RANCANG BANGUN PENGERING GABAH OTOMATIS
Nofria Hanafi1), Moch. Rizky Alfadin2), dan Eko Henfri Binugroho3)
1,2,3 Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
email: [email protected]1) , [email protected]2)*, [email protected]3)
Abstrak - Penangangan pasca panen pada proses pengeringan gabah di Indonesia masih belum optimal. Kebanyakan petani Indonesia melakukan proses pengeringan secara tradisional. Hal tersebut berdampak pada kualitas dan kuantitas berat gabah. Untuk menjawab permasalahan tersebut, dalam penelitian ini dirancang purwarupa pengering gabah otomatis sebagai upaya mengoptimalkan proses pengeringan gabah dengan mode pemilihan tingkat kadar air pada gabah.
Purwarupa berukuran 1 x 0,5 x 0,4 meter memiliki prinsip kerja efek rumah kaca.
Pengering dilengkapi pemanas blower yang dikontrol menggunakan mikrokontroler dengan metode fuzzy logic. Pengering dilengkapi 4 buah sensor suhu dan 4 buah sensor kelembaban untuk proses pengambilan nilai suhu, kelembapan dan kadar air. Pengering dilengkapi 3 mode pilihan yaitu mode gabah bibit, gabah simpan, dan gabah giling. Melalui beberapa sample pengujian, didapatkan range nilai suhu sebesar 44-57 ̊C, dan range nilai kelembaban sebesar 21-41%. Adapun rata-rata durasi pengeringan, yaitu selama 4 jam dengan efektifitas 15 kali lebih cepat dari pengeringan tradisional.
Kata Kunci: Gabah, Pengeringan, Fuzzy Logic, suhu dan Kelembaban
Abstract - Post harvest handling of grain drying in Indonesia still not optimal. Most Indonesian farmers carry out the traditional drying process. It has an impact on the quality and quantity of the grain. To solve these problems, a
prototype of an automatic grain dryer was designed to optimize the grain drying process by selecting the moisture level of the grain. The size is about 1 x 0.5 x 0.4 meters, has the working principle of greenhouse effect. The dryer is equipped with a blower heater, controlled by a microcontroller using fuzzy logic method with 4 temperature and humidity sensors for taking the temperature, humidity, and moisture values. The dryer has 3 modes, namely grain seed, grain storage, and milled grain mode. Through several test samples, a temperature between 44-57 C and a humidity between 21-41% was obtained. The average drying duration is 4 hours, 15 times faster than the traditional drying.
Keywords: Grain, Drying, Fuzzy, Humidity and temperature
I. PENDAHULUAN
Indonesia merupakan sebuah negara sebagai penghasil beras terkemuka, bersama Vietnam dan Thailand. Indonesia juga disebut sebagai “Lumbung Padi”
karena selalu mencatatkan total produksi yang tinggi [1]. Namun realita saat ini Indonesia masih melakukan impor beras untuk memenuhi kebutuhan pangan nasional. Terbukti, dalam data yang dirilis Badan Pusat Statistik (BPS), negara ini dari tahun 2000-2019 masih terus
mengimpor beras [2]. Situasi ini salah satunya disebabkan oleh petani Indonesia yang masih menggunakan teknik-teknik pertanian yang tidak optimal. Seperti dalam hal mengeringkan padi, petani Indonesia dalam proses pengeringannya sebagian besar petani masih menggunakan metode penjemuran langsung di bawah sinar matahari. Kekurangan proses pengeringan saat ini memiliki resiko tercemar kotoran. Selain itu jumlah gabah menjadi berkurang akibat dimakan binatang seperti burung dan ayam. Serta berkemungkinan kehujanan yang dapat menurunkan 2 aspek kualitas gabah akibat pengeringan yang tertunda [3]. Penelitian mengenai teknologi pengering padi dengan memanfaatkan efek rumah kaca sudah mulai dikembangkan di Indonesia.
Pengering padi dengan efek rumah kaca memiliki 2 buah teknik yang berbeda, yang pertama menggunakan energi matahari secara keseluruhan tanpa energi listrik, sedangkan yang kedua terdapat tambahan energi solar dryer dome untuk tambahan sumber energi listrik panel surya.
Selain perbedaan kedua contoh pengeringan padi di atas memiliki kesamaan yaitu menggunakan metode pengeringan efek rumah kaca dengan memanfaatkan energi matahari secara tidak langsung. Selain itu kedua pengering
di atas membutuhkan lahan pengeringan yang tidak bisa dipindah-pindah. Ketika musim panen berakhir, lahan tempat kedua pengering didirikan tidak dapat dimanfaatkan untuk proses penanaman.
Untuk itu dalam penelitian ini dirancang sebuah inovasi pengering gabah yang dapat dipindah-pindah dan dapat diletakkan dimana saja. Sehingga lahan tetap bisa dimanfaatkan secara optimal dan hasil panen tidak berkurang karena tempat pengeringan yang membutuhkan lahan.
Pengering gabah otomatis dalam penelitian ini menggunakan metode fuzzy logic yang diharapkan mampu mengatasi permasalahan petani Indonesia dalam proses pengeringan padi secara otomatis dan praktis. Pengering gabah otomatis ini memanfaatkan prinsip kerja efek rumah kaca sehingga panas yang digunakan lebih stabil. Pengering gabah otomatis ini juga bisa diletakkan di pematang sawah dan bisa dipindah-pindah. Adapun perencanaan desain pengering ini terbuat dari bahan plastik sehingga lebih murah dan terjangkau. Alat ini diharapkan dapat membantu mengoptimalkan pengeringan gabah dengan tingkatan kadar air yang sesuai sebagai bibit, untuk simpan dan giling.
II. METODE PENELITIAN
Jenis metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah metode penelitian kuantitatif. Metode ini adalah penelitian yang berfokus pada pengukuran dan analisis data. Adapun data yang akan diukur dan diteliti pada penelitian ini adalah tingkat pengeringan gabah sesuai dengan kriteria kebutuhan untuk dijadikan bibit atau disimpan dan atau digiling dengan proses menggunakan metode fuzzy logic yang ditanampan pada mikrokontroler yang memiliki tahapan sebagai berikut :
a. Melakukan survey data pengukuran gabah yang meliputi kadar air dan berat pada jenis gabah yang akan digunakan dalam penelitian.
b. Merancang sistem pengeringan dengan mempertimbangkan perangkat-perangkat yang diperlukan untuk mendapatkan kriteria gabah yang diinginkan
c. Mengimplementasikan rancangan sistem pengeringan gabah yang dibuat dengan mengintegrasikan seluruh komponen baik mekanik, sistem elektronik dan program sehingga dapat berfungsi untuk melakukan proses pengeringan d. Melakukan uji coba sistem secara
menyeluruh dan melakukan perbaikan untuk mendapatkan
kualitas dan kriteria gabah yang diinginkan.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian rancang bangun pengering gabah otomatis dilakukan dengan mengoptimalkan proses pengeringan. Proses pengeringan dilakukan di siang hari dengan memanfaatkan efek rumah kaca. Efek rumah kaca menghasilkan nilai suhu dan kelembaban yang relatif stabil. Sehingga kadar air berkurang secara stabil. Selain itu pengering juga dilengkapi komponen pemanas untuk meningkatkan suhu dan menurunkan kelembaban di ruang pengeringan, sehingga kadar air gabah lebih cepat berkurang. Adapun alur kerja sistem secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Desain Sistem Pengering Gabah.
Pengering gabah dirancang dengan tiga buah hasil kadar air yang berbeda untuk mendapatkan tipe gabah sesuai kebutuhan dengan menentukan tipe
pengeringan pada panel kontroler. Adapun 3 tipe tersebut adalah sebagai berikut : 1. Pengeringan gabah untuk bibit.
2. Pengeringan gabah untuk disimpan.
3. Pengeringan gabah untuk digiling.
Perancangan Sistem Secara Keseluruhan
Pada gambar 2 ditunjukkan sistem dimulai dari proses input mode oleh pengguna. Sistem membaca nilai sensor- sensor yang dipakai (nilai sensor aktual).
Data sensor yang terbaca diolah menggunakan fuzzy logic controller dan hasilnya digunakan untuk menggerakkan aktuator serta ditampilkan pada layar LCD. Proses tersebut berlangsung sampai dengan nilai sensor actual sesuai dengan nilai pada mode pemilihan pengeringan.
Dalam proses pengeringan terdapat 3 mode pengeringan. Tiga mode pengeringan tersebut memiliki parameter- parameter nilai masing-masing untuk kadar air yang tersimpan pada gabah.
Parameter-parameter tersebut sesuai dengan standar yang ditetapkan oleh pemerintah Republik Indonesia. Berikut merupakan standar kadar air gabah yang harus dipenuhi untuk ke-3 mode pengeringan.
a. Mode pengering gabah simpan (15≥
Kadar air ≤16).
b. Mode pengering gabah giling (14≥
Kadar air ≤15).
c. Mode pengering gabah bibit (10≥
Kadar air <13)
Gambar 2. Diagram Alir Sistem.
Pada gambar 2 ditunjukkan sistem dimulai dari proses input mode oleh pengguna dengan menggunakan satuan persen (%) untuk pemilihan mode. Pada perencanaan eksperimen untuk mencapai mode pengeringan, dilakukan monitoring uji coba perubahan-perubahan seting nilai suhu dan kelembaban. Nilai seting tersebut digunakan pada variable yang akan diolah menggunakan fuzzy logic controller. Adapun aturan pengeringan buatan tersebut dapat dilihat pada tabel 1.
Pada tabel 1 ditunjukkan aturan dari periode kipas menyala. Semakin tinggi nilai suhu dan kelembaban maka kipas menyala dalam keadaan relatif lama.
Begitu pula sebaliknya, jika nilai suhu dan kelembaban rendah maka kipas menyala relatif singkat. Dalam aturan periode nyala kipas ini terdapat 4 kondisi utama yang dilambangkan dengan GDM, GUM, GU,
dan GD. Maksud dari masing-masing karakter tersebut digunakan untuk langkah bertahap menuju ke dalam kondisi yang ideal. Kondisi ideal yang dimaksud adalah kondisi ketika nilai suhu aktual sama dengan nilai suhu referensi.
Tabel 1 Aturan Periode Kipas Menyala
Ket : GDM(Go Down Max); GUM(Go Up max); GU(Go Up); GD(Go Down)
Perencanaan Fuzzy
Dalam perencanaan sistem ini dibangun sebuah variabel fuzzy yang membantu dalam pengambilan keputusan.
Variabel fuzzy yang dibangun terdiri dari 2 input yaitu: variabel nilai kelembaban dan nilai suhu serta 1 variabel output yaitu variabel kipas. Fuzzifikasi merupakan proses untuk menterjemahkan variable berupa angka menjadi linguistik. Terdapat 2 nilai masukan pada fuzzifikasi yaitu kelembaban dan suhu. Selain itu, terdapat 1 nilai keluaran pada fuzzifikasi yaitu variabel periode blower pemanas.
Membership average kelembaban memiliki 3 kondisi yaitu: kondisi kelembaban rendah, sedang, dan tinggi.
Didefinisikan identifikasi untuk nilai μ yang memenuhi persamaan adalah sebagai berikut.
Variabel Average Temp, juga memiliki 3 kondisi yaitu: suhu rendah, suhu sedang, dan suhu tinggi. Didefiniskan diidentifikasi untuk nilai μ yang memenuhi persamaan adalah sebagai berikut.
Variabel Output, juga memiliki 3 kondisi untuk durasi perputaran blower yaitu:
durasi cepat, durasi sedang, dan durasi lambat. Didefiniskan dan diidentifikasi untuk nilai μ yang memenuhi persamaan adalah sebagai berikut.
Pengering gabah otomatis ini dirancang sedemikian hingga mampu mengurangi kadar air dalam gabah dan bisa menentukan kriteria kegunaan gabah selanjutnya. Fungsi gabah setelah dipanen ada 3 diantaranya adalah gabah untuk digiling, disimpan dan digunakan sebagai bibit.
Hasil Pengujian Pengeringan Gabah
Pada bagian pengujian pengeringan gabah ditampilkan keseluruhan hasil uji alat pengering gabah yang telah dibuat untuk kemudian hasilnya dibandingkan dengan alat ukur yang telah ada dipasaran dan digunakan oleh dinas terkait.
Hasil Perbandingan Sensor Soil Moisture dengan Grain Moisture Meter AR991
Pengujian sensor soil moisture diperlukan untuk mendapatkan nilai sensor yang akurat. Dalam Penelitian ini digunakan Grain Moisture Meter AR991 sebagai pembanding dari nilai yang diperoleh. Tabel 2 menunjukkan hasil perbandingan pengujian sensor kadar air.
Dari tabel 2 terlihat bahwa error antara pembacaan sensor dengan alat yang sudah ada bekerja pada range 0,1-0,2.
Tabel 2. Hasil Perbandingan Percobaan Pengukuran Kadar Air
No
Sensor Soil Moisture
Grain Moisture
Meter AR991
Error Error (%)
1 12,5 12,3 0,2 1,6
2 14,8 14,9 0,1 0,67
3 20,7 20,6 0,1 0,48
4 23,3 23,2 0,1 0,43
Hasil Pengaruh Nilai Suhu Kelembaban Terhadap Kadar Air Gabah Jenis KKJ01
Pengujian selanjutnya yaitu menguji pengaruh suhu dan kelembaban terhadap kadar air gabah jenis KKJ01. Pengujian ini dilakukan ditempat dan jam yang sama.
Adapun grafik dari pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat pada gambar 3.
Pada gambar 3 merupakan grafik perubahan nilai suhu dan kelembaban berdasarkan data ke-n. Untuk datanya sendiri diambil selama 3 jam dan sudah sesuai dengan nilai kadar air yang diinginkan. Dari data yang dihasilkan, didapatkan beberapa kesimpulan yang dapat dilihat pada tabel 3. Berdasarkan tabel 3 didapatkan beberapa kriteria secara keseluruhan. Pertama yaitu range kerja suhu. Pada pengujian ini didapatkan range kerja suhu pada nilai 45,45-54,72 ̊ C dengan nilai suhu yang sering muncul yaitu 53,22 ̊ C. Dari nilai tersebut didapatkan nilai rata-rata suhu 50,48 ̊ C.
Pada gambar 3 merupakan grafik perubahan nilai suhu dan kelembaban berdasarkan data ke-n. Untuk datanya sendiri diambil selama 3 jam dan sudah sesuai dengan nilai kadar air yang diinginkan. Dari data yang dihasilkan, didapatkan beberapa kesimpulan yang dapat dilihat pada tabel 3. Berdasarkan tabel 3 didapatkan beberapa kriteria secara keseluruhan. Pertama yaitu range kerja suhu.
Gambar 3. Grafik Perubahan Nilai Kadar Air Gabah KKJ01.
Tabel 3. Kesimpulan Grafik Pengeringan Padi Jenis KKJ01
Indikator Suhu (°C)
Kelembaban (%)
Kadar Air Maksimum 54,72 41,25 54,75
Minimum 45,45 21 11,25
Modus 53,22 23 54,25
Rata-Rata 50,48 30,24 34,41
Pada pengujian ini didapatkan range kerja suhu pada nilai 45,45-54,72 ̊ C dengan nilai suhu yang sering muncul yaitu 53,22 ̊ C. Dari nilai tersebut didapatkan nilai rata-rata suhu 50,48 ̊ C.
Kemudian untuk nilai range kelembaban berada pada nilai 21-41,25 %. Dari data tersebut juga didapatkan nilai kelembaban yaitu 23 % dan nilai rata-rata sebesar 30,23 %.
Durasi Pengeringan Untuk Masing- Masing Mode.
Pengujian selanjutnya yaitu pengujian untuk masing-masing mode pengeringan. Pengujian ini dilakukan untuk memastikan bahwa gabah bisa dikeringkan dengan beberapa mode pengering. Pengujian ini dilakukan di waktu dan tempat yang sama yaitu pada
jam 09:00 WIB hingga selesai. Tujuan dilakukan di tempat dan waktu yang sama karena tempat dan waktu tersebut dijadikan sebagai variabel kontrol atau perlakuan yang sama. Adapun durasi nilai yang didapat dari pengujian masing- masing mode dapat dilihat pada tabel 4.
Berdasarkan data pada tabel 4 didapatkan beberapa kriteria secara keseluruhan.
Pertama yaitu rata-rata nilai suhu masing- masing mode. Mode gabah bibit memiliki nilai rata-rata suhu tertinggi sebesar 50,4 ̊ C. Selain itu mode gabah bibit juga memiliki nilai rata-rata kelembaban terendah sebesar 30,2 %. Durasi pengeringan tercepat terjadi pada mode gabah simpan, yaitu memiliki durasi pengeringan selama 3,7 jam. Sedangkan pengeringan terlama terjadi pada mode pengeringan gabah bibit, selama 4,5 jam.
Adapun rata-rata durasi pengeringan yaitu 4,1 jam.
Tabel 4. Durasi Masing-Masing Mode
No Kriteria Gabah Bibit
Gabah Simpan
Gabah Giling 1 Kadar Air
Awal 54,75 23 30,6
2 Kadar Air
Akhir 12 15 14
3 Rata-Rata
Suhu (°C) 50,4 49,9 51,1 4
Rata-Rata Kelembaban (%)
30,2 32,06 31,5
5 Durasi (Jam) 4,5 3,7 4,1
Perbandingan Pengeringan Menggunakan Metode Fuzzy Logic dan
Pengeringan Menggunakan On-Off Blower
Pengujian selanjutnya yaitu untuk membandingkan penggunaan metode fuzzy logic dengan on-off biasa untuk menyalakan blower dan dilakukan dengan waktu dan tempat yang sama. Adapun data pengujian dapat ditampilkan dalam bentuk grafik pada gambar 4. Pada gambar 4 ditunjukkan perbandingan nilai suhu implementasi menggunakan metode fuzzy logic dengan on-off blower. Grafik berwarna jingga menginformasikan perubahan nilai suhu menggunakan metode fuzzy logic. Sedangkan grafik berwarna biru merupakan perubahan suhu menggunakan metode on-off blower.
Berdasarkan grafik pada gambar 5, grafik yang berwarna jingga menunjukkan perubahan nilai suhu yang relatif stabil dibandingkan grafik yang berwarna biru.
Hal tersebut menunjukkan bahwa penggunaan metode fuzzy logic membuat perubahan suhu menjadi lebih stabil.
Pengamatan perbandingan perubahan nilai kelembaban menggunakan metode fuzzy logic dan on-off blower dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 4. Grafik Perbandingan Nilai Suhu Antara Metode Fuzzy Logic dengan
On-Off Blower.
Pada gambar 5 ditunjukkan perbandingan nilai kelembaban pada implementasi menggunakan metode fuzzy logic dengan On-Off blower. Grafik berwarna jingga menunjukkan perubahan nilai kelembaban untuk metode fuzzy logic. Sedangkan grafik berwarna biru merupakan perubahan kelembaban menggunakan metode on-off blower. Berdasarkan grafik pada gambar 5, grafik yang berwarna jingga menunjukkan perubahan nilai kelembaban yang relatif stabil dibandingkan grafik yang berwarna biru.
Hal tersebut menunjukkan bahwa penggunaan metode fuzzy logic membuat perubahan kelembaban menjadi lebih stabil.
Grafik 5. Perbandingan Nilai Kelembaban Antara Metode Fuzzy Logic
dengan On-Off Blower
Tabel 5. Data perbandingan Metode Fuzzy Logic dengan On-Off
Berdasarkan Tabel 4 didapatkan beberapa kriteria yang ada pada pengujian. Dengan menggunakan metode fuzzy logic, nilai suhu yang sering muncul lebih besar dari pada menggunkan metode on-off. Begitu pula dengan kelembaban, nilai modus dari kelembaban lebih rendah pada metode fuzzy logic.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan pengujian dan analisa yang sudah dilakukan didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut.
1. Range kerja suhu pengeringan otomatis pada penelitian ini berada pada nilai 48-57,72 ̊ C lebih tinggi 20 ̊ C dari pada pengeringan konvensional.
2. Range kerja kelembaban pengeringan otomatis berada pada nilai 21,25-36
% lebih rendah 15 % dari pada pengeringan konvensional
3. Berdasarkan data pengujian sensor yang telah dilakukan, purwarupa ini memiliki nilai sensor kadar air yang hampir sesuai dengan alat ukur Grain Moisture Meter AR991 dengan nilai error ≤ 1,2.
4. Penggunaan metode fuzzy dapat lebih mestabilkan nilai suhu dan kelembaban pada ruang pengeringan dibandingkan dengan on-off blower biasa.
V. DAFTAR PUSTAKA
Agrofarm.co.id. (2021, Maret). AgroFarm
[Online]. Available:
https://www.agrofarm.co.id.
Alfiah, W. F. (2016). Implementasi Kontrol Logika Fuzzy (KLF) Dalam Pengendalian Kadar Keasaman (pH) Hydroponic Bucket System Pada Tomat Cheery.
Badan Pusat Statistik. (2020). Impor Beras Menurut Negara Asal Utama.
Jakarta. Badan Pusat Statistik.
C. GP and A. F. (2018). Kontrol Kelembaban Jamur Tiram Berbasis Logika Fuzzy dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino ATMega238. Jurnal Fisika.
F. A. Soebiantoro, E. Taringan, L. Hwa, V. P. Halim and L. Sapei. (2018).
Drying characteristics of curcuma longa using solar dryer. Pertanika J Sci Technol. no. 26. h. 1265-1274 F. Crumbles. (2020, Juni). Food Crumbles
[Online]. Available:
https://foodcrumbles.com/where- rice-comes-from/.
FAO. (2021, Maret). [Online]. Available:
http://www.fao.org/giews
/countrybrief/country.jsp?code=ID N.
L. M. Aditiya. (2020, Agustus). Indonesia Menjadi Salah Satu Negara Penghasil Beras Terbesar di Dunia Berapa Produksinya [Online].
Available: https:
//www.goodnewsfromindonesia.id /2020/08/08/indonesia-menjadi-
salah-satu-negara-penghasil-beras- terbesar-di-dunia-berapa-
produksinya.
Lamhot. (2019). Menghitung Kebutuhan Pengering Gabah di Kecamatan Ciomas Bogor dengan Metode Monte Carlo. Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia. vol. XI. no. 3.
h. 151-156
R. A. Salvatierra, N. Marcus, G. Martin, T. d. Bruin and J. Muller. (2017).
Development of an inflatabel solar dryer for improved postharvest. Int J Agric & Biol Eng. vol. x. no. 3. h.
270-278.
