Perancangan Modul Pengering Ikan Putaran Rak Vertikal Berbasis Mikrokontroller

Transkripsi

1 Perancangan Modul Pengering Ikan Putaran Rak Vertikal Berbasis Mikrokontroller Irnanda Priyadi #1, Reza Satria Rinaldi #2, Mensi Alexander #3 #1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Universitas Bengkulu Jalan W.R. Supratman Kandang Limun - Bengkulu #1 Irnanda_P@unib.ac.id or Irnanda2016@gmail.com Abstrak Pengeringan hasil laut terutama ikan umumnya masih dilakukan dengan cara tradisonal atau menggunakan teknologi yang sederhana. Modul pengering yang digunakan masih tergantung pada kondisi cuaca sehingga hanya dapat digunakan terbatas pada siang hari saat matahari bersinar. Penggunaan modul pengering yang tidak terkontrol dengan baik akan berdampak terhadap kualitas produk ikan yang dihasilkan. Penelitian ini merancang sebuah modul atau alat pengering ikan berbasis kendali mikrokontroller yang akan mengontrol variabel-variabel pengeringan ikan agar tetap konstan menggunakan sel surya dengan memanfaatkan cahaya matahari sebagai sumber energi utama. Dari hasil pengujian disimpulkan bahwa proses pengeringan ikan dengan menggunakan modul alat pengering dapat menghasilkan nilai kadar air ikan mencapai 31,9% menggunakan deteksi sensor kelembaban dan 25,5% melalui uji laboratorium terhadap kandungan kadar air dengan lama pengeringan sekitar 5,5 jam. Kata kunci modul pengering, kendali mikrokontroller, mesin pengering ikan, aplikasi sel surya, putaran rak vertikal I. PENDAHULUAN Pemanfaatan energi matahari memiliki prospek yang sangat baik untuk dikembangkan di Indonesia menggantikan sumber energi fosil yang tidak ramah lingkungan dan ketersediaannya semakin lama semakin menipis. Berdasarkan data letak strategis negara Indonesia di sekitar garis khatulistiwa (bidang datar ekuator) menyebabkan sebagian besar wilayah di Indonesia mendapat penyinaran matahari sepanjang tahun sehingga memungkinkan Indonesia untuk mengembangkan energi matahari menjadi sumber energi thermal. Indonesia yang sebagian besar wilayahnya dikelilingi lautan juga memiliki sumber daya alam yang berlimpah, terutama dari hasil laut. Usaha pengolahan hasil laut terutama ikan idealnya dilakukan dengan menggunakan teknologi tinggi sehingga ikan dapat bertahan lama. Tetapi hampir di setiap kampung nelayan terutama di kampung- kampung nelayan yang jauh dari sentuhan teknologi dan tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN, pengolahan ikan masih dilakukan dengan cara sederhana. Teknologi pengering ikan yang biasa digunakan masih tergantung pada kondisi cuaca sehingga hanya dapat digunakan terbatas pada siang hari saat matahari bersinar. Metode pengeringan seperti ini yang tidak dapat mengendalikan kondisi thermal pada proses pengeringan akan menyebabkan variabel-variabel yang berpengaruh dalam pengeringan ikan tidak dapat terjaga konstan. Sehingga akan berdampak terhadap rendahnya kualitas produk ikan yang dihasilkan. Karena itu perlu diupayakan metode pengeringan lain yang dapat mengontrol variabelvariabel tersebut agar tetap konstan. Paper ini membahas rancang bangun modul pengering ikan menggunakan teknologi sel surya berbasis kendali mikrokontroller. II. STUDI PUSTAKA A. Teknologi Pengering Ikan Ikan merupakan sumber protein hewani mengandung bakteri dan enzim yang dapat mudah busuk jika tidak dilakukan proses pengawetan. Proses pengawetan ikan akan dapat memberikan nilai tambah pada ikan sebelum diolah menjadi sumber bahan makanan lain [1]. Proses pengawetan ikan yang umum dilakukan adalah dengan cara pengeringan. Proses pengeringan ikan pada prinsipnya adalah proses mengurangi kadar air dalam ikan untuk menghambat proses pembusukan pada ikan. Menurut [2], beberapa variabel yang penting dikendalikan dalam proses pengeringan ikan adalah : temperatur, kelembaban dan laju aliran udara. Variabel-variabel ini akan berpengaruh terhadap produk ikan yang dihasilkan dan lama waktu pengeringan. Salah satu bentuk teknologi pengering ikan yang banyak dikembangkan adalah teknologi pengering surya. Menurut [3], pengering surya mempunyai beberapa keuntungan antara lain : sederhana, biaya rendah dan tidak memerlukan banyak tenaga kerja. Waktu proses pengeringan dengan pengering surya dapat berkurang sebanyak 65% dibanding pengeringan tradisional. Sistem pengering surya yang pernah dibuat mengunakan kolektor surya plat datar, ruang pengering dan fan untuk mengalirkan udara diberi nama solar dryer indirrect system with forced ventilation open circuit yang dapat 91

2 mengeringkan 15 kg ikan dari kadar air 60% wb menjadi 25% wb. [4]. Penelitian pendahuluan tentang desain box pengering yang pernah dilakukan adalah untuk mengeringkan pisang menjadi pisang salai. Hasil rancangan alat pengering menunjukkan proses pengeringan pisang salai akan berlangsung selama 3 hari hingga kadar kelembaban mencapai 20%. [5]. B. Pengontrol Parameter Pengering Dalam bidang teknologi aplikasi, sistem instrumentasi yang berbasis mikrokontroller telah dipergunakan secara luas karena merupakan bagian dari proses kontrol. Suhu (thermal) dan kelembaban merupakan salah satu besaran fisis yang sering dipakai sebagai parameter suatu sistem kontrol baik hanya untuk sistem monitoring saja atau untuk proses pengendalian lebih lanjut. Dalam sistem pengontrolan parameter pengering pada modul pengering dapat digunakan mikrokontroller Arduino Mega C. Sensor Suhu dan Kelembaban SHT11 Sensor SHT11 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu dan kelembaban menjadi besaran elektris tegangan. Sensor SHT11 merupakan sensor yang dapat mendeteksi suhu dan kelembaban dengan range -40 sampai derajat Celcius atau -40 sampai derajat Fahrenheit, dan 0 sampai 100 %RH. Ada dua pin yang digunakan pada SHT11 untuk berkomunikasi dengan mikrokontroller, yaitu pin SCK dan pin DATA. Pin SCK berfungsi untuk mensinkronisasikan komunikasi antara SHT11 dan mikrokontroler, sedangkan pin DATA berfungsi untuk mentransfer data in dan out pada SHT11. Rangkaian skematik sensor SHT11 ini sebagai berikut: difokuskan pada perancangan sistem kendali pemanas buatan (on-off heater) untuk menjaga suhu ruang pengering agar tetap konstan meskipun tanpa adanya sinar matahari. Pada tahapan rancangan desain modul pengering bahan yang akan dipilih untuk modul box pengering menggunakan bahan stainless yang memiliki nilai konduktivitas termal tinggi, ringan dan tahan karat. Penentuan dimensi box pengering disesuaikan dengan ukuran panggangan ikan bagian dalam box pengering. Penentuan banyaknya jumlah lajur panggangan ikan disesuaikan dengan kapasitas ikan yang akan dikeringkan. Panggangan ikan dirancang dapat berputar pada porosnya secara otomatis untuk membolak balik produk ikan yang akan dikeringkan sehingga diharapkan penyebaran panasnya merata. Rancangan, dimensi dan spesifikasi alat pengering ikan sebagai berikut : (a) (b) Gambar 2.1. Rangkaian Skematik Sensor SHT11 III. METODE PENELITIAN Rancangan desain modul pengering terdiri dari rancangan sistem kendali motor dc sebagai penggerak pemanggang ikan, sistem kendali penyimpanan keluaran listrik dari panel sel surya ke baterai, sistem kendali inverter sebagai alat konversi listrik DC dari baterai ke listrik AC untuk aplikasi beberapa komponen modul pengering dan sistem kendali beberapa parameter pengeringan (suhu, kelembaban dan laju aliran udara). Selanjutnya rancangan desain modul pengering juga akan (c) 92

3 No Komponen Spesifikasi Alat Modul Pengering Ikan Terkontrol 1 Panel surya Daya 200 WP 2 Baterai 12 Volt, 50 Amper 3 Mikrokontroler ARDUINO Mega Sensor SHT 11 5 Inverter Daya 1000 Watt 6 Daya pemanas 300 Watt 7 Motor Pemutar Rak Lapisan ruang 8 pengering (d) (e) Gambar 3.1. Rancangan Modul Pengering Keterangan Gambar : (a) Dimensi Box Pengering Ikan (b) Dimensi Pemanggang Ikan (c) Dimensi Box Pengendali (d) Dimensi Tiang Panel Surya (e) Gambar Sistem Keseluruhan Modul Pengering TABEL I SPESIFIKASI MODUL ALAT PENGERING IKAN Motor DC seri Giant Torque Plat stainless Pada rancangan tempat pemanggang/ pengering ikan dalam box pengering, pemanggang ikan dibuat tiga lajur yang masing-masing lajur berkapasitas 5 s.d. 7 kg berat ikan. Setiap lajur dikopel dengan sebuah gear sentrik untuk memutar poros panggangan menggunakan motor DC arus searah rating torka mencapai 100 kg. Penggunaan gear didasarkan pertimbangan untuk kemudahan pengembangan modul pengering bila suatu saat kapasitas ikan dalam modul pengering diperbesar. Caranya dengan merancang sistem gear baru yang dikopel dengan sistem gear lama. Pada rancangan kendali suhu dan kelembaban digunakan sensor SHT 11 untuk mendeteksi nilai besaran suhu dan kelembaban ruang pengering. Selanjutnya komponen yang berperan untuk menaikkan atau menurunkan nilai besaran suhu dan kelembaban disaat sensor membaca tidak sesuai set point (nilai referensi) adalah pemanas (heater) dan kipas (exhaust fan). Pemanas yang digunakan dalam rancangan modul pengering ini sebanyak 1 unit kapasitas 300 watt untuk beban penuh dengan sumber AC. Sedangkan kipas yang digunakan sebanyak 4 unit dengan kapasitas suplai tegangan 12 volt DC. Pemanas diletakkan dibagian tengah modul pengering agar dapat memberikan suplai panas merata ke seluruh sisi ruang modul pengering. Sedangkan empat buah kipas diletakkan dibagian empat sudut modul pengering agar sirkulasi panas disemua sisi ruang modul pengering tetap terjaga sesuai dengan suhu referensi. Untuk meningkatkan efisiensi modul alat pengering, pada bagian atas modul box pengering dipasang kaca hitam sehingga pada siang hari bila panas berlebih modul pengering dapat berfungsi sebagai kolektor. Disaat modul pengering berfungsi sebagai kolektor maka secara otomatis sistem kendali heater akan di off-kan dan suplai energi yang dicadangkan untuk heater akan dialihkan untuk mem-back up sistem pengering di sore atau malam hari saat matahari tidak bersinar. Namun ketika fungsi kolektor tidak berjalan maka kendali sistem otomatis parameter pengeringan tetap akan berjalan seperti semula. Berikutnya dilakukan beberapa jenis pengujian untuk mengetahui keberhasilan rancangan modul alat pengering. Pengujian yang dilakukan diantaranya pengujian pada masing- masing blok sistem, pengujian sistem pengering secara keseluruhan serta pengujian hasil produk di laboratorium. Pengujian masingmasing blok sistem dilakukan untuk melihat sejauh mana peran masing- masing blok untuk mendukung performance sistem secara keseluruhan. Selanjutnya pengujian sistem secara keseluruhan dilakukan untuk melihat sejauh mana tingkat keberhasilan performance modul alat pengering ikan yang telah dirancang secara teknis. Sedangkan pengujian lab dilakukan untuk mendapatkan perbandingan kualitas produk ikan yang dihasilkan terhadap kualitas ikan yang dijual 93

4 dipasaran. Pengujian blok sistem meliputi : Pengujian Blok Energi (panel surya+aki) Pengujian Kinerja Sensor SHT11 untuk mendeteksi suhu dan kelembaban Pengujian Kinerja Heater dan Exhaust Fan Pengujian sistem secara keseluruhan meliputi pengujian kinerja modul alat pengering pada saat mengeringkan ikan. Sedangkan pengujian lab meliputi pengujian kandungan kadar air dari produk ikan yang dihasilkan. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Blok Energi (panel surya+aki) a. Menggunakan Panel Surya 200 WP sekitar 4 jam TABEL II DATA PENGISIAN BATEREI PANEL SURYA 200 WP No Waktu Tegangan (Volt) 1 09:15 11, :15 12, :15 12, :15 13, :15 13,24 b. Menggunakan Panel Surya 150 WP sekitar 5 jam TABEL III DATA PENGISIAN BATEREI PANEL SURYA 150 WP No Waktu Tegangan (Volt) 1 11:00 11,7 2 12:05 11,8 3 13:00 12,0 4 14:00 12,1 5 15:05 12,1 6 16:10 12,2 c. Menggunakan Panel Surya 100 WP sekitar 6 jam TABEL IV DATA PENGISIAN BATEREI PANEL SURYA 100 WP No Waktu Tegangan (Volt) 1 10:00 11, :00 12, :00 12,90 Pengujian Kinerja Sensor SHT11 untuk mendeteksi suhu dan kelembaban TABEL V PERBANDINGAN PENGUKURAN SUHU No SHT 11 Suhu Termometer C 33 0 C 2. 33,22 0 C 33 0 C 3. 33,25 0 C 33 0 C TABEL VI PERBANDINGAN PENGUKURAN KELEMBABAN No SHT 11 Kelembaban Hygrometer 1. 65,90% 70,5% 2. 65,78% 70% 3. 65,79% 70% Pengujian Kinerja Heater dan Exhaust Fan TABEL VII HASIL PENGUJIAN KINERJA HEATER DAN EXHAUST FAN Waktu Suhu ( 0 C) Kelembaban (%) Set point Kondisi Kipas Kondisi Heater ,19 65, C Off Menyala ,08 53, C Off Menyala ,05 51, C Off Menyala ,47 50, C Off Menyala ,08 49, C Off Menyala Pengujian sistem secara keseluruhan dilakukan secara bertahap. Tahap awal pengambilan data dilakukan pada malam hari untuk melihat kemampuan panel surya 200 WP mensupport kebutuhan energi sistem modul pengering secara keseluruhan kecuali komponen pemanas (heater) saat bekerja tanpa panas matahari. Dari hasil pengujian saat mengeringkan ikan bleberan diperoleh data sebagai berikut : TABEL VIII HASIL PENGUJIAN MODUL PENGERING DI MALAM HARI No. Jam Temp ( C) Hmd (%) Tegangan Baterei (volt) Ket. Motor ,2 69,3 11,94 On ,3 67,1 11,91 On ,6 54,1 11,93 Off ,2 59,3 11,90 On ,1 47,2 11,90 Off ,4 50,4 11,88 On ,4 50,8 11,87 On ,6 43,1 11,87 Off ,9 43,9 11,83 On ,7 39,1 11,84 Off ,0 37,2 11,78 On ,1 31,9 11,56 Off Tabel diatas menunjukkan bahwa suplai energi dari baterei kondisi penuh mampu mensupport kebutuhan seluruh energi sistem modul 94

5 pengering dimalam hari kecuali komponen pemanas (heater) yang membutuhkan kapasitas energi cukup besar. Komponen-komponen sistem yang mampu di-support oleh baterei antara lain 4 buah kipas (exhaust fan), kerja sensor SHT11, display LCD dan motor pemutar rak pemanggang. Sedangkan komponen pemanas (heater) saat pengujian dilakukan masih di-support oleh suplai listrik PLN. Hasil Pengujian Laboratorium terhadap kandungan kadar air yang dihasilkan oleh modul pengering ikan yang dirancang sebagai berikut : TABEL IX HASIL UJI LABORATORIUM TERHADAP PARAMETER KADAR AIR No. Jenis Ikan Bleberan Kadar Air (%) 1 Sebelum Dikeringkan (basah) 75,77 2 Sesudah Dikeringkan (kering) 25,50 dengan modul pengering V. KESIMPULAN 1. Berdasarkan hasil deteksi komponen sensor kelembaban modul pengering dapat menurunkan kelembaban ikan yang dikeringkan dari 69,3% (ikan basah) menjadi 31,9% (ikan kering) dengan lama pengeringan 5,5 jam. 2. Berdasarkan hasil pengujian laboratorium terhadap kandungan kadar air ikan yang dikeringkan dapat disimpulkan bahwa penggunaan modul alat pengering dapat menghasilkan nilai kadar air ikan sebesar 25,5% dengan lama pengeringan 5,5 jam. DAFTAR PUSTAKA [1] E. Zulman. Making-Up of Fish Added Value at Fisherman Society through Processing Practice of Fish Nugget. Jurnal Ilmiah Pengembangan dan Penerapan Ipteks. Dharma Rafflesia. Vol.1 No1, Dec 2006, p [2] K. Abdullah. Fish Drying Using Solar Energy, Lectures and Workshop Exercises on Drying of Agricultural and Marine Products. ASEAN SCNCER, pp [3] Braguy, S. et al., Fish Drying : An Adaptable Technology, Sustainable Fisheries Livelihoods Programme Bulletins, publ/131.htm [4] Handoyo, E., A., Kristanto, P., Alwi, S., makalah jurnal : Desain Dan Pengujian Sistem Pengering Ikan Bertenaga Surya, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra [5] I. Priyadi, D. Suryadi, dan Z. Efendi. Pengembangan Teknologi Tepat Guna: Penggunaan Kolektor Sel Surya Sebagai Teknologi Pengering Hasil Panen, Laporan Penelitian Hibah Bersaing Tahun I, Universitas Bengkulu, Bengkulu

6