Pengendali Suhu pada Proses Pemanasandalam Pembuatan Sirup Jahe Eka Mandayatma* a), Hanifa Hasna Fawwaz a), Fahmawati Hamida a),

Transkripsi

1 Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan2017 Vol.01 No.01, ISSN: Pengendali Suhu pada Proses Pemanasandalam Pembuatan Sirup Jahe Eka Mandayatma* a), Hanifa Hasna Fawwaz a), Fahmawati Hamida a), Abstrak:Jahe (zingiber offocinale) merupakan jenis tanaman obat dan dapat berfungsi sebagai rempah. Salah satu contohnya jahe dapat diolah menjadi sirup jahe. Pembuatan sirup jahe skala rumah tangga masih sedikit di Indonesia dan proses pembuatannya masih secara manual. Dalam pembuatan manual ini mempunyai beberapa kelemahan, contohnya yaitu membutuhkan orang yang terampil untuk mengawasi pembuatan sirup jahe terutama pada proses pemanasan bahan baku sirup jahe. Dalam proses pemanasan bahan baku sirup jahe ini dibutuhkan pengawasan terutama dalam hal suhu pemanasannya, karena pada pembuatan manual suhu pemanasannya belum stabil. Berdasarkan permasalahan yang ada akan dirancang sebuah alat yang mampu mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe. Rentang suhu yang perlu dikendalikan adalah 80 0 C-90 0 C.Penelitian ini menggunakan sensor PT100 sebagai sensor utama untuk parameter pengendali suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe. Arduino digunakan sebagai alat pengontrol utama dengan LogikaFuzzy. Proses perancangan logika fuzzy sebagai pengendali suhu dengan menggunakan 2 buah label membership function untuk masukan Error dan delta Error, metode Tsukamoto, dan metode defuzzifikasi Weighted Average (WA). Hasil pengujian sistem diperoleh bahwa proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe dilakukan selama 26 menit dengan range suhu 90 0 C. Kata-kata kunci: sirup jahe, kendali suhu, fuzzy 1. Pendahuluan Jahe (Zingiber officinale) merupakan salah satu rempah-rempah penting. Rimpangnya memiliki banyak kegunaan, antara lain sebagai bumbu masak, pemberi aroma dan rasa pada makanan seperti roti, kue, biskuit, dan kembang gula. Produksi tanaman jahe dari tahun ke tahun meningkat. Di daerah Jawa rata-rata produksi jahe pada tahun 2004 sampai 2008 adalah ton/tahun[1].produksi yang terus meningkat ini harus diimbangi dengan konsumsi jahe yang juga tinggi.namun jahe memiliki rasa yang memberi efek panas jika di konsumsi secara langsung. Hal ini mengakibatkan banyak masyarakat Indonesia yang tidak menyukai untuk mengkonsumsi jahe secara langsung. Untuk mengatasi hal tersebut, maka jahe diolah menjadi produk pangan olahan. Salah satu produk pangan olahan yang berbahan baku jahe yaitu sirup jahe. Pembuatan sirup jahe skala rumah tangga masih sedikit di Indonesia dan proses pembuatannya masih secara manual dan dengan pembuatan yang secara manual, pembuatan sirup jahe memiliki kekurangan yaitu membutuhkan orang yang terampil untuk mengawasi pembuatan sirup jahe terutama pada proses pemanasan bahan baku sirup jahe. Berdasarkan permasalahan yang telah disebutkan di atas akan dirancang sebuah alat yang mampu mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe. Kontrol yang digunakan adalah Logika Fuzzy yang bertujuan agar bisa mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe tetap stabil, mempersingkat waktu produksi, mengurangi human error, serta meningkatkan ketahanan proses dan konsistensi output. 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Pembuatan Sirup Jahe Perebusan atau Pemanasan Sirup Jahe Pada proses perebusan/pemanasan sari jahe dilakukan dengan cara memanaskan sari jahe selama 15 menit dengan suhu ±85 0 C. Proses perebusan/pemanasan dilakukan dalam keadaan terbuka sehingga adonan tidak meluap. Hasil yang baik dari sirup jahe berupa cairan kental berupa kuning kecoklatan [2] Pencampuran Akhir Pada proses pencampuran akhir dilakukan dengan menambahkan gula pasir ke dalam larutan dan dipanaskan dengan suhu ±85 0 C selama 15 menit sambil diaduk (semua gula terlarut dan menyatu ke dalam adonan) [2]. 2.2 Sensor Suhu PT100 Sensor suhu yang digunakan dalam penelitian ini sebagai pendeteksi suhu dalam panci pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe adalah PT100. PT100 ini terbuat dari logam platinum. Oleh karena itu namanya diawali dengan PT. PT100 termasuk golongan Resistance Temperature Detector (RTD) dengan koefisien suhu positif, yang berarti nilai resistansinya naik seiring dengan naiknya suhu. Disebut sensor PT100 karena sensor ini dikalibrasi pada suhu 0 0 C pada nilai resistansi 100 ohm. [3]. * Korespondensi: hanifahasna94@gmail.com a) Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang 139

2 Gambar 2.1Sensor Suhu PT100[3] 2.3 Logika Fuzzy Fuzzy set pertama kali diperkenalkan oleh Prof. Lotfi Zadeh di dalam papernya yang menjelaskan ide dasar fuzzy set. Secara harfiah fuzzy berarti samar, sedangkan kebalikannya yaitu Crisp yang secara harfiah berarti tegas [4]. Himpunan fuzzy didasarkan pada gagasan untuk memperluas jangkauan fungsi karakteristik sehingga fungsi akan mencakup bilangan real pada interval [0,1]. Nilai keanggotaan menunjukkan bahwa suatu nilai dalam semesta pembicaraan tidak hanya berada pada niai 0 dan 1 saja, namun juga nilai yang terletak diantaranya [5] Fungsi Keanggotaan Dalam logika fuzzy, fungsi keanggotaan menyatakan derajat keanggotaan pada suatu himpunan. Nilai dari fungsi keanggotaan ini berada dalam selang [0,1], dan dinyatakan dengan µ A.Fungsi keanggotaan suatu himpunan fuzzy dapat ditentukan melalui fungsi segitiga (triangel), trapesium (trapezoidal), atau fungsi Gauss (Gaussian) [6] Kendali Logika Fuzzy Sistem kendali logika fuzzyatau bisa disebut juga sistem Inferensi Fuzzy (FuzzyInference System/FIS) atau fuzzy inference engine adalah sistem yang dapat melakukan penalaran dengan prinsip serupa seperti manusia melakukan penalaran dengan nalurinya.terdapat beberapa jenis FIS yaitu Mamdani, Sugeno dan Tsukamoto.Sistem kendali logika fuzzy terdiri dari beberapa tahapan seperti pada Gambar 2.2 berikut [6]. Logika fuzzy yang digunakan pada penelitian ini menggunakan metode Tsukamoto. Pada metode ini, tiap konsekuen pada aturan yang berbentuk IF-THEN harus dipresentasikan dengan suatu himpunan samar dengan fungsi keanggotaan yang monoton. Hasil akhir diperoleh dengan memakai rata-rata berbobot (weight average) [7]. 2.4 Zero Crossing Rangkaian zero crossing berfungsi untuk mendeteksi titik persilangan nol suatu sinyal AC baik sinus maupun sinyal AC yang lain. Output dari rangkaian zero crosing adalah suatu pulsa yang menginterprestasikan titik persilangan dengan nol sinyal input atau dengan kata lain output rangkaian zerro crossing akan mengalami perubahan nilai pada saat sinyal input bersilangan dengan titik nol. 2.5 Kompor Listrik Gambar 2.2Titik Zero Crossing[3] Kompor listrik adalah kompor yang memiliki elemen pemanas yang menggunakan tenaga listrik untuk dapat menghasilkan panas. Kompor listrik mempunyai prinsip kerja, ketika kompor dihubungkan ke sumber listrik dan di hidupkan, maka arus listrikakan mengalir ke dalam elemen. Dengan mengalirnya arus tersebut terjadi pemanasan pada elemen akibat tahanan elemen tersebut [6]. Kompor Listrik di sini digunakan untuk memanaskan sirup jahe. Kompor yang digunakan yaitu Oxone Single Ceramic Portable Stove OX-655S. Gambar 2.3Kompor Listrik Oxone Single Ceramic Portable Stove OX-655S 3. Metode Penelitian 3.1 Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja dari alat ini yaitu mendeteksi suhu pada area tempat pemanasan (panci) dalam pembuatan sirup jahe. Dari hasil pendeteksian suhu ini akan digunakan sebagai input dalam sistem kontrol. Rentang suhu (set point) untuk proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe adalah 80 0 C-90 0 C. Ketika suhu tidak pada rentang suhu 80 0 C-90 0 C atau tidak memenuhi set point maka kontrol untuk kompor listrik akan bekerja. Kontrol yang digunakan pada alat ini adalah logika fuzzy. Ketika suhu yang dibaca sensor suhu di bawah nilai set point maka driver akan mengatur panas pada kompor listrik sehingga panas pada kompor listrik akan naik. Begitu sebaliknya, ketika suhu yang dibaca sensor suhu di atas nilai set point maka driver akan mengatur panas pada kompor listrik sehingga panas pada kompor listrik akan turun. Pada saat suhu di area tempat pemanasan (panci) dalam pembuatan sirup jahe sudah mencapai set point maka buzzer akan menyala. 140

3 R pt = (0.358*suhu)... (1) Output dari sensor RTD PT100 ini agar dapat diolah pada systemmikrokontroler (arduino) perlu dihubungkan dengan ADC. ADC dari Arduino yangdigunakan di sini menggunakan 10 bit dengan Vref yang digunakan adalah 5 V. Sehingga untuk memenuhi kebutuhan penguatan dalam rangkaian pengkondisi sinyal (agar outputnya 0V-5V) maka pada rangkaian ini digunakan IC INA Rangkaian Driver Kompor Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem 3.2 Perancangan dan Pembuatan Mekanik Rangkaian driver kompor ini terdiri dari dua rangkaian yaitu rangakain zero crossing dan rangkaian pengendali tegangan AC untuk kompor listrik. Rangkaian zero crossing di sini berguna untuk start pemicuan rangkaian pengendali tegangan AC untuk kompor listrik. Rangkaian pengendali tegangan AC untuk kompor listrik ini berfungsi untuk mengendalikan nilai tegangan yang akan masuk ke beban yaitu kompor listrik. Semakin besar nilai tegangan maka kompor listrik akan semakin panas, dan jika nilai tegangannya kecil maka panas kompor listrik juga kecil. Pada rangkaian ini menggunakan triac BTA26 yang mempunyai kemampuan dilewati arus sebesar 25 A. 3.4Perancangan dan Pembuatan Software Gambar 3.2 Alat Pembuat Sirup Jahe Logika Fuzzy Logika fuzzy terdiri dua masukan dan satu keluaran. Dua masukan tersebut adalah nilai error(e) dannilai error(de). Keluaran di sini berupa tegangan untuk mengatur besar panas pada kompor listrik Fungsi Keanggotaan Masukan Fungsi keanggotaan masukan pada perancanaan ini terdapat dua keanggotaan yaitu keanggotaan error(e) dan keanggotaan error(de). Pada keanggotaan error(e) mempunyai dua variabel fungsi keanggotaan yaitu Error Kecil (EK) dan Error Besar (EB). Pada keanggotaan error(de) mempunyai dua variabel fungsi keanggotaan yaitu error Kecil (dek) dan error Besar (deb). Gambar 3.3 Tabung Pembuat Sirup Jahe Alat pembuat sirup jahe ini memiliki volume sebesar 10 liter. 3.3 Perancangan dan Pembuatan Elektrik Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Suhu PT100 Sensor suhu PT100 memiliki outputdalam satuan ohm sehingga perlu dikuatkan untuk mendapatkan keluaran dalamsatuan volt. RTD PT100 merupakan jenis resistor yang nilai resistansinya akanberubah-ubah sesuai dengan kenaikan suhu. Jenis RTD ini disebut dengan PT100karena dikalibrasi pada suhu 0 0 C pada nilai resistansi 100 ohm. Nilai resistansi dari RTD PT100 dapat diketahui nilainya dengan menggunakan persamaan di bawah ini : Gambar 3.4Fungsi Keanggotaan Masukan Error Gambar 3.5Fungsi Keanggotaan Masukan error(de) 141

4 3.4.3 Fungsi Keanggotaan Keluaran Fungsi keanggotaan keluaran yang nantinya diharapkan adalah panas yang dikeluarkan oleh kompor listrik yang akan digunakan untuk memanaskan sirup jahe. Fungsi keanggotaan keluaran ini mempunyai dua variabel keanggotaan keluaran yaitu Out Kecil (OK) dan Out Besar (OB). Besarnya panas yang akan dikeluarkan kompor listrik bergantung dari besarnya PWM yang dikeluarkan oleh mikrokontroller yang dihasilkan dengan perhitungan metode defuzzyfikasi Weighted Average. 4.2 Pengujian Rangkaian Zero Crossing Rule Base Gambar 3.6Fungsi Keanggotaan KeluaranOutput Penyusunan Fuzzy Rule Base ini akan sangat berpengaruh pada tahap pengambilan keputusan yang akan dilakukan oleh plant. Berdasarkan pada basis aturan fuzzy, perancangan alat ini menggunakan metode Weighted Average. 4. Hasil dan Pembahasan Tabel 3.1 Aturan Fuzzy E \ de EK EB dek OB OK deb OB OK 4.1 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor PT100 Pengujianrangkaianpengkondisisinyal sensor PT100 bertujuanuntukmengetahuikemampuanrangkaianpengkondi sisinyal sensor PT100 terhadapperubahansuhumelalui Serial Monitor Arduino. Pengujian dilakukan dengan melihat perubahan suhu dengan skala 2 0 C yang dimulai dari suhu 28 0 C sampai dengan 90 0 C. Gambar 4.2Pengujian Rangkaian Zero Crossing dengan Osciloscop Gambar 4.2 diatasdidapatduasinyalkeluaran, sinyalpertamayaitusinyal yang berwarna kuning, didapatdaripenyearahansinyal AC 220 Volt 50 Hz menggunakandiodebridge. Sedangkansinyalbirumerupakansinyalkeluarandarirangkaia n zero crossing detector. Sinyaltersebutmenunjukkanbahwa, titiknol didapatketikasinyalmendeteksiperpotongangelombangpeny earahansinyal sinus 220 volt AC.Seberangantitiknol yang dideteksiadalahperalihandaripositifmenuju negatif danperalihandari negatif menujupositif. 4.3 Pengujian Metode Logika Fuzzy untuk Alat yang Digunakan pada Proses Pemanasan dalam Pembuatan Sirup Jahe Pengujian metode logika fuzzyuntuk alat yang digunakan pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe dilakukan dengan memasukkan setiap fungsi keanggotaan yang telah dijelaskan pada Bab III dan set point yang diberikan, serta menganalisis respon sistemyang diberikan metode logika fuzzy. 1. Set point 80 0 C, dengan gula cair dan ekstrak jahe 2,5 kg Gambar 4.3Respon Sistem dengan Logika Fuzzy dengan Beban Gula Cair dan Ekstrak Jahe Set Point 80 0 C Tabel 4.1 Respon Sistem Terhadap Waktu No Waktu (menit) Suhu pada LCD ( 0 C) Termometer ( 0 C) Error Suhu (%) Tegangan pada Beban (V) Gambar 4.1 Hasil Keluaran Sensor PT

5 , , , , , Pada Tabel 4.1 bisa dilihat nilai error suhu yang mempunyai rata-rata nilai error suhu 1,8 %. Hal ini disebabkan noise berupa gula yang belum mencair sempurna sehingga pembacaan sensor cenderung lebih tinggi daripada pembacaan termometer. Gula yang belum mencair sempurna atau masih padat menimbulkan panas yang tinggi. Pada Tabel 4.1 juga menunjukkan nilai tegangan pada beban terhadap suhu. Ketika nilai suhu sudah mendekati nilai set point maka nilai tegangan pada beban turun untuk mengendalikan panas pada beban yaitu kompor listrik. Gambar 4.4Hasil Sirup dengan Nilai Set Point 80 0 C Pada Gambar 4.4 adalah hasil sirup jahe yang sudah baik dengan ciri mempunyai warna kuning kecoklatan. Dengan set point 80 0 C untuk mencapai set point membutuhkan waktu 18 menit sedangkan untuk mencapai hasil sirup jahe yang baik membutuhkan waktu 27 menit. 2. Set point 90 0 C, dengan gula cair dan ekstrak jahe 2,5 kg Gambar 4.6Hasil Sirup dengan Nilai Set Point 90 0 C Pada Gambar 4.6 adalah hasil sirup jahe yang sudah baik dengan ciri mempunyai warna kuning kecoklatan. Dengan set point 90 0 C untuk mencapai hasil sirup jahe yang baik membutuhkan waktu 26 menit. Dengan nilai set point ini sistem mempunyai waktu yang lebih cepat daripada set point 80 0 C dan 85 0 C untuk menghasilkan sirup jahe yang baik. 5. Penutup 5.1 Kesimpulan 1. PenggunaanLogikafuzzy sebagai pengendali suhu denganmenggunakan 2 buah label membership function untukmasukan Error dan delta Error, metode Tsukamoto, dan metode defuzzifikasi Weighted Average(WA) mampu membuat sistem tetap stabil sesuai dengan set point yang di tentukan. 2. Pembacaan nilai suhu dengan sensor suhu PT100 pada LCD dibandingkan dengan menggunakan termometer dapatdikatakan baik karena masih memiliki rata rata error 1,8% yang dalam pengujian masih dalam batas toleransi yakni ±5%. Erroryang dihasilkan menunjukkan bahwa sensor suhu yang digunakan sudah cukupakurat dan presisi sehingga mampu menampilkan kinerja yang baikpada sistem. 3. Pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe, nilai suhu yang paling efektif digunakan adalah 90 0 C karena dengan nilai suhu tersebut dapat menghasilkan sirup jahe yang baik dalam waktu 26 menit. 5.2 Saran 1. Dari segi mekanik, sebaiknya perlu dipertimbangkan lagi segi kehigienisan untuk menambahkan penutup area panci pemanasan sirup jahe agar dalam pemanasannya suhu tidak dipengaruhi suhu luar dan tidak termasuki debu-debu dari luar. 2. Dari segi elektronik, wiring elektronik perlu disempurnakan sehingga alat untuk mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahetidak menyengat saat alat dipegang. 3. Dari segi software, perlu adanya metode kontrol lain sebagai perbandingan apakah metode baru yang digunakan lebih baik atau kurang baik dibandingkan menggunakan logika fuzzyyang digunakan saat ini. Gambar 4.5Respon Sistem dengan Logika Fuzzy dengan Beban Gula Cair dan Ekstrak Jahe Set Point 90 0 C Respon diberikan nilai set point 90 0 C. Dengan menggunakan nilai set point tersebut, sistem membutuhkan waktu 25 menit untuk mencapai nilai tersebut. Daftar Pustaka [1]Pribadi, Ekwasita Rini Status dan Prospek Peningkatan Produksi dan Ekspor Jahe Indonesia. Jurnal Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat. Volume 12 No. 2. [2]Tim Lentera Khasiat dan Manfaat Jahe Merah Si Rimpang Ajaib. Surabaya: AgroMedia Pustaka. [3]Anonim., 2015., Membuat Rangkaian Zero Crossing Detektor Sederhana. ing-detektor-sederhana/. Diakses tanggal 22 Mei [4]Rusdi, Akhbar Prachaessardhi Sistem Pengendalian 143

6 Suhu pada Proses Distilasi Vakum Bioetanol Menggunakan Logika fuzzy. Jurnal Jurusan Teknik ElektroFakultas TeknikUniversitas Brawijaya Malang. [5]Arissandi, Rizky Implementasi Logika fuzzy (LOGIKA FUZZY) sebagai Pengendali Suhu Sistem Pasteurisasi Kuning Telur Cair Berbasis Mikrokontroler Arduino. SkripsiJurusan Teknik ElektroFakultas TeknikUniversitas Brawijaya Malang. [6]Saelan, Athia Logika Fuzzy. Jurnal Program Studi Teknik InformatikaSekolah Teknik Elektro dan InformatikaInstitut Teknologi Bandung. [7]Anonim., 2013., Logika Fuzzy Metode Tsukamoto. ml. Diakses tanggal 22 Mei [8]Edy, 2013., Kompor Listrik. Diakses tanggal 8 Juni