RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI OTOMATIS pH …digilib.unila.ac.id/29513/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · mikrokontroler dan melakukan pengujian alat. ... Hasil dari penelitian

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI OTOMATIS pH LIMBAH

CAIR INDUSTRI TAHU SEBAGAI LARUTAN NUTRISI HIDROPONIK

BERBASIS MIKROKONTROLER

(Skripsi)

Oleh

BAYU DWI PRASETYO

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

ABSTRAK




Oleh

BAYU DWI PRASETYO

Tahu merupakan salah satu makanan tradisional yang sangat dikenal dan

banyak dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Proses produksi tahu

menghasilkan produk yang lainnya berupa limbah cair. Limbah cair tahu yang

sudah mengalami penurunan karakteristiknya seperti TSS, BOD, dan COD dapat

dimanfaatkan sebagai larutan nutrisi hidroponik. pH merupakan salah satu faktor

yang penting dalam sistem hidroponik. Pengontrolan pH secara manual dapat

menimbulkan resiko keterlambatan pada saat pengecekan pH. Salah satu upaya

yang dilakukan yaitu dengan cara mengendalikan pH secara otomatis

menggunakan mikrokontroler. Tujuan dari penelitian ini untuk merancang sistem

kendali pH limbah cair industri tahu sebagai larutan nutrisi hidroponik berbasis

mikrokontroler dan melakukan pengujian alat.

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan September 2016 sampai dengan

April 2017 di Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung. Uji kinerja alat

dilakukan selama 48 jam dengan perekaman data setiap 1 menit. Analisis uji

Bayu Dwi Prasetyo

kinerjanya berupa nilai keakurasian, rerata waktu pengendalian, stabilitas, respon

sistem, dan pemberian aksi.

Hasil dari penelitian ini terealisasinya alat kontrol otomatis pH

berdasarkan variabel suhu dan pH. Sensor yang digunakan menghasilkan nilai R2

sebesar 0,99 dengan nilai error menggunakan uji RMSE sebesar 0,16 untuk

sensor suhu dan 0,41 untuk sensor pH. Dalam pengujian alatnya menghasilkan

tingkat keakuratan sebesar 95,71%, rerata waktu pengendalian selama 3 menit 2

detik, kinerja alat yang stabil, respon sistem selama 10 menit 39 detik untuk

menaikkan pH dan 22 menit 24 detik untuk menurunkan pH dari kondisi awal,

serta jumlah larutan asam (H2SO4) yang dikeluarkan sebanyak 452 ml dan jumlah

larutan basa (NaOH) yang dikeluarkan sebanyak 56 ml.

Kata kunci : sistem kendali, pH, limbah cair tahu, mikrokontroler ATmega328

ABSTRACT

DESIGN OF AUTOMATIC CONTROL BASED ON

MICROCONTROLLER TO CONTROL pH OF TOFU WASTEWATER

USED AS HYDROPONIC NUTRITION

By

BAYU DWI PRASETYO

Tofu, one of traditional foods, is well known and widely consumed by the people

of Indonesia. Treated tofu wastewater, whose characteristics such as TSS, BOD,

and COD had already decreased, can be potentially utilized as hydroponic nutrient

solution. Hence, pH is an important factor to be controlled in hydroponics

systems. Manually monitoring and controlling the pH may pose a risk of delayed

time. Best method to monitor and control the pH was done automatically using a

microcontroller. The purpose of this research is to design and test an automatic

pH controller for industrial liquid waste used as nutrient solution in hydroponic

system, based on microcontroller. This research was conducted on September

2016 until April 2017 at Agricultural Engineering Department of Lampung

University. Performance test of the tool was done for 48 hours with data

recording every 1 minute. Data analysis of the performance test include accuracy,

average of control time, stability, system response, and action. The results of this

research realization of automatic control tool pH based on temperature and pH

variables. Calibrations of the temperature sensor model and pH sensor model

both resulted in R2 = 0.99. Validation of the temperature sensor model resulted in

RMSE = 0.16 and the pH sensor model resulted in RMSE = 0.41. In the test of

the devices resulted in an accuracy of 95.71%, average controlling time was 3

minutes 2 seconds, stable tool performance, system response was 10 minutes 39

seconds to raise pH and 22 minutes 24 seconds to lower pH from initial

conditions, acid solution (H2SO4) released as much as 452 ml and amount of base

solution (NaOH) released as much as 56 ml.

Key words : Control system, pH, Tofu wastewater, Microcontroller

ATmega328




Oleh

BAYU DWI PRASETYO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada

Jurusan Teknik Pertanian

Fakultas Pertanian Universitas Lampung

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2017

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal

26 Juni 1994, sebagai anak kedua dari dua

bersaudara, dari Bapak Sairi dan Ibu Sri Hastuti.

Penulis menempuh pendidikan taman kanak-kanak di

TK Al-Azhar 2 Bandar Lampung dan lulus pada

tahun 2000. Pendidikan dilanjutkan di SD Al-Azhar

2 Bandar Lampung pada tahun 2000 dan lulus pada tahun 2006. Penulis

menyelesaikan pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 1 Bandar Lampung

pada tahun 2009 dan sekolah menengah atas diselesaikan di SMA Al-Azhar 3

Bandar Lampung pada tahun 2012.

Pada tahun 2012, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian,

Fakultas Pertanian, Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN Tertulis.

Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Aplikasi

Komputer, Riset Operasional, Gambar Teknik, Aplikasi GIS, Instrumentasi, dan

Perancangan Mesin. Penulis pernah mengikuti Organisasi Persatuan Mahasiswa

Teknik Pertanian (PERMATEP) sebagai Anggota Bidang Keprofesian pada tahun

2013/2014 dan dilanjutkan sebagai Ketua Bidang Keprofesian pada tahun

2014/2015. Penulis pernah menjadi anggota PKM-P yang didanai oleh DIKTI

pada tahun 2014.

Pada tahun 2015, penulis melaksanakan Praktik Umum di PT Alam Indah Bunga

Nusantara Desa Kawungluwuk, Kecamatan Sukaresmi, Kabupaten Cianjur,

Provinsi Jawa Barat dengan judul “Mempelajari Budidaya Bunga Krisan Pot

(Chrisanthemum Sp.) di PT Alam Indah Bunga Nusantara, Cianjur, Jawa Barat”

selama 30 hari mulai tanggal 27 Juli s.d. 27 Agustus 2015. Penulis melaksanakan

Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Desa Sungai Luar, Kecamatan Menggala Timur,

Kabupaten Tulang Bawang, selama 60 hari mulai tanggal 18 Januari s.d. 17 Maret

2016.

i

Sebuah karya kecil buah pemikiran dan

kerja keras untuk kedua orang tuaku tercinta

yang telah membesarkan dan mendidikku

dengan penuh kasih sayang, kesabaran,

dan keikhlasan hati,

Bapak dan Ibuku tercinta Sairi dan Sri

Hastuti

Kakakku tersayang Akhmad Hastomo

Gesasuro

Dan sanak saudara yang ada di Tanjung

Enim

Serta teman-temanku angkatan 2012.

ii

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul

“Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis pH Limbah Cair Industri Tahu

Sebagai Larutan Nutrisi Hidroponik Berbasis Mikrokontroler” sebagai salah satu

syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknologi Pertanian di Universitas

Lampung

Penulisan Skripsi tidak akan berjalan tanpa bimbingan, dukungan, kritik dan saran

yang sifatnya membangun dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan kasih sayang, dukungan

moral, material dan doa.

2. Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku Dosen Pembimbing Akademik dan

Pembimbing Utama Skripsi yang telah memberikan kritik, saran, dan

pengarahan serta bimbingan dalam penulisan Skripsi.

3. Dr. Mareli Telaumbanua, S.TP., M.Sc., selaku Dosen Pembimbing Kedua

Skripsi yang telah memberikan kritik, saran, dan pengarahan serta bimbingan

dalam penulisan Skripsi.

4. Tri Wahyu Saputra, S.TP., M.Sc., selaku Dosen Pembimbing Kedua Skripsi

yang telah memberikan kritik, saran, dan pengarahan serta bimbingan dalam

iii

penulisan Skripsi.

5. Ir. Budianto Lanya, M.T., selaku Dosen Pembahas Skripsi yang telah

memberikan kritik dan saran dalam penulisan Skripsi.

6. Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian.

7. Prof. Dr. Ir. Irwan Sukri Banuwa, M.Si., selaku Dekan Fakultas Pertanian.

8. Teman-teman angkatan 2012 yang telah memberikan dukungan, semangat,

dan motivasi sehingga dapat terselesaikannya Skripsi.

9. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung pelaksanaan penelitian

mulai dari awal sampai selesai yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga seluruh amal baik yang telah diberikan oleh semua pihak kepada penulis

mendapatkan balasan pahala dari Allah SWT. Penulis menyadari bahwa Skripsi

ini masih jauh dari kata sempurna. Sedikit harapan semoga skripsi yang

sederhana ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amiin.

Bandar Lampung, Desember 2017

Bayu Dwi Prasetyo

iv

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ................................................................................................. iv

DAFTAR TABEL ........................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... viii

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

1.1. Latar Belakang ............................................................................ 1

1.2. Rumusan Masalah ....................................................................... 4

1.3. Tujuan Penelitian......................................................................... 5

1.4. Manfaat Penelitian....................................................................... 5

II. TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 6

2.1. Limbah Industri Tahu .................................................................. 6 2.1.1. Proses Terjadinya Limbah Industri Tahu ......................... 6

2.1.2. Karakteristik Limbah Cair Industri Tahu ......................... 8

2.1.3. Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu ........................... 8 2.1.4. Pemanfaatan Limbah Cair Industri Tahu Sebagai

Nutrisi/Pupuk Tanaman ................................................... 10

2.2. Teknik Hidroponik ...................................................................... 11

2.3. pH Larutan Nutrisi ...................................................................... 13

2.4. Sistem Kendali ............................................................................ 15

2.5. Mikrokontroler ............................................................................ 17

2.6. Sensor dan Aktuator .................................................................... 22 2.6.1. Sensor Suhu DS18B20 ..................................................... 22 2.6.2. Sensor pH ......................................................................... 23

III. METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 24

v

3.1. Waktu dan Tempat ...................................................................... 24

3.2. Alat dan Bahan ............................................................................ 24

3.3. Kriteria Desain ............................................................................ 25

3.4. Prosedur Penelitian ...................................................................... 25

3.5. Perancangan Alat......................................................................... 27 3.5.1. Perancangan Struktural .................................................... 33 3.5.2. Perancangan Fungsional................................................... 34

3.6. Mekanisme Kerja ........................................................................ 38

3.7. Uji Alat ........................................................................................ 38

3.8. Analisis Data ............................................................................... 41 3.8.1. Root Mean Square Error (RMSE) ................................... 42

3.8.2. Koefisien Determinasi (R2) .............................................. 42

3.8.3. Koefisien Korelasi (r) ....................................................... 43

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 44

4.1. Rangkaian Sistem Kendali .......................................................... 44

4.1.1. Dudukan dan Kaki Alat .................................................... 44 4.1.2. Alat Kendali ..................................................................... 46 4.1.3. Instalasi Hidroponik ......................................................... 52

4.2. Kalibrasi dan Validasi Sensor ..................................................... 54 4.2.1. Kalibrasi ........................................................................... 54

4.2.2. Validasi ............................................................................ 60

4.3. Pengujian Kinerja Alat ................................................................ 63 4.3.1. Keakurasian ...................................................................... 63

4.3.2. Rerata Waktu Pengendalian ............................................. 66 4.3.3. Stabilitas ........................................................................... 68 4.3.4. Respon Sistem .................................................................. 69 4.3.5. Pemberian Aksi ................................................................ 70

V. SIMPULAN DAN SARAN................................................................. 72

5.1. Simpulan...................................................................................... 72

5.2. Saran ............................................................................................ 73

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 74

LAMPIRAN .................................................................................................. 74

vi

Tabel 9-10 ....................................................................................................... 78

Gambar 40 ....................................................................................................... 108

Gambar 41 ....................................................................................................... 109

Gambar 42-44.................................................................................................. 110

vii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Efisiensi penurunan kandungan bahan organik pada limbah .................. 10

2. Perbandingan unsur hara limbah tahu terhadap pupuk komersil ............ 11

3. Spesifikasi Arduino Uno R3 ................................................................... 20

4. Interpretasi koefisien korelasi ................................................................. 43

5. Hasil analisis regresi ............................................................................... 59

6. Koefisien regresi ..................................................................................... 60

7. Nilai keakurasian alat .............................................................................. 65

8. Nilai rerata waktu pengendalian alat ....................................................... 67

9. Nilai RMSE suhu .................................................................................... 78

10. Nilai RMSE pH ....................................................................................... 78

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1. Proses pembuatan tahu. ........................................................................... 7

2. Neraca masa pembuatan tahu. ................................................................. 8

3. Perubahan COD setiap hari. .................................................................... 9

4. Ketersediaan unsur hara terhadap nilai pH. ............................................ 14

5. Diagram blok sistem kendali tertutup. .................................................... 17

6. Konfigurasi pin ATmega328. ................................................................. 19

7. Arduino Uno R3. ..................................................................................... 20

8. Setting point yang ditentukan. ................................................................. 25

9. Diagram alir penelitian. ........................................................................... 26

10. Tampilan layar software Arduino IDE. ................................................... 28

11. Rancangan penelitian tampak isometri. .................................................. 29

12. Rancangan penelitian tampak atas. ......................................................... 29

13. Diagram proses perancangan alat. .......................................................... 30

14. Diagram proses kalibrasi dan validasi alat. ............................................. 31

15. Diagram alir pemrograman. .................................................................... 32

16. Diagram blok sistem kendali limbah cair tahu. ....................................... 33

17. Sensor pH dan DS18B20 waterproof. ..................................................... 35

18. Mikrokontroler jenis Arduino Uno. ........................................................ 35

19. Real time clock. ....................................................................................... 36

20. micro SD card module. ........................................................................... 36

21. Liquid crystal display 20x4. .................................................................... 37

22. Modul relay jenis (a) 4-channel dan (b) 2-channel. ............................... 37

ix

23. Kurva respon transient dan steady state. ................................................ 40

24. Rangkaian alat penelitian. ....................................................................... 44

25. Dudukan alat. .......................................................................................... 45

26. Tampilan LCD. ....................................................................................... 45

27. Rangkaian elektronika. ............................................................................ 47

28. Instalasi hidroponik. ................................................................................ 53

29. Kalibrasi sensor suhu. ............................................................................. 55

30. Korelasi antara pH sensor dan pH kalibrator. ......................................... 56

31. Korelasi antara Suhu dan pH. ................................................................. 57

32. Korelasi antara EC dan pH. ..................................................................... 58

33. Validasi sensor suhu. ............................................................................... 61

34. Validasi sensor pH. ................................................................................. 62

35. Hasil perekaman data. ............................................................................. 63

36. Stabilitas alat. .......................................................................................... 68

37. Respon sistem saat menaikkan pH. ......................................................... 69

38. Respon sistem saat menurunkan pH. ...................................................... 69

39. Pemberian larutan asam dan basa. .......................................................... 71

40. Skematik rangkaian alat dari power supply ke relay. ............................. 108

41. Skematik rangkaian alat dari power supply ke mikrokontroler. ............. 109

42. Pembuatan larutan nutrisi. ....................................................................... 110

43. Proses kalibrasi sensor. ........................................................................... 110

44. Proses validasi sensor. ............................................................................. 110

1

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tahu merupakan salah satu makanan tradisional yang sangat dikenal dan banyak

dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Sebagian besar tahu di Indonesia

dihasilkan oleh industri skala kecil hingga menengah. Industri tahu berkembang

dengan pesat seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk di Indonesia. Hal

ini membuat keberadaan industri tahu menjadi penting untuk mencukupi

kebutuhan masyarakat.

Pada dasarnya, proses produksi tahu menghasilkan dua macam limbah yaitu

limbah padat dan limbah cair. Untuk saat ini limbah padat masih belum dirasakan

dampaknya karena dapat dimanfaatkan untuk pembuatan pakan ternak, tetapi

limbah cair mengakibatkan bau busuk dan apabila langsung dibuang ke sungai

dapat menyebabkan tercemarnya sungai. Limbah cair tahu didapatkan dari

buangan sisa-sisa proses perendaman, pencucian, penggilingan, perebusan, dan

penyaringan. Setiap 1 kg bahan baku kedelai mampu menghasilkan limbah cair

tahu sebanyak 15–20 liter (Sadzali, 2010).

Limbah cair tahu memiliki karakteristik Total Suspended Solid (TSS) sekitar 30

kg, Biological Oxygen Demand (BOD) sekitar 65 g, dan Chemical Oxygen

Demand (COD) sekitar 130 g (Sadzali, 2010). Tingginya nilai TSS menyebabkan

2

kekeruhan pada sungai sehingga sulit untuk mikroorganisme melakukan

fotosintesa. Tingginya nilai BOD menyebabkan adanya bau busuk pada sungai

karena oksigen terlarut dalam air dihabiskan oleh bakteri saat proses penguraian

zat organik. Tingginya nilai COD menyebabkan berkurangnya jumlah oksigen

terlarut pada sungai karena adanya proses oksidasi zat-zat organik yang

terkandung dalam limbah cair tahu. Dari uraian tersebut menunjukkan perlu

adanya teknologi yang mampu menurunkan nilai dari karakteristik limbah cair

tahu.

Saat ini telah ada teknologi yang mampu menurunkan karakteristik TSS, BOD,

dan COD seperti yang dilakukan oleh Said dan Wahjono (1999). Cara

pengolahannya memfilter air limbah industri tahu dengan filter anaerob-aerob.

Hasil yang didapat mampu menurunkan kandungan TSS, BOD, dan COD

berturut-turut sebesar 94%, 89,4%, dan 88,2%. Limbah cair tahu yang sudah

mengalami penurunan karakteristiknya mampu dimanfaatkan sebagai larutan

nutrisi hidroponik. Sutrisno, dkk. (2015) melakukan fermentasi limbah cair tahu

dengan bantuan Effective Microorganisms 4 (EM4). Hasil dari fermentasi

tersebut mampu memberikan pengaruh terhadap pertumbuhan sawi hijau yang

ditinjau dari parameter tinggi tanaman dan biomassa basah tanaman. Pada akhir

pengamatan nilai pH masih tergolong rendah yaitu sebesar 5, sehingga perlu

penanganan lebih lanjut untuk menaikkan pH.

pH (potential of Hydrogen) adalah parameter kualitas air yang menunjukkan asam

basa suatu larutan berdasarkan jumlah ion hidrogen (H+) atau hidroksil (OH

-). pH

merupakan salah satu faktor yang penting untuk pertumbuhan tanaman karena

3

dapat berpengaruh terhadap ketersediaan unsur hara bagi tanaman. Pada sistem

hidroponik nilai pH yang optimum berkisar antara 5,5–6,8 karena unsur hara pada

larutan nutrisi dapat terserap dengan baik oleh tanaman (Annisa, dkk. 2016).

Nilai pH pada limbah cair tahu yang masih segar tergolong asam yaitu berkisar

antara 3–4 (Kurniasari, 2012). Limbah cair tahu yang diolah melalui proses

filtrasi aerobik dengan media filter batu fosfat, mampu menaikkan pH limbah cair

tahu dari kisaran 4 hingga 5–7 dalam kurun waktu 12 jam filtrasi resirkulasi (12-

hour Hydraulic Retention Time) (Triyono, dkk. 2015).

Nilai pH yang berada di bawah nilai 5,5 dan di atas nilai 6,8 menyebabkan

tanaman tidak dapat menyerap dengan baik. Hal itu disebabkan karena unsur hara

mikro dan makro terikat secara kimiawi (Resh, 2013). Dari pernyataan tersebut

perlu adanya pengontrolan pada pH agar tanaman dapat tumbuh secara optimal

dengan menyerap cukup nutrisi.

Pengontrolan pH yang baik dilakukan setiap hari karena nilai pH bisa berubah

setiap saat. Tinggi rendahnya nilai pH disebabkan oleh konsentrasi gas-gas dalam

air seperti CO2, konsentrasi garam-garam karbonat dan bikarbonat, dan proses

dekomposisi bahan organik. Untuk saat ini pengontrolan pH masih dilakukan

secara manual dengan menggunakan alat ukur pH meter. Pengontrolan pH secara

manual membutuhkan banyak waktu sehingga dapat menimbulkan resiko

keterlambatan pada saat pengecekan pH. Apabila dalam melakukan kontrol

mengalami keterlambatan dapat berdampak pada kondisi tanaman. Untuk

mengurangi resiko tersebut salah satu upaya yang dilakukan yaitu dengan cara

mengendalikan pH secara otomatis menggunakan mikrokontroler.

4

Mikrokontroler adalah suatu perangkat elektronika yang memiliki jalur pin

masukan/keluaran, memori, dan prosesor. Perangkat ini mampu menyimpan

suatu program dan mampu memberikan aksi berulang-ulang secara otomatis

sesuai dengan program yang dibuat. Sehingga penggunaan mikrokontroler sangat

berguna dalam hal pengendalian secara otomatis. Oleh karena itu, pada penelitian

ini diharapkan mampu mengendalikan pH limbah cair industri tahu sebagai

larutan nutrisi hidroponik berbasis mikrokontroler.

1.2. Rumusan Masalah

Limbah cair industri tahu yang dihasilkan dari proses pembuatan tahu sangat

berlimpah. Limbah cair tahu memiliki kandungan bahan organik tinggi yang

dapat mencemarkan sungai dan mengeluarkan bau busuk, sehingga perlu adanya

pengolahan untuk menurunkan kandungan bahan organiknya. Limbah cair tahu

yang sudah mengalami penurunan bahan organiknya dapat dimanfaatkan sebagai

pupuk/nutrisi hidroponik. Namun limbah cair tahu tidak dapat langsung

diaplikasikan ke tanaman, karena memiliki nilai pH rendah sekitar 3–4. Nilai pH

yang rendah dapat menyebabkan tanaman tidak mampu tumbuh secara optimal.

Nilai pH yang dianjurkan untuk budidaya hidroponik berkisar pada 5,5–6,8,

sehingga perlu adanya pengendalian pH untuk mencapai kondisi tersebut.

Pengendalian pH untuk saat ini masih dilakukan secara manual dengan

menggunakan pH meter. Pengendalian secara manual membutuhkan banyak

waktu sehingga dapat menimbulkan resiko keterlambatan. Akibat dari resiko

tersebut berdampak pada pertumbuhan tanaman yang tidak optimal. Untuk itu

dibutuhkan sebuah alat yang mampu mengendalikan pH secara berkelanjutan.

5

Namun permasalahannya adalah bagaimana cara merancang alat tersebut dan

bagaimanakah hasil pengujian kinerja alatnya?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang sistem kendali untuk

mengendalikan nilai pH limbah cair industri tahu sebagai larutan nutrisi

hidroponik berbasis mikrokontroler.

Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:

1. Melakukan kalibrasi dan validasi sensor DS18B20 untuk nilai pH dan

suhu larutan.

2. Melakukan pengujian alat untuk mendapatkan nilai kinerja aktuator yang

meliputi keakurasian, rerata waktu pengendalian, stabilitas, respon sistem,

dan pemberian aksi.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini yaitu sebagai salah satu referensi ilmiah dalam

perancangan teknologi sistem kendali berbasis mikrokontroler dan untuk

membantu para petani hidroponik dalam mengendalikan pH larutan nutrisi secara

otomatis.

6

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Limbah Industri Tahu

Limbah tahu merupakan buangan sisa yang dihasilkan dalam proses pembuatan

tahu. Pada umumnya limbah yang dihasilkan dalam proses pembuatan tahu terdiri

dari dua jenis limbah yaitu limbah padat dan limbah cair.

2.1.1. Proses Terjadinya Limbah Industri Tahu

Limbah padat tahu berasal dari proses pencucian penyaringan berupa biji yang

jelek, ceceran biji, dan batu kerikil yang terikut dalam biji. Dari proses

penyaringan dihasilkan limbah padat berupa ampas tahu, sedangkan dari proses

pengepresan dihasilkan potongan-potongan tahu yang tercecer. Limbah padat

masih belum dirasakan dampaknya terhadap lingkungan karena dapat

dimanfaatkan untuk pembuatan pakan ternak. Limbah cair didapatkan dari

buangan sisa-sisa proses perendaman, pencucian, penggilingan, perebusan, dan

penyaringan dengan besaran total massa 2610 kg seperti pada Gambar 1 dan 2.

7

Kedelai

air untuk pencucian air limbah

Kedelai bersih

air untuk rendaman air limbah

Kedelai rendaman

Bubur kedelai

air

ampas tahu

Susu kedelai

Campuran padatan tahu dan cairan

air limbah

Tahu

Gambar 1. Proses pembuatan tahu.

(Sumber: Said dan Wahjono, 1999)

Pencucian

Perendaman

Ditiriskan kemudian digiling dengan ditambah air

Dimasak

Disaring

Ditambah larutan pengendap sedikit demi sedikit sambil diaduk pelan-pelan

Pembuangan cairan

Pencetakan

8

Bahan Baku (Input) Teknologi Energi Hasil (Output)

Manusia

Proses

Ternak

Limbah

Gambar 2. Neraca masa pembuatan tahu.


2.1.2. Karakteristik Limbah Cair Industri Tahu

Limbah cair industri tahu memiliki beberapa karakteristik yang perlu dipahami

sebelumnya yaitu karakteristik fisika dan kimia. Karakteristik fisika berupa

padatan total, suhu, pH, warna, dan bau. Sedangkan karakteristik kimia berupa

bahan organik, bahan anorganik, dan gas. Suhu air limbah tahu berkisar 37–45

oC, pH 3–4, kekeruhan 535–585 FTU (Formazin Turbidity Unit), warna 2225–

2250 Pt.Co (Platinum Cobalt), Amonia 23,3–23,5 mg/l, BOD5 6000–8000 mg/l,

dan COD 7500–14000 mg/l. Bahan-bahan organik yang terkandung dalam

limbah cair industri tahu pada umumnya sangat tinggi yang terdiri dari senyawa-

senyawa organik berupa protein 40–60 %, karbohidrat 25–50 %, dan 10% lemak

(Herlambang, 2002).

2.1.3. Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu

Berdasarkan data yang didapat pada karakteristik limbah cair industri tahu, dapat

diketahui bahwa nilai BOD dan COD sangat tinggi. Tingginya nilai BOD dan

COD menyebabkan terjadinya pencemaran pada sumber air karena kandungan

oksigen terlarut digunakan oleh bakteri untuk mengurai atau mengoksidasi zat-zat

Kedelai 60 kg

Air 2700 kg Tahu 80 kg

Ampas Tahu 70 kg

“Whey” 2610 kg

9

organik pada limbah cair. Untuk menurunkan nilai BOD dan COD tersebut

diperlukan adanya pengolahan pada limbah cair.

Saat ini sudah banyak teknologi yang mampu mengolah limbah cair industri tahu

untuk menurunkan konsentrasi BOD ataupun COD, seperti penelitian yang

dilakukan oleh Ratnani, dkk. (2011).

Gambar 3. Perubahan COD setiap hari.

(Sumber: Ratnani, dkk. 2011)

Gambar 3 menunjukkan adanya penurunan pada kedua konsentrasi COD dengan

menggunakan eceng gondok. Hal ini menunjukkan bahwa limbah cair tahu yang

mempunyai konsentrasi COD tinggi bisa diolah dengan eceng gondok dan

mengalami penurunan konsentrasi COD setiap harinya.

Penelitian lain yang dilakukan oleh Said dan Wahjono (1999) dengan cara

memfilter air limbah industri tahu tempe dengan filter anaerob-aerob. Hasil yang

didapat dari penelitian tersebut terjadinya penurunan pada masing-masing

parameter yang diamati yaitu, BOD sebesar 89,4%, COD sebesar 88,2%, TSS

sebesar 94%, dan NH4-N sebesar 53% yang disajikan seperti pada Tabel 1.

10

Tabel 1. Efisiensi penurunan kandungan bahan organik pada limbah

No Parameter Air Limbah Sebelum

Diolah (mg/L)

Air Limbah Setelah

Diolah (mg/L)

Efisiensi

(%)

1 BOD 585 62 89,4

2 COD 1252 148 88,2

3 TSS 429 26 94

4 NH4-N 33,03 15,6 53

5 pH 7,4 8,2 -


Hasil-hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa limbah cair industri tahu

bisa diolah untuk menurunkan nilai karakteristiknya sehingga layak untuk

dibuang ke sumber air ataupun aman untuk digunakan kembali.

2.1.4. Pemanfaatan Limbah Cair Industri Tahu Sebagai Nutrisi/Pupuk

Tanaman

Limbah cair tahu yang sudah mengalami penurunan karakteristiknya

menunjukkan terjadinya konversi bahan organik terlarut menjadi bioflok. Bioflok

merupakan bahan-bahan organik hidup yang melayang-layang di air dalam bentuk

gumpalan-gumpalan kecil. Bioflok terpisah dari air limbah karena mengendap.

Bahan-bahan organik yang sudah berubah menjadi bioflok, sudah siap

dimanfaatkan sebagai nutrisi atau pupuk tanaman. Sebelum digunakan sebagai

nutrisi atau pupuk tanaman perlu dianalisis terlebih dahulu kandungan unsur hara

yang terdapat pada limbah cair industri tahu. Kandungan unsur hara yang sudah

diuji pada limbah tahu disajikan pada Tabel 2.

11

Tabel 2. Perbandingan unsur hara limbah tahu terhadap pupuk komersil

Parameter Limbah Tahu

Padat

Kompos

Padat Green

Valley

Limbah Tahu

Cair

Pupuk Cair

Komersil

Tristan

N (%) 1,24 1,44 0,27 0,42

P2O5 (ppm) 5,54 2,37 2,85 0,28

K2O (%) 1,34 3,03 0,29 0,08

Protein (%) 7,72 - 1,68 -

(Sumber: Asmoro, dkk 2008)

Hasil tersebut menyatakan bahwa kandungan unsur hara yang terdapat pada

limbah tahu baik padat maupun cair tidak kalah dengan kandungan unsur hara

pada pupuk komersil. Dari penelitian tersebut didapat hasil bahwa dengan

penambahan limbah tahu padat maupun cair mampu meningkatkan hasil tanaman

petsai secara nyata dengan persentase kenaikan bobot sebesar 325,76% untuk

penambahan limbah tahu padat dan kenaikan bobot sebesar 64,34% untuk

penambahan limbah tahu cair.

2.2. Teknik Hidroponik

Hidroponik merupakan metode bercocok tanam tanpa tanah melainkan

menggunakan air nutrisi. Media tanam pada hidroponik dapat menggunakan

kerikil, pasir, cocopeat, hidrogel, hidroton, pecahan batu karang atau batu bata,

potongan kayu, rockwool, dll. Hidroponik bukanlah teknik budidaya yang baru di

dunia pertanian. Sudah banyak petani yang menggunakan sistem bertanam

hidroponik. Meskipun begitu potensi pengembangan hidroponik di Indonesia

masih terbuka lebar karena dengan pertumbuhan penduduk yang cukup pesat,

maka kebutuhan pangan pun terus meningkat (Suryani, 2015).

12

Perkembangan hidroponik di Indonesia berawal ketika lahan pertanian semakin

terbatas, dikarenakan alih fungsi lahan sehingga munculnya kekhawatiran para

petani kehilangan mata pencaharian mereka. Hidroponik muncul sebagai

alternatif pertanian dengan lahan terbatas. Penerapan hidroponik secara komersial

di Indonesia dimulai pada tahun 1980. Pada awalnya, sistem hidroponik

digunakan oleh salah satu pekebun di Jakarta yang memproduksi sayuran dan

buah bernilai ekonomi tinggi. Kemudian teknik ini berkembang dengan pesat di

dataran tinggi (Suryani, 2015).

Keuntungan dengan menggunakan hidroponik yaitu perawatan yang lebih praktis

serta gangguan hama lebih terkontrol. Teknik hidroponik tidak membutuhkan

banyak tenaga kerja karena metode kerja lebih hemat dan memiliki standarisasi

serta nutrisi dan air selalu tersedia. Keuntungan lainnya terciptanya ramah

lingkungan karena lebih hemat dalam penggunaan air dan pertumbuhan tanaman

lebih cepat dan kualitas hasil tanaman dapat terjaga (Suryani, 2015).

Pengaplikasian budidaya tanaman secara hidroponik sudah banyak dilakukan,

baik itu dari petani maupun dari beberapa penelitian. Penelitian yang dilakukan

oleh Silvina dan Syafrinal (2008) telah menguji penggunaan berbagai media

tanam dengan penambahan konsentrasi pupuk organik cair terhadap pertumbuhan

dan produksi mentimun Jepang. Hasilnya menunjukkan bahwa penggunaan

media tanam campuran pasir dan arang sekam dengan penambahan konsentrasi

pupuk organik cair Super Bionik sebanyak 3 cc/l air, mampu memberikan

pengaruh nyata terhadap semua parameter yang diamati. Tinggi tanaman mampu

mencapai 206,33 cm, umur panen mampu dipercepat hingga 27,5 Hari Setelah

13

Tanam (HST), jumlah buah per tanaman sebanyak 6,67 buah, dan berat buah per

tanaman seberat 1021,77 gr. Data tersebut merupakan hasil rata-rata setiap

perlakuan.

Penelitian lain dilakukan oleh Siregar, dkk. (2015) telah melakukan pengujian

beberapa nutrisi yang digunakan pada tanaman selada. Hasil yang didapat bahwa

larutan nutrisi Goodplant dan Nutrimix memberikan hasil lebih baik yang

dibuktikan dengan rata-rata hasil tertinggi dari semua parameter tanaman. Tinggi

tanaman mampu mencapai 21,78 cm, jumlah daun sebanyak 13 helai, panjang

akar hingga 22,83 cm, brangkasan total seberat 58,78 gr, brangkasan atas seberat

46,96 gr, dan brangkasan bawah seberat 11,81 gr.

Aerasi merupakan salah satu hal yang penting dalam menanam secara hidroponik

karena tanaman membutuhkan oksigen untuk tumbuh dan berkembang. Salah

satu penelitian yang mencari pengaruh lama aerasi terhadap pertumbuhan dan

hasil tanaman sawi (Brassica juncea L.) pada hidroponik DFT (Deep Flow

Technique) dilakukan oleh Ningrum, dkk (2014). Hasil dari penelitiannya

menunjukkan bahwa aerasi selama 5 jam per hari dengan waktu penyalaan selama

15 menit dan mati selama 60 menit, mampu menghasilkan panen tanaman sawi

tertinggi sebanyak 2,146 kg dan biaya per kg yang dikeluarkan paling murah

sebesar Rp 1.753,-.

2.3. pH Larutan Nutrisi

pH (derajat keasaman) merupakan salah satu faktor yang terpenting dalam

bercocok tanam secara hidroponik karena pH pada larutan nutrisi berdampak

14

dalam penyerapan ke 16 unsur nutrisi yang diperlukan oleh tanaman. Jumlah

ketersediaan ke 16 unsur hara tersebut dapat dilihat pada Gambar 4. pH itu

sendiri adalah parameter yang mengukur keasaman atau kebasaan suatu larutan.

Nilai pH menunjukkan hubungan antara konsentrasi ion H+ bebas dan OH

-

H+ OH

- dengan nilai rentang antara 0–14. pH kurang dari 7

menyatakan larutan tersebut bersifat asam karena jumlah konsentrasi ion H+ lebih

besar dibandingkan dengan jumlah konsentrasi ion OH-, begitupun juga

sebaliknya apabila nilai pH lebih dari 7 larutan tersebut bersifat basa (Suryani,

2015).

Gambar 4. Ketersediaan unsur hara terhadap nilai pH.

(Sumber: Resh, 2013)

Nilai pH yang optimal pada sistem hidroponik berkisar antara 5,5–6,8 karena pada

kondisi ini unsur hara pada larutan nutrisi dalam keadaan tersedia bagi tanaman.

15

Unsur hara makro dibutuhkan dalam jumlah besar dan konsentrasinya dalam

larutan relatif tinggi. Unsur hara makro terdiri dari Nitrogen (N), Phospor (P),

Potassium (K), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), dan Sulfur (S). Sedangkan unsur

hara mikro hanya diperlukan dalam konsentrasi yang rendah. Unsur hara mikro

terdiri dari Iron/Besi (Fe), Manganese (Mn), Boron (B), Copper (Cu), Zinc (Zn),

Molybdenum (Mo), dan Klor (Cl) (Suryani, 2015).

Mempertahankan pH yang tepat dalam sistem hidroponik mencegah terjadinya

reaksi kimia negatif pada larutan nutrisi hidroponik karena tingkat pH yang tinggi

dapat menyebabkan penyumbatan pada saluran sistem hidroponik, sehingga dapat

mengakibatkan masalah pada pertumbuhan tanaman (Suryani, 2015).

2.4. Sistem Kendali

Sistem kendali diartikan sebagai sarana untuk mengatur, mengarahkan atau

memberikan perintah. Dalam arti luas, sistem kendali merupakan unsur-unsur

berbeda yang saling terhubung satu sama lain untuk mencapai tujuan yang

diinginkan dengan melibatkan beberapa tindakan di dalamnya. Unsur tersebut

memiliki istilah yang berbeda-beda. Istilah yang digunakan dalam sistem kendali

yaitu (Bakshi dan Bakshi, 2009):

a. Plant : Unsur yang dikendalikan atau diatur.

b. Controller : Unsur yang mengendalikan plant.

c. Input : Nilai masukan yang dijadikan sebagai acuan dasar atau

dapat dikatakan sebagai output yang diharapkan.

d. Output : Hasil akhir dari proses sistem kendali berupa nilai aktual.

16

e. Disturbance : Sinyal pengganggu yang dapat mempengaruhi hasil output.

Sinyal tersebut dianggap sebagai input tambahan sehingga

menghasilkan output yang tidak diharapkan.

Dalam penerapannya, sistem kendali terbagi atas 2 jenis yaitu sistem terbuka dan

sistem tertutup. Pada sistem terbuka, output yang dihasilkan tidak mempengaruhi

nilai input yang dimasukkan ke controller, seperti contoh pada saklar listrik.

Input yang dimasukkan berupa switch ON/OFF, ketika saklar berada pada posisi

ON maka lampu menyala dan ketika saklar berada pada posisi OFF maka lampu

tidak menyala. Cahaya lampu yang dihasilkan tidak mempengaruhi posisi

ON/OFF pada saklar. Hal tersebut disebabkan karena cahaya lampu tidak

mengirim sinyal umpan balik (feedback) pada switch ON/OFF.

Pada sistem tertutup, output yang dihasilkan mempengaruhi nilai input yang

dimasukkan ke controller seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Contoh

sistem tertutup terdapat pada pendingin udara (AC). Input yang dimasukkan

berupa derajat suhu yang diinginkan. Output dari sistem ini berupa udara dingin

yang dapat mempengaruhi suhu ruangan agar sesuai dengan suhu yang

diinginkan. Output tersebut berupa nilai aktual pada suhu ruangan setelah

diberikan udara dingin. Nilai aktual yang terbaca memberikan sinyal umpan balik

ke nilai input awal. Apabila terjadi perbedaan antara nilai aktual dengan nilai

input awal, maka didapatkan kesalahan (error). Kesalahan tersebut membuat

controller bekerja untuk memperbaiki agar kesalahan yang didapatkan menjadi

sekecil mungkin hingga mendekati nol.

17

Gambar 5. Diagram blok sistem kendali tertutup.

Salah satu penelitian yang menggunakan sistem kendali dilakukan oleh

Telaumbanua (2015). Penelitiannya merancang suatu permodelan sistem kendali

untuk mengendalikan iklim mikro dan nutrisi secara otomatis. Dari penelitian

tersebut didapatkan hasil bahwa aktuator lampu pijar menunjukkan keakurasian

sebesar 98,98 %, kecepatan pengendalian melalui pengukuran langsung selama 1

menit 32 detik dengan kinerja alat yang stabil. Aktuator pompa larutan nutrisi

menunjukkan keakurasian sebesar 96,12 %, kecepatan pengendalian melalui

pengukuran langsung terhadap nutrisi 2,3 mS/cm dengan setting point 2,1 mS/cm

selama 14 detik dengan kinerja alat yang stabil. Pada penelitian tersebut

menunjukkan bahwa nilai keakurasian, kecepatan respon pengendalian, serta

stabilitas alat merupakan parameter keberhasilan suatu rancangan sistem kendali.

2.5. Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dapat

diprogram menggunakan komputer. Program yang direkam bertujuan agar

rangkaian elektronik dapat membaca masukan (input), lalu mengolahnya untuk

menghasilkan keluaran (output) sesuai dengan program yang dimasukkan ke

dalamnya. Output yang dihasilkan dapat berupa sinyal, besaran tegangan, lampu,

suara, getaran, gerakan, dan sebagainya (Saftari, 2015).

18

Mikrokontroler mampu melakukan hal-hal yang bersifat berulang karena memiliki

beberapa komponen seperti CPU (Central Processing Unit), memori,

Input/Output tertentu, dan unit pendukung seperti ADC (Analog-to-Digital

Converter) yang terintegrasi. Banyak sekali jenis mikrokontroler yang dibuat di

dunia. Beberapa perusahaan terkenal yang membuat mikrokontroler antara lain

Atmel, Cypress Semiconductor, Microchip technology, dan Silicon Laboratories.

Produk yang dibuat oleh masing-masing vendor yaitu, Atmel: AVR (8 bit),

AVR32 (32 bit), AT91SAM (32 bit); Cypress Semiconductor: M8C Core;

Microchip technology: PIC; Silicon Laboratories: 8051. Produk mikrokontroler

keluaran Atmel merupakan produk yang sering digunakan saat ini (Kadir, 2015).

ATmega328 adalah chip mikrokontroler 8-bit berbasis AVR-RISC buatan Atmel

yang memiliki 32 KB memori ISP flash dengan kemampuan baca-tulis (read

write), 1 KB EEPROM, dan 2 KB SRAM. Selain itu, ATmega328 juga memiliki

fitur 23 jalur I/O (input/output), 32 buah register, 3 buah timer/counter dengan

mode perbandingan, interupt internal dan external, serial programmable USART,

2-wire interface serial, serial port SPI, 6 buah channel 10-bit A/D converter,

programmable watchdog timer dengan oscilator internal, dan lima power saving

mode. Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega328 ditunjukkan pada Gambar 6.

19

Gambar 6. Konfigurasi pin ATmega328.

(Sumber: Arduino, 2015)

Arduino Uno R3 merupakan sebuah papan mikrokontroler bersifat Open Source

generasi ketiga berbasis ATmega328. Arduino Uno R3 memiliki 6 pin input

analog, 14 pin digital input/output (6 pin digunakan sebagai output PWM), 16

MHz resonator keramik, koneksi USB, Jack power eksternal, header ICSP, dan

tombol reset (Arduino, 2015). Dalam pemrogramannya, Arduino Uno

menggunakan bantuan perangkat lunak Arduino IDE (Integrated Development

Environment) dengan bahasa pemrograman C atau C++. Arduino IDE merupakan

bentuk alat pengembangan program yang terintegrasi sehingga berbagai keperluan

disediakan dan dinyatakan dalam bentuk antarmuka berbasis menu (Kadir, 2015).

Berikut adalah bentuk dari Arduino Uno R3 dan spesifikasinya yang ditunjukkan

pada Gambar 7 dan Tabel 3.

20

Gambar 7. Arduino Uno R3.


Tabel 3. Spesifikasi Arduino Uno R3

Spesifikasi Keterangan

Mikrokontroler ATmega328

Tegangan Operasi 5 Volt

Input Voltage (disarankan) 7–12 Volt

Input Voltage (batas akhir) 6–20 Volt

Digital I/O Pin 14 (6 pin sebagai output PWM)

Analog Input Pin 6

Arus DC per pin I/O 40 mA

Arus DC untuk pin 3,3 V 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) 0,5 KB untuk bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Clock Speed 16 MHz

(Sumber: Saputro, 2016)

Franata (2014) melakukan penelitian rancang bangun sistem irigasi tetes berbasis

mikrokontroler arduino nano. Hasilnya mikrokontroler mampu berjalan dengan

baik mengendalikan pemberian air dengan cara irigasi tetes berdasarkan

perubahan kadar air tanah. Hasil rancangannya memiliki persentase error sebesar

± 5,22 % untuk sensor pada media pasir dan ± 2,92 % untuk sensor pada media

tanah PMK dan kompos. Dari uji performansinya menghasilkan keseragaman

irigasi yang tinggi yaitu dengan rata-rata CU sebesar 96,50 % dan rata-rata SU

21

sebesar 96,85 %. Berdasarkan penelitian tersebut, penggunaan mikrokontroler

pada irigasi tetes mampu berjalan dengan optimal.

Candra (2015) menggunakan mikrokontroler untuk mengendalikan pemberian air

dengan cara irigasi tetes. Hasilnya mikrokontroler tersebut mampu bekerja

dengan baik memberikan air saat kandungan air berada pada kondisi titik kritis

dan mampu memberhentikan pemberian air saat kandungan air berada pada

kondisi lapang. Sementara itu pada penelitian tersebut menunjukkan bahwa error

yang terjadi hanya sedikit yaitu sebesar 0,63%; 0,52%; 0,60% untuk masing-

masing tekstur tanah berupa lempung berdebu, pasir berlempung, dan lempung

berpasir.

Wahyono (2016) menggunakan mikrokontroler untuk mengendalikan temperatur

dan kelembaban pada kumbung jamur tiram. Hasilnya mikrokontroler tersebut

mampu bekerja dengan baik mengendalikan temperatur dan kelembaban dalam

kumbung jamur secara real time berdasarkan perubahan nilai temperatur dan

kelembaban ruang. Pada penelitian tersebut menunjukkan bahwa selisih rerata

temperatur minimum dan setpoint pada tahap 1, 2, dan 3 yaitu sebesar 0,90 oC;

0,59 oC; dan 0,01

oC. Selisih rerata temperatur maksimum dan setpoint pada

tahap 1, 2, dan 3 yaitu sebesar 5,19 oC; 0,48

oC; dan 0,90

oC. Selisih rerata

kelembaban minimum dan setpoint pada tahap 1, 2, dan 3 yaitu sebesar 15,72 %;

0,16 %; dan 0,84 %. Selisih rerata kelembaban maksimum dan setpoint pada

tahap 1, 2, dan 3 yaitu sebesar 4,90 %; 3,91 %; dan 4,86 %.

22

2.6. Sensor dan Aktuator

Sensor adalah komponen yang digunakan untuk melakukan pengamatan terhadap

suatu rangsangan dan mengubahnya ke dalam bentuk isyarat sehingga bisa diukur.

Rangsangan tersebut dapat berupa akustik, elektrik, magnetik, optik, termal,

maupun mekanik. Ada dua jenis sensor berdasarkan jenis isyarat keluarannya

yaitu sensor analog dan sensor digital. Sensor analog menghasilkan isyarat analog

sedangkan sensor digital menghasilkan isyarat digital (Kadir, 2015).

Sensor dan aktuator dalam proyek Arduino saling berkaitan, karena sensor dapat

dikatakan sebagai komponen yang digunakan untuk memberi masukan data ke

Arduino, sedangkan aktuator dapat dikatakan sebagai komponen yang merupakan

hasil keluaran dari Arduino (Saftari, 2015).

2.6.1. Sensor Suhu DS18B20

DS18B20 adalah sensor suhu digital yang dikeluarkan oleh Dallas

Semiconductor. DS18B20 merupakan sensor suhu yang keakurasian nilai suhu

dan kecepatan pengukuran memiliki kestabilan lebih baik dari sensor LM35DZ.

Untuk pembacaannya, sensor ini menggunakan protokol 1 wire communication.

DS18B20 memiliki 3 pin yang terdiri dari +5V, GND, dan Data Input/Output.

Temperatur sensor DS18B20 beroperasi pada suhu -55oC hingga +125

oC.

Keunggulan DS18B20 yaitu output berupa data digital dengan nilai ketelitian

0,5oC selama kisaran temperatur 10

oC sampai +85

oC hingga mempermudah

pembacaan oleh mikrokontroler (Febriani, 2013).

23

2.6.2. Sensor pH

Sensor pH adalah komponen yang digunakan untuk menentukan derajat keasaman

atau kebasaan suatu larutan. Sensor pH terdapat komponen yang tersusun dari

batang elektroda dan membran gelas. Batang elektroda tersebut terbuat dari

bahan gelas yang terisolasi dengan baik sedangkan membran gelas berdinding

tipis yang sensitif terhadap ion H+. Sensor pH mengeluarkan output berupa

tegangan. Semakin basa nilai pH maka sensor mengeluarkan tegangan semakin

kecil (dapat bernilai negatif), begitu juga sebaliknya jika semakin asam nilai pH

maka sensor mengeluarkan tegangan yang semakin besar (Permatahati, 2015).

Santoso, dkk. (2006) melakukan perancangan otomatisasi untuk mengatur nilai

pH limbah industri menggunakan mikroprosesor MPF-1. Sensor pH yang

digunakan memiliki persentase rata-rata nilai error sebesar 0,228 %. Ihsanto dan

Hidayat (2014) merancang sistem pengukuran pH dengan menggunakan

mikrokontroler Arduino UNO. Sensor pH yang digunakan mampu membaca data

float dengan jangkauan nilai pH 1–9. Angka resolusi dari sensor pH tersebut

sebesar 0,01. Ardiansyah, dkk. (2015) menggunakan sensor pH Fishermeter V

1.0 untuk mengukur nilai pH air di Utilities Refinery Unit IV Cilacap PT

Pertamina (Persero) berbasis Arduino UNO R3. Hasilnya sensor pH yang

digunakan menunjukkan persentase nilai error sebesar 0,06 %.

24

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan September 2016 s.d. April 2017 di

Laboratorium Rekayasa Sumberdaya Air dan Lahan (RSDAL), Laboratorium

Rekayasa Bioproses dan Pasca Panen (RBPP) dan greenhouse Jurusan Teknik

Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

3.2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu, mikrokontroler

ATmega328 Arduino Uno R3, Arduino sensor shield v4.0, modul sensor pH,

sensor suhu DS18B20, relay module 4-channel dan 2-channel, Liquid Crystal

Display (LCD) 20x4 I2C, Real Time Clock (RTC) DS1307 I

2C, micro SD card

module, power supply, notebook, regulator, transistor, resistor, papan PCB,

heatsink, kabel jumper, 6 terminal single, 6 pompa akuarium, aerator, pipa,

selang, obeng, gerinda potong, solder listrik, bak penampung nutrisi, 2 bak kecil

untuk larutan asam dan basa, pH meter ATC pH-2011, waterbatch, hot plate,

conductivity meter Jenwey model 4510, perangkat komputer, aquades, nutrisi AB

mix, larutan asam (H2SO4), larutan basa (NaOH), limbah cair industri tahu.

25

3.3. Kriteria Desain

Penelitian ini membuat rancang bangun kendali pH otomatis. Rancangan ini

dibuat untuk dapat bekerja secara berkelanjutan mengendalikan pH nutrisi

hidroponik pada rentang 5,3–7 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Setelah

pH dikendalikan, mikrokontroler mengaktifkan relay untuk menghidupkan pompa

yang menyalurkan nutrisi ke instalasi hidroponik.

Gambar 8. Setting point yang ditentukan.

3.4. Prosedur Penelitian

Penelitian ini merupakan penelitian gabungan yang menyatukan rangkaian alat

kendali EC dan pH. Proses pembuatannya dilakukan dalam beberapa tahap,

pembuatan skematik rancangan alat, pembuatan rangkaian alat kendali EC dan

pH, kalibrasi dan validasi sensor EC dan pH, penulisan program EC dan pH,

penyiapan larutan nutrisi, pembuatan instalasi hidroponik, pemasangan alat

kendali ke instalasi hidroponik, pengambilan data, dan analisis data. Berikut

adalah diagram alir penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 9.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

pH

Waktu (menit)

pH

Setting point 7

Setting point 5.3Ketika pH terbaca >7

Pompa larutan basa ON

Ketika pH terbaca >7

Pompa larutan asam ON

26

Gambar 9. Diagram alir penelitian.

Mulai

Pembuatan rangkaian

alat kendali pH

Kalibrasi dan validasi

sensor pH

Pembuatan instalasi hidroponik

Selesai

Penyiapan larutan nutrisi

Analisis data

Pemasangan alat kendali ke instalasi hidroponik

Pengambilan data

Tidak Sesuai?

Ya

Kalibrasi dan validasi

sensor EC

Penulisan program EC

Pembuatan rangkaian

alat kendali EC

Penulisan program pH

Pembuatan skematik

rancangan alat

27

3.5. Perancangan Alat

Pada penelitian ini perancangan alat meliputi pembuatan skematik sistem kendali,

skematik sensor dan aktuator, pemasangan power supply, dan pemasangan semua

komponen ke mikrokontroler seperti pada Gambar 11, 12, dan 13. Setelah

terpasang dilanjutkan dengan verifikasi rangkaian dengan cara mengecek ulang

seluruh komponen. Kemudian dilanjutkan dengan melakukan kalibrasi dan

validasi seperti pada Gambar 14. Kalibrasi merupakan proses untuk

menyesuaikan hasil keluaran dari suatu perangkat pengukuran dengan suatu

standar yang sudah ada baik itu nasional, internasional maupun sumber-sumber

yang sudah mendapatkan sertifikasi (Morris, 2001). Pada penelitian ini dilakukan

kalibrasi alat pengukur pH dengan menyesuaikan nilai keluaran pada pH meter

standar ATC pH-2011. Nilai yang ditunjukkan pada kedua alat dibandingkan agar

mendapatkan sebuah rumus untuk pemrograman. Data tersebut diuji dengan

analisis regresi linear agar didapatkan korelasi antara alat ukur pH yang dibuat

dengan alat pH meter standar. Tahap ini bertujuan untuk mendapatkan angka

kalibrasi pH yang tepat agar alat dapat bekerja secara optimal. Setelah tahap

kalibrasi dilanjutkan dengan validasi sensor yang bertujuan agar data yang

dikeluarkan oleh sensor sudah sesuai dengan alat standar. Selanjutnya melakukan

tahapan penulisan program penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 15.

Penulisan program menggunakan bahasa pemrograman C dengan bantuan

software Arduino IDE v.1.6.12 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.

Setelah itu program dicek kebenarannya dengan cara verifikasi pada software

Arduino IDE, jika software tidak memberikan peringatan, maka program sudah

28

benar dan dapat dijalankan, namun jika software memberikan peringatan yang

ditandai dengan adanya highlight pada penulisan, maka terdapat kesalahan pada

penulisan yang ditandai dengan highlight. Setelah program sudah terverifikasi,

langkah selanjutnya melakukan upload program untuk mengirim penulisan

pemrograman tersebut ke mikrokontroler. Kemudian mikrokontroler melakukan

aksi sesuai dengan penulisan program yang dibuat. Apabila terjadi kesalahan

selama melakukan aksi, maka dilakukan modifikasi dalam penulisan programnya.

Gambar 10. Tampilan layar software Arduino IDE.


29

Gambar 11. Rancangan penelitian tampak isometri.

Gambar 12. Rancangan penelitian tampak atas.

Keterangan:

1. Tempat mikrokontroler 7. Bak pengukuran EC

2. Bak larutan asam 8. Stop kontak

3. Bak larutan basa 9. Aerator

4. Bak pengukuran pH 10. Pipa Hidroponik

5. Bak air 11. Kabel penghubung

6. Bak larutan limbah

Keterangan:

12. Pompa larutan basa 17. Pompa larutan air

13. Pompa larutan asam 18. Pompa larutan limbah

14. Sensor pH 19. Sensor EC

15. Pompa larutan nutrisi ke hidroponik 20. Pompa larutan nutrisi ke bak

16. Sensor suhu DS18B20 penampung pH

1

2 3

4

5

6 7

8

9

10

11

13 12 14

15

20

19

16 18 17

30

Gambar 13. Diagram proses perancangan alat.

Mulai

Skematik dan perancangan

sensor dan aktuator

dPerancangan

Sensor pH dihubungkan ke pin

A2 mikrokontroler

Relay dihubungkan ke aktuator

pompa larutan basa ke nutrisi

di pin digital 4


pompa larutan asam ke nutrisi

di pin digital 5

I2C dipasang pada LCD

RTC dipasang pada pin A4

dan A5

Verifikasi rangkaian

Penulisan Program

Verifikasi Program

Selesai

Skematik modul utama sistem

kendali

Kalibrasi alat dan

koreksi pH dari suhu

larutan

Power Supply +5v, 0, +12v,

dan -12v dihubungkan pada

mikrokontroler

LCD dihubungkan ke

mikrokontroler pada pin A4,

dan A5

Tidak

Semua komponen

terhubung dengan

mikrokontroler

Program telah di

verify oleh software

Arduino IDE

Ya

SD card dipasang pada pin

digital 10, 11, 12, dan 13

Tidak

Ya


pompa larutan nutrisi ke

instalasi hidroponik di pin

digital 8

31

Gambar 14. Diagram proses kalibrasi dan validasi alat.

Mulai

Penyediaan 24 sampel pH dengan nilai 3, 4,

5, 6, 7, 8, 9, dan 10

Pengambilan data pH pada suhu ruang dan

dipanaskan suhunya menjadi 31 oC, 33

oC,

dan 35 oC

Analisis regresi

Penyediaan 15 sampel pH dengan nilai 4, 5,

6, 7, dan 8

Pengambilan data pH pada suhu ruang dan

dipanaskan suhunya menjadi 31 oC, 33

oC,

dan 35 oC

Ya

Selesai

Perakitan alat

Data keluaran sesuai

dengan pembacaan

alat pH meter Tidak

Uji RMSE

32

Gambar 15. Diagram alir pemrograman.

Ya

Tidak Tidak

Ya

Mulai

Power On

Pembacaan

sensor pH Tampilan LCD

5,3 ≤ pH ≤ 7

Pompa larutan asam

mati

Pompa larutan basa

mati

Pompa larutan nutrisi

hidup

pH < 5,3 pH > 7

Simpan data nilai

pH

Power Off

Selesai

Pompa larutan asam

mati

Pompa larutan basa

hidup


mati

Pompa larutan asam

hidup

Pompa larutan basa

mati


mati

database

Waktu tunggu 1 menit

35 detik

Waktu tunggu 3 menit Waktu tunggu 3 menit

33

3.5.1. Perancangan Struktural

Pada perancangan ini, alat kendali pH larutan nutrisi limbah cair tahu dirancang

secara otomatis untuk mengendalikan pH limbah cair tahu agar sesuai dengan

kriteria desain yang diharapkan. Perancangan struktural ini terdiri dari perakitan

perangkat keras sensor, pengolahan data, dan perlakuan aksi terhadap data hasil

keluaran. Untuk itu dibuat suatu diagram blok yang menghubungkan komponen-

komponen tersebut seperti pada Gambar 16.

Gambar 16. Diagram blok sistem kendali limbah cair tahu.

Pada bagian perakitan perangkat keras sensor, sensor dihubungkan dengan

mikrokontroler. Kemudian sensor diletakkan pada ketinggian yang sesuai dengan

permukaan limbah cair tahu. Pada bagian pengolahan data terdiri dari perangkat

keras mikrokontroler, RTC, dan SD Card. Semua komponen tersebut

dihubungkan ke mikrokontroler melalui kabel jumper. Setelah semua perangkat

terhubung, dimasukkan ke sebuah wadah yang terbuat dari plastik akrilik

berbentuk kotak agar semua perangkat tersebut terlindung dari debu maupun air

yang dapat merusak komponen. Pada bagian perlakuan aksi terhadap data hasil

keluaran terdiri dari perangkat keras LCD, relay, dan aktuator. LCD dan relay

Keluaran

Set Point

pH (5,3–7) Mikrokontroler

Limbah Cair

Tahu

Masukan

Pompa larutan

nutrisi

Pompa larutan

asam

Pompa larutan

basa

Sensor pH Sensor suhu

34

dihubungkan ke mikrokontroler melalui kabel jumper. Layar LCD menampilkan

hasil pengolahan data, relay bekerja sesuai dengan kondisi pH yang tercatat pada

mikrokontroler dan memerintahkan aktuator untuk melakukan aksi.

3.5.2. Perancangan Fungsional

Pada perancangan ini dibuat sebuah sistem kendali berupa alat yang berfungsi

untuk mengendalikan pH larutan nutrisi dengan cara meletakkan sensor pH pada

bak penampung nutrisi, kemudian mikrokontroler memberi perintah ke aktuator

untuk menyalurkan larutan asam ataupun larutan basa ke nutrisi. Alat ini

memiliki beberapa komponen dengan fungsinya masing-masing yaitu, Sensor

modul pH, mikrokontroler ATmega328, Real Time Clock (RTC) dan SD card

module, Liquid Crystal Display (LCD), dan relay.

a. Sensor pH

Komponen ini tersusun dari batang elektroda dan membran gelas. Batang

elektroda tersebut terbuat dari bahan gelas yang terisolasi dengan baik sedangkan

membran gelas berdinding tipis yang sensitif terhadap ion H+. Pada komponen ini

dilengkapi dengan modul pH dan suhu DS18B22 waterproof untuk membaca

suhu pada larutan seperti pada Gambar 17.

35

Gambar 17. Sensor pH dan DS18B20 waterproof.

b. Mikrokontroler

Komponen ini dapat menerima sinyal data yang dikirimkan oleh sensor. Sinyal

tersebut diolah datanya untuk memberikan output pada komponen yang lainnya,

untuk memberikan aksi ke aktuator, menampilkan, dan menyimpan data. Bentuk

mikrokontroler dan bagian-bagiannya ditunjukkan pada Gambar 18.

Gambar 18. Mikrokontroler jenis Arduino Uno.


c. Real time clock (RTC)

Komponen ini berfungsi untuk memberikan informasi waktu secara real time dari

setiap data yang telah diolah oleh mikrokontroler. Bentuk RTC ditunjukkan pada

Gambar 19.

Keterangan:

1. Mikrokontroler ATmega328

2. Pin Digital

3. Pin Analog

4. Pin sumber tegangan

5. Konektor USB

6. Konektor catu daya

Keterangan:

1. Modul pH

2. DS18B20

3. Sensor pH (pH probe)

2

3 4

6

5

2

1

3

1

36

Gambar 19. Real time clock.


d. Modul micro SD card

Komponen ini berfungsi untuk menyimpan data yang diolah oleh mikrokontroler.

Data tersebut dicatat oleh data logger lalu disimpan pada micro SD card dalam

bentuk file *.txt. Bentuk modul micro SD card ditunjukkan pada Gambar 20.

Gambar 20. micro SD card module.


e. Liquid crystal display (LCD)

Komponen ini berfungsi untuk menampilkan seluruh informasi yang dibutuhkan

seperti waktu, suhu, dan nilai pH. Data yang ditampilkan dapat diperbarui setiap

satu menit. Bentuk LCD ditunjukkan pada Gambar 21.

37

Gambar 21. Liquid crystal display 20x4.


f. Modul relay

Komponen ini berfungsi untuk memutus atau menyambungkan arus listrik

bertegangan 220/110 volt. Proses pemutusan dan penyambungan arus listrik

diatur sebelumnya oleh mikrokontroler. Modul relay yang digunakan yaitu jenis

4-channel dan 2-channel seperti pada Gambar 22(a) dan 22(b).

Gambar 22. Modul relay jenis (a) 4-channel dan (b) 2-channel.


g. Pompa larutan asam, basa, dan nutrisi

Komponen ini berfungsi untuk mengalirkan larutan asam ataupun basa ke limbah

nutrisi untuk mencapai kondisi pH 5,3–7, dan pompa larutan nutrisi berfungsi

untuk menyalurkan nutrisi dari bak penampung ke instalasi hidroponik

a b

38

3.6. Mekanisme Kerja

Sistem kendali pH ini dibuat untuk dapat bekerja secara berkelanjutan. Pertama

kali limbah cair tahu dikendalikan nilai EC-nya pada bak yang terpisah.

Selanjutnya limbah tersebut dikirimkan ke bak yang digunakan untuk

mengendalikan pH. Pada bak tersebut diletakkan dua sensor yaitu sensor suhu

DS18B20 dan sensor pH. Kedua sensor tersebut membaca suhu dan nilai pH

larutan nutrisi. Hasil pembacaan nilai pH nutrisi dijadikan sebagai faktor utama

untuk memberikan aksi dari mikrokontroler ke relay yang disambungkan ke

masing-masing pompa. Ketika nilai pH < 5,3 maka pompa larutan basa hidup

selama dua detik, lalu menunggu larutan tersebut tercampur selama tiga menit dan

mengukur kembali nilai pH nya. Ketika nilai pH > 7 maka pompa larutan asam

hidup selama dua detik, lalu menunggu larutan tersebut tercampur selama tiga

menit dan mengukur kembali nilai pH nya. Ketika nilai pH 5,3–7 maka pompa

larutan nutrisi hidup untuk membasahi akar tanaman selama 1 menit 35 detik.

Setelah nutrisi disalurkan ke instalasi hidroponik maka mikrokontroler mengulang

proses dari awal hingga alat dimatikan.

3.7. Uji Alat

Pengujian alat yang dilakukan berupa analisis kinerja dari aktuator pada sistem

kendali. Analisisnya yaitu nilai keakurasian, rerata waktu pengendalian,

stabilitas, respon sistem, dan pemberian aksi.

39

1. Keakurasian / Keakuratan

Keakurasian / Keakuratan menunjukkan ketepatan kinerja alat saat melewati

setting point yang diinginkan. Untuk mencari nilai keakurasian harus diketahui

terlebih dahulu berapa nilai ketidakakurasian dari alat. Cara perhitungannya

dengan menggunakan Persamaan (3.1) (Telaumbanua, 2015).

Keakurasian = (1 - (

∑ |SP-N i|ni 1

n)

SP ) x 100 % …………………………(3.1)

Keterangan:

SP = Nilai setting point

NAi = Nilai aktual ke-i

n = Jumlah data

2. Rerata Waktu Pengendalian

Rerata waktu pengendalian menunjukkan kecepatan kinerja alat mampu

mengendalikan suatu nilai untuk mencapai setting point. Cara perhitungannya

dengan menggunakan Persamaan (3.2) (Telaumbanua, 2015).

RWP = ∑ ( on i Delay)ni 1

n …………………………………………(3.2)

Keterangan:

RWP = Rerata waktu pengendalian (menit)

Aon i = Aktuator hidup ke-i (menit)

Delay = Waktu tunggu (menit)

n = Jumlah data

40

3. Stabilitas

Stabilitas menunjukkan daya tahan alat mampu menghasilkan kinerja yang tetap

atau tidak. Ketidakstabilan pada sistem kendali ini berpengaruh terhadap

pengendalian nilai pH limbah cair tahu. Jika pH yang dikendalikan menyimpang

terlalu jauh melewati batas, maka syarat untuk digunakan sebagai larutan nutrisi

hidroponik tidak terpenuhi.

4. Respon Sistem

Respon sistem menunjukkan kecepatan kinerja alat terhadap adanya gangguan

dan waktu. Respon sistem dibedakan menjadi dua, yaitu respon transient dan

respon steady state seperti pada Gambar 23. Respon transient digunakan untuk

mengukur waktu saat sistem pertama kali digunakan (pada titik 0) hingga

mencapai steady state. Respon steady state digunakan untuk mengukur waktu

saat sistem sudah berada pada keadaan stabil hingga waktu tidak terhingga

(Ogata, 1985).

Gambar 23. Kurva respon transient dan steady state.

41

Respon sistem juga dapat digunakan untuk mengetahui jenis sinyal masukan

terhadap karakteristik sistem berdasarkan kurva. Jenis sinyal masukan ini dapat

dilihat dari bentuk masukan yang sering terjadi pada sistem. Jika masukannya

berupa fungsi waktu yang tidak ditentukan, maka termasuk dalam fungsi ramp.

Jika sistem diberikan gangguan secara bertahap, maka termasuk dalam fungsi

tangga (step), dan jika sistem diberikan gangguan kejut, maka termasuk dalam

fungsi impulse (Ogata, 1985).

5. Pemberian Aksi

Pemberian aksi menunjukkan banyaknya larutan yang dikeluarkan ketika aktuator

dinyalakan. Larutan tersebut berupa larutan asam (H2SO4) dan larutan basa

(NaOH). Larutan asam dan basa tidak murni digunakan secara langsung,

melainkan melalui proses pengenceran. Proses pengenceran larutan asam dengan

cara mencampurkan H2SO4 dan aquades hingga nilai pH berkisar 3. Proses

pengenceran larutan basa dengan cara mencampurkan NaOH dan aquades hingga

nilai pH berkisar 10.

3.8. Analisis Data

Pada penelitian ini data direkam oleh mikrokontroler setiap 1 menit. Perekaman

data saat uji kinerja dilakukan selama 48 jam. Setelah direkam, data kemudian

disimpan ke dalam SD card dengan format file *.txt. Selanjutnya data

dipindahkan ke Microsoft Excel untuk dilakukan analisis. Hasil analisis disajikan

dalam bentuk tabel dan grafik.

42

3.8.1. Root Mean Square Error (RMSE)

Root Mean Square Error (RMSE) adalah metode untuk mengetahui besarnya

kesalahan pendugaan dari model yang dikembangkan. Uji RMSE merupakan

akar dari total kuadratis rata-rata simpangan antara data observasi dengan hasil

prediksi model. Selain RMSE, ada metode lain yang dapat digunakan untuk

mengetahui besarnya kesalahan pendugaan yaitu Mean Absolute Error (MAE).

Namun menurut Qodari (2015), RMSE merupakan pilihan yang baik karena dapat

memberikan gambaran tentang kekonsistenan dari sebuah model yang

dikembangkan. Semakin kecil nilai RMSE, maka model tersebut mampu

memberikan hasil yang relatif lebih konsisten untuk semua variabel bebas yang

dimasukkan. Rumus perhitungan nilai RMSE dapat dilihat pada Persamaan (3.3)

(Saputra, 2016).

2

1

)(1

i

n

i

i POn

RMSE

.............................................................................(3.3)

Keterangan :

n = jumlah data

Oi = nilai observasi ke-i

Pi = Nilai prediksi ke-i

3.8.2. Koefisien Determinasi (R2)

Koefisien determinasi (R2) pada intinya digunakan untuk mengukur seberapa

besar kemampuan variabel bebas dalam menerangkan variabel terikat. Nilai

koefisien determinasi terbesar adalah 1 dan terkecil adalah 0. Hasil prediksi

43

model dianggap baik apabila nilai R2 = 1 atau R

2 ≈ 1. Jika nilai R

2 = 0 atau R

2 ≈

0, berarti garis regresi tidak dapat digunakan untuk membuat perkiraan variabel

bebas (x). Hal ini karena variabel-variabel bebas yang dimasukkan dalam

persamaan regresi tidak mampu menjelaskan atau tidak berpengaruh terhadap

variabel terikat (y). Nilai R2 dicari dengan membuat grafik scatter nilai observasi

versus nilai prediksi pada Microsoft Excel. Pada grafik, ditambahkan treadline

lalu dipilih tipe regresi linier dan menampilkan nilai R2 (Saputra, 2016).

3.8.3. Koefisien Korelasi (r)

Koefisien korelasi ialah pengukuran statistik kovarian atau asosiasi antara dua

variabel. Besarnya koefisien korelasi berkisar antara +1 s/d -1. Koefisien korelasi

menunjukkan kekuatan (strength) hubungan linear dan arah hubungan dua

variabel acak. Jika koefisien korelasi positif, maka kedua variabel mempunyai

hubungan searah. Artinya jika nilai variabel X tinggi, maka nilai variabel Y akan

tinggi pula. Sebaliknya, jika koefisien korelasi negatif, maka kedua variabel

mempunyai hubungan terbalik. Artinya jika nilai variabel X tinggi, maka nilai

variabel Y akan menjadi rendah (dan sebaliknya). Interpretasi mengenai kekuatan

hubungan antara dua variabel ditunjukkan pada Tabel 4:

Tabel 4. Interpretasi koefisien korelasi

Interval Koefisien Tingkat Hubungan

0 – 0,199 Sangat Rendah

0,20 – 0,399 Rendah

0,40 – 0,599 Sedang

0,60 – 0,799 Kuat

0,80 – 1 Sangat Kuat

(Sumber: Sugiyono, 2007)

72

V. SIMPULAN DAN SARAN

5.1. Simpulan

Sistem kendali pH otomatis berbasis mikrokontroler Arduino ATmega328 telah

dirancang sesuai dengan setting point yang diberikan berdasarkan variabel suhu

dan pH. Simpulan yang didapat dari penelitian ini adalah

1. Hasil dari proses kalibrasi dan validasi sensor sebagai berikut:

a. Kalibrasi sensor suhu mendapatkan persamaan untuk mencari nilai

suhu aktualnya, yaitu T = (0,9446*nilai suhu sensor) + 2,2498 dengan

nilai R2 sebesar 0,9992.

b. Kalibrasi sensor pH mendapatkan persamaan untuk mencari nilai pH

aktualnya, yaitu pH = (0,01*suhu) - (0,01*pH mV) + 23,28 dengan

nilai R2 sebesar 0,99.

c. Validasi sensor suhu menghasilkan pembacaan suhu yang sudah

mendekati alat standar dengan nilai error menggunakan uji RMSE

sebesar 0,16.

d. Validasi sensor pH menghasilkan pembacaan pH yang masih rendah

dibandingkan alat standar dengan nilai error menggunakan uji RMSE

sebesar 0,41.

73

2. Hasil dari pengujian alat sebagai berikut:

a. Tingkat keakurasian sebesar 95,71%.

b. Rerata waktu pengendalian selama 3 menit 2 detik.

c. Stabilitas alat menghasilkan kinerja yang stabil.

d. Respon sistem saat menaikkan pH membutuhkan waktu selama 10

menit 39 detik dan respon sistem saat menurunkan pH membutuhkan

waktu selama 22 menit 24 detik.

e. Jumlah larutan asam (H2SO4) yang dikeluarkan selama pengujian

sebanyak 452 ml dan jumlah larutan basa (NaOH) yang dikeluarkan

selama pengujian sebanyak 56 ml.

5.2. Saran

Saran yang didapat untuk perbaikan penelitian kedepannya adalah

1. Pengujian menggunakan larutan asam dan basa lain yang diencerkan untuk

mengoptimalkan kinerja sistem kendali.

2. Lubang keluaran larutan asam dan basa sebaiknya diperkecil agar

penggunaan relay tidak hidup selama dua detik yang dapat merusak relay

jika digunakan dalam jangka waktu yang lama.

3. Penggunaan aerator untuk pengaduk larutan nutrisi kurang optimal karena

masih banyak flok-flok yang mengendap pada dasar bak, sehingga

dibutuhkan komponen pengganti yang mampu mengaduk larutan nutrisi

agar flok-flok tidak mengendap.

DAFTAR PUSTAKA

74

DAFTAR PUSTAKA

Annisa, Febri, dan Leni. 2016. Urban Farming Bertani Kreatif Sayur, Hias, dan

Buah. AgriFlo. Jakarta. 114 hlm.

Ardiansyah, N., Taufiq, M., dan Hidayat, I. 2015. Rancang bangun pH meter air

di Utilities Refinery Unit IV Cilacap PT Pertamina (Persero) berbasis

arduino UNO R3. Prosiding SENATEK Fakultas Teknik, Universitas

Muhammadiyah Purwokerto, 28 November 2015. Purwokerto. 131–136.

Arduino. 2015. Arduino UNO & Genuino UNO.

https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno. Diakses pada tanggal

12 Juni 2016.

Asmoro, Y., Suranto, dan Sutoyo, D. 2008. Pemanfaatan limbah tahu untuk

peningkatan hasil tanaman petsai (brassica chinensis). J. Bioteknologi. Vol.

5, No. 2: 51–55.

Bakshi, U.A., dan Bakshi, V.U. 2009. Automatic Control Systems. Technical

Publications Pune. India. 764 hlm.

Candra, H. 2015. Rancang bangun dan uji kinerja sistem kontrol otomatis pada

irigasi tetes menggunakan mikrokontroler arduino mega. J. Teknik Pertanian

Lampung. Vol. 4, No. 4: 235–244.

Djaali, dan Muljono, P. 2007. Pengukuran dalam Bidang Pendidikan. Grasindo.

Jakarta. 79 hlm.

Febriani, R. 10 Februari 2013. Temperature Sensor DS18B20 Arduino.

https://uehealth.wordpress.com/2013/02/10/temperature-sensor-ds18b20-

arduino/. Diakses pada 19 September 2017.

Franata, R. 2014. Rancang bangun sistem irigasi tetes otomatis berbasis

perubahan kadar air tanah dengan menggunakan mikrokontroler arduino

nano. J. Teknik Pertanian Lampung. Vol. 4, No. 1: 19–26.

Ghozali, I. 2011. Aplikasi Analisis Multivariate dengan Program IBM SPSS 19

(Edisi 5). Badan Penerbit Universitas Diponegoro. Semarang. 447 hlm.

75

Herlambang, A. 2002. Teknologi Pengolahan Limbah Cair Industri Bagian 2:

Teknologi Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu dan Tempe. BPPT.

http://www.kelair.bppt.go.id/. Diakses pada tanggal 12 Juni 2016.

Ihsanto, E., dan Hidayat, S. 2014. Rancang bangun sistem pengukuran pH meter

dengan menggunakan mikrokontroler arduino UNO. J. Teknik Elektro,

Universitas Mercu Buana. Vol. 5, No. 3: 139–146.

Kadir, A. 2015. Buku Pintar Pemrograman Arduino. MediaKom. Yogyakarta.

520 hlm.

KBBI. 2017. Kamus Besar Bahasa Indonesia. https://kbbi.web.id/stabil.

Diakses pada tanggal 27 November 2017.

Kurniasari, V. 2012. Uji Kelarutan Fosfat Cangkang Telur Ayam Ras

Menggunakan Air Limbah Tahu Sebagai Upaya Pengembangan Pupuk

Alternative. (Skripsi). Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,

Universitas Lampung. Bandar Lampung. 50 hlm.

Morris, A.S. 2001. Measurement & Instrumentation Principles (Third Edition).

Butterworth-Heinemann. London. 475 hlm.

Ningrum, D.Y., Triyono, S., dan Tusi, A. 2014. Pengaruh lama aerasi terhadap

pertumbuhan dan hasil tanaman sawi (brassica juncea l.) pada hidroponik

DFT (deep flow technique). J. Teknik Pertanian Lampung. Vol. 3, No. 1:

83–90.

Ogata, K. 1985. Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 1.

Diterjemahkan oleh: Edi Leksono. Erlangga. Jakarta. 390 hlm.

Permatahati, D. 16 Maret 2015. Tranduser dan Komponen Elektronika.

http://dindatelekomunikasi.blogspot.co.id/2015/03/jenis-jenis-sensor-

kimia_16.html. Diakses pada tanggal 19 September 2017.

Qodari, A. 22 September 2015. Kapan Menggunakan MAE dan MSE?.

https://arifqodari.wordpress.com/2015/09/22/kapan-menggunakan-mae-dan-

mse/. Diakses pada tanggal 13 November 2017.

Ratnani, R.D., Hartati, I., dan Kurniasari, L. 2011. Pemanfaatan eceng gondok

(eichornia crassipes) untuk menurunkan kandungan COD (chemical oxygen

demand), pH, bau, dan warna pada limbah cair tahu. J. Momentum. Vol. 7,

No. 1: 41–47.

Resh, H.M. 2013. Hydroponic Food Production : A Definitive Guidebook for the

Advanced Home Gardener and the Commercial Hydroponic Grower

(Seventh Edition). CRC Press. London. 511 hlm.

76

Sadzali, I. 2010. Potensi limbah tahu sebagai biogas. J. UI Untuk Bangsa Seri

Kesehatan, Sains, dan Teknologi. Volume 1: 62–69.

Saftari, F. 2015. Proyek Robotik Keren dengan Arduino. Elex Media

Komputindo. Jakarta. 116 hlm.

Said, N.I., dan Wahjono, H.D. 1999. Teknologi Pengolahan Limbah Tahu-

Tempe Dengan Proses Biofilter Anaerob dan Aerob. Kelompok Teknologi

Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair, Direktorat Teknologi Lingkungan,

Deputi Bidang Teknologi Informasi, Energi, Material, dan Lingkungan,

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. http://www.kelair.bppt.go.id/.

Diakses pada tanggal 12 Juni 2016.

Santoso, S., Sudiono, dan Basuki, K.T. 2006. Rancangan Otomatisasi Pengatur

pH Limbah Industri Menggunakan Mikroprosesor MPF-1. Seminar Nasional

II SDM Teknologi Nuklir, 21–22 Desember 2006. Yogyakarta. 337–342.

Saputra, T.W. 2016. Prediksi Umur Tanaman, Berat Segar, Total Luas Daun dan

Tinggi Tanaman Menggunakan Teknik Pengolahan Citra Multi Kamera.

(Tesis). Program Pascasarjana, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas

Gajah Mada. Yogyakarta. 110 hlm.

Saputro, A.D. 7 Juni 2016. Mengenal Arduino Uno.

http://bloggermahal.blogspot.co.id/2016/06/mengenal-arduino-uno.html.

Diakses pada tanggal 12 Juni 2016.

Silvina, F., dan Syafrinal. 2008. Penggunaan berbagai medium tanam dan

konsentrasi pupuk organik cair pada pertumbuhan dan produksi mentimun

jepang (cucumis sativus) secara hidroponik. J. SAGU. Vol. 7, No. 1: 7–12.

Siregar, J., Triyono, S., dan Suhandy, D. 2015. Pengujian beberapa nutrisi

hidroponik pada selada (lactuca sativa l.) dengan teknologi hidroponik sistem

terapung (THST) termodifikasi. J. Teknik Pertanian Lampung. Vol. 4, No.

1: 65–72.

Sugiyono. 2007. Statistika Untuk Penelitian. ALFABETA. Bandung. 389 hlm.

Suryani, R. 2015. Hidroponik : Budidaya Tanaman Tanpa Tanah. ARCITRA.

Yogyakarta. 191 hlm.

Sutrisno, A., Ratnasari, E., dan Fitrihidajati, H. 2015. Fermentasi limbah cair

tahu menggunakan EM4 sebagai alternatif nutrisi hidroponik dan aplikasinya

pada sawi hijau (brassica juncea var. tosakan). J. LenteraBio. Vol. 4, No. 1:

56–63.

Telaumbanua, M. 2015. Model Pengendalian Iklim Mikro dan Nutrisi Otomatis

Pada Pertumbuhan Sawi (Brassica rappa var. parachinensis L.) Secara

77

Hidroponik. (Disertasi). Program Pascasarjana, Fakultas Teknologi

Pertanian, Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. 264 hlm.

Triyono, S., Haryanto, A., dan Silviana, M. 2015. Filtrasi limbah cair industri

tahu dengan media partikel batuan fosfat. Prosiding Seminar Agroindustri

dan Lokakarya Nasional FKPT-TPI, Program Studi TIP-UTM, 2–3

September 2015. Bangkalan Madura. 258–263.

Wahyono, R.E. 2016. Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Temperatur

dan Kelembaban Kumbung Jamur Tiram (Pleurotus sp) Berbasis

Mikrokontroler. (Skripsi). Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,

Universitas Lampung. Bandar Lampung. 101 hlm.

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI OTOMATIS pH …digilib.unila.ac.id/29513/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · mikrokontroler dan melakukan pengujian alat. ... Hasil dari penelitian

Documents