Rancangan Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban pada Alat Pembangkit Udara Terkendali untuk Percobaan Pengeringan Biji-bijian

RANCANGAN SISTEM KENDALI SUHU DAN KELEMBABAN
PADA ALAT PEMBANGKIT UDARA TERKENDALI UNTUK
PERCOBAAN PENGERINGAN BIJI-BIJIAN

RIZKY WIRADINATA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancangan Sistem
Kendali Suhu dan Kelembaban pada Alat Pembangkit Udara Terkendali untuk
Percobaan Pengeringan Biji-bijian adalah benar karya saya dengan arahan dari
dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015
Rizky Wiradinata
NIM F14100055

ABSTRAK
RIZKY WIRADINATA. Rancangan Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban pada
Alat Pembangkit Udara Terkendali untuk Percobaan Pengeringan Biji-bijian.
Dibimbing oleh I DEWA MADE SUBRATA dan LEOPOLD OSCAR
NELWAN.
Keadaan Suhu dan kelembaban dalam pengeringan biji-bijian secara
mekanis sangat penting untuk dikendalikan. Alat pembangkit udara yang
dirancang mampu menaikan atau menurunkan suhu dan kelembaban serta
menjaganya dengan konstan. Alat pembangkit udara ini menggunakan pemanas
udara, pemanas air, dan Air Conditioner (AC). Suhu dan kelembaban diatur secara
otomatis (oleh sistem kendali) pada nilai set poin tertentu yang dimasukan melalui
keypad, sehingga alat ini disebut dengan Pembangkit Udara Terkendali. Pada
penelitian ini digunakan algoritma pengendalian yaitu algoritma ON maksimum
dan ON minimum (dua level daya) dan tujuh level daya yang ditentukan
berdasarkan Try and Error. Data yang didapatkan pada pengujian dengan

algoritma tujuh level daya dengan kecepatan angin yang stabil yaitu 5.57 m/s
memiliki fluktuasi suhu dan kelembaban yang relatif kecil yaitu 0.4 dan 0.7 %,
sedangkan pada dua level daya memiliki fluktuasi suhu dan kelembaban sebesar
1.2
dan 1.8 %. Algoritma pengendalian tujuh level daya lebih dapat
mempertahankan suhu dan kelembaban dari pada dua level daya. Namun pada
algoritma tujuh level daya ini suhu dan kelembaban tidak dapat dinaikan atau
diturunkan tepat pada set poin sehingga eror yang terjadi relatif besar yaitu 0.5
untuk suhu dan 3 % untuk kelembaban.
Kata kunci: pembangkit udara, sistem kontrol otomatis, suhu, kelembaban, gabah

ABSTRACT
RIZKY WIRADINATA. Design Control System of Temperature and Relative
Humidity on Controlled Air Generator for Drying Experiment of Grain.
Supervised by I DEWA MADE SUBRATA and LEOPOLD OSCAR NELWAN.
Temperature and humidity condition in the mechanical drying of grain are
very important to be controlled. The air generator that has been designed can be
used to increase and decrease the temperature and humidity and make them stable
at required value. This air generator consists of air heater, water heater and air
conditioner. This system is called Controllable Air Generator because temperature

and humidity of the flowing air can be adjusted automatically (by controlling
system) to the set point value that was inputted through keypad. There are two
control algorithms were used in this research i.e. ‘ON maks and ON min’ (only
use two power levels) and seven power levels. The data obtained by testing the
seven power level algorithm in steady wind speed at 5.57 m/s show that
temperature and humidity fluctuation are relatively small at 0.4 and 0.7 %,
meanwhile at two level power testing the fluctuation of temperature and humidity
are 1.2 and 1.8 %. The seven power levels algorithm has been able to keep
temperature and humidity more stable than two level power levels algorithm. But
in seven power levels algorithm temperature and humidity can not be raised and
lowered right at set points. Error of this algorithm was relatively large, they were
0.5
for temperature and 3 % for humidity.
Keywords: air generator, automatic control system, temperature, humidity, grain

RANCANGAN SISTEM KENDALI SUHU DAN KELEMBABAN
PADA ALAT PEMBANGKIT UDARA TERKENDALI UNTUK
PERCOBAAN PENGERINGAN BIJI-BIJIAN

RIZKY WIRADINATA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2015

Judul Skripsi :

Nama
NIM

Rancangan Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban pada Alat
Pembangkit Udara Terkendali untuk Percobaan Pengeringan
Biji-bijian

: Rizky Wiradinata
: F14100055

Disetujui oleh

Dr.Ir. I Dewa Made Subrata M. Agr
Pembimbing I

Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.Tp M.Si
Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, M.Eng
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas

segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2014 ini ialah
kontrol otomatis, dengan judul Rancangan Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban
pada Alat Pembangkit Udara Terkendali Untuk Percobaan Pengeringan Bijibijian. Penelitian ini didanai oleh program KKP3N dengan nomer kontrak
54/PL.220/I.1/3/2014.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr.Ir. I Dewa Made Subrata M.
Agr dan Bapak Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.Tp M.Si selaku pembimbing. Di
samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Dwi Budi Aswin, ST yang
telah membantu selama pengumpulan data dan pembuatan gambar teknik.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga,
atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Maret 2015
Rizky Wiradinata

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

viii

DAFTAR GAMBAR

viii

DAFTAR LAMPIRAN

viii

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

1

Tujuan Penelitian

2

METODE

2

Waktu dan Tempat

2

Bahan

2

Alat

2

Perancangan Sistem Kendali pada Alat Pembangkit Udara

2

Prosedur Penelitian

9

Pengambilan Data

9

HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalibrasi Sensor
SIMPULAN DAN SARAN

10
11
26

Simpulan

26

Saran

26

DAFTAR PUSTAKA

26

Riwayat Hidup

35

LAMPIRAN

28

RIWAYAT HIDUP

35

DAFTAR TABEL
1 Level daya, daya dan suhu yang dapat dicapai
2 Level daya, daya dan kelembaban

15
21

DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir pengendalian pemanas udara, pemanas air dan AC
2 (a) Mikrokontroler AVR ATmega8535 ; (b) Pin configuration AVR
ATmega8535
3 Sensor SHT11
4 Diagram blok pengendalian suhu dan kelembaban
5 Contoh Pseudocode pemograman
6 (a) alat pembangkit udara ; (b) sistem kendali suhu dan kelembaban
7 Hubungan suhu sensor SHT11 dan termometer standar
8 Hubungan kelembaban sensor SHT11 dan kelembaban hasil kalkulasi
termometer bola basah dan bola kering.
9 Grafik validasi sensor suhu SHT11
10 Grafik validasi sensor kelembaban SHT11
11 Perbandingan pengendalian suhu dan kelembaban pada dua level daya
perlakuan pertama
12 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 47 perlakuan pertama
13 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 31 perlakuan pertama
14 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 31 perlakuan kedua
15 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 47 perlakuan kedua
16 Suhu sistem kendali, set point 40 dan level daya perlakuan kedua
17 Hubungan H, H dan level daya perlakuan pertama set poin 47
18 Hubungan H, H dan level daya perlakuan kedua set poin 47
19 Hubungan H, H dan level daya perlakuan pertama set poin 31
20 Hubungan H, H dan level daya perlakuan kedua set poin 31
21 Hubungan kelembaban dan H perlakuan pertama set poin 42%, 31
22 Hubungan kelembaban dan H perlakuan kedua set poin 42%, 31
23 Hubungan kelembaban dan H perlakuan pertama set poin 36%, 47
24 Hubungan kelembaban dan H perlakuan kedua set poin 36%, 47

4
6
6
7
8
11
12
12
13
14
14
16
16
17
18
19
21
22
22
23
24
24
24
25

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8

Gambar alat pembangkit udara
Gambar teknik alat pembangkit udara
Rangkaian Zero Crossing
Rangkaian Buffer
Rangkain catu daya
Diagram alir penelitian
Perbedaan algoritme
Riwayat Hidup

28
29
30
31
32
33
34
35

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengeringan biji-biji secara tradisional atau penjemuran memiliki banyak
kendala antara lain cuaca yang tidak menentu, terjadi kehilangan yang besar
karena tercecer, dan membutuhkan lahan yang luas, sehingga diperlukan metode
pengeringan secara mekanis atau menggunakan alat pengering. Alat pengering
biji-bijian khususnya gabah bekerja dengan menghembuskan udara bersuhu tinggi
ke penampung gabah. Udara bersuhu tinggi menyebabkan terjadinya perpindahan
kalor. Proses perpindahan kalor terjadi karena suhu bahan lebih rendah dari pada
suhu udara pengering yang dialirkan di sekitarnya. Udara panas yang dialirkan ini
akan meningkatkan suhu bahan dan menyebabkan tekanan uap air bahan menjadi
lebih tinggi dari pada tekanan uap air di udara sekitarnya, sehingga terjadi
perpindahan massa uap air dari bahan ke udara (Syaiful dan Hargana 2009).
Perpindahan uap air dari bahan ke udara tersebut akan menurunkan kadar air
bahan. Pada umumnya, pengering gabah yang digunakan di Indonesia adalah tipe
bak pengering. Alat pengering tipe bak atau tumpukan ini dapat mengeringkan
gabah dengan kapasitas yang besar, tetapi kehilangan tekanan yang terjadi relatif
besar dan diperlukan laju aliran udara yang memadai.
Pengeringan biji-bijian khususnya gabah secara tumpukan memerlukan
suatu alat pengering dengan suhu dan kelembaban udara yang dapat dikendalikan
untuk mengatasi kehilangan tekanan yang besar, dengan laju aliran udara yang
memadai. Laju aliran udara yang diperlukan untuk mengatasi kehilangan tekanan
pada pengeringan tipe bak relatif besar, sehingga sulit untuk menjaga kestabilan
suhu dan kelembaban..
Perumusan Masalah
Percobaan pengeringan biji-bijian khususnya gabah secara tumpukan
diperlukan suhu dan kelembaban yang stabil dengan laju aliran udara yang relatif
besar, sehingga diperlukan alat pembangkit udara dan suatu sistem kendali
otomatis yang handal. Unit pengendali suhu dan kelembaban pada alat
pembangkit udara terdiri dari pemanas udara, pemanas air dan Air Conditioner
(AC). Pemanas udara digunakan untuk menaikan suhu, pemanas air digunakan
untuk menaikan kelembaban, sedangkan AC digunakan untuk menurunkan
kelembaban. Kinerja ketiga komponen alat pengering tersebut ditentukan dengan
pemberian daya yang berbeda pada masing-masing komponen. Pemberian daya
yang berbeda tersebut ditentukan oleh sistem kendali yang berbasis
mikrokontroler. Sistem kendali akan melakukan pemotongan daya sehingga akan
mengeluarkan daya yang berbeda. Keberadaan sistem kendali suhu dan
kelembaban dalam rangkaian alat pembangkit udara sangat penting untuk
membangkitkan, mengendalikan, dan menjaga suhu serta kelembaban udara.

2

Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat sistem kendali suhu
dan kelembaban pada alat pembangkit udara untuk percobaan pengeringan bijibijian khususnya gabah, serta melakukan pengujian kinerja sistem kendali pada
alat pembangkit udara yang telah dibuat.

METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Labolatorium Lapangan Siswadhi Soepardjo
dan di Labolatorium Instrumentasi dan Kontrol Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari 2014 sampai dengan bulan Januari
2015.
Bahan
Bahan yang digunakan untuk membuat pembangkit udara adalah blower
sentrifugal, pipa fleksibel, pipa besi, plat besi, besi siku, Air Conditioner (AC),
katub, elemen pemanas air dan elemen pemanas udara. Bahan yang digunakan
untuk membuat rangkaian sistem kendali yaitu mikrokontroler, sensor, keypad,
LCD dan komponen elektronika lain yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian
aktuator dan rangkaian catu daya.
Alat
Alat yang digunakan untuk membuat perangkat lunak sistem kendali adalah
seperangkat komputer yang telah diinstal program CodeVision AVR 2.05.0 dan
Proteus 7.10 SP0. Alat yang digunakan untuk membuat rangkaian aktuator dan
rangkaian catu daya antara lain mutimeter, wattmeter, soldering, soldering
attractor, tang jepit dan tang potong. Alat yang digunakan untuk membuat
pembangkit udara adalah las listrik, pemotong plat besi, gergaji besi, plastic cutter
dan obeng. Alat yang digunakan untuk kalibrasi sensor adalah model pindah
panas konveksi yang terbuat dari pemanas udara, kipas dan catu daya. Selain itu
dibutuhkan alat untuk mengolah data dalam bentuk grafik yaitu Microsoft Excel
2010.
Perancangan Sistem Kendali pada Alat Pembangkit Udara
Rangkaian alat pembangkit udara dengan suhu dan kelembaban terkendali
mempunyai dua unit utama yaitu unit mekanik dan unit pengendali. Unit mekanik
adalah alat pembangkit udara sedangkan unit pengendali adalah sistem kendali
suhu dan kelembaban. Alat pembangkit udara yang digunakan untuk penelitian ini
telah tersedia di Labolatorium Pascapanen FATETA IPB (Nelwan et al. 2013).
Alat pembangkit udara terdiri dari pemanas udara, pemanas air dan AC.
Pemanas udara berfungsi untuk menaikan suhu udara dengan menggunakan
elemen pemanas berupa kawat nikelin. Kawat nikelin yang digunakan berdiameter

3

1.75 cm dan panjang 45 cm. Elemen pemanas yang digunakan pada pemanas
udara sebanyak lima buah, masing-masing elemen pemanas membutuhkan daya
maksimal sebesar 600 W dan dilengkapi dengan sirip-sirip logam untuk
mempermudah dalam perpindahan panas. Pemanas air berfungsi untuk menaikan
kelembaban udara dengan cara menghembuskan uap air. Pemanas air yang
digunakan bertipe Storage - Electric Water Heater. Air ditampung dalam sebuah
tangki terisolasi yang dilengkapi dengan pipa berelemen pemanas listrik (Water
Heating) yang melingkar. Pemanas air yang digunakan berdiameter 30 cm , tinggi
31 cm dan mampu menampung air sebanyak 22 liter. Pemanas air ini
menggunakan 1 Water Heating yang terbuat dari kawat dengan kandungan 80%
nikelin dan 20% krom yang dilapisi oleh bahan Food Grade dengan diameter 0.65
cm dan panjang 36 cm. Uap air yang dikeluarkan oleh pemanas udara disalurkan
langsung ke bagian pencampur udara (Lampiran 1) dan mampu menaikan
kelembaban hingga 96%. Untuk menjaga tekanan uap air yang dihasilkan oleh
pemanas air, maka pemanas air yang digunakan dilengkapi dengan katub. Daya
maksimal yang digunakan oleh pemanas air sebesar 1000 W.
Sedangkan AC berfungsi untuk menurunkan kelembaban bila kelembaban
yang dihasilkan oleh pemanas air terlalu tinggi. AC yang digunakan adalah AC
jenis Split Wall dengan daya 1.5 PK atau 1170 W dengan ukuran panjang 102 cm,
lebar 25 cm dan tinggi 32 cm. AC jenis ini mampu menurunkan kelembaban
udara hingga 37.8% pada kecepatan udara 5.57 m/s. Diagram alir pengendalian
pemanas udara, pemanas air dan AC ditunjukan pada Gambar 1.
Komponen selanjutnya adalah blower sentrifugal yang digunakan untuk
memberikan aliran udara dengan kecepatan konstan. Blower sentrifugal
membutuhkan daya sebesar 370 W. Udara yang dihembuskan oleh blower
sentrifugal selanjutnya disalurkan ke pemanas air dan pemanas udara (Lampiran
1) melalui pipa. Pipa yang digunakan adalah pipa fleksibel 4 inci karena
memudahkan saat pemasangan. Pipa fleksibel juga digunakan untuk
menyambungkan alat pembangkit udara dengan bak penampung gabah. Bak
penampung gabah berbentuk silinder dengan diameter 82 cm dan tinggi 91 cm.
Gabah yang tertampung pada penampung gabah mempunyai tinggi permukaan
70.5 cm dari dasar penampung gabah. Keadaan tersebut menghasilkan kecepatan
aliran udara dalam sistem konstan sebesar 5.57 m/s.
Perancangan unit pengendali adalah perancangan sistem kendali suhu dan
kelembaban. Sistem kendali dapat mengendalikan pemanas udara, pemanas air
dan AC. Pengendalian dilakukan dengan memasukan set poin suhu dan
kelembaban melalui keypad , selanjutnya sistem kendali secara otomatis akan
memberikan daya tertentu kepada pemanas udara, pemanas air dan AC untuk
mencapai suhu dan kelembaban yang sama dengan set poin. Perancangan unit
pengendali dibahas secara lebih rinci pada sub sub bab rancangan fungsional dan
rancangan struktural sistem kendali.

4

Mulai
Inisialisasi deklarasi variabel dan
inisialisai set poin

Tidak

Merubah set poin ?
Ya

Masukan set poin suhu (Tsp) dan
kelembaban (RHsp)
Hitung nilai Hsp

Baca nilai suhu (Tling) dan
kelembaban lingkungan (RHling)

Baca nilai suhu (T) dan kelembaban
pencampuran udara (RH)

Hitung nilai Hling

Hitung nilai H

Tidak

Pemanas udara
OFF

Tsp > T
Ya
Pemanas udara
ON

Hsp > Hling

Tidak

Ya
AC OFF

Tidak

AC ON

Hsp > H
Ya

Pemanas air
ON minimum

Pemanas air
ON

Pengendalian
dilanjutkan ?

Tidak

Ya
Selesai

Gambar 1 Diagram alir pengendalian pemanas udara, pemanas air dan AC

5

Rancangan Fungsional Sistem Kendali
AC, pemanas air dan pemanas udara dikendalikan dengan memberikan
perbedaan daya. Perbedaan daya tersebut dikendalikan oleh sistem kendali dengan
algoritma yang telah diatur sedemikian rupa. Aktuator pada sistem ini
dikendalikan menggunakan rangkaian Zero Crossing. Dengan menerapkan prinsip
peredaman pada saat terjadinya Zero Crossing maka daya yang diberikan pada
AC, pemanas air dan pemanas udara dapat diatur. Perbedaan daya tersebut disebut
dengan level daya aktuator. Sistem kendali otomatis membutuhkan komponen
utama berupa mikrokontroler, sensor suhu dan kelembaban udara, keypad, peraga
LCD dan komponen elektronika lain penyusun rangkaian Zero Crossing. Set poin
suhu dan kelembaban dimasukkan dengan menekan keypad, selanjutnya sensor
suhu dan kelembaban udara akan melakukan pengukuran suhu dan kelembaban
yang terjadi. Hasil pengukuran sensor tersebut dikirim ke mikrokontroler.
Mikrokontroler akan memberikan perintah kepada rangkaian Zero Crossing untuk
bekerja dengan memberikan daya yang berbeda kepada pemanas udara, pemanas
air dan AC hingga keadaan suhu dan kelembaban sama dengan set poin yang
dimasukan. Suhu dan kelembaban lingkungan serta pembangkit udara akan
ditampilkan pada peraga LCD.
Rancangan Struktural Sistem Kendali
Sistem kendali ini tersusun dari dua bagian utama yaitu sistem antar muka
pengguna (human interface) dan sistem pengendali (Sajuri 2013). Human
interface terdiri dari komponen keypad dan LCD monitor. Pengguna dapat
memasukkan set poin dengan menggunakan keypad dan dapat mengetahui
informasi atau respon yang diberikan oleh mikrokontroler melalui LCD monitor.
Keypad yang digunakan adalah keypad matriks 4 x 4 jenis membran karena relatif
murah bila dibandingkan dengan jenis fiber dan mudah ditemui dipasaran.
Sedangkan jenis LCD yang digunakan adalah dot matrix LCD 16 x 4, jenis LCD
tersebut dipilih karena mampu menampilkan informasi yang diinginkan dan
harganya terjangkau.
Bagian sistem pengendali melibatkan sensor, mikrokontroler dan aktuator.
Sebagai otak dari sistem kendali adalah mikrokontroler. Mikrokontroler adalah IC
yang dapat diprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus serta digunakan
untuk pengendalian otomatis dan manual pada perangkat elektronika (Bejo 2007).
Mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATmega8535 (Gambar 2a).
Mikrokontroler AVR ATmega8535 memiliki 40 pin atau kaki (Gambar 2b) dan
memiliki bagian yang cukup lengkap. Mikrokontroler AVR ATmega8535 telah
dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM,
analog comparator, dll (Heryanto 2008).

6

(b)
(a)
Gambar 2 (a) Mikrokontroler AVR ATmega8535
; (b) Pin configuration AVR
a)
ATmega8535
Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk pendeteksian pada saat
melakukan pengukuran atau pengendalian dengan cara mengubah besaran
mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik
(Bishop 2006). Sensor yang digunakan berupa modul multi sensor SHT11
(Gambar 3). Sensor dalam bentuk modul dipilih karena lebih praktis dan mudah
proses perangkainnya. SHT11 merupakan multi sensor yang umum digunakan
untuk pendeteksian suhu serta kelembaban udara dan mudah dijumpai dipasaran,
namun karena telah berbentuk modul sehingga harga dari sensor tersebut relatif
mahal. Modul sensor SHT11 memiliki pita regangan sebagai sensor suhu dan
kapasitas polimer elemen sebagai sensor kelembaban sehingga sistem cukup
menggunakan satu sensor untuk mendeteksi dua parameter (Sajuri 2013).

Gambar 3 Sensor SHT11
Komponen terakhir dalam sistem pengendalian adalah aktuator. Rangkaian
aktuator yang digunakan adalah Rangkaian Zero Crossing (Lampiran 3).
Rangkaian Zero Crossing adalah rangkaian yang bekerja dengan mendeteksi
penyeberangan titik nol pada sumbu absis (sumbu x) yang dilalui oleh sebuah
fungsi yang menyebabkan tanda dari fungsi (sign of a function) tersebut berubah,
misalnya dari negatif ke positif atau sebaliknya. Hal ini sering dijumpai dalam
aplikasi pengolahan isyarat. Isyarat-isyarat sederhana seperti sinus dan kosinus
memiliki Zero Crossing (Juslam 2010). Rangkaian Zero Crossing yang
digabungkan dengan rangkaian Dimmer dapat memberikan perbedaan daya.
Sehingga keluaran dari aktuator yang digunakan adalah perbedaan daya yang
diberikan kepada masing-masing komponen penyusun alat pembangkit udara.
Diagram blok sistem kendali suhu dan kelembaban udara diperlihatkan pada
Gambar 4.

b)

7

Gambar 4 Diagram blok pengendalian suhu dan kelembaban
Besaran listrik berupa tegangan dan arus listrik yang diterima oleh
mikrokontroler dari sensor akan diteruskan ke aktuator. Logika yang dikirimkan
ke aktuator harus sama dengan logika yang dikeluarkan oleh mikrokontroler,
namun hal tersebut tidak tercapai. Logika yang diterima oleh aktuator kurang kuat
sehingga apabila mikrokontoler mengeluarkan logika 1 maka yang diterima oleh
aktuator adalah 0, sehingga diperlukan rangkaian yang dapat menguatkan logika
keluaran dari mikrokontroler tersebut yaitu rangkaian Buffer (Lampiran 4).
Rangkaian Buffer berfungsi untuk menguatkan sinyal clock yang dikeluarkan oleh
mikrokontroler dan dapat pula digunakan untuk sinkronisasi sinyal agar cukup
kuat untuk ditransmisikan melalui kabel dengan jarak yang cukup jauh.
Semua komponen elektronika di atas membutuhkan energi listrik untuk
dapat bekerja dengan baik sehingga perlu untuk dibuat rangkaian catu daya
(Lampiran 5). Mikrokontroler membutuhkan tegangan DC 9 sampai dengan 12
volt, sedangkan komponen lain (LCD, keypad, sensor dan aktuator) membutuhkan
tegangan DC sebesar 5 volt. Mikrokontroler AVR ATmega8535 sudah terdapat
pin catu daya (VCC dan GND) yang menghasilkan tegangan DC 5 volt disetiap
port sehingga komponen yang terhubung dengan mikrokontroler dapat langsung
menggunakannya tanpa harus membuat rangkaian catu daya tersendiri.
Rancangan Algoritme Pemograman
Rancangan algoritme pemograman pada mikrokontroler disebut dengan
firmware. Pada penelitian ini, firmware dibuat dalam bahasa C menggunakan
software CodeVisionAVR C Compiler. Firmware yang dibuat tersebut akan
menentukan alur perintah yang akan dijalankan oleh mikrokontroler, sehingga
akan menentukan pula alur kerja sistem secara keseluruhan. Diagram alir kerja
sistem dapat dilihat pada Gambar 1.
Selain penyusunan langkah kerja, bagian dari perancangan algoritma
pemograman sistem kendali adalah penyusunan rumus-rumus yang menjelaskan
tentang proses perubahan suhu dan kelembaban. Rumus-rumus yang digunakan
mengacu pada Psychrometric Data ASAE D271.2 DEC 94.
(1)
(2)
(3)

H

(4)

8

Dimana : , �, , , , , , adalah konstanta dengan nilai sebesar
= suhu pengukuran sensor ( )
A
= -27405.526
= 22105649.25
B
= 97.5413
C
= -0.146244
D
= 0.12558 x 10-3
E
= -0.48502 x 10-7
F
= 4.34903
G
= 0.39381 x 10-2
= tekanan uap saturasi (Pa)
= tekanan standart (Pa)
atm
= suhu (Kelvin)
H
= kelembaban relative (%)
H
= kelembaban mutlak

Sensor SHT11 membaca suhu dan kelembaban, selanjutnya suhu dikonversi
terlebih dahulu menjadi nilai
atau nilai tekanan uap saturasi menggunakan
persamaan kedua. Kelembaban dan nilai akan dikonversi menjadi nilai atau
tekanan uap dengan menggunakan persamaan ketiga. Nilai nilai
selanjutnya
digunakan untuk menghitung nilai H atau kelembaban mutlak. Gambar 5
menunjukkan contoh pseudocode algoritme yang digunakan untuk mekanisme
pengendalian suhu dan kelembaban.

Gambar 5 Contoh Pseudocode pemograman

9

Prosedur yang digunakan dalam pengendalian suhu dan kelembaban ini
diawali dengan mengubah nilai suhu dan kelembaban menjadi nilai kelembaban
mutlak dengan simbol H (Gambar 1). Kelembaban mutlak yang menjadi
parameter dalam pengukuran adalah kelembaban mutlak set poin ( H ),
kelembaban mutlak lingkungan (H ) dan kelembaban mutlak pencampuran (H).
Nilai H dihitung menggunakan parameter suhu dan kelembaban set poin yang
dimasukan dengan komponen keypad, menghitung H
dengan parameter suhu
dan kelembaban lingkungan yang terbaca oleh sensor dan menghitung nilai H
dengan parameter suhu dan kelembaban udara dalam sistem pembangkit udara.
Apabila didapatkan nilai H lebih kecil dari pada H
maka AC akan menyala.
Selanjutnya nilai H dan H dibandingkan, bila nilai H lebih kecil dari pada
nilai H maka AC akan menyala. Apabila salah satu persyaratan tersebut tercapai,
maka AC akan menyala. Indikator penyalaan AC ditandai dengan adanya nyala
lampu LED berwarna hijau.
Prosedur Penelitian
Penelitian dilaksanakan dengan mengikuti diagram alir proses penelitian
(Lampiran 6). Diawali dengan mengidentifikasi masalah yang telah dijelaskan
pada latar belakang. Dilanjutkan dengan perancangan dan pembuatan sistem
kendali dan alat pembangkit udara. Tahap terakhir adalah pengujian kinerja sistem
kendali dan alat pembangkit udara yang telah dibuat.
Pengambilan Data
Kalibrasi Sensor
Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan hasil pembacaan sensor dan
pembacaan alat ukur standar. Alat ukur standar yang digunakan adalah
termometer standar untuk pengukuran suhu serta termometer bola basah dan bola
kering untuk pengukuran kelembaban. Kalibrasi dilakukan di dalam ruang
kalibrasi sederhana yang suhu dan kelembabannya dapat diatur. Alat kalibrasi
sederhana ini berbentuk silinder berongga dengan diameter 14 cm dan tinggi 16
cm yang di dalamnya terdapat pemanas udara, kipas dan catu daya. Alat ini
menerapkan prinsip pindah panas konveksi. Nilai suhu dan kelembaban yang
dihasilkan oleh sensor maupun alat ukur standar dicatat pada setiap perubahan
yang terjadi dalam ruang kalibrasi tersebut. Data hasil pengukuran diplotkan
dalam grafik untuk mendapatkan persamaan kalibrasi. Hal pertama yang harus
dilakukan adalah membuat diagram pencar antara data hasil pengukuran sensor
dan hasil pengukuran alat ukur. Setelah itu dibuat garis regresi dan persamaannya.
Persamaan garis regresi digunakan sebagai faktor koreksi pembacaan sensor.
Terakhir, dilakukan analisis korelasi dan regresi untuk mengetahui hubungan
antara keduanya.
Uji Kinerja Alat Pembangkit Udara Terkendali
Pengujian alat pembangkit udara terkendali dilakukan selama 10 menit
dengan pengambilan data setiap 4 detik. Selang pengukuran ditentukan setiap 4
detik agar fluktuasi suhu dan kelembaban terlihat lebih jelas, karena respon dari
sensor dan sistem kendali hingga ditampilkan ke komponen peraga (LCD) adalah

10

0.1 detik atau 100 ms. Adapun data yang ditampilkan oleh peraga LCD dan
dicatat adalah suhu, kelembaban, kelembaban mutlak pembangkit udara,
kelembaban mutlak set poin dan kelembaban mutlak lingkungan. Pengambilan
data dilakukan pada dua perlakuan algoritme pemograman dan pada dua set poin
yaitu 31 , 42% dan 47 , 36%. Kedua set poin tersebut dipilih karena pada
suhu 31 dan 47 adalah suhu kritis yang memungkinan untuk dicapai oleh
alat pembangkit udara yang dirancang, sedangkan set poin kelembaban tersebut
dipilih karena pada kelembaban 42% dan suhu 31
nilai kelembaban mutlak
yang terjadi adalah 0.012 dan pada kelembaban 36% dan suhu 47
nilai
kelembaban mutlak yang terjadi adalah 0.024 , nilai kelembaban mutlak tersebut
adalah kelembaban mutlak set poin atau H . Kedua nilai H tersebut adalah nilai
kelembaban mutlak kritis yang memungkinkan untuk dicapai oleh alat
pembangkit udara. Kelembaban mutlak set poin dibutuhkan untuk mengendalikan
kelembaban udara yang dihasilkan oleh pembangkit udara. Pada H rendah (31
, 42%) AC harus dinyalakan terus menerus. Daya yang dibutuhkan untuk
pembangkitan udara dengan kelembaban mutlak yang rendah sangat besar
Pengambilan data dilakukan dengan cara merekam data yang ditampilkan
oleh peraga LCD dengan menggunakan alat bantu berupa kamera digital. Data
yang didapat selanjutnya diolah dalam Microsoft Excel 2010 dan disajikan dalam
grafik hubungan antara suhu dan level daya terhadap waktu, kelembaban relatif
dan level daya terhadap waktu, serta kelembaban dan kelembaban relatif terhadap
waktu. Selain dari data-data yang terbaca melalui peraga LCD tersebut, terdapat
data lain yang diambil yaitu data level daya dan besar daya selama pengendalian
yang disajikan dalam tabel tersendiri.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Alat pembangkit udara (Gambar 6a) telah berhasil dirancang dan dibuat oleh
Nelwan et al. (2013). Alat ini memiliki panjang 215 cm , lebar 76 cm dan tinggi
128 cm (Lampiran 2). Pada penelitian ini, sistem kendali yang digunakan untuk
mengendalikan suhu dan kelembaban pada alat pembangkit udara telah berhasil
dibuat, sistem kendali ditempatkan di dalam kotak akrilik (Gambar 6b). Sistem
kendali terdiri dari dua sensor SHT11 yang memiliki fungsi untuk mengukur
keadaan lingkungan dan untuk mengukur serta mengendalikan keadaan udara
yang dihasilkan oleh alat pembangkit udara.

11

(a)

(b)
Gambar 6 (a) alat pembangkit udara ; (b) sistem kendali suhu dan kelembaban
Kalibrasi Sensor
Kalibrasi sensor suhu diawali dengan pengambilan data hasil pengukuran
sensor suhu SHT11 dan data hasil pengukuran termometer standar. Selanjutnya
dibuat diagram pencar dengan memetakan data hasil pengukuran sensor terhadap
data hasil pengukuran termometer standar. Grafik hasil kalibrasi suhu ditunjukan
oleh Gambar 7. Grafik kalibrasi menunjukan hasil pengukuran sensor yang relatif
tepat, karena semua titik membentuk garis linier dengan nilai koefisien
determinasi sebesar 0.99 (mendekati satu) yang berarti hampir semua hasil
pengukuran termometer standar bisa diwakili oleh pengukuran sensor, sehingga
fungsi dari termometer dapat digantikan oleh sensor SHT11. Garis regresi
menunjukan kemiringan positif dengan gradien sebesar 1.05. Hal tersebut
menunjukan bila suhu yang ditunjukan oleh termometer standar naik 1.05 ,
maka suhu yang ditunjukan oleh sensor akan naik 1 .

12

Termometer Standar ( )

80
y = 1.0534x - 3.1448
R² = 0.9901

70
60

hasil pembacaan
Linear (hasil pembacaan)

50
40
30
30

40

50

60

70

80

Pembacaan Sensor SHT11 ( )

Gambar 7 Hubungan suhu sensor SHT11 dan termometer standar
Selanjutnya dilakukan kalibrasi sensor kelembaban dengan cara yang sama.
Data hasil pengukuran kelembaban dengan sensor SHT11 dipetakan terhadap data
kelembaban hasil dari termometer bola basah dan bola kering karena keterbatasan
alat ukur kelembaban. Data termometer bola basah dan bola kering diplotkan
terlebih dahulu pada Psychrometric Chart untuk mendapatkan nilai kelembaban.
Grafik kalibrasi sensor kelembaban dengan hasil kalkulasi kelembaban (Gambar
8) menunjukan hasil yang relatif presisi. Koefisien determinasi sebesar 0.99
(hampir mendekati satu) menunjukkan bahwa fungsi termometer bola basah dan
bola kering dalam mengukur kelembaban dapat digantikan oleh sensor SHT11.
90

RH kalkulasi (%)

80

y = 1.3648x - 33.895
R² = 0.9889

70
60

hasil pembacaan
Linear (hasil pembacaan)

50
40
30
30

40

50
60
70
RH SHT11 (%)

80

90

Gambar 8 Hubungan kelembaban sensor SHT11 dan kelembaban hasil kalkulasi
termometer bola basah dan bola kering.

13

Kesesuaian hubungan kelembaban antara hasil kalkulasi termometer bola
basah dan bola kering terhadap kelembaban yang ditunjukan oleh sensor SHT11
cukup baik. Garis regresi yang dihasilkan memiliki kemiringan positif dengan
nilai gradien sebesar 1.36 yang berarti apabila kelembaban aktual (yang dihitung
dengan termometer bola basah dan bola kering) naik 1.36%, maka nilai
kelembaban yang ditunjukan oleh sensor akan naik 1%.
Syarat utama dalam perancangan alat ukur adalah harus mempunyai nilai
presisi dan akurasi yang tinggi. Nilai presisi yang tinggi akan menjamin
keterulangan hasil pengukuran, sedangkan nilai akurasi yang tinggi akan
menjamin ketepatan hasil pengukuran yang didapatkan. Sensor SHT11 mampu
mengukur suhu -40
hingga 120
dengan ketelitian 0.5
dan mampu
mengukur kelembaban 0% hingga 100% dengan ketelitian 3.5% (Thaariq 2013).
Data hasil validasi sensor, menunjukkan bahwa selisih antara pembacaan sensor
dan alat ukur kalibrasi suhu adalah sebesar 1.29
, sedangkan selisih antara
pembacaan sensor dan alat ukur kalibrasi kelembaban mencapai 4.64%. Dengan
demikian, harus dilakukan koreksi terhadap hasil pembacaan sensor dengan
menambahkan persamaan garis regresi pada grafik kalibrasi suhu dan kelembaban
keprogram pembacaan sensor. Grafik hasil validasi sensor suhu dan kelembaban
mempunyai kemiringan positif dengan koefisien determinasi ( ) sebesar 0.99
pada grafik validasi sensor suhu (Gambar 9) dan 0.97 grafik validasi sensor
kelembaban (Gambar 10). Kemiringan grafik yang ditunjukkan oleh Gambar 9
sebesar
dan Gambar 10 sebesar
. Nilai tersebut mendekati kemiringan
sehingga dapat dikatakan bahwa kalibrasi dilakukan cukup baik dan nilai
koefisien determinasi yang mendekati 1 menandakan bahwa semua fungsi dari
alat ukur suhu dan kelembaban dapat digantikan oleh sensor SHT11. Khusus
untuk pembacaan kelembaban sensor SHT11 hanya dapat dilakukan pada rentang
33% hingga 80%, karena pengambilan data kalibrasi hanya dilakukan pada
rentang tersebut. Pembatasan pembacaan kelembaban sensor SHT11 tersebut
dilakukan karena ketika data hasil kalibrasi sensor kelembaban dilakukan set
intercept pada titik 0,0 menghasilkan koefisien determinasi yang rendah.

80
R² = 0.994
70
60

validasi sensor suhu

50

Linear (validasi sensor
suhu)

40
30
30

40

50

60

70

80

Gambar 9 Grafik validasi sensor suhu SHT11

14

80
R² = 0.9758

70

validasi sensor
kelembaban
60
Linear (validasi
sensor
kelembaban)

50

40
40

50

60

70

80

Gambar 10 Grafik validasi sensor kelembaban SHT11

40

45

39

44

set point suhu 31

38

43

RH

37

42

set point RH 42

36

41

35

40

34

39

33

38

32

37

31

36

30

suhu

RH (%)

suhu (̊C)

Pengujian Alat pembangkit Udara Terkendali
Tujuan dari dibuatnya alat pembangkit udara terkendali ini adalah dapat
digunakan sebagai Instrumental Testing dalam pengeringan biji-bijian khususnya
gabah, sehingga dalam pengujian alat dilakukan dengan memberikan perlakuan
algoritme yang berbeda. Perbedaan pemberian algoritma dimaksudkan untuk
mendapatkan algoritma yang tepat dalam pengendalian suhu dan kelembaban
pada alat pembangkit udara.
Pemanas udara dikendalikan dengan menggunakan perbedaan suhu atau
delsuhu yang dihitung dengan cara mengurangi suhu set poin dengan suhu
pengukuran sensor. Sedangkan pemanas air dikendalikan dengan menggunakan
perbedaan H. Perbedaan H dihitung dengan cara mengurangi H dengan H.
Perbedaan cara pengendalian suhu dan kelembaban sangat mempengaruhi data
yang dihasilkan (Gambar 11). Gambar 11 menunjukan pengendalian suhu dan
kelembaban udara dengan algoritma dua level daya.

35
0

100

200

300
400
waktu (detik)

500

600

Gambar 11 Perbandingan pengendalian suhu dan kelembaban pada dua level
daya perlakuan pertama

15

Berdasarkan gambar di atas dapat dikatakan bahwa pengendalian suhu lebih
presisi dan akurat bila dibandingkan dengan pengendalian kelembaban. Fluktuasi
suhu yang terjadi berada tepat pada set poin atau di sekitar set poin, sedangkan
fluktuasi kelembaban cenderung di atas set poin kelembaban. Perbedaan
perlakuan algoritme pada pemanas udara dan pemanas air (Lampiran 7) terletak
pada perbedaan level daya yang dieksekusi.
Pengendalian Suhu
Pengendalian suhu dilakukan dengan menggunakan pemanas udara. Sistem
kendali akan memberikan level daya yang berbeda, tergantung pada keadaan suhu
yang diinginkan atau set poin. Setiap level daya dari pemanas udara akan
menghasilkan suhu yang berbeda-beda (Tabel 1).
Tabel 1 Level daya, daya dan suhu yang dapat dicapai
Level daya

0
1
2
3
4
5
6
7

Daya (W)

Suhu ( )

2891.66
2857.53
2839.77
2737.6
2642.55
2447.32
2097.6
1912.5

48
46.5
44
43.5
42.5
41.5
40
38

Pada perlakuan pertama, level daya yang digunakan hanya terbatas pada dua
level, yaitu level nol atau daya maksimal dan level enam atau daya minimal.
Sistem kendali akan memberikan daya maksimal jika suhu udara yang terbaca
oleh sensor di bawah set point dan akan memberikan daya minimal bila suhu
udara yang terbaca oleh sensor di atas set point sehingga akan terbentuk grafik
suhu yang berfluktuasi tepat pada set point (Gambar 12). Pada set poin 47 suhu
pengendalian rata-rata yang dihasilkan sebesar 47.1 , simpangan maksimum
dari rata-rata adalah 47.7 dan simpangan minimum dari rata-rata adalah 46.5
. Sehingga simpangan terjauh pengendalian yang terjadi sebesar 1.2
.
Simpangan terjauh pengendalian menunjukan fluktuasi suhu yang terjadi selama
pengendalian suhu

16

49

6

Suhu

4

48.5

set point 47
level daya

2
0

47.5

-2
-4

47

level daya

suhu (̊C)

48

-6
46.5

-8

46

-10
0

100

200

300

400

500

600

waktu (detik)

Gambar 12 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 47

perlakuan pertama

Pengambilan data selanjutnya dilakukan pada set poin suhu 31
dan
menghasilkan pola grafik yang sama dengan set poin suhu 47 (Gambar 13).
Pada set poin rendah rata-rata suhu pengendalian sebesar 30.98 , simpangan
maksimum dari rata-rata adalah 31.6 ,dan simpangan minimum dari rata-rata
adalah 30.5 sehingga menghasilkan simpangan terjauh pengendalian sebesar
1.1
yang berarti fluktuasi suhu pengendalian sebesar 1.1 . Semakin besar
simpangan terjauh pengendalian, maka sistem kendali masih mengalami kesulitan
dalam mempertahankan suhu.
33

6

Suhui

4

32.5

set point 31
level daya

2
0

31.5

-2
-4

31

level daya

suhu (̊C)

32

-6
30.5

-8

30

-10
0

100

200

300

400

500

600

waktu (detik)

Gambar 13 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 31

perlakuan pertama

17

Grafik yang dihasilkan pada perlakuan pertama di atas menunjukkan bahwa
ketika suhu yang dihasilkan oleh pembangkit udara berada di atas set point maka
daya yang diberikan adalah level daya keenam atau daya minimum, dan berlaku
sebaliknya, sehingga fluktuasi suhu konstan pada set poin. Pola grafik yang
dihasilkan masing-masing set poin relatif sama. Bila ditunjau dari simpangan
terhadap set poin, simpangan minimum dan maksimum dari set point adalah sama
yaitu 0.5 .
Perlakuan kedua dilakukan untuk menyempurnakan perlakuan pertama. Bila
perlakuan pertama simpangan dari set poin adalah 0.5 , maka pada perlakuan
kedua ini selisih suhu set poin dan suhu pengukuran atau delsuhu yang digunakan
untuk mengeksekusi level daya berada dalam interval 0.5. Mulai dari delsuhu 0
hingga 0.5 dengan rentang antara satu dengan yang lain sebesar 0.1 maka level
daya yang digunakan akan berbeda (Lampiran 7). Level daya yang digunakan
pada perlakuan kedua ini sebanyak tujuh level, mulai dari level daya nol sampai
dengan 6 sehingga hasil yang didapatkan seharusnya memiliki simpangan
pengendalian terjauh atau fluktuasi suhu pengendalian yang lebih kecil dari pada
pengukuran pertama (Gambar 14).
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7

32.5

Suhu ( )

32
31.5
31
30.5
30
0

100

200

Suhu
set poin 31
level daya

level daya

33

300

Waktu (detik)

Gambar 14 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 31

perlakuan kedua

Gambar 14 menunjukan bahwa terjadi fluktuasi suhu di bawah set poin,
artinya algoritma yang digunakan tidak dapat mencapai set poin. Level daya
kedua tidak dapat menaikan suhu udara yang dikeluarkan oleh AC. Sistem kendali
akan memberikan level daya kedua bila delsuhu yang terjadi adalah 0.3 , namun
karena level daya kedua tidak dapat menaikkan suhu maka delsuhu yang
selanjutnya terjadi bukan menjadi semakin kecil tetapi menjadi semakin besar
kembali. Sehingga setelah mengeksekusi level daya kedua, sistem kendali akan
memberikan level daya pertama karena delsuhu yang terjadi sebesar 0.4 . Semakin
kecil delsuhu artinya suhu yang dibangkitkan oleh pembangkit udara semakin
mendekati set poin. Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi data hasil

18

pengukuran tersebut, antara lain karena adanya AC yang menyala terus menerus.
AC yang digunakan untuk menurunkan kelembaban dalam pengendalian suhu
dengan set poin rendah ini akan mempengaruhi suhu yang terjadi, AC akan
menghasilkan kelembaban dan suhu yang rendah. Kelembaban yang rendah akan
dinaikan oleh uap air yang dihasilkan oleh pemanas air. Sehingga akan terjadi
fluktuasi kelembaban. Fluktuasi kelembaban berbanding terbalik dengan fluktuasi
suhu, sehingga bila kelembaban yang dihasilkan tinggi maka suhu yang dihasilkan
akan rendah. Hal tersebut juga yang menyebabkan pada level daya kedua tidak
dapat menaikan suhu. Perlakuan kedua untuk set point rendah menghasilkan suhu
rata-rata pengendalian sebesar 30.55
, suhu maksimum yang dapat dicapai
sebesar 30.8 dan suhu minimum yang dapat dicapai sebesar 30.4 . Fluktuasi
suhu yang terjadi dengan menggunakan algoritma pemograman kedua ini sebesar
0.4 . Selisih suhu antara suhu yang terjadi dengan suhu set poin sebesar 0.55 .
49

6
Suhu

5
48.5

set poin 47

4

level daya

3
2
1

47.5

0
-1

47

level daya

Suhu ( ̊C)

48

-2
-3

46.5

-4
-5

46
0

100

200

300

400

500

600

Waktu (detik)

Gambar 15 Fluktuasi suhu dan level daya pada set poin 47

perlakuan kedua

Pada pengendalian suhu dengan set point tinggi (47 ) aktuator yang bekerja
hanyalah aktuator pemanas udara. Fluktuasi suhu yang terjadi pada set poin tinggi
(Gambar 15) sama dengan set poin rendah yaitu berfluktuasi di bawah set poin.
Level daya kedua tidak dapat menaikan suhu. Hal tersebut wajar karena level daya
kedua hanya mampu mencapai suhu 46.5 , sedangkan set poin yang diinginkan
adalah 47 . Suhu rata-rata pengendalian adalah 46.5 , menandakan bahwa
level daya dominan yang diberikan oleh sistem kendali ke pemanas udara adalah
level daya kedua. Suhu maksimum yang dapat dicapai sebesar 46.7 , sedangkan
suhu minimum sebesar 46.3 . Fluktuasi suhu pengendalian yang terjadi sebesar
0.4 dan selisih suhu rata-rata pengendalian dengan suhu set poin sebesar 0.5 .
Besar fluktuasi suhu antara set poin tinggi dan rendah sama yaitu 0.4 . Selisih
suhu rata-rata pengendalian dan suhu set poin antara set poin tinggi dan rendah
sama yaitu 0.5 .

19

Selisih antara suhu rata-rata pengukuran dengan set poin sebesar 0.5
,
menunjukan bahwa suhu yang dihasilkan oleh pemanas udara pada perlakuan
kedua ini (baik set poin tinggi ataupun rendah) tidak dapat mencapai set poin yang
diinginkan. Terdapat dua faktor utama yang mempengaruhi, yaitu sistem kendali
yang dirancang dan fluktuasi suhu kelembaban. Sistem kendali yang dirancang
menyediakan tujuh tingkat daya atau disebut juga dengan tujuh level daya. Bila
dicermati pada Gambar 14 dan Gambar 15 pada level daya kedua tidak dapat
menaikkan suhu. Daya yang digunakan untuk dapat menaikan suhu pada level
daya kedua seharusnya lebih besar dari pada level daya kedua yang saat ini
digunakan. Permasalahan itu dapat diselesaikan dengan memperkecil delsuhu
untuk pindah level daya, perlu penambahan daya pemanas untuk level daya
maksimal (level daya 0, 1, 2 dan 3) dan penurunan daya untuk level daya minimal
(level daya 6, 5 dan 4). Rentang daya yang saat ini digunakan pada sistem kendali
mempunyai perbedaan 5% dari daya sebelumnya, artinya apabila level daya nol
adalah daya maksimal maka level daya pertama adalah 95% dari daya maksimum
dan level daya kedua adalah 90% dari daya maksimum begitu seterusnya.
Walaupun suhu yang dihasilkan tidak dapat mencapai set poin, fluktuasi suhu
yang terjadi pada perlakuan kedua ini lebih kecil dari pada perlakuan pertama,
sehingga dapat dikatakan bahwa pada algoritme pemograman kedua lebih dapat
mempertahankan suhu dari pada algoritma pemograman pertama.
Kedua set point di atas merupakan set poin tertinggi dan terendah atau nilai
kritis yang memungkinkan dicapai oleh sistem kendali. Oleh karena itu
kemampuan sistem kendali perlu dicoba dengan set point diantara nilai kritis
tersebut, oleh karena itu pengujian selanjutnya dilakukan pada set point 40
(Gambar 16) dengan perlakuan algoritme kedua.
42

6
Suhu

5

set poin 40
4

41.5

level daya

2

41

1
0
40.5

-1

level daya

Suhu ( ̊C)

3

-2
40

-3
-4

39.5

-5
0

100

200

300

400

500

600

Waktu (detik)

Gambar 16 Suhu sistem kendali, set point 40

dan level daya perlakuan kedua

Pada set poin suhu 40 dengan set poin kelembaban 45% fluktuasi suhu
yang terjadi tepat pada nilai set poin. Suhu rata-rata pengendalian pada set poin ini

20

sebesar 40.1 dengan suhu maksimal sebesar 40.3 dan suhu minimal sebesar
39.87 . Sehingga fluktuasi suhu pengendalian yang terjadi sebesar 0.4 .
Fluktuasi suhu yang terjadi sama dengan fluktuasi suhu pada set poin kritis,
sehingga dapat dikatakan bahwa sistem kendali memiliki nilai kepresisian yang
tinggi. Level daya yang aktif bervariasi dari level daya ketiga hingga level daya
keenam,namun karena suhu yang dihasilkan dominan diatas set point maka level
daya yang dominan aktif adalah level daya keenam.
Berdasarkan data hasil pengukuran suhu dan level daya yang aktif serta
perbandingannya dengan set poin dari perlakuan pertama dan kedua, dapat
dikatakan bahwa algoritma pada perlakuan kedua merupakan algoritma yang lebih
baik untuk pengendalian suhu karena fluktuasi suhu atau simpangan terjauh suhu
pengendalian hanya 0.4
. Walaupun pada set poin tertinggi dan terendah
fluktuasi suhu tidak tepat pada set point karena kedua set point tersebut berada
pada titik kritis suhu yang mampu dicapai oleh pemanan udara dengan level daya
maksimal seperti yang ditunjukan oleh Tabel 1.
Pengendalian Kelembaban
Pengendalian kelembaban berbeda dengan pengendalian suhu. Pengendalian
suhu dilakukan dengan melibatkan suhu secara langsung, namun pada
pengendalian kelembaban atau kelembaban relatif dilakukan secara tidak
langsung. Artinya algoritme yang digunakan untuk pengendalian kelembaban
menggunakan nilai H atau kelembaban mutlak bukan menggunakan RH atau
kelembaban relatif. Besar atau kecilnya nilai H dihitung dengan melibatkan nilai
suhu dan kelembaban yang dibaca oleh sensor. Selain itu aktuator yang digunakan
dalam pengendalian kelembaban berbeda dengan aktuator yang digunakan untuk
pengendalian suhu. Pembangkitan dan pengendalian suhu hanya menggunakan
pemanas udara, namun dalam pembangkitan dan pengendalian kelembaban
menggunakan pemanas air dan AC. AC akan memberikan pengaruh kelembaban
yang rendah, kelembaban yang rendah dibutuhkan dalam proses pengeringan,
tetapi bila kelembaban terlalu rendah maka hasil dari pengeringan tidak dapat
optimal, sehingga dalam pembangkitan kelembaban oleh alat pembangkit udara
ini menggunakan pemanas air, pemanas air menghasilkan uap air yang akan
menaikan kelembaban bila kelembaban yang dihasilkan oleh AC terlalu rendah.
Pemanas air dan AC seharusnya bekerja secara bersama-sama dan saling mengisi
dalam menghasilkan kelembaban yang diinginkan, namun karena AC tidak dapat
dikendalikan dengan sistem kendali yang sudah dirancang, maka AC akan
dibiarkan bekerja secara terus-menerus dan hanya pemanas air yang dikendalikan.
Pemanas air dikendalikan dengan menggunakan satu algoritme pemograman
(Lampiran 7). Algoritme pemograman pengendalian kelembaban diawali dengan
membandingkan nilai H dan H, bila nilai H lebih besar dari pada nilai H maka
selisih dari H dan H akan digunakan untuk menentukan level daya yang akan
digunakan. Besar daya dan kelembaban yang mampu dicapai pada masing-masing
level daya saat kelembaban mutlak lingkungan (H ) konstan 0,019 dan suhu
lingkungan 30 disajikan pada Tabel 2. Pengambilan data daya pemanas air
dan kelembaban yang mampu dicapai tersebut dilakukan saat AC dan pemanas
udara dalam keadaan tidak aktif.

21

Tabel 2 Level daya, daya dan kelembaban

Level Daya
0
1
2
3
4
5
6

Daya (W)

Kelembaban (%)

996.73
822.15
691.25
529.09
421.92
304.20
217.28

96.00
86.40
76.80
67.20
57.60
48.00
38.40

Bila selisih dari H dan H bernilai negatif maka akan langsung
mengeksekusi level daya keenam. Penggunaan level daya dalam pengendalian
kelembaban sangat ditentukan oleh selisih H dan H . Apabila kelembaban yang
dikendalikan dengan level-level daya yang telah ditentukan masih mengalami
masalah, maka perlu untuk dilakukan pengaturan ulang besar daya pada masingmasing level daya tersebut.
Pada alat pembangkit udara ini, pengendalian suhu dan kelembaban
dilakukan secara bersamaan sehingga bukan hanya pemanas air dan AC tapi
pemanas udara juga menyala dengan level daya tertentu, oleh karena itu perlu
diamati pengaruh penyalaan ketiga aktuator dengan nilai kelembaban yang
dihasilkan. Pola grafik nilai H dan level daya terhadap waktu pada semua
perlakuan adalah sama yaitu berfluktuasi di atas H .
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7

0.0330000

H

0.0310000
0.0290000
0.0270000
0.0250000
0.0230000
0

200

400

H
Hsp 0,024
level daya pemanas air
level daya pemanas udara

level daya

0.0350000

600

Waktu (detik)

Gambar 17 Hubungan H, H

dan level daya perlakuan pertama set poin 47

22

7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7

0.0330000

H

0.0310000
0.0290000
0.0270000
0.0250000
0.0230000
0

200

400

H
Hsp 0,024
Level Daya pemanas air
level daya pemanas udara
Level Daya

0.0350000

600

Waktu (detik)

dan level daya perlakuan kedua set poin 47

0.0170000

7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7

0.0160000

H

0.0150000
0.0140000
0.0130000
0.0120000
0.0110000

0

200

400

H
Hsp 0,012
Level daya pemanas air
level daya pemanas udara

level daya

Gambar 18 Hubungan H, H

600

Waktu (detik)

Gambar 19 Hubungan H, H

dan level daya perlakuan pertama set poin 31

23

7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7

0.01600000

H

0.01500000
0.01400000
0.01300000
0.01200000
0.01100000
0

H
Hsp 0,012
level daya pemanas air
level daya pemanas udara

level daya

0.01700000

50 100 150 200 250 300 350
Waktu (detik)

Gambar 20 Hubungan H, H

dan level daya perlakuan kedua set poin 31

Fluktuasi H yang berada di atas set poin menyebabkan level daya yang
diberikan oleh sistem kendali kepada pemanas