan luxmeter. Sistem monitoring suhu, kelembaban serta intensitas cahaya diuji bersamaan dengan sistem perangkat lunak yang digunakan yaitu menggunakan Node Red (JS Foundation). Uji kinerja alat dilakukan dengan menanam tanaman kangkung pada alat SMIPY dalam dua jenis pencahayaan, yaitu dengan LED merah-biru dan LED putih. Kontrol yang digunakan adalah kangkung yang ditanam pada hidroponik konvensional di luar ruangan. Tanaman kangkung mulai diamati pada usia 5 hari setelah tanam. Parameter yang diamati antara lain tinggi tanaman, jumlah daun, dan bobot tanaman.



BAB IV HASIL YANG DICAPAI DAN POTENSI KHUSUS



Suhu (oC)



4.1 Hasil Perancangan Alat Gambar hasil rancangan alat terdapat pada Lampiran 1. Hasil dari simulasi pada 4 variasi kecepatan terdapat pada Gambar 3 dan Gambar 4, sementara distribusi kecepatan udara, suhu dan kelembaban pada alat dapat dilihat pada Lampiran 2. Dapat diamati bahwa kecepatan angin pada kipas berpengaruh pada suhu dan kelembaban udara pada alat. Dari keempat percobaan, suhu dan kelembaban yang didapatkan cocok dengan kriteria tumbuh tanaman, oleh karena itu disimpulkan bahwa rancangan ini telah baik dan dapat dilanjutkan dengan proses pabrikasi. 27.2 27.0 26.8 26.6 26.4 26.2 26.0 25.8 25.6



V=0.0 m/s V=1.0 m/s V=1.5 m/s V=1.8 m/s R Gelap



Rak 4



Rak 3



Rak 2



Rak 1



Lokasi



Gambar 3. Hasil simulasi perubahan suhu pada berbagai kecepatan udara



6



Kelembaban (%)



92



V=0.0 m/s V=1.0 m/s V=1.5 m/s V=1.8 m/s



90 88 86 84 82 R Gelap



Rak 4



Rak 3



Rak 2



Rak 1



Lokasi



Gambar 4. Hasil simulasi perubahan kelembaban pada berbagai kecepatan udara SMIPY berkapasitas 24 lubang tanam, dengan kebutuhan daya adalah 91 W. Prinsip kerja alat ini adalah mengatur kondisi lingkungan dengan pengaturan nutrisi, serta monitoring keadaan lingkungan seperti suhu, kelembaban, intensitas cahaya, EC dan pH nutrisi sehingga didapatkan kondisi yang ideal bagi tanaman. Salah satu keunggulan dari alat ini adalah pada sistem sirkulasi larutan nutrisi dengan pengendali nilai electrical conductivity (EC) yang memungkinkan untuk kebutuhan yang berbeda pada setiap rak. Hal ini membuat pengguna dapat menanam berbagai macam sayuran dalam satu waktu, ataupun menerapkan sistem tanam bergilir. SMIPY menerapkan teknologi Internet of Things, dimana seluruh aspek lingkungan dapat dikontrol dan dimonitor jarak jauh. Keseluruhan gambar alat yang telah dipabrikasi dapat dilihat pada Gambar 5. Exhaust fan



Rak budidaya Sensor Ruang germinasi



Saluran irigasi Inlet



Gambar 5. Prototip SMIPY 4.2 Uji Fungsional Alat Uji fungsional dilakukan pada kipas menggunakan anemometer untuk validasi simulasi CFD yang telah dilakukan sebelumnya, yaitu saat perancangan alat. Kipas diatur agar beroperasi menggunakan 4 variasi kecepatan yaitu 0 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s dan 1,8 m/s, kemudian diukur suhu dan kelembaban pada alat. Setelah dibandingkan, didapatkan bahwa error simulasi pada suhu adalah 1,69%, sementara pada kelembaban adalah 2,94%. Nilai error ini terbilang kecil dan dapat



7



Nutrisi A dan B Pekat (ml)



ditolerir, sehingga dapat disimpulkan bahwa simulasi CFD telah berjalan dengan baik. Simulasi ini dapat digunakan untuk menganalisis dan mengoptimasi kecepatan kipas untuk menghasilkan suhu dan kelembaban yang paling ideal bagi tanaman. Sistem penyaluran nutrisi yang digunakan dalam SMIPY adalah dengan loop terbuka. Untuk melakukan uji fungsional pada sistem ini, terlebih dahulu dilakukan percobaan untuk mencari persamaan antara penambahan jumlah larutan pekat A dan B dengan kenaikan EC. Grafik yang didapatkan dalam percobaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. 30 25 20 15 10 5 0



y = 11.692x - 1.4415



0



0.5



1 1.5 EC (mS/cm)



2



2.5



Gambar 6. Kurva kalibrasi perubahan nilai EC terhadap penambahan larutan A dan B Penambahan nutrisi A dan B pekat dilakukan menggunakan pompa celup yang diatur penyalaannya menggunakan mikrokontroller. Diketahui bahwa debit pompa larutan A adalah 3,38 ml/s sementara larutan B adalah 3,41 ml/s. Hasil dari validasi dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil validasi sistem penyaluran nutrisi loop terbuka Larutan A Larutan B Waktu Waktu EC EC Pekat Pekat A (s) B (s) Teoritis Pengujian (mS/cm) (mS/cm) 5,6 5,6 1,7 1,6 0,6 0,5 10,3 10,3 3,0 3,0 1,0 1,0 16,1 16,1 4,8 4,7 1,5 1,6 21,9 21,9 6,5 6,4 2,0 2,3 Rata-rata akurasi (%)



Akurasi (%) 90,9 95,5 94,2 83,5 91,0



Akurasi merupakan rata-rata pengukuran dari hasil tiga kali ulangan. Dari data tersebut, dapat dilihat bahwa akurasi rata-rata dari masing-masing EC yang diujicobakan cukup tinggi, yaitu 91,0%. Dengan begitu, dapat disimpulkan bahwa penyaluran nutrisi dengan sistem open loop efektif dan dapat digunakan pada SMIPY. Dalam penyaluran nutrisi, digunakan submersible pump dengan debit 2500 liter/jam, dan head 2 m. Selang yang digunakan untuk menyalurkan nutrisi mempunyai diameter 6 mm. Setiap rak diisi hingga mempunyai volume 500 ml



8



nutrisi. Semakin tinggi posisi rak, maka semakin lama waktu yang diperlukan untuk mengalirkan nutrisi, karena debitnya semakin rendah. Waktu rata-rata yang dibutuhkan alat untuk mengalirkan larutan nutrisi adalah sekitar 40,33-71,33 detik. Pada pengukuran intensitas cahaya dalam rak budidaya, didapatkan nilai sebesar 1400 lux, dan sudah memenuhi kriteria pertumbuhan tanaman. Sistem monitoring suhu, kelembaban dan intensitas cahaya serta kontrol larutan nutrisi diuji bersamaan dengan sistem perangkat lunak yang digunakan yaitu menggunakan Node Red. Sistem monitoring dan kontrol telah berjalan dengan baik dan dapat ditampilkan pada smartphone, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 7.



Gambar 7. Interface monitoring SMIPY 4.3 Uji Kinerja Alat Hasil dari uji kinerja alat dengan penanaman tanaman kangkung selama 14 hari dapat dilihat pada Gambar 8. Dapat dilihat bahwa sayuran kangkung yang ditanam di dalam alat SMIPY pada lampu LED putih mempunyai hasil yang lebih baik dibandingkan dengan kontrol dan LED merah-biru.



Gambar 8. Hasil uji kinerja alat pada LED merah-biru, LED putih dan kontrol Gambar 9 menunjukkan perbandingan bobot total, tinggi dan jumlah daun pada kangkung dengan tiga perlakuan tersebut. Dapat dilihat bahwa tanaman kangkung memiliki hasil yang paling tinggi pada kondisi pencahayaan dengan lampu LED putih, yaitu tinggi tanaman 21 cm, jumlah daun 9 helai, dan berat 7,7 g



9



per lubang tanam pada umur 14 hari setelah tanam. Hal ini dikarenakan pencahayaan ini memberikan intensitas cahaya yang lebih besar dan sifatnya kontinu selama 16 jam sehari. Oleh karena itu, tanaman mendapatkan energi yang cukup untuk dapat melakukan fotosintesis secara maksimal. Dapat disimpulkan bahwa SMIPY dapat meningkatkan kualitas tanaman hingga 43,75%. Diperlukan adanya optimasi untuk menentukan intensitas cahaya ideal yang cocok bagi pertumbuhan tanaman dan efisien dalam penggunaan energi. LED merah-biru



LED putih



Kontrol



12.0



25.0



9.0



Boboot total (g)



7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0



10.0



20.0



Jumlah daun (helai)



Tinggi tanaman (cm)



8.0



15.0 10.0 5.0



8.0 6.0 4.0 2.0



1.0 0.0



0.0



0.0 I



II



Perlakuan



III



I



II



III



Perlakuan



I



II



III



Perlakuan



Gambar 9. Perbandingan tanaman pada tiga pencahayaan berbeda berdasarkan bobot total, tinggi tanaman dan jumlah daun 4.4 Potensi Hasil SMIPY dapat mendukung produksi sayuran dalam skala rumah tangga yang dapat dikonsumsi langsung setiap waktu. Dikarenakan banyaknya aspek yang dapat dikaji, diteliti serta dioptimumkan, potensi publikasi ilmiah cukup besar. Saat ini, aspek pengaruh kecepatan udara terhadap suhu dan kelembaban yang telah diuji dan divalidasi menggunakan CFD, dan hasilnya telah dikirim ke jurnal nasional terakreditasi (JTEP) yang tertera di Lampiran 7. Sistem penyaluran nutrisi terintegrasi dengan loop terbuka saat ini sedang dalam proses pengajuan paten di Direktorat Inovasi dan Kewirausahaan, Institut Pertanian Bogor, serta sedang dalam proses untuk pengajuan ke seminar internasional. Karya ini telah diliput di beberapa media seperti Radar Bogor, web IPB, serta program televisi Laptop si Unyil di Trans 7 yang akan tayang pada September 2018.



BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Smart Mini Plant Factory (SMIPY) telah dibuat dan berfungsi dengan baik untuk budidaya tanaman sayuran dan berpotensi diaplikasikan pada rumah tangga di perkotaan (urban farming). Alat ini mempunyai beberapa fungsi utama,



10



diantaranya adalah pengendalian larutan nutrisi otomatis, pencahayaan buatan, sirkulasi udara, serta monitoring berbasis Internet of Things. Penggunaan kipas sebagai sarana sirkulasi udara telah berhasil menurunkan suhu dan meningkatkan kelembaban dalam alat. Pencampuran nutrisi dengan loop terbuka mempunyai akurasi rata-rata 91 %. Uji kinerja alat dengan penanaman kangkung menunjukkan bahwa penggunaan SMIPY mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman sebesar 43,75% dibanding sistem konvensional. Pertumbuhan tanaman terbaik diperoleh dengan pencahayaan LED putih yaitu tinggi tanaman 21 cm, jumlah daun 9 helai, dan berat 7,7 g per lubang tanam pada umur 14 hari setelah tanam. 5.2. Saran Simulasi kecepatan kipas yang telah dilakukan dapat kemudian dikembangkan sebagai sarana untuk mengetahui kecepatan kipas optimum yang dapat menghasilkan aliran udara yang terbaik untuk tanaman. Perlu dilakukan adanya kegiatan lebih lanjut mengenai sumber pencahayaan dan intensitas yang optimum untuk mendukung pertumbuhan tanaman.



DAFTAR PUSTAKA Kumar AS, Reddy PR. 2016. An Internet of Things approach for motion detection using Raspberry pi. International Journal of Advanced Technology and Innovative Research. 8(9): 3622-3627 Kobayashi K, Amore T, Lazaro M. 2013. Light-Emitting Diodes (LEDs) for Miniature Hydroponic Lettuce. Optics and Photonics Journal, 2013, 3, 7477. University of Hawaii at Manoa, Honolulu, USA. Page 74-77 Kozai T, Niu G, Takagaki M. 2015. Plant factory an Indoor Vertical Farming Sistem for Efficient Quality Food Prduction. Cambridge, Massachusetts (US): Academic Press Shimizu H, Saito Y, Nakashima H, Miyasaka J, dan Ohdoi K. 2011. Light Environment Optimization for Lettuce Growth in Plant factory. Preprints of the 18th International Federations of Automatic Control (IFAC) World Congress Vol 18. 605-609. Kyoto University, Japan. Page 605. Soeseno S. 1998. Bercocok Tanam Secara Hidroponik. Jakarta (ID): Gramedia



11



LAMPIRAN Lampiran 1. Rancangan desain alat



12



Lampiran 2. Hasil simulasi kecepatan udara, suhu dan kelembaban menggunakan CFD pada 4 variasi kecepatan kipas



(a)



(b)



(c)



(d)



Hasil simulasi kecepatan udara menggunakan CFD pada SMIPY di kecepatan (a) 0 m/s; (b) 1 m/s; (c) 1.5 m/s; (d) 1.8 m/s



(a)



(b)



(c)



(d)



Hasil simulasi distribusi suhu menggunakan CFD pada SMIPY di kecepatan (a) 0 m/s; (b) 1 m/s; (c) 1.5 m/s; (d) 1.8 m/s



(a)



(b)



(c)



(d)



Hasil simulasi distribusi kelembaban menggunakan CFD pada SMIPY di kecepatan(a) 0 m/s; (b) 1 m/s; (c) 1.5 m/s; (d) 1.8 m/s



13



Lampiran 3. Dokumentasi kegiatan



Pola penyebaran suhu dengan simulasi CFD



Tampilan aplikasi monitoring SMIPY



Proses pemasangan pipa irigasi



Isi rak-rak hidroponik



Proses pembuatan tangki penampungan nutrisi



Tampak luar box kontrol



14



Lampiran 4. Dokumentasi kegiatan (lanjutan)



Tampak dalam box kontrol



SMIPY yang telah dipasang pencahayaan dari LED



Rangkaian LED yang digunakan pada SMIPY



Benih sayuran yang telah disemai



15



Lampiran 5. Analisis ekonomi Spesifikasi Alat Spesifikasi Kapasitas Siklus setahun Produktivitas Umur Pakai



Jumlah 12 43 516 10



Kebutuhan Daya Listrik Daya Komponen (Watt) Lampu 94,00 Pompa &solenoid 66,00 Mikrokontroler 10,00 Kipas 18,00 Daya Total (Wh/hari) Daya Total (W)



Satuan tanaman/siklus Siklus/tahun Tanaman/tahun Tahun



Pemakaian (jam/hari) 16,00 0,14 24,00 24,00



Daya (Wh/hari) 1504,00 9,43 240,00 432,00 2185,43 91,06



Biaya Tetap Komponen Pembuatan Alat



Harga Dasar Rp 8,000,000



Satuan Rupiah



Penggunaan 1



Satuan Mesin



TOTAL Biaya Tetap



Biaya Rp 720.000



Satuan Rp/Tahun



Rp 720.000



Rp/Tahun



Biaya Variabel Komponen Harga Dasar Listrik Rp 1.300 Air Rp 4.000 Nutrisi Rp 50.000 Benih Rp 200 Media Rp 50.000 tanam Perawatan Rp 10.000 Total Biaya Variabel Biaya TOTAL Biaya Pokok



Satuan Rp/kWh Rp/m3 Rp/5000 Liter Rp/benih



Penggunaan 91,1 1,4 1,4 48



Satuan Wh L/hari L/hari benih/siklus



Biaya Rp 1.036.986 Rp 761.286 Rp 5.214 Rp 412.800



Rp/100 hole



24



lubang/siklus



Rp 516.000



Rp/siklus



43



siklus/tahun



Rp 430.000 Rp 3.162.286 Rp 3.882.286 Rp 7.524



Satuan Rp/Tahun Rp/tahun Rp/tahun Rp/tahun Rp/tahun Rp/Tahun Rp/Tahun Rp/Tahun Rp/tanaman



16



Perhitungan Cashflow Asumsi Harga/ tanaman Titik Impas Keuntungan Omset setahun



: Rp 10.000 : 710 : Rp 1.277.714 : Rp 5.160.000



per tanaman tanaman Rp/tahun



Tahun Cost Benefit B-C DF (10%) PV (10%) 1 Rp 10.125.300 0 -Rp10.125.300 0,909090909 -Rp9.204.818 2 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,826446281 Rp2.508.017 3 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,751314801 Rp2.280.015 4 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,683013455 Rp2.072.741 5 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,620921323 Rp1.884.310 6 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,56447393 Rp1.713.009 7 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,513158118 Rp1.557.281 8 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,46650738 Rp1.415.710 9 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,424097618 Rp1.287.009 10 Rp 2.125.300 Rp 5.160.000 Rp3.034.700 0,385543289 Rp1.170.008 NPV (10%) Rp6.683.281 IRR 21,93% BC Ratio 1,7 Payback Period (tahun) 6



17



Lampiran 6. Publikasi di media massa



www.radarbogor.id



www.ipb.ac.id



www.tmb.ipb.ac.id



18



Lampiran 7. Publikasi di media massa (lanjutan)



Liputan dari tim laptop si Unyil



Proses pengambilan video Laptop si Unyil



19



Lampiran 8. Publikasi ilmiah



20



Lampiran 9. Publikasi ilmiah (lanjutan)



21



Lampiran 10. Surat Keterangan Pengajuan Paten



22



Lampiran 11. Anggaran Dana No. Keperluan 1. Bahan habis pakai Komponen elektronika Sensor Aktuator Pabrikasi alat 2. Transportasi 3. Lain-lain Total



Pengeluaran Rp 1,549,250.00 Rp 2,016,900.00 Rp 2,469,500.00 Rp 904,500.00 Rp 620,000.00 Rp 400,000.00 Rp 7.960.150,00



23



Lampiran 12. Anggaran Dana (lanjutan)



24



Lampiran 13. Anggaran Dana (lanjutan)



25



Lampiran 14. Anggaran Dana (lanjutan)