Sistem Kontrol Otomatis pH Air Pada Hidroponik NFT (Nutrient Film Technique) Untuk Tanaman Pakcoy

(1)

Sistem Kontrol Otomatis pH Air Pada Hidroponik NFT (Nutrient Film Technique) Untuk Tanaman Pakcoy

Elfira Dyah Ekawati, Ilham Aji Shah Putro^*, Rahman Hakim Nasrulloh, Misbahul Munir, Novian Patria Uman Putra, Wahyu Setyo Pambudi

Fakultas Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Teknik Elektro, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Surabaya, Indonesia Email: ¹elfiradyah10@gmail.com, ^2,*ilhamajishahputro7@gmail.com

Email Penulis Korespondensi: ilhamajishahputro7@gmail.com

Abstrak-Hidroponik Nutrient Film Technique (NFT) merupakan salah satu solusi untuk menanam sayuran pada tempat dan lahan yang terbatas. Metode ini menggunakan air bersirkulasi sebagai tempat berkembang dan asupan nutrisi untuk sayuran dengan mengontrol kadar pH air. Dengan sistem hidroponik yang ada, belum menggunakan sistem kontrol untuk menstabilkan pH air.

Agar pH air tetap stabil dengan nilai pH 7, maka dibuatlah suatu sistem yang dapat menstabilkan kadar pH air menggunakan arduino uno dan Sensor pH Analog DF Robot (SEN0169). Sensor membaca kandungan pH dalam air sebagai masukan awal untuk menentukan penambahan larutan asam atau basa, untuk mengontrol larutan nutrisi yang dibutuhkan pada sayuran pakcoy dengan sistem kontrol PWM pada motor wiper sebagai pompa untuk memberikan larutan nutrisi asam dan basa. Ketika pH air >8 maka motor wiper larutan asam ON sampai kandungan pH air sebesar 6-8. dan penambahan larutan basa ketika nilai pH air <6. Untuk mencapai nilai pH air sebesar 6-8 membutuhkan waktu selama 2-4 detik. Dengan menjaga nilai pH air sebesar 6-8 dapat menghasilkan sayuran yang tumbuh dengan baik sesuai referensi yang telah ditentukan.

Kata Kunci: Hidroponik; Sensor pH Analog DF Robot (SEN0169)

Abstract-Hydroponics Nutrient Film Technique (NFT) is one of the solutions to plant vegetables in limited land. The method is by flowing water and provide nutritional intake for the plant and control pH level of water. The existing hydroponics system has not used a control system to keep the water pH stable. In order to keep the water pH at 7, a system was established using Arduino Uno and pH Analog DF Robot (SEN0169) pH Sensor. This sensor would read the water pH level as an initial input to determine the additional acid or alkaline solution. This also controlled nutrition solution needed by pakcoy vegetable with a PWM control system on wiper motor functioning as a pump to distribute the acid and alkaline nutrition. Whenever the water pH level was exceeding 8, the wiper motor would start working until the pH level decreased to 6-8, and the alkaline liquid would be added whenever the value of pH level was smaller than 6. To get a water pH at 6-8 would take 2-4 seconds. Keeping the water pH within 6-8 would produce well-grown vegetable, in accordance with the determined reference.

Keywords: Hydroponics; pH Sensor Analog DF Robot (SEN0169)

1. PENDAHULUAN

Kota merupakan salah satu tempat kehidupan manusia yang dapat dikatakan paling kompleks[1]. Contohnya perkembangan kota Surabaya yang pesat dan diikuti permintaan lahan di setiap bagian kota. Menurut data statistik kependudukan dari Dispenduk Capil Surabaya dapat diketahui bahwa jumlah penduduk Surabaya pada tanggal 15 Oktober 2016 sebesar 2.806.306 jiwa belum termasuk pendatang dari daerah lain yang belum terhitung karena tidak terdaftar sebagai penduduk Surabaya[2]. Dampak tersebut mengakibatkan lahan yang semula untuk pertanian, perikanan, hutan, dan lahan produktif lainya beralih fungsi menjadi lahan pemukiman[3]. Sehingga untuk pemenuhan kebutuhan pangan terutama sayur dapat memanfaatkan pekarangan, kantor, sekolah dan tempat-tempat umum untuk menanam sayuran. Banyak teknik untuk menanam sayuran, salah satu teknik yang bisa di terapkan dalam menanam sayuran pada lahan yang sempit ialah dengan teknik hidroponik NFT (NUTRIENT FILM TECHNIQUE). Hidroponik tersebut merupakan metode penanaman yang ramah lingkungan dengan menggunakan media air sebagai pengganti tanah yang terus bersirkulasi dan tidak memerlukan pestisida. Sehingga sistem bercocok tanam secara hidroponik dapat memanfaatkan lahan yang sempit dan menghasilkan tanaman yang sehat karena bebas pestisida. Pada penelitian kali ini akan dilakukan mengontrol kondisi pH larutan nutrisi tanaman dengan memanfaatkan sensor pH melalui sistem kontrol menggunakan arduino uno dengan kontrol ON/OFF. Dimana kondisi dalam mengontrol larutan nutrisi pH air diatur dengan cara menambahkan 2 jenis nutrisi yaitu larutan pH up (asam) dan larutan pH down (basa) melalui motor pompa wipper yang dikendalikan oleh mikrokontroller arduino uno. Target dari penelitian ini adalah agar larutan pH pada sistem hidroponik tanaman pakcoy stabil dengan menjaga aliran nutrisi sepanjang waktu sehingga dapat memelihara kesuburan tanaman pakcoy [4][5].

Pada tahun 2014, Ika dari Universitas Brawijaya, merealisasikan alat pengontrol pH pada sistem hidroponik stroberi menggunakan mikrokontroller arduino uno. Penelitian ini merancang sistem dan menggabungkan perangkat lunak dan keras. Perangkat keras terdiri dari sensor analog pH meter sebagai masukan dan kemudian diolah oleh perangkat lunak yaitu mikrokontroller sedangkan pompa sebagain penggerak cairan air[6]. Seorang Mahasiswa Universitas Batam, Pancawati melakukan penelian implementasi untuk mengatur pH nutrisi pada hidroponik. Pada penelitiannya hal yang diamati adalah keseimbangan pH larutan nutrisi. Dengan pemantauan secara berkala dapat mengontrol nutrisi dalam air sehingga membuat pertumbuhan tanaman menjadi lebih baik[7][8]. Melihat dari penelitian sekaligus perealisasian diatas serta melihat kondisi lahan yang sempit dan kebutuhan masyarakat akan sayuran yang semakin tinggi maka dilakukanlah cocok tanam menggunakan metode hidroponik. Metode hidroponik sangat berkaitan dengan larutan asam basa sebagai nutrisi tanaman. Sensor pH menjadi peran utama sebagai pembaca

(2)

nilai kadar larutan air dan sebagai inputan yang kemudian memberikan feedback value ke arduino uno dan dengan kontrol ON/OFFakan menghasilkan output pembukaan motor pompa air yang berada pada tangki larutan nutrisi asam (pH up) maupun larutan nutrisi basa (pH down). Setiap tanaman mempunyai jenis kadar pH yang berbeda, tangki larutan nutrisi yang mengatur kadar pH air yang diinginkan tanaman tersebut dengan cara dipasang sebuah mixer on/off guna mempercepat bercampurnya larutan nutrisi pH up (asam) dan larutan nutrisi pH down (basa)[9][8].

Arduino uno yang mengaktifkan pompa ke pipa-pipa hidropnik secara terus menerus dan larutan kembali ke tangki untuk dinilai lagi oleh sensor analog pH meter apakah larutan perlu di tambah

2. METODOLOGI PENELITIAN

2.1 Perancangan dan Pembuatan Mekanik

Gambar 1. Media Hidroponik NFT

Pada gambar 1 diatas merupakan bentuk mekanik dari alat sistem kontrol otomatis pH air. Rangka untuk media tanam hidroponik tersusun atas beberapa rangka dari pipa air mulai dari pipa berukuran ½”, 2”, dan 3”. Rangka disusun seperti rak 2 tangga dan diatas masing-masing tangga terdapat pipa 3” sebagai media dari hidroponik tersebut, setiap media pipa berisi 3 tanaman pakcoy dan total semua tanaman pakcoy ada 6. Model rangka ini dibuat bertingkat agar sirkulasi air dapat mudah saat pompa air memompa air keatas yaitu pada media 1 kemudian air turun ke media 2 dan berlanjut ke tangki utama, sistem itu akan terus menerus berjalan.

.

Gambar 2. Flow Chart Sistem Kendali pH

Pada gambar 2 tentang diagram alir diatas, dapat dijelaskan dengan dimulai pada saat sensor pH meter membaca nilai pH yang ada didalam tangki utama tentunya yang berisi air, lalu hasil yang berupa output tegangan pada pH meter kemudian dikuatkan terlebih dahulu dengan menggunakan rangkaian penguat dan akan diproses oleh arduino uno dengan kontrol ON/OFF jika hasilnya normal maka larutan air tersebut dialirkan pada modul hidroponk

Mulai

Baca nilai pH Tambahkan Asam,

Kirim SMS

Tambahkan Basa, Kirim SMS

Kirim SMS

Selesai pH 6,1-7,9

Ya Tidak

Inisialisasi

(3)

NFT oleh pompa air secara terus menerus sepanjang waktu agar dapat menjaga kestabilan[10]. Namun, jika pembacaan dari pada sensor pH < 7,0 maka motor pompa untuk larutan pH down (basa) membuka dan larutan nutrisi akan keluar dan bercampur dengan larutan air sampai pada set value yang ditentukan kemudian dibaca lagi oleh sensor pH jika > 7,0 maka motor pompa untuk larutan pH up (asam) menyala dan cairan nutrisi akan bercampur dengan larutan air, kemudian jika motor pompa bekerja secara otomatis mixer dalam posisi ON dan mulai mengaduk serta kondisi pH akan dikirim oleh sms gateway, akan berhenti jika pH sudah berada dalam kondisi normal yang semua itu dikontrol melalui Arduino Uno dengan kontrol ON/OFF berdasarkan pembacaan nilai pH dari sensor pH[11][12].

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengujian ON/OFF untuk Menaikkan pH Air

a. Percobaan Menaikkan pH dengan PWM 150 dengan pH awal 2,62

Gambar 3. Respon perubahan pH 2,62 dengan PWM pompa 150

Pada gambar 3 menunjukkan respon perubahan nilai pH ketika sensor mendapatkan nilai pH dibawah <7.

Dengan respon tersebut maka hasil grafik data yang didapat ialah bahwa pada waktu detik 5-9 terjadi kenaikkan nilai pH menjadi 3,7. Dan terjadi penurunan pada detik 10 dengan nilai pH 3,6 kemudian terjadi kenaikkan nilai ph kembali pada detik 11 hingga detik 20 dengan nilai puncak sebesar 6,1 pH. Dengan respon penambahan larutan basa terus menerus pada detik waktu 31 terjadi nilai pH yang diinginkan yaitu 7,0

b. Percobaan Menaikkan pH dengan PWM 200 dengan pH awal 2,22

(4)

Pada gambar 4 diatas sama dengan grafik yang ditunjukkan pada gambar 3, dengan respon tersebut maka hasil grafik data yang didapat ialah bahwa pada waktu detik 5-17 terjadi kenaikkan nilai pH yang cukup drastis menjadi 6,9. Pada gambar 4 tesebut juga terjadi penurunan pada detik 19 dengan nilai pH 6,6 kemudian terjadi over shoot nilai pH pada detik 20 hingga detik 27 dengan nilai puncak sebesar 7,4 pH, dimana respon penambahan larutan basa terus menerus pada detik waktu 28 hingga 31 terjadi nilai pH naik turun antara 6,9 dan pH 7,0.

c. Percobaan Menaikkan pH dengan PWM 250 dengan pH awal 2,20

Pada gambar 5 menunjukkan respon perubahan nilai pH, dimana pada waktu detik 7 hingga detik 15 terjadi kenaikkan nilai pH menjadi 6,9 dan mencapai nilai yang diinginkan yaitu 7,0 pH. Pada respon ini terjadi over shoot nilai pH pada detik 16 hingga detik 25 dengan nilai puncak sebesar 7,5 pH. Pada saat penambahan larutan basa terus menerus pada detik waktu 28 hingga 31 terjadi kembali nilai pH yang diinginkan yaitu 7,0 pH.

d. Perbandingan Respon Percobaan Menaikkan pH dengan Mengganti nilai PWM Motor Pompa Tabel 1. Hasil Pengujian untuk Menaikkan pH

Respon sistem PWM Motor Pompa

150 200 250

Rise Time 9(s) 12(s) 8(s)

Overshoot - 5,7% 7,1%

Steady State - 6(s) 7(s)

Tabel 1 merupakan hasil dari percobaan menaikkan nilai pH dengan merubah nilai PWM pada motor pompa wiper, yang dapat dijelaskan untuk PWM 150 tidak terjadi overshoot dan pencapaian rise time selama 9 detik dengan perulangan kerja motor pompa wiper sebanyak 3 kali kemudian mencapai nilai set point pada detik 31.

Pada PWM 200 mencapai rise time selama 12 detik dengan terjadi overshoot 5,7% dan pencapaian steady state selama 6 detik pada titik nilai pH yang diinginkan. Kemudian pada PWM 250 tercapai rise time selama 8 detik sehingga terdapat overshoot sebesar 7,1% dengan pencapaian steady state selama 7 detik.

e. Percobaan Menurunkan pH dengan PWM 150 dengan pH awal 13,58

(5)

Dengan respon tersebut maka hasil gambar 6 data yang didapat ialah bahwa pada waktu detik 1 hingga detik 6 terjadi penurunan nilai pH menjadi 11,59 pH. Pada gambar 6 juga terlihat penurunan nilai pH kembali pada detik 10 hingga detik 34 dengan nilai puncak sebesar 10,79 pH dan mencapai nilai pH 7 pada detik waktu 35.

f. Percobaan Menurunkan pH dengan PWM 200 dengan pH awal 13,20

Pada gambar 7 menunjukkan respon perubahan nilai pH ketika sensor mendapatkan nilai pH >7. Hasil respon data yang didapat ialah bahwa pada waktu detik 3 hingga detik 11 terjadi penurunan nilai pH yang cukup drastis menjadi pH 10, dan mencapai nilai set point pH 7 pada detik waktu 30 dan 31. Terlihat juga pada gambar 7 terjadi over shoot nilai pH pada detik 32 hingga detik 35 dengan nilai puncak sebesar 6,9 pH. Pada detik waktu 36 kembali pada titik normal yaitu pH 7,00.

g. Percobaan Menurunkan pH dengan PWM 250 dengan pH awal 13,15

Grafik 8. Respon perubahan pH 13,15 dengan PWM pompa 250

(6)

Pada Grafik 8 menunjukkan respon perubahan nilai pH ketika sensor mendapatkan nilai pH >7. Hasil gambar data yang didapat ialah bahwa pada waktu detik 2 hingga detik 10 terjadi penurunan nilai pH dengan titik puncak 9,1 pH, dan mencapai nilai set point pH 7 pada detik waktu 30 dan 31. Terlihat juga over shoot nilai pH pada detik 32 hingga detik 35 dengan nilai puncak sebesar 6,9 pH. Pada detik waktu 36 kembali pada titik normal yaitu pH 7,00.

h. Perbandingan Respon Percobaan Menaikkan pH dengan Mengganti nilai PWM Motor Pompa Tabel 2. Hasil Pengujian untuk Menurunkan pH

Respon sistem PWM Motor Pompa

150 200 250

Rise Time - - -

Overshoot - 1,4% 1,1%

Steady State 5(s) 4(s) 6(s)

Tabel 2 merupakan hasil dari percobaan menurunkan nilai pH dengan merubah nilai PWM pada motor pompa wiper, yang dapat dijelaskan untuk PWM 150 tidak terjadi overshoot dan pencapaian rise time kemudian mencapai nilai set point pada detik 33. Pada PWM 200 terjadi overshoot 1,4% dan pencapaian steady state selama 4 detik pada titik nilai pH yang diinginkan. Kemudian pada PWM 250 terdapat overshoot sebesar 1,1%

dengan pencapaian steady state selama 6 detik.

i. Pengamatan Respon Perubahan pH Air

Tabel 3. Hasil pengamatan respon perubahan pH pada hari ke - 1 Hari 1

Jam pH

Awal

Motor Asam

Motor Basa

Hasil Respon

Respon Pengiriman

SMS

07.10 5,5 - Aktif 6,4 Terkirim

11.15 8,4 Aktif - 7,5 Terkirim

12.10 8,1 Aktif - 7 Tidak terkirim

14.50 5,9 - Aktif 7 Terkirim

18.00 8,1 Aktif - 7,3 Tidak terkirim

Tabel 4. Hasil pengamatan respon perubahan pH pada hari ke – 2 Hari 2

Jam

pH Awal

Motor Asam

Motor Basa

Respon pengiriman SMS

(7)

Hari 2 Jam

pH Awal

Motor Asam

Motor Basa

Respon pengiriman SMS

Dari pengambilan data penelitian pada Tabel 3 dan Tabel 4 dapat dijelaskan bahwa setiap perubahan dari kondisi pH akan dikirim melalu sms gateway. Dengan rata-rata kondisi pH air berada pada <6 pH, sehingga merespon motor pompa untuk memompa larutan nutrisi basa hingga mencapai nilai pH yang diinginkan.

4. KESIMPULAN

Penelitian ini berhasil merealisasikan rancangan sistem kontrol pH air otomatis menggunakan kontrol ON/OFF.

Dengan input berupa sensor pH meter yang sensitif terhadap perubahan nilai pH, sehingga ketika ada perubahan nilai diluar set point pH 7 maka akan direspon oleh motor pompa wiper yang kemudian aktif untuk memberikan larutan nutrisi agar pH air kembali normal. Respon motor pompa wiper terhadap perubahan pH air sangat baik ketika ada perubahan pH 0,1 pompa akan aktif dan mixer mulai mengaduk, meskipun proses itu terjadi pengulangan namun pompa wiper selalu mengutamakan nilai yang telah ditentukan. Modul SIM800L harus mendapat sinyal yang baik dengan ditandai lampu indikator berkedip perlahan dengan keberhasilan 90%, ketika modul tidak mendapat sinyal maka sms akan tertunda. Dengan karakteristik tanaman pakcoy yang sensitif terhadap perubahan suhu (30℃) dan kelembaban maka dalam penelitian ini mengganti tanaman pakcoy sebanyak 2 kali, karena sebagian besar banyak yang layu.

REFERENCES

[1] Primus Aryunto (2011) PENGARUH PERKEMBANGAN EKONOMI KOTA TERHADAP STRUKTUR RUANG KOTA (STUDI KASUS KABUPATEN GRESIK).

Skripsi Jurusan Arsitektur, FTSP.Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).

[2] http://ilmupengetahuanumum.com. jumlah penduduk surabaya 2015 di akses pada 15 oktober2016. Diakses 19 November 2016

[3] Ghana, A. K.,& Navastra, A.M. (2012).Pengaruh Perkembangan Permukiman Terhadap Dinamika Harga Lahan Di Surabaya Barat.JURNAL TEKNIKPOMITS Vol. 1,2.

[4] Putra, A.Y.H. (2016). SISTEM KONTROL OTOMATIS Ph LARUTAN NUTRISI TANAMAN PAKCOY PADA HIDROPINIK NFT (NUTRIENT FILM TECHNIQUE).Proposal Skripsi

[5] A. Kurniawan and H. A. Lestari, “Sistem kontrol nutrisi floating hydroponic system kangkung (Ipomea reptans) menggunakan Internet of Things berbasis Telegram,” J. Tek. Pertan. Lampung, vol. 9, no. 4, pp. 326–335, 2020.

[6] Kustanti, I. 2014. Pengendalian Kadar Keasaman (pH) Pada Sistem Hidroponik Stroberi Menggunakan Kontroler PID Berbasis Arduino Uno. Universitas Brawijaya. Malang

[7] Pancawati, D. 2016. IMPLEMENTASI FUZZY LOGIC CONTROLLERUNTUK MENGATUR PH NUTRISI PADA SISTEM HIDROPONIK NUTRIENT FILM TECHNIQUE (NFT). Uneversitas Internasional Batam.

[8] S. Wahyuni, M. Wahyudi, and A. Rusidy, “Rekayasa Digitalisasi Pertanian Hidroponik NFT dengan Model Kendali Suhu, pH dan Electrical Conductivity (EC),” Rekayasa, vol. 14, no. 1, pp. 68–77, 2021.

[9] A. P. Cahyaningtyas, “PERBANDINGAN ANTARA KENDALI PID DENGAN FUZZY PADA PENGENDALIAN PH LARUTAN NUTRISI SISTEM HIDROPONIK METODE NFT (NUTRIENT FILM TECHNIQUE),” J. Tek. Elektro, vol. 9, no. 3, pp. 791–801, 2020.

[10] B. Amri and A. Brijol, “SISTEM PENGATURAN PH LARUTAN NUTRISI TANAMAN HIDROPONIK BERBASIS ARDUINO UNO,” J-Innovation, vol. 8, no. 1, pp. 1–4, 2019.

[11] A. N. Fuad and M. S. ZUHRIE, “Rancang Bangun Sistem Monitoring Dan Pengontrolan Ph Nutrisi Pada Hidroponik Sitem Nutrient Film Technique (Nft) Menggunakan Pengendali Pid Berbasis Arduino Uno,” J. Tek. Elektro, vol. 8, no. 2, 2019.

[12] N. K. Allin, “Sistem pengendalian suhu air nutrisi hidroponik NFT (Nutrient Film Tehnique) menggunakan sensor suhu dan SMS Gateway berbasis Arduino (Studi Kasus di Siliwangi Indah Hidroponik),” Elkom J. Elektron. dan Komput., vol. 12, no.

1, pp. 23–35, 2019.