JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6
1
PERANCANGAN KONTROL PID UNTUK MENGATUR TINGKAT KEJERNIHAN AIR PADA SISTEM PENGOLAHAN AIR BERSIH SKALA RUMAH TANGGA Zaid Marhi Nugraha, Ali Musyafa’ Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia E-mail:
[email protected] Abstrak— Saat ini sudah cukup banyak water treatment skala rumah tangga yang tersebar di masyarakat namun tidak memperhatikan aspek laju aliran air yang masuk ke dalam ke plant. Water treatment system adalah suatu sistem yang digunakan untuk mengolah air dengan kualitas yang kurang baik (air baku) menjadi air dengan kualitas yang sesuai dengan standar air bersih. Kontrol PID merupakan sistem kontrol yang cukup sederhana dan sangat sering digunakan dalam sistem pengendalian. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa pengaruh laju aliran air pada sistem pengolahan air bersih skala rumah tangga guna mengetahui pada laju aliran berapa sistem pengolahan air bersih mampu menghasilkan tingkat kejernihan air tertentu. Dalam sistem ini LDR digunakan sebagai sensor elemen feedback, arduino uno R3 berfungsi sebagai controller dengan memasukkan source code logika PID dan PWM yang kemudian menggerakkan aktuator berupa pompa air. Nilai aggKp=40, aggKi=200, aggKd=5 dan consKp=30, consKi=170, consKd=3 mampu menghasilkan respon sistem terbaik. Kecepatan laju aliran air yang masuk ke plant akan mempengaruhi hasil air keluaran dari plant. Pada laju aliran air rata-rata 2,39 x 10-2 L/s mampu menghasilkan air dengan tingkat kekeruhan 1,58 NTU. Kontrol pada sistem ini berhasil karena nilai error steady state berada pada kisaran 2-5%, yaitu 2,4%. Kata kunci : Kontrol PID, Tingkat Kekeruhan Air, LDR, PWM, Arduino Uno R3, Water Treatment
I. PENDAHULUAN
kebutuhan pokok manusia. Dalam sehariAirharimerupakan air selalu digunakan untuk minum, mandi, mencuci,
dan kebutuhan yang lain. Namun pada kenyataannya masih banyak daerah di Indonesia yang mengalami krisis air. Khususnya di daerah Jawa Timur, musim kemarau yang berkepanjangan menyebabkan banyak daerah yang kekeringan, tercatat terdapat 15 da erah yang mengalami krisis air bersih pada musim kemarau, contohnya adalah di daerah madura dan bojonegoro. Di daerah-daerah tersebut terkadang penduduk sampai harus menggunakan air sumur galian ataupun air sungai untuk kebutuhan sehari-hari, padahal kedua air tersebut kurang memenuhi standar air bersih. Hal ini akan menyebabkan di daerah-daerah tersebut prosentase penduduk yang terkena penyakit karena disebabkan penggunaan air bersih yang kurang memenuhi syarat kesehatan masih cukup tinggi. Kondisi diatas memerlukan sebuah solusi yang tepat agar dapat memenuhi kebutuhan masyarakat terkait ketersediaan air bersih. Oleh karena itu sebagai solusi dari permasalahan tersebut maka perlu ada sentuhan teknologi pengolahan air yang murah dan sederhana untuk skala
rumah tangga, yang dapat digunakan secara mandiri oleh masyarakat itu sendiri. Ada beberapa parameter yang dapat digunakan untuk mengetahui kualitas air, yaitu parameter fisik, parameter kimia, dan parameter biologi. Parameter fisik dapat dilihat dari unsur yang berhubungan dengan indra manusia misal kekeruhan, warna, dan bau. Parameter kimia merupakan keberadaaan beberapa unsur senyawa kimia dalam air seperti Fe, Mg, Ca, dsb. Sedangkan parameter biologi dilihat berdasarkan adanya mikroorganisme di dalam air. Kriteria kualitas air telah dibakukan dalam Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No.20 Tahun 1990. Saat ini sudah cukup banyak water treatment skala rumah tangga yang tersebar di masyarakat dengan menggunakan berbagai macam sistem filterisasi yang berbeda-beda. Namun banyak dari water treatment tersebut tidak memperhatikan dari aspek input laju aliran air. Oleh karena itu perlu diadakan sebuah analisa terhadap pengaruh laju aliran air pada water treatment yang menggunakan sistem filter tertentu, sehingga dapat diamati apakah laju aliran air berpengaruh dalam menghasilkan air dengan tingkat kejernihan yang diinginkan. Kontrol PID merrupakan sistem kontrol yang cukup sederhana dan sangat sering digunakan karena sistem kontrol ini kompatibel untuk dikombinasikan dengan sistem kontrol lainnya, seperti fuzzy kontrol, adaptif kontrol, ataupun yang lainnya. Oleh karena itu kontrol PID dirasa tepat digunakan dalam sistem water treatment ini agar dapat menjaga pressure dengan nilai tertentu yang telah ditentukan sebagai input [1]. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa pengaruh laju aliran air pada sistem pengolahan air bersih skala rumah tangga guna mengetahui pada laju aliran berapa sistem pengolahan air bersih mampu menghasilkan tingkat kejernihan air tertentu dengan cara membandingkannya pada parameter air bersih, kemudian laju aliran air tersebut dikontrol menggunakan kontrol PID sehingga mampu menjadi solusi dari krisis air bersih yang terjadi di beberapa daerah. II. URAIAN PENELITIAN Pompa air yang digunakan adalah pompa aquarium dengan spesifikasi power 38 watt, kapasitas 2400 liter/ jam, dan tinggi maksimum 2.0 meter. Untuk alat ukur laju aliran air menggunakan Flow meter. Flow meter menampilkan angka volume air yang melewati alat ukur ini dengan satuan m3 dengan ketelitian pembacaan yaitu empat angka di belakang koma. Kemudian untuk mengetahui laju aliran air, angka yang terbaca pada Flow meter ini dibagi dengan waktu yang diperlukan untuk mencapai angka tersebut (m3/s).
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6
2
Alur sistem secara keseluruhan digambarkan sebagai berikut:
Gambar 3. Susunan Filter pada Plant
Gambar 1. Sistem Secara Keseluruhan Mikrokontroller yang digunakan sebagai controller adalah ATmega 328P jenis AVR, memiliki 28 pin dan sudah langsung terintegrasi dengan Board Arduino Uno R3. Arduino Uno R3 memiliki 14 digital input/output 6 diantaranya dapat digunakan untuk PWM output, 6 analog inputs, 16 MHz osilator kristal, USB connection, power jack, ICSP header dan tombol reset. Panjang dan lebar papan Arduino Uno R3 adalah 2,7 inch dan 2,1 inch dengan konektor USB dan power jack [2]. Sehingga elemen-elemen tersebut jika digambarkan dalam bentuk diagram blok sistem adalah sebagai berikut.
Gambar 2. Diagram Blok Sistem Air pada bak penampungan akan disedot menggunakan pompa air yang kemudian melewati flow meter sehingga dapat diukur laju aliran air sebelum masuk ke plant water treatment. Hasil air keluaran dari plant diukur oleh sensor LDR, output voltage dari sensor ini di feedback kan ke arduino untuk dikontrol mendekati setpoint menggunakan PID kontrol sehingga dapat memberikan sinyal PWM pada rangkaian pengatur tegangan listrik AC yang mengakibatkan pompa dapat berputar lambat atau cepat. Water Treatment (Pengolahan air) merupakan suatu proses yang digunakan untuk membuat sumber air baku atau air limbah menjadi air yang dapat diterima bagi pengguna akhir sesuai dengan standar yang dibutuhkan (diinginkan) termasuk air bersih, air minum, air untuk proses industri, air pengobatan dan air untuk keperluan lainnya. Perancangan plant water treatment ini menggunakan tabung vertikal yang tersusun atas batu-batuan dan pasir sebagai media penyaringan air. Batu-batuan dan pasir yang digunakan sebagai media penyaring pada plant ini antara lain karbon aktif, karang jahe, pasir silika, batu apung, pasir ziolit, batu kali, batu ziolit, dan tawas. Untuk susunan dari batu-batuan dan pasir terlihat pada gambar 3 [3].
Kontrol PID adalah sebuah kontroler pada sebuah sistem instrumentasi dimana terdapat elemen feedback didalamnya. Komponen PID terdiri dari tiga yaitu P (Proportional), D ( Derivative) dan I ( Integral). Ketiganya dapat digunakan secara bersamaan ataupun sendiri-sendiri tergantung pada repon yang diinginkan dalam sebuah plant. Untuk merancang sistem kontrol PID, kebanyakan dilakukan dengan metoda coba-coba atau (trial & error). Hal ini disebabkan karena parameter Kp, Ki dan Kd tidak independent. Untuk mendapatkan aksi kontrol yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan kombinasi antara P, I dan D sampai ditemukan nilai Kp, Ki dan Kd seperti yang diiginkan. Dalam pengukuran kekeruhan air menggunakan metode Nephelometer. Metode Nephelometer adalah metode yang memanfaatkan intensitas cahaya yang dihamburkan oleh sampel. Intensitas cahaya yang dihamburkan ini berbanding lurus dengan jumlah zat-zat yang tersuspensi dalam lintasan cahaya tersebut [4]. Sebagai sensor untuk menangkap intensitas cahaya, menggunakan LDR. LDR adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri [5]. Sebagai sumber cahaya menggunakan LED superbright berwarna putih.
Gambar 5. Sensor Menggunakan LED Superbright dan LDR Untuk mengkonversi dari kekeruhan air agar dapat terbaca dalam satuan voltage maka harus menggunakan rangkaian pengkondisian sinyal. Rangkaian pengkondisian sinyal ynag digunakan adalah voltage devider. Range pembacaan sensor adalah 3,18 - 4,88 V. R 1 merupakan LDR sedangkan R 2 bernilai tetap 1 KΩ. Jika pada keadaan air keruh maka resistansi LDR akan naik mengakibatkan V out kecil begitu pula sebaliknya, jika air jernih maka resistansi LDR akan turun mengakibatkan V out besar.
Gambar 6. Voltage Devider
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6
3
Sebagai pengatur daya listrik pada pompa yang akan mempengaruhi kecepatan putaran pompa dibutuhkan rangkaian pengatur daya listrik AC. Komponen-komponen yang digunakan pada rangkaian pengatur tegangan AC antara lain: MOC3041, TRIAC BT139, Resistor 560 Ω, 560 Ω, 56 Ω, 39 Ω, 220 Ω, kapasitor 0,01 µF/400V, LED, dan Fuse 10 A. INPUT AC 220 V GND
LOAD
Gambar 7. Rangkaian Pengatur Daya Listrik Menggunakan TRIAC [6] Rangkaian isolasi berfungsi sebagai pemisah antara tegangan rangkaian kontrol yang berupa tegangan rendah DC terhadap tegangan rangkaian daya yang berupa tegangan tinggi AC. MOC3041 berfungsi sebagai optoisolators triac driver output yang memiliki fungsi zero voltage crossing. Triac dirancang sebagai suatu alat yang serbaguna dan ekonomis untuk pengendalian tegangan AC. Triac merupakan piranti bilateral, jadi istilah anoda dan katoda yang digunakan untuk piranti unilateral tidak memiliki arti. Oleh karena itu terminalnya didesain secara sederhana oleh MT1, MT2, dan G, dimana MT1 dan MT2 merupakan terminal pembawa arus, dan G, adalah terminal gate yang digunakan untuk memicu triac [7]. Cara pengaturan kecepatan yang digunakan adalah dengan menggunakan teknik PWM (Pulse Width Modulation). Teknik PWM untuk pengaturan kecepatan motor adalah pengaturan kecepatan motor dengan cara merubah-rubah besarnya duty cycle pulsa. Pulsa yang berubah-rubah duty cycle-nya inilah yang menentukan kecepatan motor. Semakin besar duty cycle maka semakin cepat kecepatan motor, dan sebaliknya semakinkecil duty cycle maka semakin pelan pula kecepatan motor, pulsa kotak dengan duty cycle [2]. Software yang digunakan pada sistem ini adalah arduino. L ogika kontrol PID dan sinyal Pulse Width Moulation (PWM) dituliskan dalam source code program ini sebagai kontroler.
Gambar 8. Tampilan source code pada Arduino Pembacaan sensor LDR, V out dari rangkaian voltage devider akan menjadi input untuk arduino. Penentuan set point dilakukan dengan cara melakukan uji coba terhadap hasil keluaran air bersih dari water treatment untuk mendapatkan nilai dalam bentuk voltage, didapatkan nilai 1,25 volt dan jika dikonversi dalam bentuk 10 bit menjadi 180.
Dalam menentukan komposisi nilai Kp, Ki, Kd menggunakan metode trial error. Variasi angka-angka yang dimasukkan sebagai nilai Kp, Ki, Kd mempertimbangkan sifat dari respon system. Dikarenakan metode ini tidak dapat memberikan jaminan kebenaran terhadap nilai yang dihasilkan maka dilakukan validasi terhadap masing-masing variasi nilai Kp, Ki, Kd dengan melihat respon sistemnya kemudian dianalisa mana yang mampu menghasilkan respon sistem yang terbaik. Nilai Kp, Ki Kd yang mampu menghasilkan respon sistem terbaik, maka nilai tersebut yang digunakan. Pemograman kontrol PID yang digunakan yaitu metode adaptive tuning. Dalam adaptive tuning terdapatdua kondisi yang ditetapkan yaitu jauh atau dekat nilai output sensor dari set point yang telah di tentukan. Nilai Kp, Ki, Kd terhadap dua kondisi tersebut pun akan berbeda-beda. Kondisi pertama apabila output jauh dari set point didapatkan sedangkan kondisi kedua apabila output dekat dengan set point [8]. III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Pengambilan data Sensor yang digunakan pada elemen feedback menggunakan LDR yang menggunakan prinsip menangkap intensitas cahaya yang dipancarkan oleh LED superbright. Dari hasil pengujian pada alat ukur ini didapatkan hasil 1,3 V untuk air jernih dan 1,1 V untuk air baku. Dikarenakan range pengukuran yang didapatkan terlalu kecil, maka perlu dicari persamaan linieritas dengan range 0 – 5 V yang kemudian persamaan tersebut dimasukaan pada source code Arduino. Pemograman di arduino menggunakan satuan bit, sehingga voltage yang didapatkan perlu dikonversi dalam 10 bit ketika dituliskan pada source code. Penetapan set point dilakukan dengan cara melakukan uji coba terhadap hasil keluaran air bersih dari water treatment didapatkan 1,25 V atau 180 (dalam bit). Selain itu untuk mengetahui respon sistem dalam menanggapi variasi set point, maka dilakukan pula uji coba dengan memasukkan angka set point minimum 0 yang berarti seakan-akan air sangat keruh dan maksimum 1024 yang seakan-akan air sangat jernih. Jika sensor berada pada keadaan gelap (air keruh) maka resistansi LDR akan naik, voltage keluaran sensor akan semakin kecil, yang kemudian kontroler (arduino dan rangkaian pembagi tegangan AC) akan memberikan aksi pada pompa untuk berputar pelan sehingga output yang diharapakan air dapat lebih jernih, voltage keluaran sensor naik. Begitu pula sebaliknya jika sensor berada pada keadaan terang (air jernih), resistansi LDR akan turun, voltage keluaran sensor akan semakin besar. Kemudian kontroler akan memberikan aksi pada pompa untuk berputar cepat sehingga output yang diharapakan air dapat lebih keruh, voltage keluaran sensor turun. Pada uji coba dengan set point 0, kondisi yang terjadi yaitu pompa berputar cepat dan terus menerus agar dapat mencapai kondisi air keruh (voltage rendah), namun pada kenyataannya air pada tabung plant water treatment sudah penuh terlebih dahulu karena set point tak kunjung turun hingga mencapai 0. Hal ini disebabkan karena laju aliran air yang masuk jauh lebih besar jika dibandingkan dengan laju aliran air yang keluar dari plant. Sedangkan untuk ujicoba dengan set point 1024, kondisi yang terjadi yaitu pompa berputar lambat, air yang mengalir menuju plant sangat pelan agar dapat mencapai A.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 kondisi air jernih (voltage tinggi). Kondisi awal saat sistem berjalan, pompa berputar pelan namun tetap dapat mengisi plant water treatment hingga tabung sensor terisi air. Saat tabung sensor berisi air maka voltage keluaran sensor tidak semakin naik sesuai keinginan set point akan tetapi menjadi semakin turun. Maka kontroler memberikan aksi pada pompa untuk berputar lebih lambat dari sebelumnya. Setelah berselang sekitar 20 menit tabung sensor kembali pada kondisi tidak ada air, hal ini disebabkan karena laju aliran air yang masuk jauh lebih kecil dibandingkan dengan laju aliran air yang keluar dari plant. B.
Pengujian Respon Sebagai kontroler pada sistem, logika PID dituliskan pada source code arduino. Penentuan nilai Kp, Ki, dan Kd menggunakan metode adaptive tuning dan trial error. Ada dua kondisi yang diberikan, aggressive dan conservative tuning parameter. Aggressive tuning parameter digunakan ketika output jauh dari set point sedangkan conservative tuning parameter digunakan ketika output dekat dengan set point. Nilai Kp, Ki, dan Kd dari masingmasing kondisi pun akan berbeda-beda. Hal ini akan memberikan keuntungan pada sistem, sehingga perilaku yang diberikan kepada sistem pun juga akan berbeda antara kondisi jauh dari set point atau kondisi dimana output dari sistem sudah dekat dengan set point [8].
Gambar 9. Grafik Respon Grafik yang ditunjukkan pada gambar 9 merupakan variasi Kp, Ki, dan Kd untuk set point di tetapkan 2 volt, sedangkan untuk nilai aggresive paramater Kp = 100, Ki = 20, Kd = 1, nilai conservative parameter Kp = 80, Ki = 10, Kd = 1. Dari grafik respon di atas terlihat bahwa sistem tidak mampu mencapai set point dan error steady state nya sangat besar. Gambar 10 menunjukkan grafik dimana nilai untuk aggresive parameter dimasukkan nilai Kp = 50, Ki = 250, Kd = 6 sedangkan untuk nilai conservative parameter Kp = 45, Ki = 240, Kd = 5. Grafik yang ditunjukkan sudah cukup baik tetapi kondisi masih belum bisa dikatakan stabil dan error steady state pun cukup besar.
4 grafik respon yang terbaik. Salah satu contoh grafiknya ada gambar 11.
Gambar 11. Grafik Respon Variasi nilai-nilai Kp, Ki, Kd tentunya dengan mempertimbangkan sifat dari respon system yang kemudian dilakukan validasi terhadap masing-masing variasi nilai Kp, Ki, Kd dengan melihat respon sistemnya kemudian dianalisa dan di pilih mana yang mampu menghasilkan respon sistem yang terbaik. Dari hasil trial error tersebut, maka didapatkanlah nilai Kp, Ki, dan Kd yang mampu menghasilkan respon sistem terbaik yaitu nilai aggresive paramater Kp= 40, Ki= 200, Kd=5 sedangkan untuk nilai conservative parameter Kp=30, Ki=170, Kd=3. Set point ditetapkan pada nilai 1,25 V. Nilai Ki besar agar sistem segera mencapai set point dan tidak membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai steady state serta memperkecil error steady state. Nilai overshoot tidak terlalu tinggi dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai maksimum overshoot cukup cepat dikarenakan nilai Kp yang tidak terlalu besar, sedangkan nilai Kd di tetapkan sangat kecil agar tidak menyebabkan overshoot yang terlalu besar. Output dari pembacaan sensor LDR akan menjadi input pada arduino. Sehingga error dapat dicari dengan set point – output sensor. B1. Inisialisasi Plant Setelah didapatkan nilai Kp, Ki, Kd yang sesuai, ada dua kondisi yang di uji coba pada sistem ini. Dua kondisi yang diuji cobakan ini berguna untuk inisialisasi kondisi plant, menentukan kondisi awal saat plant akan dijalankan. Uji coba yang pertama dilakukan yaitu dengan kondisi awal tabung sensor kekeruhan air dalam keadaan terisi air. Didapatkan hasil grafik pada gambar 12.
Gambar 12. Grafik Respon
Gambar 10. Grafik Respon Selain dua grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.1 dan 4.2, dilakukan pula uji coba sistem berkali-kali terhadap variasi-variasi nilai Kp, Ki, Kd lainnya untuk mendapatkan
Gambar 4.4 menunjukkan grafik respon yang baik, osilasinya tidak terlalu banyak, angka keluaran dari sensor pun dekat dengan set point. Waktu yang dibutuhkan menuju kondisi steady state juga tidak terlalu tidak lama. Pada kondisi awal, sensor telah membaca air yang berada pada tabung sensor kekeruhan air senilai 1,27 V, bisa dilhat pada tabel 1 sehingga sistem tidak terlalu susah untuk mencapai kondisi stabil. Namun berbeda kondisinya pada
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 uji coba yang kedua, yaitu kondisi awal tabung sensor tidak terisi air. Output sensor masih jauh dari set point dikarenakan tabung sensor masih dalam keadaan kosong, sehingga untuk mencapai kestabilan membutuhkan waktu lebih lama dari uji coba yang pertama. Kondisi kedua inilah yang ditetapkan menjadi kondisi awal plant sebelum sistem di jalankan karena mampu menunjukkan grafik respon yang baik, sehingga dapat dilakukan analisa untuk mencari nilai overshoot, peak time, settling time, dan error steady state. Data lengkap dari kondisi kedua ini kemudian di plot dalam bentuk grafik sehingga dapat memunculkan gambar grafik respon sistem sebagai berikut
5 dengan laju aliran dan kejernihan tertentu kepada plant pada saat kondisi respon telah stabil. Pada uji coba kali ini set point ditetapkan di nilai 3,63 volt. Gambar 4.7 merupakan grafik respon sistem yang menjelaskan hasil dari percobaan kali ini. Untuk mencapai kondisi steady state, sistem membutuhkan waktu 992 de tik, ditandai dengan huruf (a). Kemudian diberikan gangguan berupa penambahan air keruh dengan laju 0,05 L/s pada detik ke 1301 (b). Ketika diberikan disturbance berupa penambahan air keruh, grafik respon menunjukkan sistem kembali mengalami ketidakstabilan, nilai turun kurang dari set point, menunjukkan output air yang terbaca oleh sensor lebih keruh. Hal tersebut mengakibatkan pompa berputar lebih lambat dari sebelumnya sehingga laju aliran air yang masuk kepada plant akan menjadi lebih kecil. Sehingga pada detik ke 1542 (c), sistem kembali berhasil mencapai set point dan bertahan pada kondisi steady state. Dapat disimpulkan respon sistem cukup baik dalam menanggapi disturbance, hanya butuh waktu 241 de tik untuk dapat kembali pada kondisi steady state. (a)
(b)
(c)
Gambar 13. Grafik Respon D2. Analisa Respon Sistem Dikarenakan gambar 13 adalah grafik respon terbaik maka dilakukanlah analisa terhadap grafik respon untuk mengetahui nilai maksimum overshoot, undershoot, rise timer, settling time, peak time, dan error steady state.
Gambar 15. Grafik Respon Sistem Ketika diberi Disturbance
Gambar 14. Analisa Grafik Respon Sistem Maksimum overshoot adalah nilai respon tertinggi terhadap set point, dalam bentuk prosentase, bernilai 62,4%. Peak time adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai peak pertama, 289 detik. Undershoot adalah nilai respon terendah terhadap set point, dalam bentuk prosentase. Pada detik ke 469 nilai undershoot dari respon sistem bernilai 66,4%. Rise time adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai set point pertama kali, 321 detik. Settling time adalah waktu yang di butuhkan untuk mencapai kondisi steady state, 971 detik. Error steady state adalah selisih antara nilai respon saat steady dikurangi dengan set point, dibagi dengan nilai set point dikalikan 100%, bernilai sebesar 2,4%. Kontrol pada sistem ini berhasil karena nilai error steady state sistem berada dalam range yang dapat ditoleransi yaitu berkisar antara 2-5%. Pada percobaan kedua ini pula dilakukan pengukuran laju aliran air untuk mengetahui berapa laju aliran air ratarata sehingga mampu menghasilkan kondisi yang stabil. didapatkan hasil 2,39 x 10-2 L/s. D3. Uji Coba Respon Sistem Terhadap Disturbance Uji respon sistem terhadap disturbance (gangguan) dilakukan dengan cara menambahkan secara manual air
D4. Validasi Air Hasil Keluaran Water Treatment Dalam menjalankan sistem ini satuan besaran yang digunakan untuk menilai tingkat kekeruhan air masih dalam bentuk voltage. Oleh karena itu perlu dilakukan validasi dengan cara mengkonversi dari satuan voltage ke dalam satuan tingkat kekeruhan air (NTU). Dilakukan pengujian dengan menggunakan alat ukur Turbidity Meter. Hasil pengukuran untuk air bersih hasil dari water treatment sesuai dengan set point yang di inginkan adalah 1,58 NTU dengan laju aliran rata-rata adalah 0,02 L/s. Sedangkan untuk air baku, sebesar 3,76 NTU. Selain itu juga dilakukan pengukuran untuk beberapa variasi laju aliran yang lain, untuk laju aliran air sebesar 0,14 L/s menghasilkan nilai 1,66 NTU sedangkan untuk laju aliran air 0,1 L/s sebesar 1,44 NTU. Data tersebut menunjukkan bahwa laju aliran air yang berubah dapat mempengaruhi tingkat kekeruhan air hasil dari water treatment. Dapat disimpulkan sistem mampu menghasilkan air bersih sesuai dengan standar yang dikeluarkan oleh Permenkes No. 40/1990 yaitu tidak lebih dari 5 NTU. IV. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut : • Digunakan sensor LDR sebagai elemen feedback yang mampu menghasilkan pengukuran 1,3 V untuk air jernih dan 1,1 V untuk air baku.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 • Nilai Kp, Ki, Kd yang mampu menghasilkan respon sistem terbaik dengan setpoint 1,25 V yaitu menggunakan nilai aggKp= 40, aggKi= 200, aggKd= 5 dan consKp= 30, consKi=170, consKd=3. • Maksimum overshoot = 62,4%, peak time = 289 detik, undershoot = -66,4%, rise time = 321 detik, settling time = 971 detik, error steady state = 2 ,4%, kontrol pada sistem ini berhasil karena nilai error steady state berkisar antara 2-5%. • Semakin cepat laju aliran air yang masuk ke plant maka air yang dihasilkan akan semakin keruh, begitu sebaliknya jika laju aliran air yang masuk diperlambat maka air yang dihasilkan akan lebih jernih. Pada laju aliran air rata-rata 2,39 x 10-2 L/s mampu menghasilkan air dengan tingkat kekeruhan 1,58 NTU. • Penelitian ini sangat cocok diterapkan di rumah tangga karena cukup efisien sehingga dapat bermanfaat untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih setiap harinya. V. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada seluruh dosen dan staff pengajar Jurusan Teknik Fisika, dan seluruh Mahasiswa Teknik Fisika, atas seluruh ilmu dan pengalaman yang telah diberikan selama ini. DAFTAR PUSTAKA
[1] Ali, Muhamad. 2004. “Pembelajaran Perancangan Sistem Kontrol PID Dengan Software Matlab”. Jurnal Edukasi Elektro Vol. 1, No. 1, hlm. 1 –8 [2] Antoni, Roza, dkk. 2008. " Perancangan Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan Zig Bee Pro Berbasis Arduino Uno Atmega 328P". Teknik Elektro Universitas Maritim Raja Ali Haji [3] Endarko, dkk. 2013. " Rancang Bangun Sistem Dekontaminasi dan Sterilisasi Pada Proses Penjernihan Air Sungai Berbasis Lampu Ultraviolet (UV)". Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya [4] Rasyid, Rahmat, dkk. 2013. "Uji Sensitivitas Sudut Hamburan Kekeruhan Air Bersih Dari Rancang Bangun Alat Ukur Nephelometer". Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung [5] Ginting, Filemon J, dkk. 2013. "Perancangan Alat Ukur Kekeruhan Air Menggunakan Light Dependent Resistor Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535". E-Journal Teknik Elektro dan Komputer UNSRAT [6] Prasetyo, Yani. 2011. “ Implementasi Sistem Pengendalian Model Predictive Control Pada Quadruple Tank”. Undergraduate Thesis of Physics Engineering RSF 629.8 Pra i [7] Handoko, Susatyo dan Nugroho, Agung. 2007. "Konverter Ac-Ac Satu Fasa Berbasis Mikrokontroller". Jurnal Teknik Elektro Jilid 09 Nomor 2 halaman 152-157 [8] Gerry, John. 2005. “Adaptive Tuning - Expectations and Limitations”. ExperTune Inc [9] Darsono, Valentinus. 1999. "Perencanaan Instalasi Pengolahan Air Bersih Universitas Atma Jaya Yogyakarta". Jurnal Teknologi Industri, 1999, VOL. III, NO. 1, Hal. 79-86 ISSN 1410-5004 [10] Ekavandy, Septian dan Happyanto, Dedid Cahya. 2013. "Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa dengan Metode PID Self Tuning Berdasarkan Fuzzy pada Rancangan Mobil Hybrid". Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya [11] Nuzula, Nike Ika dan Endarko. 2013. "Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Kekeruhan Air Berbasis Mikrokotroler ATMega 8535". Jurnal Sains dan Seni POMITS Vol. 2, No. 1 halaman 1-5 [12] Ramadhan, Muhammad Furqan. 2012. " Perancangan Sistem Gerak Motor Pada Robot Beroda Berbasis Arduino Atmega 128". Naskah Publikasi Sekolah Tinggi Manajemen Informatika Dan Komputer Amikom Yogyakarta [13] Setiawan, Muhammad Rizki, dkk. 2012. " Kontrol Kecepatan Motor DC Dengan Metode PID Menggunakan Visual Basic 6.0 Dan Mikrokontroler ATmega 16". Jurnal EECCIS Vol. 6, No. 2 [14] Wijaya, Eka Candra. 2004. "Auto Tuning PID Berbasis Metode Osilasi Ziegler-Nichols Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 pada Pengendalian Suhu". Publikasi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Indonesia
6
