Bab V PENGUJIAN, PENGAMBILAN DATA, ANALISIS DAN KALIBRASI
V.1 Kalibrasi Sensor Metode Kalibrasi Pengujian untuk sensor ketinggian dilakukan dengan mengalirkan 157 mili liter larutan ke dalam tabung pencampur per pengalirannya. Jika tabung telah terisi penuh proses pengaliran kembali diulang hingga 5 kali pengukuran. Kaki kawat yang terhubung dengan hambatan sebesar 330 Ω diukur tegangannya. Pengukuran tegangan dilakukan untuk sampling waktu 1 detik. Hasil pengujian didapatkan data sebagai berikut. Pengukuran rata-rata R=330Ω Setting Sampling Waktu 1 detik
Tegangan (Volt)
V.1.1
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 157
314
471 628 785 Volume (ml)
942 1100
Gambar 5.1 Pengukuran rata-rata R=330 Ohm Sensor Volume
Nilai dari linearitas pengukuran ini adalah y=0,00099x + 0,5364 dengan R2=0,9687. Standard deviasi pengukuran untuk sampling
43
waktu 1 detik berada pada rentang 0,02 sampai 0,07 Volt. Kesalahan rata-rata didapatkan sebesar 4,95 %.
Ketidakstabilan data pengukuran yang didapat dari pengukuran diatas kemungkinan disebabkan oleh mengalirnya arus yang tidak hanya dari permukaan larutan, melainkan tersedianya waktu bagi arus untuk masuk ke permukaan larutan dan mengalirkan arus dari berbagai sisi arah. Hal tersebut menyebabkan tanggapan yang diterima oleh pencacah tegangan sudah terganggu oleh banyaknya data gangguan.
V.1.2
Konversi Nilai Tegangan ke Volume Proses konversi akan menentukan seberapa besar tegangan keluaran, besarnya tegangan akan dideteksi oleh ADC 8 bit yang diuraikan dalam kode digital untuk dibaca oleh komputer dan menentukan seberapa banyak jumlah larutan yang masuk ke dalam tabung pencampur. Gambar di bawah ini adalah grafik konversi nilai tegangan terhadap volume larutan. Karena pengukuran volume larutan hanya pada rentang 0 sampai 1500 ml saja, oleh karena itu data tegangan yang kemungkinan diukur juga hanya berkisar pada angka 0-2,05 Volt. Artinya jika terdapat tegangan yang masuk sebesar 1 Volt itu itu artinya ketinggian larutan yang terdapat di tabung pencampur sekarang adalah 5,95 cm atau jumlah larutan yang ada di tabung pencampur sekarang adalaah 468 mililiter larutan.
44
1800 1600
y = 1008.7x - 540.98
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Gambar 5.2 Grafik konversi tegangan terhadap volume aliran yang masuk ke tabung pencampur
V.2 Pengukuran Kecepatan Aliran Larutan pada Tabung Dari keseluruhan 8 tabung yang terpasang pada sistem, prroses pengujian dilakukan untuk tabung 2, tabung 4 dan tabung 5. Tujuan pengujian ini adalah untuk menghitung kecepatan aliran dari turunnya larutan pada masing-masing tabung
Pada proses pengukuran laju aliran larutan untuk tabung 2 dengan jumlah step yang berbeda didapatkan hubungan antara jumlah step terhadap kecepatan aliran sebagai berikut.
Gambar diatas memperlihatkan salah satu pengaruh gerakan jumlah step pada tabung 2 terhadap kecepatan aliran dari larutan. Jumlah step 65 adalah jumlah step bukaan sebesar 80% dari tabung 2. Sedangkan untuk bukaan 0% kecepatan aliran terjadi pada laju 4 ml/s. Hal ini dikarenakan meskipun tidak ada gerakan
45
sama sekali dari motor stepper, namun valve masih dalam keadaan terbuka di masing-masing sisinya.
Kecepatan Aliran (ml/s)
Jumlah Step vs Kecepatan Aliran Tabung 35 30 25 20 15 10 5 0
Tabung 2 Linear (Tabung 2)
0
20
40
60
80
Jumlah Step
Gambar 5.3 Kalibrasi Jumlah Step terhadap Kecepatan Aliran Larutan
V.3 Sistem Fuzzi V.3.1
Model logika fuzzi Dalam model logika fuzzi sistem Hidroponik Tomat NFT, kontrol fuzzi digunakan untuk mengontrol jumlah volume dari masing-masing larutan yang masuk ke tabung pencampur. Jumlah volume yang masuk ke dalam tabung pencampur dijadikan sebagai input fuzzi. Sedangkan
output fuzzi berupa besar bukaan untuk masing-masing motor steper.
Mekanisme interferensi logika fuzzi yang digunakan adalah inferensi Mamdani Centroid. Uji penerapan dilakukan pada jangkauan input yang terletak pada nilai 0 sampai 500 ml dan output yang terletak pada nilai 0-75 step.
46
Input Voolume
Gambar 5.4 Input I variabel volume
Gambar diatas mennunjukkan variabel v fuzzzi berupa besar volum me dengan jangkauan 0-500 ml. Hiimpunan fuzzzi dari bessar volume ini i memiliki 5 buah hiimpunan yaaitu “SngtKeecil”, “Keciil”, “Sedangg”, “Besar”, dan “SngtB Besar” dengaan bentuk fuungsi keangggotaan segitiiga (trimpf). Domain him mpunan “SnngtKecil” [00-150], “Keecil” [50-2500], “Sedang”” [150-350],, “Besar” [2250-450], daan “SngtBesaar” [350-5000]. Titik perssilangan terletak pada niilai 100; 2000; 300; dan 400. 4
i “SngttKecil”, “Keecil”, “Sedaang”, “Besaar” Pemilihann domain input maupun “SngtBesarr” dengan rentang selangnya masing-masi m ng bertujuann untuk menndapatkan kecepatan aliiran tertentuu dari tiap-tiiap domain himpunanny h ya. Kecepataan aliran daari masing-m masing laruttan merupakaan fungsi daari besar buukaan dari step s fuzzi yang tidak laain adalah fuungsi output dari variabel volume.
47
Output Besar B Bukaaan
Gamb bar 5.5 Outputt variabel Bukaaan Stepper
Gambar 5.4 menunjuukkan variabbel output fuzzi f berupaa besar bukaaan i dengan jangkauan 0-75 step. Hiimpunan fuzzzi dari bessar volume ini memiliki 5 buah him mpunan yaiitu “SK”, “K”, “ “S”, “B B”, dan “SB B” dengan bentuk funngsi keangggotaan seggitiga (trim mpf). Domaain himpunann “SK” [0-220], “K” [2,55-27,5], “S” [20-55], “B B” [27,5-52,55], dan “SB”” [55-75].
Pemilihann domain tersebut t diddasarkan paada kebutuhhan kecepattan aliran yanng diharapkkan. Terlihat bahwa rentang nilai steep fuzzi darii 0 sampai 75 7 dibagi menjadi m lima grup. Masiing-masing grup g memiliiki nilia stepp fuzzi dengaan derajat keeanggotaan terbesar, yakkni 1. Sebaggai contoh pada p rentanng pertama yakni daerrah domain input “SK K”, Kecepataan Aliran larrutan yang diharapkan d a adalah antaraa 0-1 ml/detik. Hal ini membuat m nilaai puncak daari himpunann berada padda titik 3 steep. Kondisi yang y sama juga j terjadi dengan dom main himpunan “K”, “S S”,
48
“B” dan “SB” yang memiliki nillai puncak di d titik 20, 38, 3 55, dan 73. 7 yang dihaarapkan mem miliki kecepaatan aliran sebesar 6-7 ml/detik, m 12-13 ml/detik, 18-19 ml//detik dan 24-25 ml/ddetik ketikaa mengalirkkan larutannyya.
Aturan m d nilai inpput terhadapp output, maaka Untuk mendapatkan pemetaan dari dari itu If-then If aturaan diaplikasikan dalam model m sistem m logika fuzzzi ini. Gam mbar dibawaah ini menjelaskan baggaimana hubbungan antaara input terhhadap outputt pada sistem m logika fuzzzi.
Gambarr 5.6 Tampilan Aturan yang digunakan d padaa Logika Fuzzii
Terdapat lima aturan dari sistem logika fuzzii ini, yaitu: v padaa input 1 “SnngtKecil” maaka output buukaan “SB”, 1. Jika volume 2. Jika volume v padaa input 1 “Keecil” maka output o bukaaan “B”, 3. Jika volume v padaa input 1 “Seedang” makaa output bukaaan “S” 4. Jika volume v padaa input 1 “Beesar” maka output o bukaaan “K”, dan
49
5. Jika volume pada input 1 “SngtBesar” maka output bukaan “SK”
Uji Sistem Fuzzi Pada ujicoba ini, proses pengaliran dihentikan ketika volume larutan dari masing-masing tabung mencapai 500 ml. Kecepatan aliran yang diharapkan berkisar antara 0-25 ml/s. Oleh karenanya pemilihan domain input dan output terletak pada semesta 0-500 ml dan 0-75 step. Dari percobaan yang dilakukan, didapat data sebagai berikut, Uji Sistem Fuzzi
Jumlah Volume (ml)
V.3.2
600 500 Tabung 2
400 300
Tabung 4
200
Tabung 5
100 0 0
5
10
15
Pengukuran
Gambar 5.7 Uji sistem fuzzi untuk tiga tabung
Kondisi awal tabung terisi dengan larutan sebanyak 50 ml. Selanjutnya, set point untuk pengaliran pertama dilakukan dengan pemberian input fuzzi dengan bukaan 30 step dengan selang waktu 5 detik. Dengan bukan tersebut diharapkan kecepatan aliran dari tabung adalah 10 ml/detik. Oleh karena itu untuk nilai puncak pada himpunan “SangtKecil” terletak pada angka 50 ml. Dengan pemilihan titik
50
puncak di angka tersebut memungkinkan nilai dari setting point pertama terletak pada daerah himpunan tersebut.
Sementara itu pemilihan domain output untuk bukaan stepper yang memiliki 5 buah himpunan “SK” [0-20], “K” [2,5-27,5], “S” [20-55], “B” [27,5-52,5], dan “SB” [55-75] dengan bentuk fungsi keanggotaan segitiga (trimpf) dimaksudkan untuk mendapatkan hasil fuzzi setelah proses pertama pada himpunan “SB”. Hal tersebut dikarenakan pada daerah domain “SB” larutan dari masing-masing tabung akan mengalirakan larutannya dengan kecepatan 22-24 ml/detik. Dengan kecepatan tersebut maka dapat diprediksi bahwa input fuzzi selanjutnya terletak di domain himpunan “K”. Tabung 2 Peng Step Δvol 0 30 0 1 60 40 2 51 80 3 30 125 4 17 100 5 7 55 6 7 50
Tabung 4 Peng Step Δvol 7 30 0 8 61 35 9 49 95 10 38 70 11 29 50 12 20 55 13 17 40 14 8 50 15 7 50
Tabung 5 Peng Step Δvol 16 30 0 17 61 30 18 48 105 19 34 80 20 27 50 21 22 25 22 19 25 23 17 35 24 11 35 25 7 20 26 7 20 27 7 20 Tabel 5.1 Data perubahan Step terhadap Jumlah Volume yang masuk untuk tiap tabung
Tabel diatas memperlihatkan jumlah pengukuran yang dibutuhkan oleh masing-masing tabung untuk mencapai setting point-nya. Step menjelaskan output dari fuzzi yang digunakan untuk menggerakkan
51
motor stepper. Sedangkan ΔVol adalah selisih antara volume setelah dialirkan terhadap volume sebelumnya untuk tabung yang diamati.
Pada uji sistem fuzzi untuk tabung dua proses untuk mencapai set point 500 ml lebih cepat daripada yang dilakukan oleh tabung empat dan tabung lima. Pada tabung dua jumlah larutan 500 ml tercapai pada pengaliran ke-enam, sedangkan pada tabung empat dan tabung lima jumlah larutan yang sama dicapai pada pengaliran ke-delapan tabung empat (atau pegukuran ke lima belas dari pengukuran pertama) dan pengaliran ke sebelas tabung lma atau (pengukuran ke dua puluh tujuh dari pengaliran pertama). Hal ini dikarenakan untuk keadaan diam (idle) pada tabung dua akan mengalirakan larutan sebanyak 4 ml untuk setiap detiknya. Sedangkan tabung empat dan tabung dua sendiri relatif lebih stabil (tidak atau hanya sedikit larutan yang mengalir) untuk keadaan diam.
Pada pengaliran pertama masing-masing tabung, yaitu dengan perintah bukaan step sebesar 30 menghasilkan keluaran jumlah volume sebesar 40 ml untuk tabung 2, dan 35 liter untuk tabung 4 dan tabung 5. Sebagai perbandingan seting awal fuzzi diharapkan akan megalirkan 50 ml larutannya. Jumlah volume aktual yang masuk ke dalam tabung pencampur memerintahkan kembali fuzzi untuk memberikan perintah menggerakkan motor steppernya. Pada kondisi ini jumlah stepper fuzzi akan menurun sesuai dengan no pengukurannya. Jumlah stepper fuzzi yang menurun ini sebanding dengan jumlah volume larutan yang berkurang
ketika
masuk
ke
tabung
pencampur
pada
tiap
pengukurannya. Hal itu tercipta untuk pengukuran pada tabung 5. Sedangkan pada tabung 2 dan tabung 4 anomali terjadi pada
52
pengaliran ke-5 dan 6 untuk tabung 2 dan pengaliran ke-8 dan 9 untuk tabung 4. Kemungkinan ini terjadi dikarenakan jeda antar pengaliran yang cukup lama sehingga tabung 2 dan tabung 4 mengalirskan larutannya meskipun dalam keadaan diam (idle).
Konsentrasi Larutan
Grafik Konsentrasi Larutan 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0
Tabung 2 (Set Point [M] = 0.0051 M) Tabung 4 (Set Point [M] = 0.0063 M) Tabung 5 (Set Point [M] = 0.0133 M) 0
10
20
30
No Pengukuran Gambar 5.8 Indeks Pengukuran terhadap pergerakan konsentrasi larutan
Gambar 5.7 memperlihatkan pergerakan dari konsentrasi larutan masing-masing tabung ketika terjadi pencampuran pada tabung pencampur. Konsentrasi awal menunjukkan konsentrasi yang terdapat pada masing-masing tabung. Konsentrasi awal ini berbeda untuk masing-masing tabung, tergantung dari setinganya. Setingan tersebut yang menentukan berapa banyak larutan yang diperlukan untuk dialirkan. Lalu setelah dialirkan didapat konsentrasi akhir dari larutan. Konsentrasi akhir ini kemudian dibandingkan dengan konsentrasi harapan yang terdapat pada tabel 2.1 data kebutuhan nutrisi tomat.
53
Dalam percobaan ini, tabung 2 memiliki konsentrasi larutan Monopotasaium Phosphate sebesar 0.015 M, sedangkan tabung 4 dan tabung 5 konsentrasinya larutan Potassium Nitrate dan Magnesium Sulfate sebesar 0.02 M dan 0.043 M. Untuk mendapatkan nilai konsentrasi yang diharapkan maka masing-masing tabung diharapkan mengalirkan volumenya sebesar 500 ml (Persamaan 2.2 dan 2.3).
Pada tujuh pengaliran pertama melalui tabung 2 tidak terjadi penngenceran
sama
sekali.
Nilai
dari
konsentrasi
larutan
Monopotassium Phosphate pada tabung pencampur masih tetap sama dengan nilai konsntrasi di tabung 2, yaitu sebesar 0.015 M. Dengan demikian kesalahan yang terdapat pada pengukuran ini masih sebesar 195%.
Setelah itu proses selanjutnya adalah pengaliran larutan Potassium Nitrate pada tabung 4. Proses pencampuran yang terjadi adalah pegentalan larutan Potassium Nitrate lalu kemudian larutan tersebut diencerkan. Sedangkan pada larutan Monopotassium Phosphate prosesnya adalah pengenceran larutan. Pada pengenceran ke-15 didapatkan nilai konsentrasi larutan Monopotassium Phosphate pada tabung 2 dan Potassum Nitrate pada tabung 4 adalah sebesar 0.00733769 M dan 0.0094975 dengan kesalahan masing-masing larutan sebesar 48% dan 38%.
Pengaliran terakhir terjadi untuk tabung 5 untuk larutan Magnesium Sulfate. Proses pengaliran ini adalah pengentalan larutan Magnesium
54
Sulfate serta pengenceran larutan Monopotassum Phosphate dan Potassium Nitrate. Pada percobaan ini 11 pencampuran yang dilakukan
oleh
larutan
Magnesium
Sulfate
terhadap
larutan
Monoptassium Phosphate dan Potassium Nitrate menghasilkan konsentrasi akhir dari masing-masing larutan sebesar 0.00503336 M (Monopotassium Phosphate), 0.0066443 M (Potassium Nitrate), dan 0.01395303 M (Magnesium Sulfate) dengan kesalahan akhir masingmasing larutan sebesar 1.3%, 3.46% dan 4.9% (lihat tabel 5.2). No Tabung
Larutan
Konsentrasi Awal (M)
Konsentrasi Akhir (M)
Konsentrasi Harapan
Kesalahan (%)
2
Monopottasium Phosphate
0.015
0.0050336
0.0051
1.302803
4
Pottasium Nitrate
0.02
0.0066443
0.0063
5.465004794
5
Magnesium 0.042 0.013953 0.0133 4.909925821 Sulfate Tabel 5.2 Data Konsentrasi awaal dan akhir larutan untuk tiap tabung
V.4 Penerapan Kontrol Nutrisi Gambar 5.9 memperlihatkan ke-delapan tabung dari nutrisi yang akan mengalirkan larutannya ke dalam tabung pencampur. Kedelapan tabung tersebut berisi 8 larutan nutrisi yaitu Monopottasium Phosphate, Potassum Nitrate, Magnesium Sulfate, Potassium Chloride, Calcium Nitrate, Campuran iron Chelate, Micronutrient, dan Air Aquades.
55
Gambar 5.9 Delapan tabung larutan untuk nutrisi tanaman tomat
Sedangkan untuk pengaliran nutrisi dari tabung pencampur diatur dengan kecepatan konstan 20 ml/detik. Gambar dibawah ini memperlihatkan bagaimana aliran larutan mengalir pada wadah penanaman. Terlihat bahwa pada ujung bagian kiri larutan keluar dari tabung pencampur, dan dialirkan menuju tempat pembuangan sementara di bagian ujung yang kanan.
Gambar 5.10 Gambar Wadah penanaman, tempat pengaliran untuk Hidroponik NFT tanaman tomat
56
Setelah dipastikan larutan mengalir dengan lancar, penanaman tumbuhan tomat untuk sistem hidroponik NFT dilakukan. Sterofoam yang telihat berwarna putih di gambar 5.11 berfungsi sebagai penahan tanaman agar dapat berdiri di wadah penanaman. Pada saat penempatan di media sterofoam perlu dipastikan bahwa akar tanaman dapat benar-benar menerima nutrisi yang dialirkan di wadah penanaman tersebut.
Gambar 5.11 Tanaman tomat yang disimpan pada media Sterofoam, sistem aliran hidroponik NFT mengalir pada akar tanaman
Hasil implementasi dari rancangan sistem pada bab IV diperlihatkan oleh gambar 5.12 di halaman 57. Sistem yang telah dibangun memiliki tinggi 1.46 m dengan lebar 1.2 meter. Tiang-tiang penyannga dibuat dari campuran alumanium dan besi. Untuk jalur pengaliran nutrisi digunakan selang dengan diameter 4 cm. Wadah penanaman berdimensi 43 × 21 × 18 cm. Jalur komunikasi dilakukan dengan menggunakan tiga buah kabel paralel dengan panjang 1.5 meter dengan dua buah kabel untuk menghubungkan plant dan mikrokontroller dan satu buah kabel lainnya untuk menghubungkan mikrokontroller dan komputer. Selain itu juga digunakan satu buah kabel serial dengan panjang 3 m untuk memgirimkan data dari komputer ke mikrokontroller.
57
Gambar 5.12 Implementasi perancangan sistem untuk hidroponik NFT tanaman tomat
Gambar keseluruhan sistem yang dihasilkan diperlihatkan oleh gambar 5.13 dibawah ini.
Gambar 5.13 Implementasi keseluruhan perangkat sistem hidroponik NFT tanaman tomat
58
