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
