Pengendali Suhu pada Proses Pemanasandalam Pembuatan Sirup Jahe

Pengendali Suhu pada Proses

Pemanasan

_{dalam Pembuatan Sirup}

Jahe

Eka Mandayatma*

a)

, Hanifa Hasna Fawwaz

a)

, Fahmawati Hamida

a)

,

Abstrak:Jahe (zingiber offocinale) merupakan jenis tanaman obat dan dapat berfungsi sebagai rempah. Salah satu contohnya jahe dapat diolah menjadi sirup jahe. Pembuatan sirup jahe skala rumah tangga masih sedikit di Indonesia dan proses pembuatannya masih secara manual. Dalam pembuatan manual ini mempunyai beberapa kelemahan, contohnya yaitu membutuhkan orang yang terampil untuk mengawasi pembuatan sirup jahe terutama pada proses pemanasan bahan baku sirup jahe. Dalam proses pemanasan bahan baku sirup jahe ini dibutuhkan pengawasan terutama dalam hal suhu pemanasannya, karena pada pembuatan manual suhu pemanasannya belum stabil. Berdasarkan permasalahan yang ada akan dirancang sebuah alat yang mampu mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe. Rentang suhu yang perlu dikendalikan adalah 800C-900C.Penelitian ini menggunakan sensor PT100 sebagai sensor utama untuk parameter pengendali suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe. Arduino digunakan sebagai alat pengontrol utama dengan LogikaFuzzy. Proses perancangan logika fuzzy sebagai pengendali suhu dengan menggunakan 2 buah label membership function untuk masukan Error dan delta Error, metode Tsukamoto, dan metode defuzzifikasi Weighted Average (WA). Hasil pengujian sistem diperoleh bahwa proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe dilakukan selama 26 menit dengan range suhu 900C.

Kata-kata kunci: sirup jahe, kendali suhu, fuzzy

1. Pendahuluan

Jahe (Zingiber officinale) merupakan salah satu rempah-rempah penting. Rimpangnya memiliki banyak kegunaan, antara lain sebagai bumbu masak, pemberi aroma dan rasa pada makanan seperti roti, kue, biskuit, dan kembang gula.

Produksi tanaman jahe dari tahun ke tahun meningkat. Di daerah Jawa rata-rata produksi jahe pada tahun 2004 sampai 2008 adalah 21.415 ton/tahun[1].Produksi yang terus meningkat ini harus diimbangi dengan konsumsi jahe yang juga tinggi.Namun jahe memiliki rasa yang memberi efek panas jika di konsumsi secara langsung. Hal ini mengakibatkan banyak masyarakat Indonesia yang tidak menyukai untuk mengkonsumsi jahe secara langsung. Untuk mengatasi hal tersebut, maka jahe diolah menjadi produk pangan olahan. Salah satu produk pangan olahan yang berbahan baku jahe yaitu sirup jahe.

Pembuatan sirup jahe skala rumah tangga masih sedikit di Indonesia dan proses pembuatannya masih secara manual dan dengan pembuatan yang secara manual, pembuatan sirup jahe memiliki kekurangan yaitu membutuhkan orang yang terampil untuk mengawasi pembuatan sirup jahe terutama pada proses pemanasan bahan baku sirup jahe. Berdasarkan permasalahan yang telah disebutkan di atas akan dirancang sebuah alat yang mampu mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe. Kontrol yang digunakan adalah Logika Fuzzy yang bertujuan agar bisa mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe tetap stabil, mempersingkat waktu produksi, mengurangi human error, serta meningkatkan ketahanan proses dan konsistensi output.

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Pembuatan Sirup Jahe

2.1.1 Perebusan atau Pemanasan Sirup Jahe

Pada proses perebusan/pemanasan sari jahe dilakukan dengan cara memanaskan sari jahe selama 15 menit dengan suhu ±850C. Proses perebusan/pemanasan dilakukan dalam keadaan terbuka sehingga adonan tidak meluap. Hasil yang baik dari sirup jahe berupa cairan kental berupa kuning kecoklatan [2].

2.1.2 Pencampuran Akhir

Pada proses pencampuran akhir dilakukan dengan menambahkan gula pasir ke dalam larutan dan dipanaskan dengan suhu ±850C selama 15 menit sambil diaduk (semua gula terlarut dan menyatu ke dalam adonan) [2].

Gambar 2.1Sensor Suhu PT100[3] 2.3 Logika Fuzzy

Fuzzy set pertama kali diperkenalkan oleh Prof. Lotfi Zadeh di dalam papernya yang menjelaskan ide dasar fuzzy set. Secara harfiah fuzzy berarti samar, sedangkan kebalikannya yaitu Crisp yang secara harfiah berarti tegas [4].

Himpunan fuzzy didasarkan pada gagasan untuk memperluas jangkauan fungsi karakteristik sehingga fungsi akan mencakup bilangan real pada interval [0,1]. Nilai keanggotaan menunjukkan bahwa suatu nilai dalam semesta pembicaraan tidak hanya berada pada niai 0 dan 1 saja, namun juga nilai yang terletak diantaranya [5].

2.3.1 Fungsi Keanggotaan

Dalam logika fuzzy, fungsi keanggotaan menyatakan derajat keanggotaan pada suatu himpunan. Nilai dari fungsi keanggotaan ini berada dalam selang [0,1], dan dinyatakan dengan µA.Fungsi keanggotaan suatu himpunan fuzzy dapat ditentukan melalui fungsi segitiga (triangel), trapesium (trapezoidal), atau fungsi Gauss (Gaussian) [6].

2.3.2 Kendali Logika Fuzzy

Sistem kendali logika fuzzyatau bisa disebut juga sistem Inferensi Fuzzy (FuzzyInference System/FIS) atau fuzzy inference engine adalah sistem yang dapat melakukan penalaran dengan prinsip serupa seperti manusia melakukan penalaran dengan nalurinya.Terdapat beberapa jenis FIS yaitu Mamdani, Sugeno dan Tsukamoto.Sistem kendali logika fuzzy terdiri dari beberapa tahapan seperti pada Gambar 2.2 berikut [6]. Logika fuzzy yang digunakan pada penelitian ini menggunakan metode Tsukamoto. Pada metode ini, tiap konsekuen pada aturan yang berbentuk IF-THEN harus dipresentasikan dengan suatu himpunan samar dengan fungsi keanggotaan yang monoton. Hasil akhir diperoleh dengan memakai rata-rata berbobot (weight average) [7].

2.4 Zero Crossing

Rangkaian zero crossing berfungsi untuk mendeteksi titik persilangan nol suatu sinyal AC baik sinus maupun sinyal AC yang lain. Output dari rangkaian zero crosing

adalah suatu pulsa yang menginterprestasikan titik persilangan dengan nol sinyal input atau dengan kata lain

output rangkaian zerro crossing akan mengalami perubahan nilai pada saat sinyal input bersilangan dengan titik nol.

Gambar 2.2Titik Zero Crossing[3]

2.5 Kompor Listrik

Kompor listrik adalah kompor yang memiliki elemen pemanas yang menggunakan tenaga listrik untuk dapat menghasilkan panas. Kompor listrik mempunyai prinsip kerja, ketika kompor dihubungkan ke sumberlistrik dan di hidupkan, maka arus listrikakan mengalir ke dalam elemen.Dengan mengalirnya arus tersebutterjadi pemanasan pada elemen akibattahanan elemen tersebut [6]. Kompor Listrik di sini digunakan untuk memanaskan sirup jahe. Kompor yang digunakan yaitu Oxone Single Ceramic Portable Stove OX-655S.

Gambar 2.3Kompor Listrik Oxone Single Ceramic

Portable Stove OX-655S

3. Metode Penelitian

3.1 Prinsip Kerja Alat

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem

3.2 Perancangan dan Pembuatan Mekanik

Gambar 3.2 Alat Pembuat Sirup Jahe

Gambar 3.3 Tabung Pembuat Sirup Jahe

Alat pembuat sirup jahe ini memiliki volume sebesar 10 liter.

3.3 Perancangan dan Pembuatan Elektrik

3.3.1 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Suhu PT100 Sensor suhu PT100 memiliki outputdalam satuan ohm sehingga perlu dikuatkan untuk mendapatkan keluaran dalamsatuan volt. RTD PT100 merupakan jenis resistor yang nilai resistansinya akanberubah-ubah sesuai dengan kenaikan suhu. Jenis RTD ini disebut dengan PT100karena dikalibrasi pada suhu 00C pada nilai resistansi 100 ohm.

Rpt = 100 + (0.358*suhu) ... (1) Output dari sensor RTD PT100 ini agar dapat diolah pada systemmikrokontroler (arduino) perlu dihubungkan dengan ADC. ADC dari Arduino yangdigunakan di sini menggunakan 10 bit dengan Vref yang digunakan adalah 5 V. Sehingga untuk memenuhi kebutuhan penguatan dalam rangkaian pengkondisi sinyal (agar outputnya 0V-5V) maka pada rangkaian ini digunakan IC INA125.

3.3.2 Rangkaian Driver Kompor

Rangkaian driver kompor ini terdiri dari dua rangkaian yaitu rangakain zero crossing dan rangkaian pengendali tegangan AC untuk kompor listrik. Rangkaian zero crossing di sini berguna untuk start pemicuan rangkaian pengendali tegangan AC untuk kompor listrik. Rangkaian pengendali tegangan AC untuk kompor listrik ini berfungsi untuk mengendalikan nilai tegangan yang akan masuk ke beban yaitu kompor listrik. Semakin besar nilai tegangan maka kompor listrik akan semakin panas, dan jika nilai tegangannya kecil maka panas kompor listrik juga kecil. Pada rangkaian ini menggunakan triac BTA26 yang mempunyai kemampuan dilewati arus sebesar 25 A.

3.4Perancangan dan Pembuatan Software

3.4.1 Logika Fuzzy

Logika fuzzy terdiri dua masukan dan satu keluaran. Dua masukan tersebut adalah nilai error(E) dannilai

∆error(dE). Keluaran di sini berupa tegangan untuk mengatur besar panas pada kompor listrik.

3.4.2 Fungsi Keanggotaan Masukan

Fungsi keanggotaan masukan pada perancanaan ini terdapat dua keanggotaan yaitu keanggotaan error(E) dan keanggotaan ∆error(dE). Pada keanggotaan error(E) mempunyai dua variabel fungsi keanggotaan yaitu Error Kecil (EK) dan Error Besar (EB). Pada keanggotaan

∆error(dE) mempunyai dua variabel fungsi keanggotaan yaitu ∆error Kecil (dEK) dan ∆error Besar (dEB).

Gambar 3.4Fungsi Keanggotaan Masukan Error

3.4.3 Fungsi Keanggotaan Keluaran

Fungsi keanggotaan keluaran yang nantinya diharapkan adalah panas yang dikeluarkan oleh kompor listrik yang akan digunakan untuk memanaskan sirup jahe. Fungsi keanggotaan keluaran ini mempunyai dua variabel keanggotaan keluaran yaitu Out Kecil (OK) dan Out Besar (OB). Besarnya panas yang akan dikeluarkan kompor listrik bergantung dari besarnya PWM yang dikeluarkan oleh mikrokontroller yang dihasilkan dengan perhitungan metode defuzzyfikasi Weighted Average.

Gambar 3.6Fungsi Keanggotaan KeluaranOutput

3.4.4 Rule Base

Penyusunan Fuzzy Rule Base ini akan sangat berpengaruh pada tahap pengambilan keputusan yang akan dilakukan oleh plant. Berdasarkan pada basis aturan fuzzy, perancangan alat ini menggunakan metode Weighted Average.

Tabel 3.1 Aturan Fuzzy

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor PT100

Pengujianrangkaianpengkondisisinyal sensor PT100 bertujuanuntukmengetahuikemampuanrangkaianpengkondi sisinyal sensor PT100 terhadapperubahansuhumelalui Serial Monitor Arduino. Pengujian dilakukan dengan melihat perubahan suhu dengan skala 20C yang dimulai dari suhu 280C sampai dengan 900C.

Gambar 4.1 Hasil Keluaran Sensor PT100

4.2 Pengujian Rangkaian Zero Crossing

Gambar 4.2Pengujian Rangkaian Zero Crossing

dengan Osciloscop

Gambar 4.2 diatasdidapatduasinyalkeluaran, sinyalpertamayaitusinyal yang berwarna kuning, didapatdaripenyearahansinyal AC 220 Volt 50 Hz earahansinyal sinus 220 volt AC.Seberangantitiknol yang dideteksiadalahperalihandaripositifmenuju negatif danperalihandari negatif menujupositif.

4.3 Pengujian Metode Logika Fuzzy untuk Alat yang Digunakan pada Proses Pemanasan dalam Pembuatan Sirup Jahe

Pengujian metode logika fuzzyuntuk alat yang digunakan pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe dilakukan dengan memasukkan setiap fungsi keanggotaan yang telah dijelaskan pada Bab III dan set point yang diberikan, serta menganalisis respon sistemyang diberikan metode logika fuzzy.

1. Set point 800C, dengan gula cair dan ekstrak jahe 2,5 kg

Gambar 4.3Respon Sistem dengan Logika Fuzzy dengan Beban Gula Cair dan Ekstrak Jahe Set Point 800C

Tabel 4.1 Respon Sistem Terhadap Waktu

3. 6 43 45 4 220 sempurna sehingga pembacaan sensor cenderung lebih tinggi daripada pembacaan termometer. Gula yang belum mencair sempurna atau masih padat menimbulkan panas yang tinggi. Pada Tabel 4.1 juga menunjukkan nilai tegangan pada beban terhadap suhu. Ketika nilai suhu sudah mendekati nilai set point maka nilai tegangan pada beban turun untuk mengendalikan panas pada beban yaitu kompor listrik.

Gambar 4.4Hasil Sirup dengan Nilai Set Point 800C Pada Gambar 4.4 adalah hasil sirup jahe yang sudah baik dengan ciri mempunyai warna kuning kecoklatan. Dengan set point 800C untuk mencapai set point membutuhkan waktu 18 menit sedangkan untuk mencapai hasil sirup jahe yang baik membutuhkan waktu 27 menit.

2. Set point 900C, dengan gula cair dan ekstrak jahe 2,5 kg

Gambar 4.5Respon Sistem dengan Logika Fuzzy dengan Beban Gula Cair dan Ekstrak Jahe Set Point 900C

Respon diberikan nilai set point 900C. Dengan menggunakan nilai set point tersebut, sistem membutuhkan waktu 25 menit untuk mencapai nilai tersebut.

Gambar 4.6Hasil Sirup dengan Nilai Set Point 900C Pada Gambar 4.6 adalah hasil sirup jahe yang sudah baik dengan ciri mempunyai warna kuning kecoklatan. Dengan set point 900C untuk mencapai hasil sirup jahe yang baik membutuhkan waktu 26 menit. Dengan nilai set point ini sistem mempunyai waktu yang lebih cepat daripada set point 800C dan 850C untuk menghasilkan sirup jahe yang baik.

5. Penutup

5.1 Kesimpulan

1. PenggunaanLogikafuzzy sebagai pengendali suhu denganmenggunakan 2 buah label membership function untukmasukan Error dan delta Error, metode Tsukamoto, dan metode defuzzifikasi Weighted Average(WA) mampu membuat sistem tetap stabil sesuai dengan set point yang di tentukan.

2. Pembacaan nilai suhu dengan sensor suhu PT100 pada LCD dibandingkan dengan menggunakan termometer dapatdikatakan baik karena masih memiliki rata – rata error 1,8% yang dalam pengujian masih dalam batas toleransi yakni ±5%. Erroryang dihasilkan menunjukkan bahwa sensor suhu yang digunakan sudah cukupakurat dan presisi sehingga mampu menampilkan kinerja yang baikpada sistem.

3. Pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahe, nilai suhu yang paling efektif digunakan adalah 900C karena dengan nilai suhu tersebut dapat menghasilkan sirup jahe yang baik dalam waktu 26 menit.

5.2 Saran

1. Dari segi mekanik, sebaiknya perlu dipertimbangkan lagi segi kehigienisan untuk menambahkan penutup area panci pemanasan sirup jahe agar dalam pemanasannya suhu tidak dipengaruhi suhu luar dan tidak termasuki debu-debu dari luar.

2. Dari segi elektronik, wiring elektronik perlu disempurnakan sehingga alat untuk mengendalikan suhu pada proses pemanasan dalam pembuatan sirup jahetidak menyengat saat alat dipegang.

3. Dari segi software, perlu adanya metode kontrol lain sebagai perbandingan apakah metode baru yang digunakan lebih baik atau kurang baik dibandingkan menggunakan logika fuzzyyang digunakan saat ini.

Daftar Pustaka

[1]Pribadi, Ekwasita Rini. 2013. Status dan Prospek Peningkatan

Produksi dan Ekspor Jahe Indonesia. Jurnal Balai Penelitian

Tanaman Rempah dan Obat. Volume 12 No. 2.

[2]Tim Lentera. 2002. Khasiat dan Manfaat Jahe Merah Si

Rimpang Ajaib. Surabaya: AgroMedia Pustaka.

[3]Anonim., 2015., Membuat Rangkaian Zero Crossing Detektor

Suhu pada Proses Distilasi Vakum Bioetanol Menggunakan

Logika fuzzy. Jurnal Jurusan Teknik ElektroFakultas

TeknikUniversitas Brawijaya Malang.

[5]Arissandi, Rizky. 2014. Implementasi Logika fuzzy (LOGIKA FUZZY) sebagai Pengendali Suhu Sistem Pasteurisasi Kuning

Telur Cair Berbasis Mikrokontroler Arduino. SkripsiJurusan

Teknik ElektroFakultas TeknikUniversitas Brawijaya Malang. [6]Saelan, Athia. 2009. Logika Fuzzy. Jurnal Program Studi

Teknik InformatikaSekolah Teknik Elektro dan InformatikaInstitut Teknologi Bandung.

[7]Anonim., 2013., Logika Fuzzy Metode Tsukamoto. http://www.metode-algoritma.com/2013/06/himpunan-fuzzy.ht ml. Diakses tanggal 22 Mei 2017.