Rancang Bangun Pengendali Intensitas Cahaya Pada Fotobiorektor Vertikal

Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem Vol. 2 No. 3, Oktober 2014, 176-187

Rancang Bangun Pengendali Intensitas Cahaya Pada Fotobiorektor Vertikal Nugroho Nimpuno*, Musthofa Lutfi, Bambang Dwi Argo, M. Bagus Hermanto Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145 *Penulis Korespondensi, Email: [email protected] ABSTRAK Fotobioreaktor vertikal merupakan alat simulasi untuk pengembangbiakan atau budidaya mikroalga. Dengan ada nya fotobioreaktor yang sudah ada, perlu adanya penyempurnaan terhadap alat itu sendiri. Fotobioreaktor yang ada akan disempurnakan yaitu adanya penambahan naungan (atap) dengan maksud untuk mengendalikan intensitas cahaya yang dibutuhkan pada pertumbuhan mikroalganya. Didalam mengetahui hasil yang terbaik dari alat pengatur naungan (atap) pada Fotobioreaktor ini maka diperlukan beberapa pengujian yaitu sensitivitas sensor cahaya dan pengujian pergerakan naungan (atap) Fotobioreaktor yang akan dilakukan di Laboratorium Workshop Mekatronika Agroindustri Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya. Pengujian sensitivitas dan pergerakan naungan dilakukan di Laboratorium dan dilaksanakan selama satu hari untuk mengetahui sensitivitas sensor cahaya Pengambilan dan pencatatan data dilakukan pada titik-titik ekstrim yang menunjukkan kondisi perubahan intensitas cahaya yaitu pada pukul 06.00 WIB, 09.00 WIB, 12.00 WIB, 15.00 WIB, 18.00 WIB. Pengambilan sampel pada jam tersebut dikarenakan waktu-waktu itulah terjadi perubahan intensitas cahaya secara ekstrim. Sejalan dengan pengujian tersebut, peengujian dengan pengembangbiakkan mikroalga jenis Chlorella sp. Grafik pertumbuhan mikroalga mengalami kenaikan semenjak hari pertama hingga hari keempat, kemudian grafik mengalami penurunan di hari kelima dan seterusnya. Intensitas cahaya yang tertinggi selama penelitian berlangsung yaitu 868 lux, rata – rata intensitas cahaya yaitu diantara 600 lux hingga 900 lux. Kemudian derajat bukaan naungan (atap) atau pergerakan yang terbesar yaitu 85˚. Terakhir yaitu kepadatan mikroalga Chlorella sp. yang tertinggi yaitu pada hari keempat sebesar 2,63 x 107 sel/ml. Kata Kunci: Mikroalga, Fotobioreaktor, Fotodioda, Mikrokontroler ATMega 16

Design of Light Intensity Control in Vertical Photobioreactor ABSTRACT Vertical photobioreactor is a simulation tool for breeding or cultivating microalgae. There is a need in updating a previous version of photobioreactor, by adding or enhancing a roof that can control the intensity amount of light which is required for microalgae to grow. The experiment was to find the data on photo bio reactor with addition shade control device was did on Laboratoryvof Mechatronics Agroindustry Workshop Faculties Agricultural Technology University Brawijaya. The experiment based on two tests, which is the amountbof sensitivity light sensor and the movement of shade control device. The testing was did on 06.00 Indonesia Western Time (IWT), 09.00 IWT, 12.00 IWT, 15.00 IWT, 18.00 IWT. Extreme change of a light intensity at that time was became a reason to choose that time. At simultaneously, the test for cultivating microalgae Chlorella sp. was being done. The Growth of microalgae at the graph was increase at first day until fourth day, and then decreases after the fifth day and so on. The Highest light intensity during the experiment is 868 lux, average light intensity is between 600 lux to 900 lux. the degree of shade openings ( roof ) or the largest movement of 85° and the density of microalgae Chlorella sp. which is the highest happen at the fourth day amounted to 2.63 x 107 cells / ml . Keywords: Microalgae, photobioreactor, photodiode, microcontroller AT Mega16

Rancang bangun pengendali cahaya fotobioraktor vertikal – Nimpuno dkk – Nasution dkk

176


PENDAHULUAN Mikroalga dapat hidup hampir di semua tempat yang memiliki cukup sinar matahari, air dan CO2. Diperkirakan mikroalga mampu menghasilkan minyak 200 kali lebih banyak dibandingkan dengan tumbuh-tumbuhan penghasil minyak (kelapa sawit, jarak pagar, dll) pada kondisi terbaiknya. Semua jenis alga memiliki komposisi kimia sel yang terdiri dari protein, karbohidrat, asam lemak dan asam nukleat. Komponen asam lemak inilah yang akan diekstraksi dan diubah menjadi biodiesel. Penelitian tentang mikroalga sebagai penghasil minyak telah banyak dilakukan di negara-negara lain (China, Korea, Taiwan, New Zealand, dll). Namun hal tersebut belum diminati di Indonesia (1,2 Rachmaniah dkk, 2010). Mikroalga adalah jasad renik yang termasuk tumbuhan bersel tunggal, berkembangbiak sangat cepat dengan daur hidup relatif pendek (Panggabean, 2011). Mikroalga diklasifikasikan sebagai tumbuhan karena memiliki klorofil dan mempunyai suatu jaringan sel menyerupai tumbuhan tingkat tinggi. Melalui pendekatan suatu skema klasifikasi, spesies mikroalga dikarakterisasi berdasarkan kesamaan morfologi dan biokimia (Diharmi, 2001). Tujuan dari penelitian ini yaitu rancang bangun alat dengan menggunakan sensor cahaya dan sistem mikrokontroler pada Photobioreaktor vertikal (modifikasi alat). Hasil dari penelitian ini sangat diharapkan mampu mendukung dan memudahkan dalam proses perkembangbiakkan mikroalga yang hidup di perairan air tawar maupun mikroalga yang hidup di perairan air laut menggunakan photobioreaktor yang telah dimodifikasi dengan penambahan naungan (atap) atau pengendali intensitas cahaya, sensor cahaya berupa fotodioda dan kemudian dikontrol oleh sistem. Pertumbuhan Chlorella sp. sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan, diantaranya unsur media kultur serta kualitas air seperti salinitas, hara dalam pH, suhu, intensitas cahaya yang optimum (Hama, 1988 dalam Meritasari, dkk, 2012). Chlorella sp. tumbuh pada media yang mengandung cukup unsur hara, seperti nitrogen, fosfor, kalium. Chlorella sp. akan tumbuh baik pada temperatur optimal 25º C. Nutrisi yang diperlukan alga dalam jumlah besar adalah karbon, nitrogen, fosfor, sulfur, natrium, magnesium, kalsium. Sedangkan unsur hara yang dibutuhkan dalam jumlah relatif sedikit adalah besi, tembaga (Cu), mangan (Mn), seng (Zn), silikon (Si), boron (B), molibdenum (Mo), vanadium (V) dan kobalt (Co) (Chumadi, dkk, 1992 dalam Nurhayati, 2013). Fotobioreaktor merupakan bioreaktor yang digabungkan dengan sumber cahaya tertentu untuk asupan energi cahaya ke dalam reaktor. Fotobioreaktor merupakan sistem tertutup yang lebih mudah dikontrol dan disesuaikan desainnya dengan lokasi pemasangan, dan lebih bisa mencegah kontaminasi, mencegah penguapan air dan CO, dan tidak memerlukan area yang luas. Dengan fotobioreaktor, produktivitas biomassa yang tinggi bisa 15 dicapai dan kontaminasi lebih mudah dihindari (Daniyati dkk, 2012). Menurut Wijoseno (2011), fotobioreaktor terbagi dalam dua sistem, yaitu sistem terbuka (open system) dan sistem tertutup (closed sistem). Sistem terbuka bisa berupa air alami seperti danau, lagoon (danau pinggir laut). Untuk fotobioreaktor sistem tertutup terdiri dari fotobioreaktor tubular dengan tube berbagi bentuk, ukuran dan panjang yang disesuaikan dengan material yang digunakan. Atap adalah bagian konstruksi bangun yang terletak paling atas dari bangunan. Adapun fungsi atap adalah: penutup ruangan yang ada dibawahnya, melindungi seluruh bagian bangunan yang ada di bawahnya dari cuaca, polusi, suara dan gangguan dari luar lainnya. Atap terdiri dari dua bagian utama, pertama yaitu sebagai konstruksi atau pemikul beban dengan persyaratannya adalah stabil dan juga dapat memikul serta menyalurkan beban yang ada (sendiri, bergerak, lateral). Kedua, sebagai bahan penutup / pelapis atap dengan persyaratannya adalah: tahan lama, rapat / kedap air, tidak mudah terbakar dan sistim pemangsannya mudah dan baik (Sukmajati, 2010). Mikrokontroler merupakan suatu komponen elektronika yang didalamnya terdapat rangkaian mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O, rangkaian tersebut terdapat dalam level


177


chip atau biasa disebut single chip microcomputer. Pada mikrokontroler sudah terdapat komponen – komponen mikroprosesor dengan bus – bus internal yang saling berhubungan. Komponen – komponen tersebut adalah RAM, ROM, timer, komponen I/O paralel dan serial, dan interrupt kontroler. Generator listrik adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap dan lain-lain. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa listrik AC (listrik bolak balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tergantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik (Sunarlik, 2011). Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan pn yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya inframerah, cahaya tampak, ultra ungu sampai sinar-X. Aplikasi fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada camera serta beberapa peralatan di bidang medis (Sugiatri, 2010). METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Adapun alat yang digunakan pada penelitian ini, diantaranya : atmega 16, fotodioda, aki basah, gerigi dan rantai sepeda motor yamaha satria F-150, plastik PE, pompa air celup Yamano tipe HP-3500 dengan tenaga 85 watt dan daya sedot sebesar 3,5 meter, adaptor, haemocytometer, urine container, fotobioreaktor dan instalasinya. Sedangkan bahan yang digunakan saat penelitian, diantaranya : tripleks atau polywood digunakan sebagai bahan untuk atap, pelapis bahan, mikroalga Chlorella sp., pupuk Walne dan vitamin B12, air tawar Metode Penelitian Pendekatan rancangan fungsional digunakan untuk dapat beroperasi sesuai dengan fungsinya. Dalam penelitian ini yaitu naungan (atap) yang memiliki fungsi atau kerja sebagai penutup dan rangkaian elektronika untuk sistem otomatis buka - tutup naungan (atap) itu sendiri. Sedangkan untuk rangkaian elektronika menggunakan komponen-komponen yang diantaranya : Minimum sistem ATMEGA 16, fotodioda, limit Switch, motor DC, LCD (Liquid Crystal Display), dan Keypad. Rancangan struktural merupakan rancangan fisik dari naungan (atap) dan rangkaian elektronika. Rancangan struktural diantaranya naungan (atap) dan rangkaian elektronikanya. Rangkaian eletronika untuk rancangan struktural meliputi : Minimum sistem ATMEGA 16, fotodioda, limit Switch, motor DC, LCD (Liquid Crystal Display), dan Keypad. Prinsip kerja dari perancangan sistem elektrik adalah menggerakkan motor DC untuk membuka dan menutup atap pada Photobioreaktor vertikal. Gambar diagram perancangan alat dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Diagram Alir Sistem Elektrik


178


Perancangan perangkat keras merupakan bagian-bagian yang akan dibuat untuk pembuatan sistem pengaturan naungan (atap) pada Photobioreaktor seperti rangkaian yang akan dibuat dan kode. Perancangan ini berisi rangkaian sistem minimum, rangkaian LCD, rangkaian keypad, rangkaian fotodioda, rangkaian motor DC, dan rangkaian keseluruhan dari sistem pengaturan naungan (atap) pada Photobioreaktor. Didalam mengetahui hasil yang terbaik dari alat pengatur naungan (atap) pada Photobioreaktor ini maka diperlukan beberapa pengujian yaitu sensitivitas sensor cahaya dan pengujian pergerakan naungan (atap) Photobioreaktor yang akan dilakukan selama satu hari di Laboratorium Workshop Mekatronika. Kemudian pengujian dengan mikroalga yang dilakukan di Laboratorium Hidrobiologi Universitas Brawijaya. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Rancangan Alat Spesifikasi dari naungan (atap) yang telah berhasil dibuat, Sumber tegangan pada bagian kontrol yaitu berasal dari listrik AC tegangan 220 volt yang ditansformasikan oleh adaptor menjadi arus DC tegangan 5 volt. Sumber tergangan untuk penggerak (motor DC) yaitu berasal dari aki basah bertegangan 12 volt dan 5 ampere. Ukuran kaki – kaki naungan (atap) atau kerangka penahan tripleks - tripleks memiliki panjang yaitu 400 cm, lebar 180 cm, dan tinggi 225 cm. Terdapat 10 buah potongan tripleks, fungsi tripleks ini yaitu sebagai naungan (atap) yang akan diendalikan oleh kontrol otomatis. Ukuran panjang tripleksnya 152 cm, lebar tripleks 44 cm, dan tebal 0,3 cm. Desain dan

spesifikasi fotobioreaktor dan naungan (atap) dapat dilihat pada Gambar 2.

Keterangan: 1. Motor 2. Rangka 3. Rangka Bio Reaktor 4. Naungan(atap) 5. Gear Tuas Lengan Naungan 6. Tuas Lengan Naungan 7. Rangka Atap 8. Lengan Naungan 9. Pemberat 10. Rantai Penggerak 11. Foto Bio Reaktor 12. Kontrol

A

B

Gambar 2. Desain dan spesifikasi fotobioreaktor (A) dan naungan/atap (B)


179


Fotobioreaktor yang dimodifikasi dengan adanya penambahan naungan (atap) agar dapat mengendalikan intensitas cahaya dari matahari menuju fotobioreaktor. Lokasi pembuatan naungan (atap) untuk fotobioreaktor berada di Laboratorium Workshop Mekatronik Alat dan Mesin Agroindustri Universitas Brawijaya. Modifikasi alat fotobioreaktor atau penambahan naungan (atap) ini dibantu dengan adanya sistem kontrol elektronika. Sistem kontrol ini berfungsi agar pengendalian intensitas cahaya matahari dapat berlangsung secara otomatis. Pengujian performansi alat fotobioreaktor yang sudah ditambahkan naungan (atap) ini bertujuan untuk mengetahui kinerja alat kontrol sudah berjalan dengan semestinya. Tidak hanya kontrol yang diujikan dalam hal ini, tetapi kekuatan material dari plastik PE. Kekuatan material plastic PE akan diuji terlebih dahulu, tujuannya yaitu untuk mengetahui tidak adanya kebocoran pada plastic PE yang akan digunakan pada fotobioreaktor. Pengujian performansi alat sebelum penelitian dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Pengujian Performansi Alat Sebelum Penelitian hari ke-

1

2

3

4

suhu air (˚C) pengulangan ke1

2

3

6:00

22

23

22

22,33

intensitas cahaya di ruang fotobioreakt or (lux) 271

Waktu (WIB)

rata-rata suhu air (˚C)

data fotodioda (ADC)

kekuatan plastik

pergerakan motor

57

ada sedikit kebocoran

baik

9:00

25

27

26

26,00

295

73


baik

12:00

30

28

29

29,00

327

94


baik

15:00

31

32

36

33,00

345

106


baik

18:00

27

28

26

27,00

292

71


baik

6:00

24

22

20

22,00

277

61


baik

9:00

26

28

29

27,67

280

63


baik

12:00

32

35

33

33,33

360

116


baik

15:00

30

28

29

29,00

340

103

tidak ada kebocoran

baik

18:00

26

29

27

27,33

309

82

tidak ada kebocoran

baik

6:00

23

22

25

23,33

267

54


baik

9:00

26

25

29

26,67

303

78


baik

12:00

30

34

35

33,00

346

107

tidak ada kebocoran

baik

15:00

29

30

31

30,00

340

103

tidak ada kebocoran

baik

18:00

27

26

25

26,00

289

69

tidak ada kebocoran

baik

6:00

25

23

22

23,33

280

63

tidak ada kebocoran

baik

9:00

26

25

28

26,33

298

75


baik

12:00

29

30

31

30,00

306

80


baik

15:00

28

27

27

27,33

265

53

tidak ada kebocoran

baik

18:00

26

27

26

26,33

261

50


baik

Berdasarkan Tabel 1, suhu air menunjukkan adanya perubahan yang cukup signifikan pada waktu siang hari dan sore hari. Hal ini dikarenakan, penelitian dilaksanakan pada ruang terbuka tanpa adanya gedung yang menghalangi cahaya masuk ke dalam fotobioreaktor. Begitu pula dengan intensitas cahaya, ketika suhu air meningkat maka intensitas cahaya dalam ruang fotobioreaktor pada umunya meningkat pula jika dilihat pada tabel. Intensitas cahaya tidak terlalu tinggi disebabkan adanya pengaturan batas bawah serta batas atas pada pengaturan control otomatisnya dan ruang fotobioreaktor ditutup dengan menggunakan terpal. Penutupan ruang fotobioreaktor dengan terpal ini bertujuan agar sensor cahaya dalam hal ini yaitu fotodioda dapat mendeteksi cahaya yang diterima tidak secara luas, akan tetapi mendeteksi cahayanya lebih terfokuskan pada ruang fotobioreaktornya saja. Data ADC yaitu data yang dimunculkan oleh fotodioda, umumnya bahwa data ADC berbanding lurus dengan intensitas cahaya pada ruang Rancang bangun pengendali cahaya fotobioraktor vertikal – Nimpuno dkk – Nasution dkk

180


fotobioreaktor. Kemudian kekuatan material plastic PE adakalanya mengalami kebocoran dan terkadang juga tidak terdapat kebocoran. Kebocoran dari plastic PE ini disebabkan kekuatan dari pengelasan plastik (sealing) yang kurang baik. Terakhir pengujian motor, pergerakan motor sangat baik sejak pengujian performansi dilaksanakan di hari pertama hingga dihari keempat. Ini membuktikan, bahwa motor memiliki kekuatan untuk menggerakkan tripleks – tripleks yaitu sebagai naungan (atap) dari fotobioreaktor. Perancangan dan pembuatan alat sudah dapat dikatakan berhasil ketika pengujian secara keseluruhan dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Hal tersebut menunjukkan bahwa tujuan awal yaitu merancang pengendali inensitas cahaya untuk fotobioreaktor vertikal yang berbasis mikrokontroler Atmega 16 sudah terpenuhi. Analisa sistem control ini dipelukan untuk membuktikan bahwa perancangan dan pembuatan alat ini sudah sesuai dengan tujuan awalnya. Dibawah ini akan dijelaskan analisa sistem kontrol yang pertama yaitu sensitifitas sensor cahaya atau fotodioda, kedua sudut pergerakan naungan (atap) atau tripleks – tripleks, dan yang ketiga yaitu analisa dengan pengujian pertumbuhan dari mikroalga Chlorella sp.

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

Intensitas Cahaya 1

2

3

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

Data ADC Fotodioda 4

5

6

Data ADC Fotodioda

Intensitas Cahaya (Lux)

Perbandingan Data ADC Fotodioda dengan Lux Meter Pengambilan data ADC fotodioda ketika alat sudah dijalankan, yaitu kondisi terhubung dengan sumber tegangan AC, dan motor DC sudah terhubung dengan aki basah. Pertama, operator akan mengisi data batas bawah dan batas atas melalui keypad, kemudian fotodioda akan membaca dan hasil pembacaan muncul pada layar LCD. Analisa sensitifitas cahaya ini bertujuan bahwa data ADC fotodioda tidak jauh berbeda dengan angka yang muncul pada Lux Meter (alat ukur intensitas cahaya). Pengisian program sistem kontrol otomatis pada BASCOM AVR agar pembacaan data ADC fotodioda menjadi lux, maka data ADC fotodioda harus dikonversikan menjadi lux. Konversi data ADC fotodioda menggunakan persamaan linier. Alasan penggunaan persamaan linier karena dasar pemikiran atau hipotesa yang dipikirkan dari kedua data tersebut seharusnya berbanding lurus. Besar kenaikan data ADC Fotodioda sama dengan besarnya kenaikan nilai intensitas cahaya pada Lux Meter, begitu pula dengan sebaliknya. Persamaan linier hasil konversi data ADC fotodioda ke lux atau intensitas cahaya aktual yang didaptakan yaitu y = 1,5x + (185,77). Dimana nilai x adalah data ADC fotodioda, dan y merupakan nilai hasil konversi data ADC Fotodioda ke lux atau intensitas cahaya aktual. Persamaan intensitas cahaya aktual yang didapatkan dari saat trial (percobaan) sistem kontrol keseluruhan dengan arti lain, data intensitas cahaya sama dengan kalibrasi alat. Adapun hasil perbandingan dari kedua data tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.

7

Hari Ke -

Gambar 4. Grafik Perbandingan antara data ADC Fotodioda dengan Lux Meter


181


Pengambilan data pengujian ini dilakukan selama 7 hari, Karena pengambillan data ini mengikuti lama tumbuh dari mikroalga yang dikembangbiakkan. Dalam 1 hari, dilakukan pengambilan data untuk sensitifitas cahaya ini selama 5 kali. Kemudian dari 5 kali pengambilan data dalam sehari dirata – ratakan. Dari hari pertama hingga hari ketujuh secara umum dapat dilihat pada gambar 4 bahwa nilai data ADC fotodioda dengan intensitas cahaya menggunakan Lux Meter berbanding lurus. Pembacaan data ADC fotodioda range yang terbaik atau mendekati data intensitas cahaya menggunakan Lux Meter yaitu pada range 500 lux hingga 700 lux. Semakin kecil jarak antara dua grafik yang ditunjukkan pada gambar 4, artinya tingkat kepekaan atau sensitifitas dari fotodioda baik. Sensitifitas fotodioda yang baik yaitu pada hari pertama. Perbandingan Intensitas Cahaya Lux Meter dengan Sudut Pergerakan naungan (atap) Pergerakan naungan (atap) dapat dinyatakan baik, jika pergerakannya berbanding terbalik dengan intensitas cahaya dalam ruang fotobioreaktor. Ketika intensitas cahaya pada ruang fotobioreaktor lebih tinggi dari batas atas pengaturan kontrolnya, maka naungan (atap) atau tripleks - tripleks akan cenderung menutup. Begitu pula sebaliknya, naungan (atap) atau tripleks – tripleks akan membuka ketika intensitas cahaya di dalam ruang fotobioreaktor berada dibawah range batas bawah waktu pengaturan atau pengisian kontrolnya. Pengaturan range batas bawah dan batas atas yaitu 1000 lux sampai 2000 lux. Range intensitas cahaya yang diatur saat penelitian yaitu batas bawah 1000 lux, dan batas atasnya 2000 lux. Artinya ketika fotodioda membaca intensitas cahaya ruang dibawah 1000 lux, maka motor DC akan bergerak ke derajaat bukaan yang lebih besar atau membuka tripleks – tripleks. Ketika fotodioda membaca diantara range 1000 lux – 2000 lux, motor DC tidak akan bergerak untuk menutup atau membuka. Begtu pula dengan pembacaan yang diatas range 2000 lux, dengan otomatis motor DC akan menggerakkan tripleks – tripleks ke derajat bukaan yang lebih kecil atau cenderung menutup. 1000

Intensitas Cahaya (Lux)

60.00

600

40.00

400

20.00

Rata - Rata Intensitas Cahaya (Lux Meter) Rata - rata sudut pergerakan naungan (atap)

200 0

pergerakan naungan (atap) (˚)

80.00 800

0.00 1

2

3

4

5

6

7

Hari Ke -

Gambar 5. Perbandingan Intensitas Cahaya Lux Meter dengan Sudur Pergerakan naungan (atap) Dari grafik pada Gambar 5 dapat disimpulkan bahwa grafik yang muncul sudah sesuai dengan harapan dan pergerakan naungan (atap) berjalan dengan semestinya. Pada saat penelitian, naungan (atap) selalu kondisi terbuka, hal itu disebabkan oleh range yang telah diatur. Intensitas cahaya dalam ruang fotobioreaktor berada jauh dari batas bawah yang diatur pada kontrolnya, alasan inilah yang menyebabkan naungan (atap) selalu kondisi terbuka. Naungan (atap) tidak bisa terbuka sebesar 90˚, ini disebabkan oleh kondisi tripleks – tripleks yang kurang baik. Hampir semua tripleks yang terpasang sebagai naungan (atap) kondisinya sedikit melengkung. Rata – rata derajat bukaan triplrks – tripleks dihari pertama dan ketujuh, derajaat bukaan tripleks – tripleks cenderung membuka secara penuh atau 85˚. Hal itu disebabkan, dihari pertama


182


dan ketujuh pada jam tertentu kondisi lingkungan pengembangbiakkan mikroalga yaitu mendung atau berawan. Selanjutnya dihari berikut – berikutnya bukaan tripleks – tripleks rata – rata derajaat bukaannya lebih stabil atau 83˚, penyebabnya pada kondisi tersebut kondisi lingkungan pada jam tertentu sedikit lebih terang dibandingkan hari pertama dan ketujuh. Kepadatan Mikroalga Chlorella sp Pada penelitian ini, aplikasi fotobioreaktor langsung dilaksanakan untuk membuktikan bahwa kontrol otomatis naungan (atap) dapat berjalan sesuai yang diinginkan atau diharapkan. Yang diharapkan yaitu kontrol otomatis yang dibuat oleh peneliti dapat digunakan untuk pengembangbiakkan mikroalga secara massal. Pada penelitian ini menggunakan mikroalga jenis Chlorella sp. yang akan dicoba untuk dikembangbiakkan menggunakan kontrol otomatis naungan (atap). Pengamatan pertumbuhan atau perkembangan mikroalga Chlorella sp. ini dilakukan sampai ada penurunan jumlah sel mikroalga yang diamati pada mikroskop. Pelaksanaan pengaplikasian ini tidak hanya mengamati pertumbuhan mikroalganya saja, akan tetapi mengamati sisi perkembangan mikroalga atau beberapa variabel yang mempengaruhi tumbuhnya mikroalga dalam hal suhu media tanam, pH media tanam, dan dissolved oxygen (DO). Pelaksanaan pengembangbiakan mikroalga Chlorella sp. dimulai pada hari minggu tanggal 26 Januari 2014. Pada tanggal 26 januari 2014 adalah hari ke nol, artinya mikroalga Chlorella sp. baru dimasukkan ke dalam tong plastik dan sudah dimulai pengembangbiakkannya. Selanjutnya, pengembangbiakkan dilaksanakan hingga mikroalga menunjukkan adanya penurunan dari sisi pertumbuhan. Pada penelitian ini, mikroalga Chlorella sp. hanya dapat tumbuh hingga hari ketujuh. Pada hari kelima yaitu tanggal 31 Januari 2014, mikroalga Chlorella sp. menunjukkan penurunan yang cukup signifikan. Setelah hari kelima itu, pertumbuhan mikroalga yang dikembangbiakkan seterusnya mengalami penurunan pertumbuhan hingga hari ketujuh. Selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 6.

Kepadatan Alga (x10^7 sel/ml)

3.00 2.63

2.50

y = -0.0956x2 + 0.6099x + 0.7619 R² = 0.5553

2.00 1.45

1.50

1.48 1.20

1.00

0.85

0.92 0.74

0.50

0.53

Kepadatan Mikroalga Chlorella sp. Poly. (Kepadatan Mikroalga Chlorella sp.)

0.00 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Hari Ke-

Gambar 6. Kepadatan atau Pertumbuhan Mikroalga Chlorella sp. Grafik pada Gambar 6, menunjukkan adanya pertumbuhan mikroalga Chlorella sp. menggunakan fotobioreaktor dengan penambahan naungan (atap). Semenjak hari ke – 0 sampai hari ke – 4 adanya grafik yang meningkat, selanjutnya di hari ke – 5 sampai hari ke – 7 grafik menunjukkan penurunan. Pada hari ke – 4 grafik meningkat sangat signifikan, ada beberapa faktor yang mempengaruhi peningkatan grafik tersebut. Salah satu faktor yang mempengaruhi hal itu adalah pada saat pengambilan sampel untuk diujikan kepadatannya di Laboratorium Hidrobiologi Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Brawijaya. Dari sekian hari selama pertumbuhan mikroalga Chlorella sp., yang merupakan cara pengambilan sampel baik dan benar yaitu seperti pada hari ke – 4. Pada saat pengambilan sampel, wadah atau gelas bekker harus dimasukkan hingga ke bagian dasar tong plastik mikroalga Chlorella sp. dan sebelum


183


pengambilan sampel tersebut tong plastik harus diaduk agar mikroalga Chlorella sp. dapat terambil ketika dimasukkan ke dalam gelas bekker. Faktor – faktor lainnya diduga karena kurang tepat saat pengadukan tong plastik, sebaikknya pengambilan sampel harus dalam waktu cepat saat setelah pengadukan selesai. Pengadukan menggunakan spatula yang steril, sudah dicuci menggunakan sabun cuci dan dibilas menggunakan alkohol.

Gambar 7. Grafik Perbandingan Pertumbuhan 3 Jenis Mikroalga (Nurhayati, 2013) Pada penelitian sebelumnya, yang dilaksanakan oleh Nurhayati (2013) membuktikan bahwa pertumbuhan mikroalga jenis Chlorella sp. saat di kultivasi menggunakan fotobioreaktor vertikal tidak mampu bertahan hidup semenjak hari pertama. Sedangkan pada penelitian kali ini menggunakan fotobioreaktor yang sama dengan fotobioreaktor yang digunakan oleh peneliti sebelumnya yaitu Nurhayati (2013), hanya pada penelitian saat ini fotobioreaktor yang digunakan ada penambahan naungan (atap) untuk mengontrol intensitas cahaya. Dapat dilihat gambar 7 merupakan hasil perbandingan pertumbuhan antara Chlorella vulgaris, Chlorella sp., dan Nannochloropsis oculata yang dilaksanakan oleh Nurhayati (2013). Suhu Media Tanam Pada penelitian ini, data suhu media tanam yang didapatkan berkisar antara 27˚C - 29˚C. suhu media tanam ini adalah salah satu faktor penting untuk pertumbuhan mikroalga. Semua jenis mikroalga yang tumbuh dipengaruhi besar – kecilnya tingkat derajat suhu media tanam yang sedang dihadapi. Secara umum selama 7 hari pengambangbiakkan atau pengaplikasian pada penelitian menggunakan fotobioreaktor dengan penambahan naungan (atap) ini, rata – rata suhu media tanam sudah memenuhi kriteria dari syarat tumbuh untuk mikroalga. Hal ini sesuai dengan pendapat Taw (1990) dalam Nurhayati (2013) yang menyebutkan bahwa suhu di bawah 16°C dapat meyebabkan kecepatan pertumbuhan turun, sedangkan suhu di ats 36°C dapat menyebabkan kematian. Rata – rata suhu media tanam tiap harinya dapat dilihat pada gambar 8. Suhu Media Tanam

Suhu Media Tanam (˚C)

29.00 28.60

28.50

28.40

y = 0.0667x2 - 0.8048x + 29.4 R² = 0.7837

28.00

27.60

27.50 27.20

27.00 26.50

27.00

27.00 26.80

Suhu Media Tanam Poly. (Suhu Media Tanam)

26.00 1

2

3

4

5

6

7

Hari Ke -

Gambar 8. Grafik Suhu Media Tanam Mikroalga Chlorella sp.


184


Dari gambar 8, menunjukkan bahwa rata – rata suhu tertinggi yaitu pada hari pertama 28,60˚C dan suhu terendahnya yaitu ada di hari keenam 26,80˚C. Pada gambar 4.20, tidak menunjukkan grafik peningkatan atau penurunan derajat suhu media tanam yang signifikan. Suhu media tanam pada pengembangbiakkan atau pengaplikasian ini sudah sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Martosudarno (1990) dalam Meritasari, dkk (2012) bahwa lingkungan tumbuh optimal Chlorella sp. adalah pada suhu 30˚C. Sedangkan Fungsi Y = 0,007x2 + 0,089x + 9,905 dan nilai R2= 0,357 merupakan regresi polinomial dari hubungan suhu media tanam mikroalga Chlorella sp. dengan hari. Fungsi tersebut digunakan untuk melakukan pendugaan perubahan suhu media tanam mikroalga Chlorella sp. berdasarkan waktu. Nilai x menunjukkan fungsi waktu, sedangkan y merupakan suhu media tanamnya. Derajat Keasaman Media Tanam Berdasarkan penelitian dan pengamatan yang sudah dilaksanakan, derajat keasaman atau pH media tanam mikroalga Chlorella sp. berkisar antara 9,5 – 9,9 yang bersifat basa. Sedangkan menurut Menurut Ohama dan Miyachi (1992), pH optimum untuk Chlorella sp. adalah 6,6-7,3. Perbedaan ini disebabkan, karena media tanam bibit mikroalga Chlorella sp. yang didapat dari BBAP Situbondo yaitu menggunakan air laut. Untuk air laut, kisaran nilai pH rata-rata yaitu menunjukkan relatif konstan diatas 8,0 (Susana, 2001). Perubahan pH (Derajat Keasaman) dapat dilihat pada Gambar 9. pH

pH media pertumbuhan

9.90

9.86

9.80

9.80

9.80

9.70 9.60

9.60

9.50 pH

y = 0.0072x2 - 0.089x + 9.9052 R² = 0.3572

Poly. (pH )

9.40 1

2

3

9.61

9.61

9.56

4

5

6

7

hari ke-

Gambar 9. Grafik pH atau Derajat Keasaman Media Tanam Chlorella sp. Pada gambar 9, secara umum perubahan pH dari hari pertama hingga hari ketujuh mengalami penurunan. Fungsi Y = 0,007x2 + 0,089x + 9,905 dan nilai R2 = 0,357 merupakan regresi polinomial dari hubungan pH (derajat Keasaman) mikroalga Chlorella sp. dengan hari. Fungsi tersebut digunakan untuk melakukan pendugaan perubahan pH (derajat Keasaman) mikroalga Chlorella sp. berdasarkan waktu. Nilai x menunjukkan fungsi waktu, sedangkan y merupakan pH (derajat Keasaman). Perubahan Kadar Kelarutan Oksigen Media Tanam Chlorella sp Oksigen diperlukan Chlorella sp. untuk respirasi. Oksigen terlarut pada perairan berasal dari hasil fotosintesis dan difusi dari udara. Dari hasil pengamatan yang dilakukan, didapatkan rata – rata kadar oksigen terlarut per harinya untuk pengembangbiakkan mikroalga Chlorella sp. berkisar antara 5,28 – 6,71 gr/ml. Rata – rata kadar oksigen tertinggi dicapai pada hari kedua. Pengambilan data kadar oksigen ini menggunakan alat DO meter yang berada di Laboratorium Hidrobiologi Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Brawijaya. Grafik perubahan kadar kelarutan oksigen media tanam Chlorella sp. dapat dilihat pada Gambar 10.


185

Dissolved Oxigen (g/ml atau ppm)


6.80 6.60 6.40 6.20 6.00 5.80 5.60 5.40 5.20 5.00

6.71

6.57

6.58

6.58

6.23 6.01 y = -0.0002x2 - 0.0423x + 6.4524 R² = 0.035 5.28

DO (g/ml atau ppm) Poly. (DO (g/ml atau ppm))

1

2

3

4

5

6

7

Hari Ke -

Gambar 10. Grafik Perubahan Kadar Kelarutan Oksigen Media Tanam Chlorella sp. Fungsi Y = -0,000x2 – 0,042x + 6,452 dengan R2 = 0.035 yang terdapat pada Gambar 10, merupakan fungsi regresi polinomial dari hubungan konsentrasi DO dan hari. Fungsi ini digunakan untuk melakukan pendugaan terhadap perubahan hari yang terjadi terhadap konsentrasi DO pada kultur Chlorella sp. Hasil pengamatan pada penelitian kali ini sudah sesuai dengan pendapat Fox (1987) dalam Dewi (2009) mengatakan bahwa biakan alga perlu penyediaan oksigen terlarut yang cukup. Kadar oksigen terlarut 3-5 g/ml atau ppm kurang produktif, 5-7 g/ml atau ppm produktifitasnya tingga dan diatas 7 g/ml atau ppm sangat tinggi. KESIMPULAN Rancang bangun pengendali intensitas cahaya untuk fotobioreaktor sudah dapat digunakan langsung pada pengembangbiakkan mikroalga. Sistem kontrol otomatis yang menggunakan sensor cahaya atau fotodioda dapat berjalan dengan baik, sesuai dengan tujuannya yaitu mengendalikan intensitas cahaya yang diinginkan. Mikrokontroler, fotodioda, motor DC, relay, serta limit switch yang digunakan berjalan sesuai dengan perintah program yang diberikan. Pembuatan dan pengisian program untuk mikrokontroler menggunakan software BASCOM AVR. Pengujian dengan mikroalga sudah dilaksanakan, hasil yang didapatkan yaitu pertumbuhan mikroalga ketika menggunakan fotobioreaktor yang telah dimodifikasi dengan penambahanan naungan (atap) sebagai pengendali intensitas cahaya terdapat adanya kenaikan grafik hingga hari ke keempat dan kemudian menurun dihari – hari selanjutnya. DAFTAR PUSTAKA Daniyati, Rizqa, Gatut Yudoyono dan Agus Rubiyanto. 2012. Desain Closed Photobioreaktor Chorella vulgaris sebagai Mitigasi Emisi CO2. Jurnal Sains dan Seni ITS. Vol. 1, ISSN: 2301-928X. Diharmi, A. 2001. Pengaruh Pencahayaan Terhadap Kandungan Pigmen Bioaktif Mikroalga Spirulina Platensis Strain Local (Ink). Tesis. IPB, Bogor. Fox, J. M. 1987. Intensive Algae Culture Techniques. CRC Hand Book of Mariculture. CRC Press. Inc. Boca Ranton. Florida. Martosudarmo dan Wulani (1990), Petunjuk Pemeliharaan Kultur Murni dan Massal Mikroalga. Proyek Pengembangan Budidaya Udang Situbondo. Situbondo. Meritasari, Diana. 2012. Pengaruh Pemberian Pupuk Cair Limbah Ikan Lemuru (Sardinella sp.) dengan Dosis yang Berbeda Terhadap Pertumbuhan Chlorella sp. Jurnal Ilmiah Perikanan dan Kelautan Vol. 4 No. 1


186


Nurhayati, Tri. 2013. Penggunaan Fotobioreaktor Sistem Batch Tersirkulasi Terhadap Tingkat Pertumbuhan Mikroalga Chlorella vulgaris, Chlorella sp. dan Nannochloropsis oculata. Skripsi. Universitas Brawijaya, Malang. Oh-Hama, T dan S, Miyachi. 1992. Microalgae Biotechnology. New York: Scientific publishing. Panggabean, L. 2011. Fiksasi karbon dioksida pada mikroalga Chlorella sp. strain Ancol dan Nannochloropsis oculata. J. Oseanologi dan Limnologi: 309- 321 Rachmaniah, Orchidea Dkk. 2010. Pemilihan Metode Ekstraksi Minyak Alga dari Chlorella sp. dan Prediksinya sebagai Biodiesel. Seminar Teknik Kimia Soehadi Reksowardojo. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Sugiarti, Hesti. 2010. Pemrograman Informasi Lahan Parkir Berbasis Mikrokontroler Atmega8535 dengan Menggunakan Bascom - Avr. Tugas Akhir.Universitas Sumatera Utara, Medan Sukmajati, Danto. 2010. Struktur dan Konstruksi. Modul Perkuliahan Minggu VI. Program Studi Teknik Arsitektur. FTSP-UMB. Sunarlik, Wahyu. 2011. Prinsip Kerja Generator Sinkron. Jurnal November 2011 Edisi 47 Universitas Pawyatan Daha Kediri. Susana, T., L. Suci, Djawadi. 2001. Distribusi Oksigen Terlarut dan Derajat Keasaman (pH) di Perairan Selat Sunda. Dalam : D.P. Praseno, W.S. Atmaja, I. Supangat, Ruyitno, dan B.S. Sudibjo (ed.). Pesisir dan Pantai Indonesia I Tahun 2001. Puslit Oseanografii-LIPI. Hal: 17-25. Wijoseno, Tangguh. 2011. Uji Pengaruh Variasi Media Kultur Terhadap Tingkat Pertumbuhan Dan Kandungan Protein. Lipid, Klorofil, Dan Karotenoid Pada Mikroalga Chlorella vulgaris Buitenzorg. Skripsi. UI. Depok


187

Rancang Bangun Pengendali Intensitas Cahaya Pada Fotobiorektor Vertikal

Recommend Documents