Kakao dengan Metode Pengendali PI

Vector Anggit Pratomo Gunady Haryanto

Teknik Elektro Teknik Elektro Universitas Pancasila

Universitas Pancasila

Indonesia

Abstract— The aim of the research was to obtain the value of moisture content in cocoa amounting to 6%-8% (SNI 2323: 2008)

ETODE II. M P ENELITIAN

using infrared heater as heat source of radiation that has a

Pada penelitian ini metodelogi penelitian yang dilakukan

wavelength of 0.4 μ m -400 μ m which will be absorbed by the

adalah :

cocoa beans, as for the parameters used are the humidity, the temperature, the time required in the process and the dryer

1. Melakukan studi literature dengan mencari dan

capacity of 6 kg. Control in the process of drying cocoa beans is

mempelajari teori-teori yang berhubungan dengan

the magnitude of the voltage needed by the infrared heater to

Standart kadar air dalam biji kakao (SNI 2323:2008 )

reach the temperature of 600C - 800C , the speed of the conveyor

sebesar 6% - 8% . Karakteristik dari IRh.

brings cocoa beans and the levels of water in the engine room the

2. Membuat pemodelan dari IRh Sebagai Sumber Panas

dryer cocoa beans, infrared heater control method using closed

pada mesin pengering biji kakao

loop system with Proportional Integral (PI) controller method

3. Merancang Mesin Pengering Biji Kakao

where the value Kp = 50, Ki = 0,96, for monitoring temperature

4. Melihat kinerja karakteristik Mesin Pengering Biji

using matlab software. a 2008

Kakao dengan metode pengendali PI.

Key Words :infrared heater, Humidity, temperature, PI

5. Mengumpulkan hasil kadar air dalam biji kakao yang

Controller

dikeringkan pada mesin pengering biji kakao menggunakan Irh

AL P EMBAHASAN III. H Indonesia merupakan produsen kakao terbesar ketiga di

ATAR I. L B ELAKANG

A. Pengolahan Kakao

dunia. Sumbangan devisa dari ekspor kakao tahun 2002 adalah Perubahan kadar air dalam bahan pangan disebabkan oleh sebesar US$ 701 juta, terbesar ketiga dari sub sektor

perubahan energi dalam sistem. Untuk itu, dilakukan perkebunan setelah karet dan kelapa sawit. Sekitar 80%

perhitungan terhadap neraca massa dan neraca energi untuk produksi kakao Indonesia digunakan untuk ekspor, sedangkan

mencapai keseimbangan dapat dilihat dari persamaan 1 dan 2 sisanya digunakan sebagai bahan baku industri coklat dalam

sebagai berikut :[2]

negeri. Kakao umumnya diekspor dalam bentuk biji dengan

1. Neraca massa total:

kadar air sebesar 6% - 8% untuk kebutuhan industri. [1] Kendala yang dihadapi dalam proses pengeringan

(1) tergantung oleh iklim terutama di Indonesia yang selalu berawan dengan tingkat kelembaban yang tinggi.

F=V+P

Dimana:

F = massa kakao setelah fermentasi (kg) oleh keadaan iklim maka dirancangan mesin pengering biji

Untuk memperoleh hasil produksi yang tidak tergantung

V = massa air yang menguap (kg)

kakao menggunakan metode conveyor dryer dengan suhu 60°C

P = massa kakao kering (kg)

– 80o C untuk menghasilkan kekeringan biji kakao dengan kadar air maksimum 6% - 8 %.

2. Neraca massa komponen air:

Karakteristik dari Infrared Heater (IRh) digunakan sebagai pengering biji kakao dikarenakan memiliki panjang gelombang

(2) radiasi panas 0.4 μ m - 400 μ m yang dapat diserap oleh biji kakao.

F . xf = V . xv + P . xp

Dimana :

f = massa kakao setelah fermentasi Programmable Logic Control (PLC) sebagai pengatur inverter

Pengendalian mesin pengering biji kakao menggunakan

xf = kadar air kakao setelah fermentasi (%) untuk IRh , blower, kecepatan conveyor dan penerima sinyal

xv = kadar uap air (%)

masukan dari sensor suhu SHT 11 dan monitoring sinyal xp = kadar air kakao kering yang diharapkan (%) menggunakan software matlab a.2008 dengan interface USB, dimana metode pengendalian menggunakan Proporsional Integral (PI).

Alasan yang mendukung proses pengeringan dapat Persamaan untuk IRh dapat menggunakan dengan menghambat pertumbuhan mikro organisme adalah untuk

perkiraan dan nomograf yang dikembangkan oleh Spesifik – mempertahankan mutu produk terhadap perubahan fisik dan

Cally untuk aplikasi IRh [3]

kimiawi yang ditentukan oleh perubahan kadar air.

pemanasan produk, Standar kadar air biji kakao disusun sebagai pedoman

Untuk

Persamaan berikut dapat digunakan, untuk menghasilkan panas perancangan mesin pengeringan biji kakao, sebagai dasar

dengan menggunakan persamaan 3

acuan kerja mesin pengering dengan menggunakan Infra Red Heater . Dimana Mesin pengering yang akan dihasilkan nantinya dapat menghasilkan output berupa biji kakao dengan kualitas sesuai yang tertera pada tabel 1, tentang standarisasi biji kakao yang baik.

Dimana:

Tabel 1. Tabel Standar Nasional Biji Kakao (SNI 01 – 2333 – 2008)

= Produksi per jam

= Temperatur 0 F( 0 C=5/9 +32) Efficiency (RE) = Combined Effciency of The Source and

No Karakteristik

Mutu I

Mutu II

reflector

1 0 Jumlah Biji/100 gr *** ** = Specific heat (Btu/Lb/ F)

2 Kadar Air (% (b/b))

7.5 7.5 VF = View Factor merupakan ratio dari

3 Berjamur (%(b/b))

3.4 4 energy IRh

4 Tak Terfermentasi (%(b/b))

8 8 = Factor Absorption (emissivity) product Berserangga hampa,

berkecambah (%(b/b)) Pengeringan dan Penguapan dimana pemindahan penguapan

6 Biji Pecah (%(b/b))

3 3 atau air yang berada dalam sebuah produk mengalami

7 Benda Asing (%(b/b))

0 0 pengurangan yang disebabkan oleh tingkatan temperature,

8 Kemasan kg, netto/karung

62.5 62.5 untuk menghasilkan panas yang diingin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 4

B. Prinsip dasar Infrared heater Gelombang inframerah merupakan bagian dari spektrum

elektromagnetik bersama gelombang lainnya seperti yang

Dimana:

terlihat pada gambar di bawah ini.

Qwp

= Kebutuhan Btu kerja produk untuk peningkatkan temperature

= Kebutuhan Btu pencairan (solvent) untuk meningkatkan temperature = Kebutuhan Btu untuk panas dari initial ke penguapan temperatur Efficiency (RE) = Combined Effciency of The Source and

reflector = Factor Absorption (emissivity) product Gambar 1. Gelombang elektromagnetik Spectrum

VF = View Factor merupakan ratio dari

energy IRh

Energi IRh adalah suatu bentuk energi elektromagnetik. Hal ini di karenakan IRh sebagai gelombang yang menembus target dan kemudian diubah menjadi panas. Radiasi inframerah

C. Pengendali dengan Metode Proportional Integral (PI) diklasifikasikan sebagai daerah panjang gelombang antara cahaya tampak (0,4 - 400 µm.). Panjang gelombang di mana

Pengendali IRh menggunakan PI sebagai pengendalinya radiasi maksimum dari pemanas terjadi (panjang gelombang

agar keluaran tunak sama dengan titik acuan yang merupakan puncak) ditentukan oleh suhu pemanas. Hubungan ini

masukan dari pengendali PI. Dengan persamaan 5 dijelaskan oleh hukum dasar untuk radiasi hitam. Hukum Perpindahan Wien menyatakan bahwa distribusi panjang gelombang energi radiasi panas dari blackbody pada suatu suhu memiliki bentuk dasar yang sama seperti distribusi

Dengan Kw adalah titik acuan dikurangi dengan Kw * Actual pada setiap suhu lainnya.

dimana untuk besaran temperature sebagai keadaan variable Block body adalah penyerap radiasi yang sempurna baik

terhadap Kw , keluaran dari pengendali energy panas adalah arah maupun berapapun panjang gelombangnya

sinyal Kw yang sebanding dengan perubahan temperature dengan umpan balik dari sensor suhu dapat dilihat dari blok diagram system kendali.

Gambar 1. Blok Diagram Sistem Kendali PI .

ERANCANGAN IV. P M ESIN P ENGERING B IJI K AKAO

Gambar 3.Sinyal Pengujian Karakteristik Plant dengan PI

Proses pengeringan biji kakao dengan aplikasi infra red

Dengan set point :

heater untuk mesin pengering biji kakao menggunakan system

closed loop dapat dilihat pada gambar 2, dimana parameternya

adalah suhu( 0 C) dan kelembaban(%) dengan nilai set point

rise time

yang telah ditentukan dan akan dibandingkan dengan keadaan

settling time

actual dari suhu dan kelembaban yang terdapat dalam ruang

Overshoot

pengering dimana terdapat sumber energy dan radiasi panjag

gelombang yang berasal dari IR (Plant) hasil dari

respon time

perbandingan ini dinyatakan sebagai error, sehingga besaran suhu dan kelembaban akan memiliki nilai yang sama

Dari hasil pengujian tidak didapatkan nilai respon yang baik dinyatakan kedalam nilai output, hubungan antara kecepatan

maka dilakukan beberapa pengujian terhadap nilai parameter conveyor dengan IR adalah dimana biji kakao membutuhkan

Kp dan Ki sebagai berikut:

lamaan waktu dalam melakukan absorbsi sumber energy dan radiasi panjang gelombang yang berasal dari IR, sehingga

• Percobaan Pertama dengan besaran Kp : 60, KI: 0,5 pengaturan kecepatan conveyor dipengaruhi oleh suhu dan kelembaban, untuk flow air juga berhubungan dengan suhu dan kelembaban terutama pada parameter kelembaban dikarenakan kadar air dalam satuan prosentase di keluarkan dari mesin pengering agar air yang menguap dari biji kakao tidak jatuh ke bawah karna gaya gravitasi.

Gambar 4.Sinyal Pengujian dengan besaran Kp : 60, KI: 0,5

Maka diperoleh nilai rise time

settling time : 4.18

V. Overshoot : 75.7

Peak

: 1.76respon

Gambar 2. Alur Proses Pengendali Aplikasi Infra Red Heater Untuk Mesin

Pengering Biji Kakao

time

• Percobaan Kedua dengan besaran Kp : 50, KI: 0,96 Pada penelitian dengan pendekatan pada control PI

ASIL VI. H D AN P EMBAHASAN

(Proporsional Integral) dengan nilai Kp= 0,01 dan Ki =0,65 memiliki respon sistem yang mampu mempertahankan setting suhu 60 o

C. Untuk respon sistem control PI (Proporsional Integral) dapat dilihat pada setiap percobaan Pengujian Karakteristik Plant dengan PI

Gambar3 dibawah ini.

1 Taste

Normal Normal Sour

2 Odour

Sour Normal Normal

Red until

3 Colour

brownish Brownish

Physico – Chemical

4 Weight / bean

≤ 1 gram gram

5 Shell

Whole Whole

Uniform Not Gambar 5.Sinyal Pengujian dengan besaran Kp : 60, KI: 0,5

6 Size bean

Uniform

Fully Fully risem time

7 Fermentation

settling time

4% 4% respon time

9 Yeast and Mold

Solvent

10 12% 6,7% • Evaporation Percobaan Ketiga dengan besaran Kp : 47, KI: 1.53

SIMPULAN VII. KE Berdasarkan pengujian alat dengan metode PI

(Proporsional Integral) dapat disimpulkan bahwa : • Dengan menggunakan pengendali PI (Proporsional

integral) diparameter kp = 47 dan Ki = 1.53 menghasilkan respon sistem pada alat pengering kakao yang stabil dan mampu mempertahankan suhu referensi

60 o C..

C alat pengering Gambar 6.Sinyal Pengujian dengan besaran Kp : 47, KI: 1.53

• Dengan menggunakan suhu referensi 60 o

kakao dapat mengeringkan kakao, dengan kelembaban 6,7% dengan proses pengeringan selama 20 menit .

risem time

settling time

overshoot

D AFTAR P USTAKA peak

respon time

[1] Anonim. Coklat dan Produk Olahannya. http://rewisa.wordpress.com.

Akses tanggal 11 September 2012. [2] Banwatt, George. 1981. [3] Basic Food Microbiology . Connecticut: The

Setelah didapatkan nilai KP dan KI yang ideal pada percobaan

Avi Publishing Company, Inc. [3] Waltow, Radiation Heating with infrared, A Technical Guide to ketiga maka di ujikan pada biji kakao dan diperoleh hasil

Understanding and applying Infrared heaters sebagai berikut

[4] Djatmiko, B. dan T. Wahyudi. 1986. Aspek Pengolahan dan Mutu Coklat Lindak dan Mulia . Balai Penelitian Perkebunan Jember, Jawa Timur.

[5] Siregar, Tumpal. 2005. [1] Budidaya, Pengolahan dan Pemasaran

Tabel 2. Tabel Pengujian Biji Kakao

Cokelat . Jakarta: Penebar Swadaya [6] Sunanto, Hatta. 2005. Cokelat : Budidaya, Pengolahan Hasil dan Aspek

No Analysis

Spesification

Result Test

Ekonominya . Yogyakarta : Kanisius. [7] Susanto, F. X. 1994. [2] Tanaman Kakao. Yogyakarta: Kanisius. [8] Petrovskii V. Ya: [8] Cara dasar perpindahan panas pada Infrared

Organoleptic

Heater.

Kakao dengan Metode Pengendali PI