Aplikasi Kontrol PID untuk Kontrol Suhu
dan Humidity pada Sistem Pengeringan Seledri
Penulis : Ulfah Mediaty Arief
Email :
ulfahmediatyburhan@gmail.com
ABSTRAK
Prinsip pada
pengeringan merupakan proses penguapan air dari bahan basah, yang bertujuan
untuk mendapatkan produk dengan kadar air tertentu. Pengeringan dipengarui oleh
faktor-faktor komponen bahan, bentuk bahan, suhu dalam pengeringan, dan
perlakuan praproses Pengeringan dapat dilakukan secara alami maupun secara
mekanis yaitu dengan menggunakan alat pengering. Pada proses pengeringan ada
beberapa kondisi yang mempengaruhi antara lain suhu, kelembaban dan kecepatan (laju) pengeringan. Suhu dan
humidity yang mempengaruhi pengeringan sehingga aplikasi sistem kontrol suhu
dan humidity udara yang masuk menjadi faktor yang penting bagi keberhasilan
proses pengeringan karena teknologi pengeringan produk yang sensitif terhadap
panas. (Djaeni, 2008). Dalam penelitian
ini digunakan pengendali PID (Proporsional-Integral - Derifativ) yang
akan mengontrol pemanas (heater) pada Alat pengeringan. Pengendali ini
mengontrol suhu ruangan pengeringan menjadi stabil dan dapat diperoleh hasil
pengeringan secara cepat dan efisien. Sinyal kontrol tersebut digunakan untuk
pengaturan tegangan AC pada heater
dengan prinsip kontrol sudut fasa. Sinyal kontrol ini memiliki parameter-parameter pengontrol, yaitu konstanta proporsional (Kp)
= 200 dan konstanta integral (Ki) = 0.05 dan konstanta derifativ (Kd) =10.
Proses pengeringan dipengaruhi oleh laju pengeringan yaitu kecepatan kemampuan
udara dalam menyerap uap air yang dipengaruhi oleh jumlah dan posisi air dalam
bahan, sifat bahan. Kontrol suhu dan humidity dapat mengatur suhu pengeringan
dengan stabil sehingga laju pengeringan dari hasil penelitian ini pada suhu 70oC
akan semakin meningkat yaitu pada 15 menit pengeringan awal. Pada pengeringan batang seledri profil laju
pengeringan lebih cepat dari pada pengeringan pada daun karena pengeringan tray
drier dengan kapasitas yang sama untuk batang lebih baik menerima aliran panas
dibanding daun.
Kata kunci— pengeringan, suhu, laju
Seledri adalah salah
satu tumbuhan yang banyak digunakan oleh masyarakat pada umunya. Seledri tumbuh
dengan tangkai dan daun yang tebal. Tingginya kadar sodium dalam seledri sangat
berguna untuk menjaga vitalitas tubuh. Seledri juga diyakini dapat menyembuhkan
berbagai penyakit seperti, diare, diabetes, epilepsi, migran, buang air kecil
yang mengandung darah, mencegah stroke, memperbaiki fungsi hormon, serta
membersihkan darah. Jus seledri dari seledri berdaun besar bisa meningkatkan
kecerdasan, mengatasi herpes, dan gondok.
Permasalahan yang
dihadapi oleh petani adalah daun seledri pada saat panen raya harganya hanya Rp 500,-/kg (Biasanya harga
seledri mencapai Rp 7000/kg). (Reginawati, 1999). Kelemahan sayuran seledri
adalah mudah layu dalam waktu yang cukup singkat (8-12) jam sesudah dipetik.
Pada saat panen raya seledri sangat berlimpah sehingga diperlukan tekologi
pengeringan yang berguna untuk menjaga kestabilan produk seledri sampai siap
untuk dikonsumsi. Teknologi pengeringan suhu rendah adalah teknik pengeringan
yang paling sesuai untuk sayuran seledri, karena dapat menjaga kandungan
nutrisi (vitamin, protein, mineral dll) serta dapat menghemat penggunaan
energi. Untuk itu diperlukan rancang bangun mesin pengering suhu rendah untuk
pengeringan seledri yang sistem perancangannya disesuaikan kebutuhan serta
konsumsi energi yang tersedia.
Pada penelitian ini
merancang bangun alat pengeringan dengan aplikasi kontrol suhu dan humidity
untuk mengatur suhu yang diharapkan tetap stabil sesuai kebutuh pengeringan
seledri tersebut. Pengontrolan suhu tersebut dilakukan dengan menggunakan metode kontrol Proporsional,
Integral, dan Derivatif (PID) dan diharapkan memberikan pemanasan efisien dan
sesuai yang diharapkan. Secara umum proses pengeringan dipengaruhi oleh laju
pengeringan yaitu perpindahan panas dari
media pengering ke bahan yang dikeringkan, dan perpindahan masa air dari bahan yang dikeringkan ke media pengering.
Peningkatan temperatur didalam molekul air menyebabkan tekanan uap air didalam
molekul bertambah sehingga air yang berada dalam bahan semakin mudah keluar dari
molekul bahan.
BAB
II TINJAUAN PUSTAKA
Seledri adalah
salah satu tumbuhan yang banyak dihasilkan dari perkebunan rakyat, dengan nama ilmiah Celery Apium gravoelens, Linn.
Seledri tumbuh dengan tangkai dan daun yang tebal. Setiap 100 gr seledri
memiliki: kalori sebanyak 20 kkal, protein 1 gram, lemak 0,1 gram, hidrat arang
4,6 gram, kalsium 50 mg, fosfor 40 mg, besi 1 mg, vitamin A 130 S1, vitamin B1
0,03 mg, dan vitamin C 11 mg. Tingginya kadar sodium dalam seledri sangat
berguna untuk menjaga vitalitas tubuh. Seledri juga diyakini bisa menyembuhkan
berbagai penyakit seperti, diare, diabetes, epilepsi, migran, buang air kecil
yang mengandung darah, mencegah stroke, memperbaiki fungsi hormon, serta
membersihkan darah. Jus seledri dari seledri berdaun besar bisa meningkatkan
kecerdasan, mengatasi herpes, dan gondok.
Kelemahan
sayuran seledri adalah mudah layu dalam waktu yang cukup singkat (8-12) jam
sesudah dipetik. Diperlukan tekologi pengeringan yang berguna untuk menjaga
kestabilan produk seledri sampai siap untuk dikonsumsi. Teknologi pengeringan
suhu rendah adalah teknik pengeringan yang paling sesuai untuk sayuran seledri,
karena dapat menjaga kandungan nutrisi (vitamin, protein, mineral dll) serta
dapat menghemat penggunaan energi. Untuk itu diperlukan rancang bangun mesin
pengering suhu rendah untuk pengeringan seledri yang sistem perancangannya
disesuaikan kebutuhan serta konsumsi energi yang tersedia. Sebagai contoh
rangkaian produksi, pengeringan karaginan apabila suhu dalam proses pengeringan
melebih 60oC, maka akan terjadi kecoklatan browning akibat
terdekstruksi atau terdegradasinya kandungan dextrose.
Secara umum
proses pengeringan terdiri dari dua langkah proses yaitu persiapan media
pengering (udara) dan proses pengeringan bahan. Persiapan media dilakukan
dengan memanaskan udara, yang dapat dilakukan dengan pemanas alam (matahari,
panas bumi) atau buatan (listrik, pembakaran kayu, arang, batubara, gas alam
dan bahan bakar minyak).
Dari aspek
mikroskopis, ada 2 hal penting dalam proses pengeringan yaitu: perpindahan panas dari media pengering
ke bahan yang dikeringkan, dan perpindahan masa air dari bahan yang dikeringkan ke media pengering.
Dengan kata lain, operasi pengeringan merupakan operasi yang melibatkan
perpindahan massa dan panas secara simultan. Pada proses ini terjadi dalam 3
tahapan, yaitu: pemanasan pendahuluan
atau penyesuaian temperatur bahan yang dikeringkan, pengeringan dengan
kecepatan konstan (Constant Rate Periode), dan pengeringan dengan kecepatan
menurun (Falling Rate Periode)
Aplikasi sistem
kontrol suhu dan humidity udara yang masuk menjadi faktor yang penting bagi
keberhasilan proses pengeringan karena teknologi pengeringan produk yang
sensitif terhadap panas. Untuk mengendalikan suhu pada alat pengering maka
diharapkan tidak akan mengalami
fluktuasi sehingga bahan/produk tidak akan mengalami kerusakan karena bahan
menerima suhu yang sesuai untuk pengeringan bahan tersebut. Selain itu
penggunaan kendali suhu pada pengering adalah untuk penghematan penggunaan
energi. Hal ini dikarenakan besarnya
energi yang berikan ke pemanas diatur oleh sistem kendali (kontrol)
sesuai dengan suhu yang digunakan untuk pengeringan. Kebutuhan teknologi
yang semakin maju,
menuntut berkembangnya sistem kendali yang handal. Sistem kendali yang
baik sangat diperlukan dalam meningkatkan efisiensi dalam proses produksi.
Dalam
penelitian ini digunakan pengendali PID
(Proportional Integral Derivative) yang akan mengontrol pemanas (heater) pada
alat pengeringan. Pengendali ini mengontrol suhu ruangan pengeringan menjadi
stabil dan dapat diperoleh hasil pengeringan secara cepat dan efisien. Sinyal
kontrol tersebut digunakan untuk pengaturan tegangan AC pada heater dengan prinsip kontrol sudut fasa. Sinyal
kontrol ini memiliki
parameter-parameter pengontrol,
yaitu konstanta proporsional (Kp) dan konstanta integral (Ki) dan konstanta
derifativ (Kd).
Untuk dapat mengimplementasikan sistem kendali PID pada
komputer, kostanta PID harus diubah ke dalam persamaan diskrit. Kontroler PI
dapat direpresentasikan oleh salah satu dari dua bentuk berikut yaitu:
1. Bentuk
Kontinyu :
2. Bentuk
Diskrit :
Dimana Kp
dan Ki masing-masing adalah
konstanta Proporsional, dan konstanta
Intergral, Nilai Ti
= Kp/Ki, sering dikenal
sebagai konstanta waktu integral, ∆ e(k) =
e(k)-e(k-1), Ts adalah periode sampling dan n adalah jumlah sampel data.
BAB III METODE PENELITIAN
Dalam
penelitian ini penulis mengumpulkan data dari data hasil percobaan di lapangan,
dari perpustakaan seperti buku-buku, jurnal-jurnal, yang berkaitan dengan
penelitian. Penulis juga pengumpulkan artikel, jurnal, dokumen dan lain-lain
yang berkaitan dengan penelitian dengan cara mengunduh dari internet.
Penelitian ini dilaksanakan dengan
beberapa tahap yaitu :
1. Merancang
model alat pengering dengan model tray drier dari bahan stainlesteel yang
ketebalannya 1 mm dengan dimensi panjang 60 cm, lebar 50 cm, dan tinggi 40 cm.
2. Merancang
menggunakan kontrol suhu dan humidity dengan metode control PID.
3. Melakukan
simulasi pegendalian suhu ruang
pengering dengan control dengan beberapa set point yang berbeda.
4. Menganalisis
hasil pengukuran terhadap karakteristik pengeringan dan performansi alat
pengering yaitu waktu menuju suhu ruang pengering, laju pengeringan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini
menghasilkan alat pengering tray dryer suhu rendah dengan panjang 60 cm, lebar
50 cm, dan tinggi 40 cm. (lihat Gambar 1)
Gambar 1 Alat Pengering
tray dryer dengan kontrol suhu dan humidity
Pada penelitian ini
digunakan kontrol PID untuk mengendalikan suhu. Nilai parameter Kp, Ki, Kd
sudah deklarasikan pada fungsi myPID.Set Tunings (consKp, consKi, consKd) dan
menggunakan double consKp=200,
consKi=0,05, consKd=10. Kontrol PID dibuat dalam suatu prosedur program untuk
merespon panas heater sehingga menuju set point lebih cepat dan stabil.
Tabel 1 Pengujian waktu
yang diperlukan untuk menuju suhu dan humidity set point
No
|
Waktu (S)
|
Suhu (⁰C)
|
Kelembaban (%)
|
1
|
0
|
34.66
|
41.97
|
2
|
30
|
36.74
|
40.08
|
3
|
1.00
|
40.31
|
34.36
|
4
|
2.30
|
47.52
|
24.45
|
5
|
3.00
|
49.43
|
22.93
|
6
|
4.00
|
49.74
|
22.48
|
7
|
4.30
|
50.02
|
22.15
|
8
|
8.30
|
59.78
|
15.42
|
9
|
13.30
|
69.60
|
11.59
|
10
|
14.30
|
69.97
|
10.87
|
11
|
19.30
|
75.47
|
9.53
|
12
|
23.30
|
77.57
|
9.08
|
13
|
24.30
|
78.04
|
9.01
|
14
|
25.30
|
78.78
|
8.78
|
15
|
26.30
|
79.09
|
8.79
|
16
|
27.30
|
79.15
|
8.70
|
Gambar 2 Karakteristik
Respon Sistem
Hasil
analisis pengujian respon system terhadap suhu set point 80oC,dengan
kondisi awal 34,66oC, dapat dilihat pada Gambar 3 :
1.
Waktu respon (Dead Time)
atau waktu yang dibutuhkan oleh system untuk memulai memberikan respon / tanggapan
adalah 30 detik
2.
Waktu naik / Rise Time (Tr)
atau waktu yang diperlukan tanggapan sistem untuk naik dari 0% sampai 100% dari
harga akhirnya 79,15oC adalah 27,30 detik
3.
Waktu Tunda / Delay Time (Td)
atau waktu yang sistem untuk mencapai setengah dari nilai referensi yang telah
ditetapkan (80oC) adalah 14,30 detik.
4.
Waktu puncak / peak Time (TP)
waktu yang diperlukan tanggapan sistem untuk mencapai puncak lewatan yang
pertama kali adalah 26,5 detik.
5. Lewatan maksimum / maximum overshoot (Mp) atau harga puncak
maksimum dari kurva tanggapan sistem adalah 85oC (+5oC).
Dari teori yang ada dan dikombinasikan dengan data yang diperoleh
dari hasil penelitian menunjukkan bahwa salah satu faktor yang dapat
mempengaruhi pengeringan secara mekanik yaitu kecepatan udara pengeringnya.
Dimana kecepatan udara pengering akan berpengaruh terhadap kecepatan difusi
panas dari udara kedalam molekul bahan sehingga dapat meningkatkan temperatur
molekul bahan. Pada penelitian ini kecepatan udara pengering berkisar pada laju
4,3 s/d 12,9 m/detik. Peningkatan temperatur didalam molekul air menyebabkan
tekanan uap air didalam molekul bertambah sehingga air yang berada dalam bahan
semakin mudah keluar dari molekul bahan.
Selanjutnya dibuat profile perhitungan laju pengeringan (drying
rate), yaitu berat bahan yang diuapkan per satuan waktu (gr/menit). Hasil
perhitungan ditunjukkan pada tabel. Tabel II menunjukkan laju pengeringan bahan
(gr/menit) untuk daun dan Tabel III menunjukkan laju pengeringan bahan
(gr/menit) untuk batang seledri pada berbagai suhu.
Tabel 1 Laju
Pengeringan Bahan Daun (gram/menit)
Time (menit)
|
Daun
|
|||
40.00
|
50.00
|
60.00
|
70.00
|
|
0.00
|
||||
15.00
|
0.00933
|
0.05600
|
0.03133
|
0.11867
|
30.00
|
0.02000
|
0.02533
|
0.04600
|
0.06067
|
45.00
|
0.02133
|
0.02133
|
0.05800
|
0.03200
|
60.00
|
0.00333
|
0.01733
|
0.04000
|
0.03000
|
Tabel 2 Laju
Pengeringan Bahan Batang (gram/menit)
Time (menit)
|
Batang
|
|||
40
|
50
|
60
|
70
|
|
0
|
||||
15
|
0.01000
|
0.02467
|
0.02467
|
0.10470
|
30
|
0.02933
|
0.01667
|
0.01667
|
0.06130
|
45
|
0.01467
|
0.05067
|
0.05067
|
0.04470
|
60
|
0.01400
|
0.02533
|
0.02533
|
0.05530
|
Dari data pada Tabel 2 dan Tabel 3, dapat digambarkan dalam bentuk
profile laju pengeringan untuk daun dan batang seledri seperti ditunjukkan pada
Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3 Profile Laju
Pengeringan Daun Seledri Pada Berbagai Suhu
Gambar 4 Profile Laju
Pengeringan Batang Seledri Pada Berbagai Suhu
Dari data hasil
percobaan yang diperoleh dapat dilihat bahwa semakin tinggi suhu maka akan
semakin tinggi kecepatan laju pengeringannya. Hal tersebut sesuai dengan teori
pemanasan dimana semakin tinggi suhu akan semakin cepat waktu pengeringannya
sehingga laju pengeringannya juga akan meningkat. Hal ini dapat dilihat pada
gambar yaitu pada 15 menit pengeringan awal, laju kecepatan pengeringan sebesar
0,05 gr/menit (pada daun (Gambar 3)) dan 0,02 gr/menit (pada batang (Gambar
4)). Pada pengeringan batang seledri profile laju pengeringan lebih cepat
daripada pengeringan pada batang. Secara umum, semakin lama waktu pengeringan
kadar air didalam bahan semakin menurun, sehingga laju pengeringan juga semakin
menurun. Pada proses pengeringan terjadi proses transfer panas dan transfer
massa antara udara pengering, dimana semakin tinggi suhu, maka kecepatan laju
penguapan air juga semakin tinggi.
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil percobaan
yang dilakukan dengan parameter PID double consKp=200, consKi=0,05, consKd=10 memiliki
kinerja yang baik karena mampu mencapai dan mempertahankan suhu pada referensi
yang ditentukan dalam waktu yang relatif cepat. Pengontrolan memberikan dampak
effisiensi energi pada proses pengeringan dan menghasilkan daun seledri kering
dengan kualitas yang memenuhi standar pengguna terutama kandungan kadar airnya.
Profil laju pengeringan pada batang seledri lebih cepat daripada pengeringan
pada daun seledri, dengan kondisi optimal proses pengeringan pada suhu 70oC.
Hasil percobaan tersebut didukung hasil pengukuran terhadap daun dan batang
seledri pada beberapa waktu. Dan dapat dilihat bahwa suhu yang digunakan untuk
pengeringan akan berpengaruh terhadap kecepatan laju pengeringannya.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Doeblin Ernest O., (1975), Measurement System Aplication and Design, Mc
Graw-Hill International Book Company , Auckland.
[2]
Djaeni, M. (2008). Energy Efficient Multistage Zeolite Drying for Heat
Sensitive Products. Doctoral Thesis, Wageningen University, The
Netherlands, ISBN:978-90-8585-209-4,
[3]
Edward Teguh Hartono., (1990), Skripsi: Pengaturan suhu ruangan berbasis PID
menggunakan mikrokontroler AT85S51, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro,
Semarang.
[4]
Jacquot, Raymond G., (1981), Modern Digital Control Systems, Marcel
Dekker Inc, New York.
[5]
Gunterus, Frans, (1997)., Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses, PT Elex
Media Komputindo, Jakarta.
[6]
Kudra,T.; Mujumdar, A.S. (2002). Advanced Drying Technology. Marcel Dekker
Inc., New York, USA
[7]
Zabib Bashori, Sumardi, and Iwan Setiawan.(2013), Pengendalian Temperature Pada
Plant Sederhana Electric Furnace Berbasis Sensor Thermocouple Dengan Metode
Kontrol Pid, TRANSIENT, VOL.2, NO. 1, MARET 2013, ISSN: 2302-9927, 2
[8]
Reginawati.1999. Seledri (Apium graveolenshttp://www.kpel.or.id//T
GP/comoditi/SELEDRI.htm[25 Februari 2006]
BIOGRAFI PENULIS
Nama
|
Ir.
Ulfah Mediaty Arief, M.T.
|
NIP
|
132205929
|
NIP
Konversi
|
196605051998022001
|
Status
|
Dosen
- PNS
|
Jabatan
|
Lektor
Kepala (Ketua Program Studi D3/S1)
|
Status
Studi Lanjut
|
Studi
lanjut dengan biaya sendiri
|
Unit
|
UNNES
- FT-Pendidikan Teknik Elektro
|
Jenis
Kelamin
|
Wanita
|
Alamat
Email
|
|
Profil
Google Scholar
|
|
Profil
Scopus
|
|
Pangkat/Golru
|
III/d
- Penata Tk. I (01 April 2015)
|
Mata
Kuliah Pokok
|
Perancangan
Elektronis
|
Pendidikan
Terakhir
|
Strata
2 (S2) lulus: 25 Oktober 2003
|
Tidak ada komentar:
Posting Komentar