APLIKASI MODEL REFERENCE ADAPTIVE CONTROL (MRAC) UNTUK PENGENDALIAN SUHU RUANG BIOREAKTOR PADA MODEL SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH B3

ABSTRAK

APLIKASI MODEL REFERENCE ADAPTIVE CONTROL (MRAC) UNTUK
PENGENDALIAN SUHU RUANG BIOREAKTOR PADA MODEL SISTEM
PENGOLAHAN LIMBAH B3
Oleh
HAKI MIDIA ALIMAN HAKIM

Terdapat sebuah model pengolahan limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B3), model
tersebut dibangun guna mengetahui cara pengelolaan dan pengolahan limbah yang baik oleh
biomassa alga (absorben) agar menghasilkan konsentrasi bahan berbahaya dan beracun
(polutan) yang sesuai dengan standar baku mutu. Salah satu tahapan proses yang penting
pada pengolahan ini adalah pada ruang bioreaktor, karena pada tahap ini terjadi penyerapan
polutan paling besar. Kondisi suhu pada ruang bioreaktor merupakan salah satu parameter
penting yang harus dijaga agar proses penyerapan dapat maksimal. Proses ini tergolong
proses dinamik, sehingga diperlukan sebuah sistem yang dapat mempertahankan suhu ruang
bioreaktor meskipun terjadi perubahan karakteristik proses akibat faktor luar. Sistem kendali
yang digunakan pada model adalah kendali on-off celah differensial. Mengetahui hal tersebut
maka pada tugas akhir ini akan diaplikasikan Model Reference Adaptive Control (MRAC)
sehingga kondisi suhu pada proses adsorbsi dapat dipertahankan meskipun terjadi perubahan
karakteristik proses yang disebabkan oleh faktor luar. Hasil pengujian bump-test

menunjukkan bahwa konstanta waktu proses sebesar 1320 detik, gain adaptasi yang sesuai
dengan karakteristik proses tersebut adalah 0,005-0,01. Pengujian unjuk kerja sistem
dilakukan dengan memberikan gangguan dengan cara memasukkan udara lingkungan ke
ruang bioreaktor menggunkan kipas inlet, hasil pengujian kalang terbuka menunjukkan
bahwa gangguan dapat menurunkan suhu sebesar 2,66ºC dalam waktu 36 menit. Saat
menggunakan MRAC dengan gain adaptasi 0,005 gangguan maksimum yang dihasilkan
sebesar 1,64 ºC dengan waktu mengatasi gangguan sebesar 6240 detik. Saat gain adaptasi
0,01 gangguan maksimum yang dihasilkan sebesar 1,42 ºC dengan waktu mengatasi
gangguan sebesar 4600 detik. Sehingga dengan hasil ini dapat disimpulkan bahwa aplikasi
MRAC pada pengendalian suhu ruang bioreaktor menunjukkan kinerja yang baik.
Kata Kunci : Model Reference Adaptive Control, Pengaturan Suhu, Ruang Bioreaktor

ABSTRACT
APPLICATION OF MODEL REFERENCE ADAPTIVE CONTROL (MRAC) FOR
ROOM TEMPERATURE CONTROL MODEL BIOREACTOR B3 WASTE
TREATMENT SYSTEM
By
HAKI MIDIA ALIMAN HAKIM
There is a model of waste treatment Bahan Berbahaya dan Beracun (B3) or Hazardous and
Toxic Materials, the model was built in order to know how the management and the good

waste treatment by algal biomass (absorbent) to produce concentrations of hazardous and
toxic substances (pollutants) in accordance with quality standard. One of the important
process steps in this processing is the bioreactor chamber, because at this stage there is the
greatest pollutant absorption. Temperature conditions in the bioreactor chamber is one of the
important parameters that must be maintained for the maximum absorption process. This is a
dynamic process, so we need a system that can maintain the temperature of the bioreactor
space despite the changes in the characteristics of the process due to external factors. Control
systems used in the model are the on-off controler of the differential gap. Knowing that the
final project will be applied by Model Reference Adaptive Control (MRAC) so that the
temperature conditions in the adsorption process can be maintained despite the change in the
characteristics of the process caused by external factors. The results test showing that bumptesting process with time constant of 1320 seconds, the gain adaptation in accordance with
the characteristics of the process is from 0.005 to 0.01. Testing the performance of the system
is done by providing the interference by entering the bioreactor chamber to the ambient air
using the fan inlet, open loop test results indicate that the disorder can lower the temperature
by 2,66ºC in 36 minutes. When using the MRAC with 0,005 adaptation gain maximum
interference generated by 1.64 ºC with a time of 6240 seconds overcome interference. When
the adaptation gain maximum interference generated 0.01 of 1.42 ºC by the time of 4600
seconds overcome interference. So from the results, it can be conclude that the
implementation of MRAC at room temperature controlling bioreactor showed a good
performance.

Key Words : Model Reference Adaptive Control, Temperature Control, Bioreactor Chamber

APLIKASI MODEL REFERENCE ADAPTIVE CONTROL (MRAC)
UNTUK PENGENDALIAN SUHU RUANG BIOREAKTOR PADA
MODEL SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH B3

Oleh:

Haki Midia Aliman Hakim

Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG

2015

APLIKASI MODEL REFERENCE ADAPTIVE CONTROL (MRAC)
UNTUK PENGENDALIAN SUHU RUANG BIOREAKTOR PADA
MODEL SISTEM PENGOLAHAN LIMBAH B3
COVE

(Skripsi)

Oleh

Haki Midia Aliman Hakim

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2015

Moto
Pada akhirnya kita akan berada pada suatu tempat

dimana didalamnya tidak ada satupun kebaikan ATAU
suatu tempat dimana didalamnya tidak ada sedikitpun
keburukan.

(Haki Midia Aliman Hakim)

PERSEMBAHAN
Segala puji bagi Allah, Tuhan semesta alam.

Karya Tulis ini kupersembahkan untuk :
Bangsa dan Negaraku
Republik Indonesia
Tanah lahirku, kubanggakan
Lampung
Almamaterku tercinta
Universitas Lampung
Dengan dedikasi yang sesungguh-sungguhnya sebagai
putramu

Terima kasih kepada :

Orang tua serta adik-adikku
Orang tua yang selalu mendo’akanku

Orang tuaku pula (guru dan dosen)
Orang tua yang selalu mengajar dan mendidikku
Terima kasih kepada saudaraku (sahabat)
Saudara yang menghiasi hari-hariku

RIWAYAT HIDUP

Haki Midia Aliman Hakim, Tri Murjo, 16 Juli 1993.
Anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak
Syahbudin dan Ibu Siti Khomsah.
Pendidikan Sekolah Dasar (SD) di SD N 1 Braja Sakti,
Way Jepara, Lampung Timur. Suasana kanak-kanaknya
menuntun mimpinya untuk menjadi seorang ilmuan, dan
lain hari ingin menjadi seorang astronout.
Sekolah Lanjut Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP N 1 Way Jepara, Lampung
Timur. Kelabilan remaja pada waktu itu sempat menghapuskan segala mimpi
yang ada sejak bangku Sekolah Dasar. Padanya mulai terjadi proses berfikir

tentang arti kehidupan.
Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA N 1 Way Jepara, Lampung Timur.
Proses berfikir pada dirinya sudah semakin berkembang seiring bertambahnya
umur, melihat dan menerjemahkan apa yang dia lihat disekelilingnya. Membuat
dia yakin akan mimpinya, mengubah mimpi kanak-kanaknya, seorang Menteri
Pendidikan.
Tahun 2010, karena sudah bosan dengan teori-teori yang ada pada bangku
sekolah, dia memutuskan untuk memilih Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Lampung sebagai tingkat lanjutan masa pembelajarannya. Dia
menemukan keluarga bernama HIMATRO (Himpunan Mahasiswa Teknik
Elektro). Ia memfokuskan diri pada teknik pengendalian. Saat menjadi mahasiswa
cara berfikirnya pun makin matang meskipun masih banyak kekurangan, namun
mimpi masih sama dan semakin kuat, Menteri Pendidikan.

SANWACANA

Segala puji bagi Allah, Tuhan semesta alam. Segala rasa syukur atas rahmat dan
berkat-Nya sehingga penulis mendapatkan kesempatan melajutkan masa
pembelajarannya sampai ke bangku perkuliahan. Sebuah kesempatan yang tidak

Allah berikan kepada setiap umatnya. Skripsi dengan judul “Aplikasi Model
Reference Adaptive Control (MRAC) untuk Pengendalian Suhu Ruang Bioreaktor
Pada Model Sistem Pengolahan Limbah B3” telah selesai dikerjakan, dengan
penuh kesabaran dan keseriusan sebagai bentuk kesungguhan dalam mensyukuri
nikmat dari Alah S.W.T. Skripsi yang menjadi salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Lampung.
Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik
dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini sangatlah sulit bagi
penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih kepada :

1.

Kedua orang tua penulis, Bapak Syahbudin dan Ibu Siti Khomsah Atas segala
yang telah dicurahkan kepada anaknya.

2.

Bapak dan ibu dosen yang telah memberikan ilmu dan wawasan selama

penulis menimba ilmu di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

3.

Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro serta
pembimbing utama skripsi

4.

Ibu Herlinawati, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung.

5.

Dr. Ir. Sri Ratna Sulistiyanti., M.T. selaku Dosen Pembimbing Pendamping
atas kesediaan, arahan, saran, serta dorongan semangat dalam proses
penyelesaian skripsi ini.

6.

Bapak Prof. Drs. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung.

7.

Bapak Raden Arum Setia Priyadi, S.Si., M.T selaku Pembimbing Akademik

8.

Bapak Ir. Emir Nasrullah., M.Eng. selaku Dosen Penguji yang telah berkenan
memberikan masukan, kritik, dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

9.

Sahabat, saudara, dan kawan seperjuangan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro
’10: Jaya, Anwar, Derry, Reza, Joelisca, Budi, Ipin, Danny, Muthe, Kiki,
Devy, Novia, Dian, Viktor, Neas, Jefri, Renold, Allen, Haki, Andri, Jerry,
Yudi, Ucup, Bagus, Sofyan, Agus, Saipul, Fendi, Sandi, Robi, Imam, Billy,
Mahendra, Bagus, Radi, Irvika, Rendi, Harry, Ayu, Khoirul, Aji, Seto, Ab,
Agung, Ozi, Afrijal, Lukman, Nanang, Maulana yang tidak bisa disebutkan

namanya satu-persatu atas kebersamaan, persaudaraan, motivasi, dukungan,
serta kisah yang takkan terlupa sepanjang hidup penulis.

10. Ka Cipo, Ka Koko, Ka Agung, Ka Ijonk, Bang HH, KA Ridho, Penceng,
Dirya, Restu, Kotjong, Irul, Kakek, Bang Cing, dan rekan-rekan laboratorium
yang selalu menemani di Laboratorium.
11. Kakak-kakak angkatan 2008, 2009, 2007 serta adik-adik angkatan 2011,
2012, 2013 dan 2014 yang memberikan cerita indah tersendiri bagi kehidupan
kampus penulis.
12. Mbak Dian Rustiningsih (Ning) dan Mas Daryono atas bantuannya dalam
mengurus masalah administrasi selama penulis menjadi mahasiswa.
13. Seluruh civitas Jurusan Teknik Elektro.
Setiap karya yang dibuat oleh manusia, tidak lepas dari kesalahan. Begitupun,
dengan tugas akhir ini. Saya menyadari masih banyak kekurangan, dengan segala
kerendahan hati saya memohon maaf.

Bandar Lampung, 27 Oktober 2015
Penulis

Haki Midia Aliman Hakim

,...)::',iir:;,.:.'

J.udul,Skripsi

:

APIjrKAS-I- MuDEL REnqRENCE

Ux

Abeprrw coflrnor

_cj

PENGENDAIiAN.flTTUNUANG.BIOREAKTORPADA
: ''":' : ::
' '
,, MODEL SISTEM PENGOITAHAN.L.E\ilBAH'83"''
Nama Mahasiswa

:

'

gQdtq

fiqki

,,9k[.akbt,/

101503r012
T€knik Elektio
..

.

,

..': ..

'::..:.: :

:

Tetnit

NIP 19680809 199903 ,

00tr,,.-.t'.
t,,ii'..

2, rKetua'

i Ratna Sulistiyanti., M.T.
51021't995t2 2 001

JuruSan'Teknik Blektro

toi S.,T., M..f., .Ph.Di
NIP,19.680809, 199903 1 001

l.rTimP-engqji
:. . |

.r;.t

t :, ::.. :..

Ketua:'

....

::::

':

Ir. Emir Nasrullah,
M.Eng.
.i!'
il

i:L::

I

. ,.
ri
!
iriiil':i:i:iit:'{i.i :.1'J:':r
i

: ..

* .Li:lii:iiiilr,,

u,,

1

l

,.):.1;-t:....,,

tt

.

Tanggal,Lulus Uj13ll S-krigsi:, 23 Oktoben.,2Al5

SURAT PERI\IYATAAN

Dengan

ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak

terdapat karya yang

pernah dilakukan oleh orang lain dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak
terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali

tertulis diacu dalam naskah ini sebagaimana yang disebutkan di dalam daftar
pustaka. Selain

itu saya menyatakan pula bahwa skripsi ini dibuat oleh

saya

sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sangsi sesuai
dengan hukum yang berlaku.

Bandar
,.r7

ngr27 Oktober 2015

;jii

Haki Midia Aliman Hakim
NPM 1015031012

l

i

ii

iii

iv

v

1

1.1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Terdapat sebuah model sistem pengolahan limbah Bahan Berbahaya dan Beracun
(B3). Model tersebut dibangun untuk mengetahui cara pengelolaan dan
pengolahan limbah yang baik oleh biomassa alga (absorben) agar menghasilkan
konsentrasi bahan berbahaya dan beracun (polutan) yang sesuai dengan standar
baku mutu sebelum dibuang. Secara langsung penelitian pengolahan dan
pengelolaan limbah B3 pada model ini bermanfaat untuk mengurangi dampak
pencemaran dan kerusakan lingkungan hidup akibat limbah.
Model pengolahan limbah B3 tersebut terdiri dari beberapa tahapan proses, salah
satu yang paling penting adalah tahap pengolahan di bioreaktor, karena pada tahap
ini terjadi penyerapan polutan yang paling besar. Terdapat beberapa faktor yang
harus dipenuhi agar proses ini dapat berlangsung dengan baik, salah satunya
adalah kondisi suhu ruang tempat reaksi kimia berlangsung (ruang bioreaktor).
Proses ini tergolong proses dinamik, sehingga diperlukan sebuah sistem yang
dapat mempertahankan suhu ruang bioreaktor meskipun terjadi perubahan
karakteristik proses pada ruang bioreaktor saat terjadi gangguan akibat faktor luar.

1

Sistem pengendalian suhu pada model tersebut masih menggunakan sistem
kendali biasa yaitu kendali on-off dengan celah differensial. Sehingga masih
ditemui banyak kekurangan pada pengendalian suhu ruang tempat reaksi kimia
berlangsung.
Mengetahui hal tersebut maka pada tugas akhir ini akan diaplikasikan sistem
kendali adaptif guna menjaga suhu pada ruang bioreaktor dengan metode Model
Reference Adaptive Control (MRAC) sehingga akan didapatkan suatu kondisi nilai
suhu yang diinginkan pada proses adsorbsi limbah B3 oleh biomassa alga
meskipun terjadi perubahan karakteristik proses pada ruang bioreaktor (plant)
yang disebabkan oleh faktor luar.

1.2

Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah mengimplementasikan
kendali adaptif Model Reference Adaptive Control (MRAC) agar dapat
mempertahankan suhu ruang bioreaktor pada model pengolahan limbah B3
meskipun terjadi perubahan karakteristik proses pada plant akibat faktor luar.

1.3

Manfaat Penelitian

Penelitian tugas akhir ini diharapkan mampu menyajikan sebuah sistem
pengendalian suhu ruang bioreaktor pada model sistem pengolahan limbah B3
yang bersifat adaptif untuk meningkatkan kulitas adsorbsi polutan limbah oleh
biomassa alga menjadi lebih baik.
2

1.4

Rumusan Masalah

Untuk mengendalikan suhu ruang bioreaktor pada model pengolahan limbah B3
mengguankan Model Reference Adaptive Control, maka didaptkan rumusan
masalah sebagai berikut :

1.

Bagaimana merancang dan membangun perangkat keras sistem agar Model
Reference Adaptive Control dapat diaplikasikan model pengolahan limbah
B3.

2.

Bagaimana menentukan fungsi alih sistem (proses).

3.

Bagaimana menentukan model dari plant (ruang bioreaktor).

4.

Bagaimana menerapkan metode kestabilan Lyapunov sebagai pengaturan
parameter-parameter kendali (adjustmen mechanism).

5.

Bagaiaman menerapkan metode penempatan pole (Pole Placement) sebagai
pengendali.

6.

Bagaimana menentukan gain adaptasi yang sesuai dengan karakteristik

proses.

3

1.5

Batasan Masalah

Beberapa hal yang menjadi batasan masalah dalam pembahasan tugas akhir ini
adalah :
1.

Teknik kendali yang digunkan adalah kendali adaptif dengan skema Model
Reference Adaptive Control (MRAC).

2.

Mekanisme pengaturan parameter kendali (adjustment mechanism) adalah
menggunakan kestabila Lyapunov.

3.

Perancangan pengendali menggunakan metode Pole Placement

4.

Plant yang digunkan adalah ruang bioreaktor pada model sistem pengolahan
limbah B3.

5.

Range pengaturan yang diperbolehkan adalah 30 sampai 40ºC.

6.

Pengujian unjuk kerja sistem dilakukan dengan memberi gangguan.

7.

Pembahasan dibatasi pada pengendalian suhu pada ruang bioreaktor, tidak
mengendalikan parameter-parameter lain yang diperlukan pada proses
adsorbsi dan juga tidak membahas proses kimia yang berlangsung.

1.6

Hipotesis

Dengan menerapkan Model Reference Adaptive Control(MRAC) pada plant ruang
bioreaktor

maka

sistem

dapat

menyesuaikan

keluran

sistem

untuk

mempertahankan suhu referensi meskipun terjadi perubahan karakteristik plant
yang disebabkan oleh faktor luar.

4

1.7

Sistematika Penulisan

BAB I. PENDAHULUAN
Menjelaskan tugas akhir secara umum, berisi latar belakang, tujuan,
manfaat penelitian, batasan masalah, perumusan masalah, hipotesis dan
sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Menjelasakan landasan teori yang digunakan dalam penelitian dan
membahas penelitian yang telah dan akan dilakukan berhubungan dengan
penelitian.

BAB III. METODE PENELITIAN
Menjelaskan langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penelitian,
diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, komponen dan
perangkat penelitian, prosedur kerja dan perancangan serta metode
penelitian.

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian yang berisi hasil dari pengujian dan pengambilan data, serta
analisa hasil pengujian tersebut.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi tentang suatu kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan dan
pengujian, serta saran-saran untuk pegembangan penelitian lebih lanjut.
5

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

6

2

2.1

TINJAUAN PUSTAKA

Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (B3)

Limbah merupakan sisa aktifitas manusia yang dapat berupa bahan kimia organik
maupun anorganik yang akan berdampak negatif bagi lingkungan hidup apabila
tidak dikelola dengan baik. Limbah memiliki beberapa jenis yang diklasifikasi
berdasarkan jenis zat, wujud, serta asalnya.
Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun (limbah B3) menurut PP Np. 18/1999 Jo.
PP No. 85/1999 adalah “sisa suatu usaha dan/atau kegiatan yang mengandung
bahan berbahaya dan/atau beracun yang karena sifat dan/atau konsentrasinya dan
/atau jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat
mencemarkan dan/atau merusak lingkungan hidup, dan/atau dapat membahayakan
lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta makhluk hidup
lain”. Sumber limbah B3 adalah kegiatan-kegiatan industri logam berat,
pertambangan, kesehatan, farmasi, mesin-mesin, bahan kimia dan juga rumah
tangga. Pada umumnya limbah B3 mengandung logam berat dan zat kimia
berbahya seperti merkuri (Hg), timbal (Pb), arsenic (As), cadmium (Cd), kromium
(Cr) dan nikel (Ni), pestisida, sianida, sulfida, fenol dan lain-lain.

7

Limbah B3 sangatlah berbahaya apabila tidak melalui tahap pengolahan yang
baik. Berikut adalah karakterisitik limbah B3 :
1. Mudah meledak (explosive)
2. Pengoksidasi (oxidizing)
3. Beracun (moderately toxic)
4. Menyebabkan Infeksi
5. Korosi
6. Reaktif
Terdapat banyak metode dalam pengolahan limbah B3, sesuai dengan kandungan
zat yang terdapat pada limbah. Rilyanti, Mita. (2007) melakukan penelitian
mengenai pengolahan limbah B3 menggunakan biomassa Sargassum duplicatum
yang diimmobilisasi dengan Polietilamina-glutaraldehida sebagai pengurai
polutan (zat-zat berbahaya) yang terdapat pada limbah yaitu ion logam Pb(II),
Cu(II), dan Cd(II).

2.2

Sistem Kendali Suhu

Dikebanyakan industri yang melibatkan suhu sebagai salah satu variabel yang
mempengaruhi proses produksi maka akan ditemui sistem kendali untuk suhu
terebut. Suhu yang sering dikendalikan berupa suhu gas atau cairan dalam sebuah
ruang atau bejana. Sebagai contoh adalah pengendalian suhu pada proses
peleburan baja, pemanasan air pada boiler, hingga proses pengolahan limbah
industri.

8

Kendali suhu ruang artinya menjaga kondisi atau nilai suhu udara (set point)
dalam sebuah plant pada nilai yang dikehendaki saat terjadi perubahan parameter
pada sebuah proses dengan cara mengumpan balikkan nilai variabel proses dan
membandingkannya dengan set point. Gultom, M.M. (2007) merancang sebuah
sistem kendali suhu ruang bioreaktor yang digunakan sebagai proses pengolahan
limbah B3. Sistem dirancang menggunakan metode kendali on-off dengan celah
differensial dan mampu menjaga suhu ruang denga nilai 10°, 20°, 27°, 30°, 40°
dan 50 °C. Untuk nilai temperatur dibawah 30°C digunakan pendingin (sistem
refigerant) sedangkan untuk nilai suhu diatas 30°C digunakan wiring heater.
Tugas akhir ini hanya membahas kinerja sistem untuk mencapai nilai referensinya
dan tidak melakukan pengujian dengan adanya gangguan. Sistem ini bekerja
cukup baik dengan nilai kesalahan sebesar 0.06135 %.

2.3

Teknik Kendali Adaptif (Adaptive Control)

Teknik kendali adaptif merupakan teknik kendali yang dilengkapi dengan
algoritma pembelajaran. Teknik kendali adaptif didefinisikan juga sebagai
sistem kendali yang memiiki mekanisme untuk mengatur parameterparameter kendalinya sendiri. Skema dari sistem kendali adaptif terdiri dari
dua kalang (loop). Loop pertama adalah loop umpan balik plant dengan
pengendali, sedangkan loop kedua adalah loop pengaturan parameter. Blok
Diagram dari sistem kendali adaptif ditunjukkan pada Gambar 2.1

9

Gambar 2.1. Blok diagram sistem adaptif

Pada teknik kendali adaptif terdapat empat skema, yaitu Gain Schedulling, ModelReference Adaptive Control (MRAC), Self-Tuning Regulator (STR) dan Dual
Control. Skema-skema tersebut banyak diterapkan pada sistem pengendalian suhu
ruang, seperti penelitian yang dilakukan oleh Mukhaitir, A.S (2010) yang
menerapkan kendali PID Gain Scerduling pada plant electric water heater. Dari
hasil pengujian penggunaan metode kendali Gain Scheduling dirasa sangat efektif
dalam menangani gangguan. Metode kendali Gain Scheduling menghasilkan nilai
ITAE sebesar 141051 yang lebih kecil dibandingkan sistem yang menggunakan
kendali PID single dengan nilai ITAE 174067 dan 187569. Analisis indeks
performansi kesalahan ITAE digunakan untuk menentukan unjuk kerja sistem
yang terbaik dengan menghitung nilai integral dari error yang didapatkan saat
pengujian.
Fitriyanto, M (2011) mengaplikasikan kendali adaptif pada pengendalian suhu
dengan skema Self Tuning Regulator (STR). Dari hasil pengujian dan anilisa
didapat bahwa algoritma least-mean squeare (LMS) sebagai estimator dan
metode Pole Placement dapat digunkan untuk mengendalikan suhu ruang. Selain

10

itu juga kendali adaptif mempunyai kehandalan dalam mengatasi dan
mengeliminasi gangguan dari luar.

2.4

Model-Reference Adaptive Control (MRAC)

Model-Reference Adaptive Control (MRAC) merupakan salah satu skema kendali
adaptif dimana peformasi keluran sistem (proses) mengikuti peformasi keluaran
model referensinya. Parameter-prmeter pengendali diatur melalui mekanisme
pengaturan yang didasarkan pada error yang merupakan selisih antara keluaran
proses dengan keluaran model referensi. Blok diagram skema Model-Reference
Adaptive Control ditunjukkan pada gambar 2.2

Gambar 2.2. Blok diagram Model-Reference Adaptive Control (MRAC)

Skem sistem MRAC memiliki dua loop , loop pertama (inner loop) merupakan
loop umpan balik antara proses dan pengendali sedangkan loop kedua (outer loop)
adalah loop yang mengubah parameter-parameter kontrol berdasarkan sinyal
error, e = y – ym. Pengaturan dilakukan dengan meminimalkan sinyal error,
11

sehingga keluaran sistem (y) sesuai dengan keluaran model referensinya (ym).
Mekanisme pengaturan pada MRAC terhadap parameter-parameternya dapat
dilakukan dengan beberapa metode diantaranya dengan MIT Rule dan teori
kestabilan Lyapunov. Rusmawan, F (2011) melakukan penelitian yang bertujuan
untuk membandingkan unjuk kerja MRAC menggunakan MIT Rule dengan
MRAC menggunakan teori kestabilan Lyapunov. Pada penelitian ini diambil
kesimpulan bahwa metode adaptasi MIT Rule memiliki kemampuan mengatasi
gangguan lebih baik dibandingkan dengan teori kestabilan Lyapunov yang dapat
dilihat dari waktu yang dibutuhkan untuk mengatasi gangguan yang lebih singkat.
Namun Teori kestabilan Lyapunov memiliki kemampuan yang lebih baik
dibandingkan MIT Rule dalam hal mengikuti model referensinya.

12

3

3.1

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian tugas akhir dilaksanakan pada bulan Februari hingga Oktober 2015.
Perancangan dan pengerjaan perangkat keras (hardware) dan laporan dilakukan di
Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung. Dengan jadwal
kegiatan sesuai dengan tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1. Jadwal Kegiatan

13

lanjutan

3.2

Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini dibagi menjadi perangkat
keras (hardware) dan perangkat lunak (software) sebagai berikut:
Perangkat keras yang digunakan, yaitu :
1. Power Supply
a) Transforamator
b) IC Regulator (LM7805, 7812, 7824)
c) Kapasitor
2. Microcontroller ATmega 2560
3. LM 35 DZ
4. Keypad matrix
5. LCD 16 x 2
6. Pengkondisi Sinyal
a) LM 324
b) Resistor

14

7. Zero Crossing Detector
a) Rectifier
b) 4N35
a) Resistor
8. Solid State Relay
a) Dioda
b) Resistor
c) Optoisolator MOC 3020
d) PC 123
9.

Pengontrol Tegangan AC
a) TRIAC
b) Resistor

10.

Pemanas Lilit (wiring heater)

11.

Kabel

12.

PCB dan Pelarut

13.

Solder dan Timah

14.

Personal Computer

Sedangkan untuk perangkat lunaknya yaitu :
1. Arduino Integrated Development Environment (IDE)
2. Eagle

15

3.3

Spesifikasi

Spesifikasi dibagi menjadi 3 bagian, yakni proses kerja model pengolahan limbah
B3, spesifikasi sistem yang akan dikembangkan serta spesifikasi peralatan yang
akan digunakan.

3.3.1

Proses Kerja Sistem

Secara keseluruhan sistem pengolahan limbah B3 yang telah dibangun terdiri dari
3 bagian, yaitu :
1.

Bagian Masukan
Bagian masukan terdiri dari tiga tabung, yaitu tabung A1, A2 dan A3. Tabung
A1 merupakan penampungan limbah cair B3 yang akan diabsorbsi oleh
biomassa,

tabung

A2

berisikan

larutan

penetral

(aquades)

untuk

membersihkan logam yang tidak terikat secara kimia dan tabung A3 berisi
latutan HCl yang digunakan sebagai pembersih logam yang terikat secara
kimia pada biomassa.
2.

Bagian Proses
Masing-masing larutan di atas akan dilewatkan dengan kecepatan aliran yang
telah ditetapkan oleh sistem kendali kecepatan aliran menuju tabung C
(bioreaktor). Tabung C merupakan tempat terjadinya proses pengolahan
limbah oleh biomassa. Biomassa akan mengadsorbsi polutan yang terdapat
pada limbah, saat terjadi proses ini suhu pada ruang bioreaktor harus dijaga.
Karena suhu merupakan salah satu faktor penentu tingkat keberhasilah
biomassa dalam mengadsorbsi polutan pada limbah.

16

3.

Bagian Keluaran
Bagian keluaran terdiri dari 3 tabung, yaitu tabung B1 sampai B3. Tabung ini
akan menampung cairan hasil proses pengolahan limbah B3 yang berasal dari
tabung A.

Proses kerja sistem ini secara keseluruhan adalah mengalirkan limbah cair B3
menuju tabung bioreaktor yang berisi biomassa. Pada bioreaktor akan terjadi
sebuah proses sehingga ion-ion logam dalam limbah cair B3 dapat terabsorbsi.
Setelah itu limbah cair yang telah terabasorbsi akan dimasukkan ke tabung B1.
Setelah itu sistem akan mengalirkan aquades yang terdapat pada tabung B2
menuju kolom bioreaktor (tabung C) untuk membersihkan logam yang tidak
terikat secara kimia, setelah proses selesai maka aquades akan dimasukkan ke
tabung B2. Selanjutnya adalah mengalirkan HCl ke bioreaktor yang bertujuan
untuk membersihkan logam yang terikat secara kimia oleh biomassa, setelah itu
cairan HCl akan dimasukkan ke tabung B3. Rancangan sistem pengolahan limbah
B3 ditunjukkan pada Gambar 3.1.

17

Gambar 3.1 Rancang sistem pengolahan limbah cair B3

3.3.2

Spesifikasi Pengembangan Sistem

Spesifikasi sistem yang akan dikembangkan adalah sebagai berikut :
Sistem mampu mempertahankan suhu ruang bioreaktor sesuai dengan set point
meskipun terjadi perubahan karakteristik plant yang disebabkan oleh faktor luar.

3.3.3

Spesifikasi Peralatan

Spesifikasi peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :
1.

Plant yang akan dikendalikan berupa ruang bioreaktor.

2.

Rangkaian catu daya +5 VDC, +12 VDC serta 220 VAC.

3.

Perangkat pengendali menggunakan Microcontroller Atmega 2560 (kit
arduino) dengan antarmuka keluaran (LCD) dan masukan (keypad).
18

4.

Rangkaian zero crossing detector yang terdiri dari komponen penyearah
dan IC 4N35, rangkaian ini gunakan untuk mendeteksi gelombang
sinusoidal AC saat melewati titik tegangan 0 Volt.

5.

Rangkaian pengontrol tegangan AC 1 fasa digunakan untuk mengatur
besarnya tegangan yang masuk ke wiring heater.

6.

Solid State Relay sebagai interface controller dengan wiring heater.

7.

Menggunakan sensor LM 35 DZ sebagai pengukur suhu.

8.

Menggunakan pemanas lilit (wiring heater) sebagai pemanas.

19

3.4

Metode Kerja

Diagram Alir Penelitian
Untuk mempermudah dalam pengerjaan , diperlukan suatu rencana atau langkahlangkah kerja yang jelas. Seperti ditunjukkan pada diagram alir Gambar 3.2
dibawah ini :

Gambar 3.2.Diagram Alir Penelitian

20

3.5

Perancangan

Terdapat beberapa tahapan perancangan sistem, yaitu :
3.5.1

Menentukan Fungsi Alih Proses

Penentuan fungsi alih diperlukan untuk mengetahui respon sistem (proses)
terhadap sinyal masukan. Variabel plant yang akan dikendalikan adalah nilai suhu
ruang bioreaktor. Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian ekivalen dari plant yang
akan dikendalikan nilai suhunya.

Gambar 3.3. Rangkaian ekivalen dari plant

Definisi-definsi di bawah ini diperlukan untuk mendapatkan fungsi alih sistem :

Dengan menggunakan prinsip neraca panas maka di dapatkan persamaan 3.1 :

21

(3.1)
Keterangan :

Dengan

menggunakan

transformasi

menyeleaikannya untuk suhu

Laplace

dari

persamaan

3.1

dan

maka akan dihasilkan persamaan :

(3.2)

Dimana Qe(s) merupakan masukan sistem dan

ditentukan sebagai masukan

gangguan.
Persamaan 3.2 dapat dinyatakan dengan diagram blok gambar 3.4 berikut.

Gambar 3.4. Diagram blok fungsi alih sistem

22

Dari persamaan 3.4 dan diagram blok diatas diketahui fungsi alih sitem
merupakan sistem orde-satu sehingga dapat dituliskan notasi umumnya, yaitu :

(3.3)
Dalam bentuk lain dapat dituliskan sebagai berikut :
(3.4)

Dari persamaan diatas dapat diketahui nilai gain statis

dan konstanta

waktu

3.5.2

Perancangan Pengendali

1. Kesalahan Keadaan Tunak
Sistem yang akan dikendalikan merupakan sistem orde-satu, sebelum memulai
perancangan pengendali menggunakan Lyapunov, perlu ditentukan terlebih dahulu
kriteria dari nilai parameter-parameter proses agar tidak terjadi kesalahan keadaan
tunak (offset sama dengan nol). Offset
referensi

merupakan selisih antara nilai

dengan nilai keadaan tunak respon sistem

. Kesalahan keadaan

tunak dituliskan pada persamaan 3.5 berikut :
(3.5)
Persamaan 3.5 didistribusikan dengan persamaan 3.3 sehingga didapatkan
persamaan 3.6 berikut :
(3.6)

23

Jika masukan sistem berupa sinyal step, maka kesalahan keadaan tunaknya dapat
dituliskan oleh persamaan 3.7 berikut :

(3.7)
Dari persamaan 3.7 dapat diketahui bahwa agar kesalaan keadaan tunak sama
dengan nol, maka nilai b harus sama dengan a.

2. Perancangan Pengendali Menggunakan Lyapunov
Perancangan pengendali merupakan penentuan persamaan atau rumus mekanisme
pengaturan untuk melakukan update terhadap parameter-parameter kendali ketika
terjadi perubahan karakteristik plant karena faktor luar. Perancangan ini
menggunakan metode Lyapunov. Berikut adalah diagram blok MRAC orde-satu
dengan Lyapunov.

24

Gambar 3.5. Diagram blok MRAS orde-satu dengan Lyapunov.

Keterangan :

Sesuai dengan diagram blok diatas diketahui bahwa performasi keluaran proses
(sistem) akan mengikuti performasi keluaran model sistemnya. Parameterparameter kendali diatur berdasarkan error (e) yang merupakan selisih antara
25

keluaran proses (y) dengan keluaran model (ym). Parameter-parameter yang akan
diatur dinotasikan oleh k1 dan k2. Persamaan updating parameter-parameter
pengendali dapat dilihat pada persamaan 3.8 dan 3.9 berikut :
(3.8)

(3.9)

Langkah pertama dalam perangcangan pengendali adalah menetukan model dari
proses sehingga sistem akan bekerja sesuai dengan karakteristik model yang telah
ditentukan. Berdasarkan pemodelan secara matematis, sistem kendali suhu ruang
tergolong sistem orde-satu, sehingga model yang digunakan adalah sistem ordesatu
Dari notasi umum fungsi alih orde satu maka dapat diketahui :
(3.10)

(3.11)
Sedangkan persamaan fungsi alih sistem adalah :
(3.12)
Nilai konstanta waktu model adalah

dan gain statik

. Agar tidak

terjadi kesalahan keadaan tunak (offset sama dengan nol) maka harus dipenuhi
kriteria nilai am sama dengan bm.

26

Karena proses dikendalikan secara diskrit maka persamaan model harus dirubah
kedalam bentuk diskrit. Persamaan model dalam bentuk differensial dapat ditulis
sebagai berikut :

(3.13)

Jika dirubah kedalam bentuk laplace menjadi
(3.14)

Persamaan diatas dengan metode backward difference approximation diubah
kedalam persamaan diskrit menjadi :
(3.15)

Setelah mengetahui persamaan fungsi alih proses dan model proses, maka akan
ditentukan mekanisme penentuan nilai k1 dan k2 untuk mengatur sinyal kendali
(U). Pada perancangan ini digunakan algoritma penempatan pole (Pole
Placement). Algoritma penempatan pole ditunjukkan pada blok diagram pada
gambar 3.6 berikut :

Gambar 3.6. Blok diagram algoritma Pole Placement

27

Persamaan untuk menentukan besar sinyal kontrol adalah :
(3.16)
Jika kedua parameter tersebut memenuhi persamaan
(3.17)
(3.18)
Maka hubungan masukan dan keluaran sistem dan modelnya akan sama.
Dengan mengubah persamaan ke dalam bentuk diskrit maka akan didapatkan
parameter k1 dan k2.
3.19
3.20

Keterangan :

Dari persamaan 3.19 dan 3.20 diketahui bahwa parameter k1 dan k2 sangat
dipengaruhi oleh error sistem e(k), dimana e(k) adalah selisih antara keluaran
sistem y(k) dan keluaran model ym(k). Sehingga dapat dikatakan bahwa sinyal
kendali ditentukan oleh e(k).

28

3.5.3

Perancangan Perangkat Keras

Rancangan sistem kendali suhu ruang bioreaktor diperlihatkan oleh blok diagram
pada gambar 3.7. Sistem ini terdiri dari beberapa rangkaian, yaitu rangkaian
pengendali Microcontroller AT Mega 2560, rangkaian pengendali tegangan AC 1
fasa, rangkaian zero crossing detector , Wiring Heater, rangkaian sensor suhu LM
35, rangkaian pengkondisi sinyal, serta keypad sebagai input suhu referensi dan
LCD display sebagai penampil nilai suhu.

Gambar 3.7. Diagram blok sistem kendali suhu

Dari blok diagram Gambar 3.7 dapat dijelaskan urutan kerja dari sistem kendali
suhu ruang kolom biorektor, yaitu:
Masukan sistem berupa nilai suhu referensi yang diinginkan untuk proses adsorbsi
limbah, nilai referensi dimasukkan dengan menggunakan keypad. Microcontroller

29

AT Mega 2560 akan membaca nilai referensi suhu yang ditetapkan (masukan
keypad) dan akan mengkasilkan sinyal kendali.
Microcontroller AT Mega 2560 sebagai pusat pengolahan data akan
membandingkan peformasi keluaran proses (y) dengan peformasi keluaran model
(ym) mengahasilkan nilai error (e). Nilai error (e) digunakan untuk menentukan
besarnya sinyal kendali dengan merubah parameter-paremeter pengendali. Sinyal
kendali yang diberikan ke wiring heater sesuai dengan kondisi yang dibutuhkan
untuk memenuhi nilai referensi (set point). Sinyal kendali ini berupa sinyal PWM
yang akan mengatur sudut penyalaan TRIAC yang digunakan untuk mengatur
tegangan yang akan masuk ke wiring heater. Wiring heater yang dikendalikan
bekerja dengan menggunakan tegangan AC, sehingga untuk mengaplikasikan
sistem kendali adaptif dibutuhkan rangkaian pengontrol tegangan 1 fasa. Prinsip
dari pengaturan tegangan ini adalah mengatur sudut penyalaan tegangan AC
sehingga nilai tegangan dapat bertambah maupun berkurang sesuai dengan
persamaan 3.21 berikut :

(3.21)

Keterangan :

30

Agar sudut penyalaan dapat sefasa dengan tegangan AC maka dibutuhkan
rangkaian zero crossing detector . Zero crossing detector merupakan rangkaian
yang digunakan untuk mendeteksi gelombang sinusoida AC 220 volt saat
melewati titik tegangan nol (0 volt). Seberangan titik nol yang dideteksi adalah
peralihan dari positif menuju negatif dan peralihan dari negatif menuju positif .
Seberangan-seberangan titik nol ini merupakan acuan yang digunakan sebagai
awal pemberian nilai waktu tunda untuk pemicuan TRIAC.

Penggunaan rangkaian zero crossing detector bertujuan agar sistem bisa
mendeteksi zero point sekaligus mengubah suatu sinyal sinusoidal menjadi sinyal
kotak. Sinyal keluaran rangkaian zero cross detector ini akan dimasukkan ke
microcontroller.

3.5.4
1.

Detail Rancangan

Plant (ruang adsorbsi)

31

Gambar 3.8. Plant (ruang adsorbsi)

Plant pada sistem ini adalah raung bioeraktor yang merupakan sebuah ruang
tempat terjadinya proses adsorbsi polutan limbah oleh biomassa. Plant terdiri dari
ruangan berbentuk kotak yang terbuat dari mika bening yang di dalamnya terdapat
tabung yang terbuat dari kaca, yang disebut tabung adsorbsi. Pada kotak ini
diletakkan wiring heater.

2.

Rangkaian Sensor Suhu

Sensor suhu yang digunakan pada sistem ini adalah LM 35DZ yang memiliki
tegangan output yang linier proporsional dengan suhu derajat celcius. Sinyal
keluaran sensor sangat kecil sehingga sinyal perlu dikondisikan terlebih dahulu
agar memudahkan pengolahan ADC yang terdapat pada controller. Rangkaian
pengkondisi sinyal terdiri atas rangakain buffer dan rangkaian non-inverting

32

amplifier, berikut adalah gambar serta penjelasan mengenai rangkaian sensor dan
pengkondisi sinyal.

Gambar 3.9.Rangkaian sensor suhu

a) Sensor
Terdapat berbagai macam sensor temperatur, namun pada sistem yang sudah ada
digunakan sensor temperatur LM 35DZ, karena penggunaanya yang praktis,
sinyal keluran yang terkalibrasi langsung dalam derjat celcius, selain itu juga suhu
yang akan dikendalikan tidak terlalu besar yaitu 30 – 40° C.

b) Rangkaian Buffer
Rangkaian buffer digunakan agar tegangan yang masuk tidak drop, karena
rangkaian buffer dapat menguatkan arus sebuah sinyal tanpa menaikka
tegangannya. Komponen yang digunakan adalah IC LM 324.
c) Rangkaian Penguat Non-Inverting

33

Rangkaian ini berfungsi untuk menguatkan sinyal dengan keluaran yang tetap
sefasa dengan sinyal masukan. Komponen yang digunakan adalah IC LM 324 dan
resistor.
3.

Rangkaian Pengendali Tegangan AC 1 Fasa

Wiring heater menggunakan sumber tegangan AC. Sehingga diperlukan suatu
rangkaian yang dapat mengatur besarnya tegangan yang diberikan ke Wiring
heater. Rangkaian pengendali tegangan AC 1 fasa ditunjukkan pada gambar 3.10
berikut :

Gambar 3.10. Rangkian Pengendali Tegangan AC 1 Fasa

Pada rangkaian ini digunakan Solid State Relay (SSR) yang terdiri dari komponen
utama optoisolator IC MOC 3020. IC MOC 3020 digunakan untuk meneruskan
sinyal keluaran microcontroller dengan menggunakan transmitter (infra red) yang
akan dikirimkan ke pothotransistor, pengiriman ini berdasarkan komunikasi optik,
sehingga rangkaian DC aman dari tegangan AC. Sedangkan TRIAC BT 138
digunakan untuk mengendalikan wiring heater yang bekerja mengguankan
tegangan 220 VAC dengan cara mengatur waktu konduksi sinyal AC berdasarkan
waktu penundaan yang dikirimkan controller yang sudah melewati optoisolator.

34

4. Rangkaian Penampil (LCD)
Modul tampilan yang digunakan berupa LCD (Liquid Crystal Display). Informasi
yang ditampilkan berupa karakter huruf dan angka yang dapat menampilkan
karakter sebanyak 2 x 16 digit. Tampilan LCD digunakan sebagai penampil
informasi untuk set point uhu dan informasi nilai suhu aktual pada ruang
bioreaktor. Rangkaian tampilan LCD dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 3.11. Rangkaian penampil LCD

5. Rangkaian Zero Crossing Detector
Rangakain zerro crossing detector digunakan untuk mentukan seberanganseberangan titik nol (zero point) sinyal AC yang akan menjadi acuan yang
digunakan sebagai awal pemberian nilai waktu tunda untuk pemicuan TRIAC.
Rangkain ini menggunakan IC 4N35 sebagai komponen utamanya. Gambar 3.12
menunjukkan rangkaian zero crossing detector.

35

Gambar 3.12. Rangkaian zero crossing detector

3.5.5

Perancangan Program

Program sistem kendali suhu ditulis dengan bahasa C menggunakn software
arduino IDE. Gambar 3.13 menunjukkan algoritma pogram.

Gambar 3.13. Algoritma program proses kendali suhu

36

Berikut ini merupakan algoritma yang menerangkan proses kendali pada
algoritma program proses pengendalian suhu gambar 3.13.

37

Gambar 3.14. Algoritma proses kendali

38

3.6

Pengujian dan Pengambilan Data

Pengujian dilakukan untuk melihat kinerja alat sehingga diketahui apakah
rangkaian yang telah dibuat sesuai dengan hasil yang diharapkan. Berikut ini
adalah tahapan pengujian :
1. Pengujian rangkaian
a. Rangkaian zero crossing detector
b. Rangkaian pengatur tegangan AC
c. Rangkaian sensor suhu
2. Pengujian variabel kendali
a. Nilai fungsi alih proses
b. Gain Adaptasi
3. Pengujian unjuk kerja sistem
a. Pemberian gangguan
Hasil dari pengujian ini juga diambil sebagai data hasil penelitian, yang akan
digunakan untuk analisa dan pembahasan.

3.6.1

Pengujian Rangkaian
1. Pengujian rangkaian zero crossing detector
a) Tujuan
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui keberhasilan rangkaian
dalam mendeteksi sinyal (gelomabng sinusoidal) AC 1 fasa saat
melewati titik tegangan nol. Hal ini perlu diuji karena keluaran
rangkaian ini akan menjadi titik awal menyulutan TRIAC. Penyulutan

39

TRIAC menjadi dasar pengaturan tegangan yang akan mengendalikan
wiring heater.
b) Hasil yang Dinginkan
Pada pengujian ini diharapkan rangkaian dapat mendeteksi titik
tegangan nol sinyal AC 1 fasa seperti pada gambar 3.15, apabila
rangkaian belum berhasil mendeteksi titik nol sinyal AC maka akan
dilakukan perbaikan.

Gambar 3.15. Sinyal keluaran ideal rangkaian zero crossing detector

c) Peralatan yang Digunakan
- Rangakain zero crossing detector
- Catu daya +5 VDC dan 220 VAC
- Osiloskop
d) Prosedur Pengujian
- Merangkai rangkaian percobaan seperti gambar 3.16.
- Menyalakan catu daya +5 VDC sebagai sumber MOC 3020.

40

- Menyalakan catu daya 220 VAC sebagai sumber yang akan
dideteksi titik nol nya.
- Mengamati dan menyimpan bentuk sinyal keluaran zero crossing
detector pada osiloskop.

Gambar 3.16. Blok diagram rangkaian pengujian zero crossing detector

2.

Pengujian Rangkaian Pengaturan Tegangan AC

a) Tujuan
Mengetahui besarnya nilai tegangan yang dihasilkan rangkaian untuk
dibandingkan dengan nilai tegangan idelanya (hasil perhitungan).
Apabila hasil pengujian menunjukkan besarnya tegangan keluaran
rangkaian mendekati tegangan idealanya maka rangkaian dapat
digunakan untuk mengendalikan wiring heater.

b) Hasil yang Diinginkan
Rangkian dapat mengatur besarnya tegangan sinyal AC 1 fasa dengan
cara mengatur sudut fasa sinyal tersebut, seperti yang diperlihatkan
pada gambar berikut.

41

Gambar 3.17. Sinyal keluaran pengatur tegangan AC 1 fasa dengan metode penundaan
sudut fasa

c) Peralatan yang Digunakan
- Rangakain zero crossing detector
- Rangkian pengendali tegangan AC
- Catu daya +5VDC dan 220 VAC
- Board Arduino Mega (Atmega 2560)
- Osiloskop
- Voltmeter
d) Prosedur Pengujian
- Merangkai rangkaian seperti pada blok diagram
- Mengaktifkan rangkaian zero crossing detector
- Mengatur keluaran Atmega 2560 (sudut penyalaan)
- Menghubungkan sumber daya 220 VAC

42

- Mencatat nilai tegangan keluaran pada Voltmeter
- Mengapati dan menyimpan bentuk sinyal pengatur teganagn AC
- Mengatur sudut penyalan TRIAC

Gambar 3.18. Blok diagram pengujian rangkaian pengatur tegangan AC 1 fasa

3.

Pengujian Rangkaian Sensor Suhu LM35 DZ

a) Tujuan
Memastikan ketepatan sensor dalam mengukur suhu ruang bioreaktor.
b) Hasil yang Diinginkan
Besarnya suhu pembacaan rangkaain sensor suhu sesuai dengan
(terkalibrasi) dengan termometer digital, sehingga rangkaian dapat
digunakan untuk membaca nilai suhu ruang bioreaktor.
c) Peralatan yang Digunakan
- Rangkaian sensor suhu
- Wiring Heater
- Catu daya +5 VDC dan 220 VAC
- Termometer Digital : 1 buah

43

- Arduino Board
- 1 Buah PC
d) Prosedur Pengujian
- Merangkain rangkaian pengujian sesuai gambar 3.19
- Mengaktifkan Arduino board dan rangkaian sensor suhu
- Menampilkan data pada serial monitor
- Mencatat nilai suhu pada serial monitor dan termometer digital
- Membandingkan

nilai

pembacaan

serial

monitor

dengan

termometer digital

Gambar 3.19. Blok diagram pengujian rangkaian sensor suhu

3.6.2

Pengujian Variabel Kendali
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilai konstanta waktu model
dan gain adaptasi yang sesuai dengan karakteristik plant.

44

1.

Pengujian Nilai Fungsi Alih Ruang Bioreaktor

a) Tujuan
Pengujian nilai fungsi alih bertujuan untuk mengetahui karakteristik
tanggapan suhu pada ruang bioreaktor terhadap besarnya nilai
tegangan yang diberikan kepada wiring heater. Besarnya nilai dari
karakeristik tanggapan proses digunkan untuk menentukan model dari
sistem.
b)

Peralatan yang Digunakan
- Catu daya +5 VDC dan 220 VAC
- Arduino Board
- Rangkaian Sensor Suhu
- Rangkaian zero crossing detector
- Rangkaian pengendali tegangan AC
- Wiring Heater
- Personal Computer

c) Metode Pengujian
Pengujian ini menggunakan metode BumpTest, yaitu dengan cara
memberi tegangan/sinyal kendali (CO) sebesar 35% dari nilai
maksimumnya, Nilai tegangan maksimum apabila CO 100%
(maksimum) adalah sebesar 110 VAC. Sinyal CO diberikan pada
sistem saat keadaan tetap suhu 30,05ºC. Respon sistem akan diamati
melalui Personal Computer, apabila sistem telah menempati keadaan

45

tunaknya maka selanjutnya adalah membuat grafik dari data hasil
tersebut.

d) Prosedur Pengujian
- Merangkain rangkaian pengujian seperti pada gambar 3.19
- Menyalakan catu daya +5 VDC untuk arduino board, rangkaian
sensor dan rangkaian zero crossing detector (menyalakan sistem)
- Memberikan 35% tegangan sumber 220 VAC pada wiring heater
- Menampilan data perubahan suhu ruang bioreaktor pada Personal
Computer dan menunggu hingga proses mencapai keadaan
tunaknya
- Membuat grafik karakteristik perubahan suhu terhadap sinyal
masukan yang diberikan ke heater
- Menentukan nilai parameter-parameter berdasarkan respon sistem
2.

Pengujian Nilai Gain Adapasi

a) Tujuan
Mengetahui nilai gain adaptasi yang sesuai dengan karakteristik plant
ruang bioreaktor.
b) Peralatan yang Digunakan
- Catu daya +5 VDC dan 220 VAC
- Arduino Board
- Rangkaian Sensor Suhu
- Rangkaian zero crossing detector
- Rangkaian pengendali tegangan AC

46

- Wiring Heater
- Personal Computer

c) Metode Pengujian
Pengujian dilakukan dengan variasi gain adaptasi sebesar 0,005; 0,01
dan 0,015. Dari ketiga variasi gain adpasi ditetapka selisih antara set
point (Uc) dengan keadaan suhu awal (Y0) yang sama yaitu sebesar
4,8 ºC serta waktu sampling (T) 2 detik. Dari masing-masing hasil
yang didapat dari variasi gain adaptasi akan ditentukan nilai gain yang
paling sesuai karakteristik plant. Terdapat 2 parameter yang akan
dibandingkan antara peformasi keluaran sistem (proses) dengan
keluaran model, yaitu nilai konstanta waktu dan error steady state
(ESS).

d) Prosedur Pengujian
- Merangkain rangkaian pengujian seperti pada gambar 3.19
- Menghidupkan sistem
- Menampilan data perubahan suhu ruang bioreaktor pada Personal
Computer dan menunggu hingga proses mencapai keadaan
tunaknya
- Membuat grafik dari data yang didapatkan
- Mengulangi langkah-langkan diatas dengan memvariasikan gain
adaptasi

47

3.6.3

Pengujian Unjuk Kerja Sistem
a) Tujuan
Mengetahui unjuk kerja sistem yang ditandai dengan kecepatan sistem
dalam mengatasi gangguan.
b) Hasil yang Diinginkan
Hasil yang diharapkan padaa pengujian ini adalah peformasi keluaran
suhu (proses) yang dapat mengikuti peformasi kelauran modelnya.
c) Peralatan yang Digunakan
- Catu daya +5 VDC dan 220 VAC
- Arduino Board
- Rangkaian Sensor Suhu
- Rangkaian zero crossing detector
- Rangkaian pengendali tegangan AC
- Wiring Heater
- Personal Computer
- Kipas DC
d) Metode Pengujian
Pengujian dilakukan dengan memberikan gangguan pada saat respon
sistem mencapai keadaan tunaknya. Pemberian gangguan dilakukan
dengan memasukkan udara luar melalui kipas inlet.
e) Prosedur Pengujian

48

- Merangkain rangkaian pengujian seperti pada gambar 3.19
- Menghidupkan sistem
- Menampilan data perubahan suhu ruang bioreaktor pada Personal
Computer dan menunggu hingga proses mencapai keadaan
tunaknya
- Menghidupkan kipas inlet sebagai bentuk gangguan pada sistem
-

Membuat grafik dari data yang didapatkan

49

5

5.1

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari data hasil pengujian dan analisa dapat ditarik kesimpulan sebagi berikut :
1. Telah berhasil diaplikasikan skema kendali adaptaif Model Reference Adaptive
Control (MRAC) yang dapat mempertahankan suhu ruang bioreaktor pada model
pengolahan limbah B3.
2. Gain adaptasi yang sesuai dengan karakterisitik respon perubahan suhu plant yang
memiliki kosntanta waktu 1320 detik adalah sebesar 0,005 – 0,01.
3. Unjuk kerja skema Model Reference Adaptive Control (MRAC) yang diterapkan pada
sistem pengendalian suhu ruang bioreaktor sangatlah baik karena dapat memperbaiki
kesalahan sistem dengan sangat baik ketika terjadi gangguan.

65

5.2

Saran

Diketahu bahwa Microcontroller Atmega 256 tidak dapat melakukan pembacaan suhu dan
menunda sudut penyalaan TRIAC pada saat yang bersamaan. Untuk itu pada tugas akhir
selanjutnya dibutuhkan penambahan 1 buah controller yang diintegraskan dengan controller
sebelumnya, sehingga pembacaan suhu dan penundaan sudut penyalaan TRIAC dapat
dilakukan secara bersamaan.

66

DAFTAR PUSTAKA

[1]

Astrom,K.J and B.Wittenmark, Adaptive Control, Addison-wesley, Reading, MA,
1995.

[2]

Ogata, Katsuhino, 1997. Teknik Kendali Otomatik, Jilid 2, Erlangga, Jakarta.

[3]

Runawan, Ferry, 2011. Aplikasi Kendali Adaptif Pada sitem Pengaturan Temperatur
Cairan dengan Tipologi Kendali Model Reference Adaptive Controller (MRAC). Jurnal
Universitas Diponegoro

[4]

Rilyanti, M., 2007. Pengaruh Temperatur Pada Laju Adsorpsi Biomassa Sargassum
Duplicatum yang Diimmobilisasi dengan Polietilamina-Glutaraldehida Terhadap Ion
Logam Pb(ii), cu(ii), dan cd(ii). Jurnal FMIPA Unila, Volume 13, pp. 139-142.

[5]

Gultom, M. M., 2007. Perancangan dan Implementasi Sistem Kendali Suhu untuk
Sistem Bioreaktor. ELECTRICIAN-Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, Volume 4,
p

[6]

Firsyari, A. S., 2009. Sistem Pengendalian Suhu pada Proses Distilasi Vakum
Bioetanol dengan Menggunkn Arduino. Jurnal Mahasiswa TE Universitas Brawijaya,
Volume 1, p

[7]

Fitriyanto, M., 2011. Aplikasi Kendali Adaptif pada Pengendalian Plant Pengaturan
Suhu dengan Self Tuning Regulator (STR). Jurnal Universitas Diponegoro