PENGATURAN SUHU DAN KELEMBABAN PADA MINIATUR

PENGATURAN SUHU DAN KELEMBABAN PADA MINIATUR KUMBUNG UNTUK
MENINGKATKAN PRODUKTIFITAS JAMUR TIRAM
Fandi Budiawan1, Arman Jaya, ST. MT2, Drs. Irianto, MT3.
Mahasiswa Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia1*
[email protected]
Dosen Pembimbing 1, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 2
Dosen Pembimbing 2, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 3
ABSTRAK
Pembudidayaan jamur tiram saat ini mengalami perkembangan yang pesat. Jamur tiram yang memiliki habitat alami di hutan,
sekarang dapat dibudidayakan pada kumbung – kumbung jamur daerah dataran rendah. Agar pertumbuhan jamur dapat optimal
maka suhu dan kelembaban daripada kumbung harus dijaga sesuai dengan kondisi idealnya.
Saat ini pengaturan suhu dan kelembaban kumbung jamur masih dilakukan secara manual, yaitu dengan cara menyemprotkan
butiran – butiran air. Hal ini tidak efisien karena selain dilakukan secara manual, suhu dan kelembaban pada kumbung jamur tidak
dapat terjaga dengan baik. Sehingga diperlukan kontrol otomatis untuk menggantikan tugas manusia dalam mengatur suhu dan
kelembaban kumbung jamur.
Untuk menjaga kondisi kumbung yang ideal secara otomatis yaitu ruang budidaya memiliki suhu dan kelembaban ±28°C dan
80 – 90% RH, diperlukan alat berupa sprayer dan blower serta sensor SHT 10 untuk men-sensing daripada suhu dan kelembaban
ruang, serta exhaust fan untuk menjaga kelembaban dibawah 95% RH.
Pengaturan dilakukan pada tegangan input dari sprayer dan blower menggunakan Basic Switching yang mana kontrol tersebut
dilakukan melalui pengaturan Pulse Width Modulation (PWM) yang dibangkitkan mikrokontroler. Sensor suhu dan kelembaban
memberikan masukan pada mikrokontroler sehingga besarnya duty cycle PWM dapat diatur melalui OCR mikrokontroler untuk
men-drive dari sprayer dan blower.
Pengaturan suhu dan kelembaban dengan menggunakan sprayer, blower dan sensor SHT10 dapat dilakukan dengan baik.
Dengan pengaturan ini didapat hasil penurunan suhu dan kelembaban dari suhu 30°C dan kelembaban 74% ke suhu 29.8°C dan
kelembaban 90.8% dapat dilakukan selama 9 menit.
Kata kunci : modul SHT-10, penyearah, Basic Switching, Pulse Width Modulation (PWM)
ABSTRACT
Oyster mushroom cultivation is currently experiencing rapid development. Oyster mushrooms have a natural habitat in the
forest, can now be cultivated on mushrooms home’s lowlands. For optimal growth of the fungus to temperature and humidity than
mushrooms home’s must be maintained in accordance with the conditions ideal.
Current temperature and humidity settings fungus home’s is still done manually, ie by pouring grains - grains of water. This is
not efficient because in addition to be done manually, temperature and humidity on fungal home’s can not properly maintained. So
that automatic control is needed to replace human tasks in regulating temperature and humidity mushrooms home’s.
To maintain ideal conditions automatically mushrooms home’s the cultivation chamber has a temperature and humidity ± 28 °
C and 80-90% RH, the necessary equipment and blowers and a sprayer 10 for SHT sensors to sensing than the temperature and
humidity room.
Settings made on the input voltage of the sprayers and blowers which use the Basic Switching is done via the settings control
Pulse Width Modulation (PWM), which raised the microcontroller. Temperature and humidity sensors provide input to the
microcontroller so that the PWM duty cycle can be regulated through OCR microcontroller to download the drives from the sprayer
and blowers.
Setting the temperature and humidity by using a sprayer, blower and SHT10 sensors can be done well. With this arrangement
the result decreasing temperature and humidity of 30 ° C and humidity 74% to a temperature of 29.8 ° C and humidity of 90.8% can
be done for 9 minutes.
Keyword : SHT-10 Module, rectifier, Basic Switching Pulse Width Modulation (PWM)
1
I.
PENDAHULUAN
Dalam rangka memenuhi ketahanan pangan,
manusia terus berupaya mengembangkan dan meneliti
jenis sumber makanan baru. Jamur yang dulunya
berupa tanaman liar kini menjadi sumber nutrisi yang
tinggi bagi manusia. Penelitian tentang jamur yang
dapat dikonsumsi telah banyak dilakukan, diantaranya
jamur merang (Volvariella volvacea), jamur
Champignon (Agaricus bitorquis) jamur kayu seperti
jamur
kuping
(Auricularia,
Sp.)
jamur
Shiitake/payung (Lentinus edodes) dan jamur tiram
(Pleurotus ostreatus). Jamur tiram memiliki
kandungan nutrisi lebih tinggi dibandingkan dengan
jenis jamur kayu lainnya.
Secara alami, jamur tiram ditemukan di hutan
dibawah pohon berdaun lebar atau di bawah tanaman
berkayu yang memiliki suhu lingkungan sekitar 16 22°C dan kelembaban 80 – 90%. Untuk melakukan
budidaya jamur tiram (Pleurotus ostreatus) di daerah
dataran rendah (suhu ±30°C ), diperlukan perlakuan
khusus terhadap kumbung jamur yaitu dilakukan
pengontrolan suhu dan kelembaban pada ruang
penanaman sehingga kondisi ideal untuk pertumbuhan
jamur dapat terpenuhi.
Hasil produktifitas jamur sangat dipengaruhi
oleh kondisi suhu dan kelembaban. Hasil survey yang
dilakukan pada kumbung budidaya jamur tiram di
Desa Selorejo Jombang diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 1.1 Produktifitas jamur tiram di Desa Selorejo
Jombang
Periode ke-
Jumlah
baglog
( buah )
Hasil
panen/periode
(Kg)
Hasil
panen/hari
(Kg)
2
(20 Agustus 2009
– 30 Nopember
2009 )
3
( 24 Desember
2009 – 15 Maret
2010 )
4
( 16 Mei 2010 17 juli 2010)
1000
278.08
2.7
1000
335
4.09
1000
218.5
3.46
Dari Tabel 1.1 diketahui hasil panen jamur/hari
pada periode ke- 3 lebih tinggi daripada periode ke-2
dan ke-4, hal tersebut dikarenakan penanaman jamur
dilakukan pada musim penghujan (Oktober – Maret)
yang mana suhu dan kelembaban dari ruang
penanaman lebih ideal ( suhu ±28°C ) bagi jamur
untuk tumbuh. Jika pada kumbung dilakukan
pengaturan suhu dan kelembaban maka hasil panen
yang diperoleh diharapkan akan sebanding walaupun
terjadi perubahan musim, sehingga hasil produktifitas
meningkat.
I.
PERENCANAAN SISTEM
II.1 KONFIGURASI SISTEM
Secara keseluruhan blok diagram sistem pada Tugas
Akhir ini ditunjukkan pada Gambar 2.1. Dalam
pengaturan suhu dan kelembaban kumbung jamur
diperlukan alat untuk menjaga agar suhu dan
kelembabannya ideal. Yaitu blower untuk menjaga suhu
kumbung sekitar ±28°C dan sprayer yang berfungsi
menjaga kelembaban kumbung antara 80 – 90%.
Gambar 2.1 Blok diagram system
Tegangan hasil penyearahan dimasukkan pada
rangkaian Basic Switching sehingga tegangan masukkan
pada blower dan sprayer dapat dikontrol.
Tegangan
masukkan
tersebut
dikontrol
menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) dari
mikrokontroler. Sehingga sprayer dan blower bekerja
menjaga suhu dan kelembaban kumbung jamur.
Sebagai interface digunakan push button untuk
menjalankan system dan LCD sebagai display tampilan
nilai suhu dan kelembaban.
Untuk mendapatkan gelombang keluaran tegangan dari
penyearah dan Basic Switching digunakan simulasi
dengan software PSIM. Gambar 2.2 merupakan
diagram simulasi dari penyearah dan Basic Switcing.
2
Gambar 2.2 Simulasi menggunakan PSIM
1.1 Desain Miniatur Kumbung Jamur
Miniatur dari rangka kumbung jamur dibuat dari plat
besi dengan ukuran 0,75 x 1,5 x 0,75m, sedangkan
bagian sisi sisi dan atap akan digunakan serat fiber atau
plastik. Bagian dasar akan diberi lapisan pasir untuk
menjaga agar kelembaban dari ruang dapat stabil.
1.2 Perancangan Penyearah Jembatan Penuh 1 Fasa
Sebuah penyearah jembatan penuh 1 fasa
ditunjukkan pada Gambar 2.3. Pada siklus positif
tegangan input, diode D1 dan D3 konduksi sehingga
mengalir arus dari titik a beban ke titik b dan tegangan
positif input muncul pada beban. Sedangkan pada
setengah siklus negatif tegangan input, diode D2 dan D4
konduksi dan arus mengalir dari titik a ke titik b,
sehingga tegangan positif muncul pada beban.
Gambar 2.4 Gelombang keluaran penyearah jembatan penuh
Tegangan rata rata yang muncul pada beban adalah :
1
Vdc =
T
1
=
2π
2π
Vm sin ωt dωt … … … … … … … (3.1)
π
0
Bentuk gelombang tegangan input dan tegangan
output dari penyearah jembatan penuh ditunjukkan pada
Gambar 2.4. Yang mana frekwensi tegangan
penyearahan menjadi dua kali lipat dari frekwensi
tegangan sumber.
Vo dt
0
0
1
=
[ Vm sin ωt dωt +
2π
2π
Vm sin ωt dωt]
π
=
Vm
π
2π
[ −cos ωt + cos ωt
]
2π
o
π
=
Vm
[− cos π − cos 0 − cos 2π − cosπ ]
2π
=
Vm
[− −1 − 1 + 1 − (−1 ]
2π
=
Vm
2Vm
4 =
2π
π
Gambar 2.3 Penyearah jembatan penuh 1 fasa
T
= 0,636 Vm
= 0,636 × 2 × Vs = 0,9 Vs
Perata filter berfungsi untuk membatasi ripel pada
tegangan output. Pemasangan filter C pada rangkaian
penyearah jembatan ditunjukkan pada Gambar 2.5.
3
Saat tegangan sesaat Vs lebih besar dari tegangan
sesaat pada kapasitor Vc, diode (D1 dan D3 atau D2 dan
D4) konduksi, sehingga kapasitor C diisi dari jala jala.
Jika tegangan sesaat Vs kurang dari tegangan sesaat pada
kapasitor Vc, diode (D1 dan D3 atau D2 dan D4) tidak
konduksi., sehingga kapasitor C menmbuang muatan ke
beban.
Tegangan kapasitor berubah-ubah diantara nilai
minimum Vc min dan nilai maksimum Vc max. Hal ini
ditunjukkan pada Gambar 2.6, dan periode gelombang
tegangan output penyearah jembatan menjadi setengah
kali periode gelombang tegangan jala jala, To=T/2.
Kapasitor membuang membuang muatan secara
eksponensial melalui R. besarnya arus pembuangan
muatan didapat dari :
1
C
i0dt + vc t = 0 + Ri0 = 0 … … … … . (3.2)
Pada periode pembuangan muatan, kondisi awal
tegangan kapasitor sebesar Vm, sehingga vc (t=0) = Vm.
Jadi, dengan dengan menyelesaikan persamaan diatas
didapatkan arus pembuangan muatan sebesar :
i0 =
Vm − t
e RC … … … … … … … … … (3.3)
R
Tegangan output (tegangan kapasitor) v0 selama
periode pembuangan muatan didapat dari :
t
v0 = Ri0 = Vm e− RC … … … … … … … (3.4)
Tegangan ripple puncak puncak Vr(pp) didapatkan
dari :
Gambar2.5 Penyearah jembatan penuh 1 fasa dengan filter C
Vr pp = v0 t = t1 − v0 t = t2
= Vm − Vm e−t2/RC
t2
= Vm 1 − e−RC … … … … … … … … . (3.5)
Karena e−x ≈ 1 − x, maka:
t2
Vr pp = Vm 1 − 1 + RC
=
Vmt 2
RC
… … (3.6)
Proses pengisian muatan pada kapasitor jauh lebih
cepat daripada proses pembuangan muatan, t1 ≈
0, sehingga t2 ≈ T0 = T/2. Jadi :
Vr pp =
Vmt2 VmT
Vm
=
=
… … … … (3.7)
RC
2RC 2fRC
Dengan demikian, tegangan beban rata rataVdc
menjadi:
Vdc = Vm −
Vr(pp)
Vm
= Vm −
… … … … . (3.8)
2
4fRC
Gambar 2.6 Tegangan dan arus keluaran penyearah dengan filter C
Asumsikan bahwa t1 adalah waktu pengisian dan t2
waktu pembuangan muatan kapasitor C. Kapasitor
mengisi sesaat sampai tegangannya sama dengan
tegangan puncak jala jala Vm, sehingga vc (t=t1) = Vm.
Maka, tegangan ripple output rms Vac didapat
melalui pendekatan:
Vac =
Vr(pp)
2 2
=
Vm
4 2fRC
… … … … … … … . (3.9)
4
Factor ripple didapat dari:
Vm
Vac
4 2fRC
RF =
=
Vdc Vm − Vm
4fRC
Vm
dihasilkan oleh tegangan dan arus maka tidak ada rugi
rugi daya pada switch.
Daya 100% dikirimkan ke beban. Gambar 2.9
merupakan keluaran tegangan dan arus pada rangkaian
Basic Switching, besar tegangan keluaran dipengaruhi
oleh besarnya duty cycle yang diberikan.
4fRC
4 2fRC Vm(4fRC − 1)
1
RF =
… … … … … … . . (3.10)
2 4fRC − 1
×
Gambar 2.7 merupakan simulasi penyearah
jembatan penuh 1 fasa dengan menggunakan software
PSIM, dengan parameter:
- Vmax
= 310 Vac
- N primer
= 220 lilitan
- N sekunder = 18 lilitan
- Filter C
= 4700 uF
Gambar 2.9 Tegangan keluaran dan arus Basic Switching
Duty cycle atau siklus kerja merupakan
perbandingan dari waktu on (t1) dengan periode (T) yang
digunakan.
T = t1 + t2
t1
k=
t1 + t2
t1
k = … … … … … … … … … … . . (3.11)
T
Gambar 3.7 Penyearah jembatan 1 fasa menggunakan PSIM
1.3 Basic Switching
Pada rangkaian Basic Switching rugi rugi daya pada
kondisi ideal adalah nol. Prinsip kerja dari Basic
Switching adalah seperti rangkaian dengan sumber yang
terhubung dengan beban tetapi dilakukan switching
didalamnya. Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8a.
Gambar 2.8 Rangkaian Basic Switching
Pada Gambar 2.8b ketika switch terbuka maka
tidak ada arus yang mengalir ke beban. Ketika switch
dalam keadaan tertutup maka tegangan beban sama
dengan tegangan pada sumber (Vs), karena daya
Tegangan output rata rata:
Va =
1
T
T
V0 dt
0
t1
1
Vs dt
T 0
1
t1
Va = × Vs × t|
T
0
Vs
= × t1
T
t1
= × Vs
T
Va = k × Vs … … … … … … … … … (3.12)
=
Arus rata rata:
Ia =
Va k × Vs
=
… … … … … … … (3.13)
R
R
5
Tegangan output RMS:
=
V02 dt
0
t1
1
T
=
T
1
T
Vo =
-
Vs
Filter L
Filter C
Load
Frekwensi
Duty cycle
= 24,2 Vdc
= 1 mH
= 4700 uF
= 12,8 ohm
= 2KHz
= 0,5
Vc2 dt
0
1
t1
× Vs2 × t|
T
0
=
Vs2
× t1
T
= k × Vs2
Vo = Vs × k … … … … … … … … … (3.14)
Arus RMS:
V0 Vs × k
Io =
=
… … … … … … . (3.15)
R
R
Daya output:
T
Vo2
dt
0 R
t1
2
1
Vs
=
dt
T 0 R
1 Vs2
t1
= ×
× t|
T
R
0
t1 Vs2
= ×
T
R
Vs2
Po = k ×
… … … … … … … … . . (3.16)
R
Po =
1
T
Gambar 2.11 Basic Switching menggunakan simulasi PSIM
1.4 Rangkaian Optocoupler dan Totempole
Gambar 2.12 merupakan rangkaian Optocoupler
dan Totempole, sedangkan Tabel 2.4 merupakan
komponen komponen penyusun untuk rangkaian
tersebut.
Gambar 2.10 Daya keluaran Basic Switching
Gambar 2.11 merupakan simulasi Basic Switching
dengan menggunakan software PSIM. Tegangan
sumbernya adalah tegangan DC hasil penyearahan
penyearah gelombang penuh 1 fasa. Adapun parameter
parameter yang digunakan adalah :
Gambar 2.12 Rangkaian Optocoupler dan Totempole
6
II. PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Pengujian dimaksudkan untuk mendapatkan
evaluasi terhadap rangkaian, agar diperoleh kinerja yang
lebih baik. Kinerja yang lebih baik didapatkan dengan
melakukan perbaikan terhadap komposisi rangkaian
yang mengalami kekeliruan yang diketahui saat
melakukan pengujian.
Gambar 3.2 dibawah merupakan hasil perhitungan
tegangan masukan dan tegangan keluaran dari penyearah
jembatan penuh 1 fasa dengan menggunakan software
PSIM.
2.1 Pengujian penyearah Jembatan Penuh 1 Fasa
Dengan perbandingan Np : Ns = 220 : 18,
maka :
Vr(pp)
Vm
Vdc = Vm −
= Vm −
2
4fRC
18
× 2 × 220
18
220
Vdc =
× 2 × 220 −
220
4 × 50 × 12.8 × 4700u
25.45
= 25.45 −
12.03
= 23.27 volt
Sehingga % error yang diperoleh untuk tegangan
keluaran dari penyearah adalah adalah :
%error =
Voutput teori − Voutput praktek
× 100%
Voutput teori
=
23.27 − 26.3
× 100%
23.27
Gambar 3.2 Tegangan penyearah jembatan 1 fasa menggunakan
PSIM
Hasil simulasi menggunakan software PSIM
diperoleh tegangan keluaran penyearah sebesar 24.17
Volt. Sehingga % error yang diperoleh untuk tegangan
keluaran dari penyearah adalah adalah :
= 13.02 %
Tabel 3.1 Keluaran penyearah jembatan 1 fasa
No.
Vinput
Voutput
Voutput teori
% error
(volt)
(volt)
(volt)
1
50
5.17
5.29
2.25
2
80
8.83
8.46
4.35
3
100
11.3
10.58
6.83
4
120
13.9
12.69
9.51
5
150
17.5
15.87
10.30
6
180
21.3
19.04
11.87
7
200
23.9
21.16
12.98
8
220
26.3
23.27
13.02
%error =
Voutput teori − Voutput praktek
× 100%
Voutput teori
=
23.27 − 24.17
× 100%
23.27
= 4.7 %
2.1.1
Basic Switching
Data yang diambil pada rangkaian Basic
Switching adalah data tegangan output yang
dihasilkan dangan pemakaian lampu pijar 5 Watt
dengan pemberian PWM dengan duty cycle yang
berbeda beda.
7
Tabel 3.2 Data Basic Switching
No.
Duty cycle
(%)
Vinput
Voutput
Voutput
(Volt)
(DIV)
(Volt)
42,5
0.5
8.5
1
20
2
40
1
17
3
60
1.25
21.25
4
80
2
34
5
100
2.5
42.5
Gambar 3.3 merupakan gelombang PWM
dengan duty cycle yang berbeda beda sebagai drive
dari mosfet rangkaian Basic Switching.
Gambar 4.4 Tegangan Basic Switching menggunakan simulasi
PSIM
III. KESIMPULAN
Sampai terselesainya Tugas Akhir ini, saya masih belum
dapat membandingkan kualitas produktifitas jamur tiram,
dengan menggunakan miniature kumbung yang telah dibuat.
Pengaturan suhu dan kelembaban dengan menggunakan
sensor SHT10 dapat dilakukan dengan baik. Dengan
pengaturan melalui sprayer dan blower dari suhu 30°C dan
kelembaban 74% ke suhu 29.8°C dan kelembaban 90.8%
dapat dilakukan selama 9 menit.
Penurunan suhu untuk menjadi lebih rendah sulit
dilakukan karena desain dari kumbung jamur yang terbuat
dari plastik, sehingga menyerap suhu panas dari luar.
IV. DAFTAR PUSTAKA
[1] Ganjar, Budidaya jamur tiram, 28 Agustus 2008.
Gambar 3.3 Gelombang PWM
Gambar 4.4 merupakan hasil perhitungan tegangan
dan arus keluaran dari rangkaian Basic Switching
menggunakan software PSIM.
Diakses 15 Juni 2010 dari Balai Besar Pelatihan
Pertanian Lembang.
www.bbpp-lembang.deptan.ga.id
[2] Digiware, Data Sheet SHT11 Sensor Module,
PARALLAX 2010, hal.1.
www.digiware.com
[3] Dr. Zainal Salam, Power Electronics and Drives
(Version 3-2003), 2003
[4] http://id.wikipedia.org/wiki/Jamur_tiram
[5] http://ilmu-elektronika.co.cc/index.php/arus-bolakbalik-ac/rangkaian-penyearah-gelombang-rectifiercircuit.html
8