## Sistem Kontrol Tungku Api Otomatis Untuk Proses Pasteurisasi Susu Berbasis Logika Fuzzy Sugeno
Automatic Furnace Control System for Milk Pasteurization Process Based on Sugeno's Fuzzy Logic
Mokh.Sholihul Hadi 1 , Bhima Satria Rizky Sugiono 2 , Dityo Kreshna Argeshwara 3 , Maulana As Shidiqi 4 , Maulana Ludfi Arrohman 5 , I Made Wirawan 6 , Muhammad Alfian Mizar 7 , Agung Witjoro 8
1,2,3,4,5,6 Jurusan Teknik Elektro, 7 Jurusan Teknik Mesin, 8 Jurusan Biologi, Universitas Negeri Malang
E-mail: 1 mokh.sholihul.ft@um.ac.id, 2 bhimasatria.1905366@students.um.ac.id,
3 dityo.kreshna.2105348@students.um.ac.id, 4 maulana.ahmad.1505366@students.um.ac.id,
5 maulana.ludfi.2205348@students.um.ac.id, 6 made.wirawan.ft@um.ac.id,
7 alfianmizar@um.ac.id, 8 agung.witjoro.fmipa@um.ac.id

## Abstrak
Salah  satu  faktor  berkurangnya  gizi  pada  susu  adalah  kesalahan  dalam  proses  pengolahannya, produk susu biasanya akan melalui proses pasteurisasi guna membunuh bakteri didalamnya dan menambah waktu simpan susu. Namun proses pasteurisasi yang salah justru akan mengakibatkan berkurangnya  gizi  yang  terkandung  didalam  susu  dan  tak  jarang  akan  membuat  susu  justru menjadi rusak. Sistem kontrol tungku api otomatis dirancang untuk menangani masalah yang ada dimana  dengan  menggunakan  mekanikal  servo,  sistem  akan  secara  otomatis  mengatur  bukaan katup tungku api untuk menjaga suhu pada set-point yang diinginkan, sehingga suhu akan terjaga dan  protein  pada  susu  tidak  rusak  karena  suhu  pada  proses  pemasakan  yang  terlalu  tinggi. Berdasarkan hasil pengujian, bahwa sistem tanpa Fuzzy membutuhkan waktu selama 1 jam untuk dapat mencapai set-point, sedangkan sistem dengan Fuzzy hanya membutuhkan waktu 30 menit saja untuk mencapai set-point.
Kata kunci: Kontrol, Fuzzy , Sugeno, Pasteurisasi, Servo

## Abstract
One of the causes of milk malnutrition is errors in the cooking process. Dairy products usually undergo a pasteurization process to kill the bacteria they contain and extend the shelf life of the milk. The automatic oven control system was developed to solve the existing problem. The system uses  a  servomechanism  to  automatically  adjust  the  opening  of  the  oven  valves  to  keep  the temperature at the desired setpoint, ensuring that milk temperature and protein are maintained. Not damaged by temperature. Based on boiling test results, the system without Fuzzy takes 1 hour to reach the set point, while the system with Fuzzy only takes 30 minutes to reach the set point.
Keywords: control, Fuzzy, Sugeno, Pasteurization

## 1. PENDAHULUAN
Laju  pertumbuhan  penduduk  dapat  menyebabkan  naiknya  jumlah  kebutuhan  pangan masyarakat    di  Indonesia.  Di  kota  Malang  kususnya,  pertumbuhan  penduduk  sejak  10  tahun terakhir mengalami penambahan sekitar 23.567 jiwa menurut BPS kota Malang. Oleh sebab itu ketersediaan pangan perlu ditingkatkan sehingga mampu memenuhi kebutuhan hidup masyarakat. Selain  itu  kualitas  pangan  juga  perlu  dijaga  sehingga  mampu  memenuhi  kebutuhan  gizi  yang tinggi seperti empat sehat dan lima sempurna. Komoditi pangan yang banyak mengandung gizi
adalah susu. Susu merupakan minuman favorit masyarakat Indonesia. Tercatat pada tahun 2019 konsumsi susu masyarakat Indonesia mencapai 16,23 liter/kapita atau sekitar 5-7% tiap tahunnya dan mengalami kenaikan di tiap tahunnya[1]. Selain itu menurut Badan Pusat Statistika (BPS) per 2016 tercatat ada sebanyak 533.933 ekor sapi perah dengan total produksi susu sebanyak 912.735 ton[2].  Dari  data  tersebut  terlihat  bahwa  masyarakat  Indonesia  mulai  sadar  akan  gizi  dan pentingnya  susu.  Namun  jika  tidak  diimbangi  dengan  pengolahan  yang  mumpuni,  maka  tidak menutup  kemungkinan  Indonesia  akan  mengalamui  defisit  jumlah  produk  susu,  yang diproyeksikan kebutuhan susu pada tahun 2020 meningkat hingga mencapai 1.142.393 ton[3].
Namun demikian untuk menambah produksi susu tidaklah mudah banyak permasalahan yang  dialami  peternak  sapi  perah  atau  para  produsen  susu  murni.  Permasalahan  yang  dialami pengusaha susu murni saat ini adalah bagaimana meningkatkan kualitas susu dan menjaga susu tetap  segar  dan  steril  dengan  melalui  proses  pasteurisasi.  Proses  pastirisasi  sendiri  merupakan proses  pemanasan  susu menggunakan  suhu  dibawah 100  derajat  Celsius  dalam waktu singkat, namun biasanya proses pasteurisasi hanya mampu menjaga susu tetap segar selama 8 sampai 10 hari[4]. Proses pasteurisasi yang kurang maksimal juga akan mengurangi masa simpan susu, suhu dalam proses pasteurisasi yang biasa dilakukan belum mampu membunuh bakteri, yang diduga karena  suhu  yang  diberikan  selama  proses    pasteurisasi  belum  cukup  tinggi  sehingga  bakteri dalam susu masih bisa bertahan [5].
Biasanya  proses  pasteurisasi  dilakukan  menggunakan  tungku  api  manual  yang didalamnya  tidak  ada  sistem  pengontrol  suhu.  Tungku  api  manual  pada  umumnya  hanya menggunakan knop manual yang berfungsi untuk mengatur aliran gas untuk mengurangi nyala api sehingga sulit untuk mencapai suhu yang dianjurkan. Pemanasan susu melebihi suhu yang dianjurkan mengakibatkan kualitas susu menurun sehingga mengurangi kadar gizi didalamnya. Tidak jarang juga pemanasan susu dibawah suhu yang dianjurkan sehingga bakteri didalam susu masih hidup dan mengakibatkan susu cepat basi pada saat didistribusikan.
Beberapa  penelitian  terkait  proses  pasteurisasi  pernah  dikembangkan  seperti  sistem Pengendali Suhu Pada Proses Pasteurisasi Susu Dengan Menggunakan Metode Pid Dan Metode Fuzzy Sugeno, dimana dijelaskan pada sistem tersebut menggunakan control Fuzzy dan PID yang menghasilkan sebuah sistem pasteurisasi dengan nilai error kendali sebesar 1%[6], namun pada penelitian  tersebut  tidak  disebutkan  berapa  liter  susu  yang  mampu  ditampung  pada  alat pasteurisasi,  selain  itu  luaran Fuzzy metode  sugeno  yang  digunakan  hanya  tiga  buah  fungsi keanggotaan saja yaitu besar, kecil, dan mati, sehingga pengambilan keputusan terkait luaran Fuzzy kurang presisi.
Penelitian  lain  yang  membhasa  tentang  alat  pasteurisasi  adalah  Pengontrol  Suhu  Pada Pasteurisasi Susu Di Kube Psp Desa Kemiri Kecamatan Jabung Malang, dimana pada penelitian tersebut dijelaskan proses pasteurisasi menggunakan alat yang dirancang menggunakan kontrol PID, dimana pada sistem tersebut untuk mencapai set-point pada suhu 65 o C membutuhkan waktu 2 jam 56 menit[7]. Berdasarkan penelitian terdahulu, peneliti merancang sebuah alat pasteurisasi susu  yang  mampu  menampung  susu  dalam  jumlah  besar  yaitu  20  liter,  dan  dengan  proses pemasakan yang cukup singkat menggunakan kontrol pemasakan otomatis berbasis Fuzzy metode sugeno dengn 2 buah masukan dengan masing-masing 3 fungsi keanggotaan dan sebuah luaran dengan  5  buah  fungsi  keanggotaan,  sehingga  pengambilan  keputusan  terkait  control  yang dilakukan sistem menjadi lebih presisi.
Sistem  dirancang  untuk  mampu  menjaga  suhu  pada  set-point  antara  63-100  derajat Celsius dengan durasi pemasakan selama 30 menit menggunakan logika Fuzzy metode Sugeno, sehingga protein pada susu tidak rusak serta mampu membunuh bakteri agar susu bisa lebih tahan lama. Fuzzy metode Sugeno dipilih karena memiliki akurasi dan adaptasi yang cukup baik saat digunakan dalam sistem kontrol loop tertutup.

## 2. METODE PENELITIAN
Sistem kontrol  tungku api otomatis untuk proses pasteurisasi susu murni  yang didesain ini berupa sebuah teknologi otomasi  dengan menggunakan mikrokontroler yang berguna untuk
mengatur  servo.  Servo  diletakkan  pada  katup  pengatur  gas  LPG  pada  tungku  api,  dimana perputaran  servo  akan  mengatur  besar  kecilnya  bukaan  pada  katup  gas  LPG.  Ukuran  besar kecilnya api tergantung dari proses pasteurisasi yang diinginkan, dimana untuk suhu maksimal berkisar antara 100 derajat selsius yang berarti sudut servo akan dibuka penuh hingga 180 derajat. Kemudian untuk menurunkan suhu api, sudut servo akan dikecilkan hingga mencapai batas suhu yang  dikehendaki.  Saat  suhu  sudah  mencapai  set-point  yang  dikehendaki,  maka  system  akan secara otomatis mengatur katup gas LPG sehingga suhu api tetap terjaga pada set-point. Ilustrasi system kerja dari tungku api otomatis dapat dilihat pada gambar 1 .

## Gambar 1 Ilustrasi sistem kerja tungku api otomatis

## 2.1 Fuzzy Metode Sugeno
Pada  penelitian  ini  dirancang  sebuah  sistem Fuzzy metode  Sugeno  dengan  dua  buah masukan berupa nilai error dan Δ error yang dihasilkan dari hasil pembacaan sensor suhu. Untuk mendapatkan nilai masukan error dan Δ error digunakan rumus matematika sebagai berikut. Error(t) = temperature (t)-Sp (1) ∆Error = Error(t)- Error(t-1) (2) Dimana : Error(t) = Error pada saat waktu t Temperature   = suhu pada waktu t ∆Error = Perbedaan error Sp = Set-point Error(t-1) = Error sebelum waktu t
Rumus  diatas  digunakan  untuk  menentukan  nilai  masukan  dari Fuzzy metode  Sugeno yaitu masukan error dan Δerror. Pada perancangan Fuzzy digunakan fungsi keanggotaan dfengan bentuk bahu dan segitiga yang digunakan untuk masukan error. Gambar 2 menunjukkan fungsi keanggotaan untuk masukan error.
Untuk  masukan error memiliki  rentang  domain  sebesar  -3  hingga  +3  dimana  rentang tersebut  dalam  satuan o C.  Sedangkan  untuk  masukan  kedua  merupakan Δerror dimana  untuk fungsi  keanggotaan  digunakan  bentuk  bahu  dan  segitiga.  Gambar  3  menunjukkan  fungsi keanggotaan untuk masukan Δerror.
Gambar 3 Fungsi keanggotaan Δerror
Untuk masukan Δerror memiliki rentang domain yang sama dengan error yaitu antara - 3  sampai  dengan  +3.  Sedangkan  luaran  dari Fuzzy metode  sugeno  adalah  sebuah  fungsi keanggotaan dengan bentuk single toon yang merepresentasikan sudut dari motor servo . Dimana tiap buah fungsi keanggotaan memiliki nilai sudut servo yang konstan atau tetap. Untuk fungsi keanggotaan luaran berupa sudut servo dapat dilihat pada gambar 4.

## Gambar 4 Fungsi keanggotaan sudut servo
Dari dua buah masukan dan sebuah luaran maka dihasilkan 9 buah aturan Fuzzy yang direpresentasikan  dengan  fungsi  IF-THEN  [8,9],  sesuai  dengan  aturan Fuzzy metode  sugeno, dimana untuk table aturan Fuzzy dapat dilihat pada table 1, sedangkan untuk surface Fuzzy dapat dilihat pada gambar 5.
Tabel 1 Tabel aturan dasar Fuzzy Masukan NE N PE DNE Very Big Big Small DN Very Big Normal Very Small DPE Big Small Very Small
Gambar 5 Surface Fuzzy sugeno
Terlihat bahawa permukaan Fuzzy yang terbentuk berdasarkan rule IF-THEN yang telah diberlakukan terhadap masukan error dan Δ error dengan sebuah luaran Fuzzy berupa sudut servo, sesuai  dengan  gambar  5  dapat terlihat  bahwa  dengan  masukan error dan Δ error pada  domain negative  maka  akan  menghasilkan  sudut  dengan  domain very  big dan  seterusnya  hingga  saat domain masukan error dan Δ error pada domain positif, maka sistem akan memeberikan luaran berupa sudut servo dengan domain very small.

## 2.2 DeFuzzyfikasi
De Fuzzy fikasi merupakan sebuah metode dimana memiliki fungsi untuk merubah atau memetakan  crips  himpunan Fuzzy menjadi  himpunan  actual  atau  nilai  tetap.  Masukan  dalam proses de Fuzzy fikasi merupakan suatu himpunan anggota Fuzzy yang diperoleh melalui kompisis aturan Fuzzy . Untuk menentukan nilai actual sebuah sistem Fuzzy , dapat menggunakan berbagai macam  metode,  seperti  MoM,  SoM,  Centroid,  Bisektor,  dan  Average.  Pada  penelitian  ini digunakan metode de Fuzzy fikasi average [10] dengan permasaan sebagai berikut.
𝑊𝐴 = 𝛴𝑎𝑖 𝑧𝑖 𝛴 𝑎𝑖 (3)
Setelah  didapatkan  nilai  actual  beruap  suddut  servo,  mikrokotnroler  kemudian  akan memberikan sinyal PWM kepada servo untuk bergerak sesuai dengan hasil de Fuzzy fikasi. Sistem akan bekerja secara otomatis menyesuaikan dengan suhu pada bejana wadah pemasakan untuk susu sapi.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada tahap ini akan dijelaskan mengenai hasil dan analisa dari sistem kontrol tungku api tomatis berbasis logika Fuzzy berdasarkan pengujian secara langsung. Pengujian meliputi respon sistem  menuju steady  state terhadap  waktu  pemanasan  sebelum  dan  sesudah  sistem Fuzzy diterapkan.

## 3.1 Pengujian Sistem Tanpa Fuzzy
Pada  pengujian  ini  bertujuan  untuk  melihat  respon  sistem  kontrol  sebelum  diberikan logika Fuzzy ,  dimana  pengujian  dilakukan  dengan  cara  melakukan  pengamatan  terhadap  hasil kontrol sistem selama 1 jam 30 menit dengan jumlah cairan susu sebanyak 20 liter. Kemudian diamati  apakah  sistem  mampu  menjaga  suhu  pada  set  point  yang  ditentukan  dan  berapa  lama waktu  yang  dibutuhkan  sistem  untuk  mencapai  set-point.  Gambar  6  menampilkan  data  hasil pengujian siste tanpa Fuzzy .
Gambar 6 Respon sistem tanpa kontrol Fuzzy
Pengujian dilakukan dengan menyalakan tungku api selama 1 jam 30 menit dimana, terlihat pada  grafik,  untuk  jam  02.05.52  suhu  awal  yang  terbaca  oleh  sensor  adalah  di  rentang  20 o C, kemudian  sistem  dijalankan  hingga  menuju  waktu  tunak,  dimana  untuk  menuju  se-point  yang ditentukan yaitu pada suhu 80 o C membutuhkan waktu sekitar 1 jam, pada pengujian tanpa kontrol Fuzzy , sistem tidak mengalami overshoot, dan langsung menuju pada steady state dengan rentang suhu 78-80 o C pada waktu menujukkan pukul 03.04.06. Pada pengujian tanpa Fuzzy terlihat sistem cukup lama untuk mampu menuju set-point.

## 3.2 Pengujian Sistem Menggunakan Fuzzy
Pengujian kedua merupakan pengujian sistem dengan kontrol Fuzzy yang mana pengujian bertujuan  untuk  melihat  respon  sistem  setelah  diterapkan  logika Fuzzy .  Pengujian  dilakukan selama 1 jam 30 menit dengan suhu awal pengujian adalah 23 o C dan jumlah air susu sebanyak 20 liter. Kemudian diamati bagaimana respon sistem menuju stadey state dan waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai set-point dengan mengimplementasikan logika Fuzzy dalam kontrolnya. Gambar 7 menampilkan grafik respon sistem dengan logika Fuzzy .

## Gambar 7 Grafik respon sistem dengan Fuzzy
Pengujian  dilakukan  dengan  menyalakan  tungku  api  yang  terdapat  katup  servo didalamnya selama 1 jam 30 menit dimana dari pengujian tersebut dapat diketahui bahwa sistem mengalami waktu naik selama kurang lebih 30 menit dimulai dari pukul 02.05.52 dan mencapai overshoot pada pukul 02.36.46 dan menuju steady state pada pukul 02.39.35. Suhu pada waktu t=0  adalah  sekitar  20 o C  dan  naik  menuju  suhu  set-point  sebesar  80 o C.  Sistem  kontrol  yang terintegrasi Fuzzy terlihat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk menuju set-point lebih cepat bila dibandingkan  sistem  kontrol  tanpa Fuzzy dimana  sistem  dengan Fuzzy hanya  membutuhkan waktu 30 menit saja untuk menuju nilai set-point. Namun sistem kontrol Fuzzy tersebut masih memiliki kelemahan dimana terdapat nois pada saat tertentu, seperti halnya pada pukul 02.45.12 terlihat  bahwa  suhu  yang  terbaca  oleh  sensor  naik  melebihi  set-point  namun  demikian  setelah beberapa saat sistem Kembali lagi menuju nilai set-point. Kondisi kenaikan suhu tersebut dapat terjadi dikarenakan delay atau waktu tunggu kontrol Fuzzy dalam mengkalkulasi aksi yang akan dilakukan pada kontrol katup servo.

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Sistem kontrol tungku otomatis berbasis logika Fuzzy merupakan sebuah sistem kontrol yang berguna untuk memasak susu sapi dimana terdapat kontrol logika Fuzzy yang berguna untuk mengkalkulasi  aksi  dari  sistem  kontrol  yang  sesuai  dengan  kondisi  yang  terbaca  oleh  sensor. Dimana dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa sistem kontrol tungku api tanpa menggunakan Fuzzy memiliki respon sistem yang lebih lama jika dibandingkan dengan sistem  kontrol  menggunakan Fuzzy ,  dimana  terlihat  bahwa  sistem  tanpa Fuzzy membutuhkan waktu  selama  1  jam  untuk  dapat  mencapai  set-point,  sedangkan  sistem  dengan Fuzzy hanya membutuhkan  waktu  30  menit  saja  untuk  mencapai  set-point.  Namun  kelemahan  dari  sistem kontrol Fuzzy dengan metode sugeno yang telah dirancang adalah masih memiliki nois kontrol yang diakibatkan oleh delay dari kalkukalasi atau proses pada mikrokontroler.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Anggraeni,  E.D.,  Hidayat,  S.I.  And  Amir,  I.T.,  2021.  Persepsi  Dan  Minat  Masyarakat Terhadap Konsumsi Susu . Jurnal Social Economic Of Agriculture , 10(1), Pp.41-49.
[2] Wulandari, S. And Bowo, P.A., 2019. Pengaruh Produksi, Konsumsi Dan Harga Susu Sapi Nasional Terhadap Impor Susu Sapi. Economic Education Analysis Journal , 8(3), Pp.1130- 1146..
[3] Mardhatilla, F., 2018. Potensi Usaha Ternak Sapi Perah Rakyat Di Dataran Rendah. Logika Jurnal Ilmiah Lemlit Unswagati Cirebon , 22 (3), Pp.14-21. .
[4] Apriliyani,  M.W.  And  Apriliyanti,  M.W.,  2018.  Kualitas  Fisik  Dan  Sensoris  Produk  Susu Pasteurisasi  Pada  Suhu  Dan  Waktu  Transportasi  Dalam  Distribusi  Pemasaran. Jurnal  Ilmu Dan Teknologi Hasil Ternak (Jitek) , 13 (1), Pp.46-53 .
[5] Wulandari, E.Y., Hindun, I. And Husamah, H., 2020, March. Pengaruh Suhu Pasteurisasi Dan Lama  Penyimpanan  Pada  Refrigerator  Terhadap  Jumlah  Koloni  Bakteri  Susu  Sapi.
In Prosiding Seminar Nasional Pendidikan Biologi .
[6] Triwidyastuti, Y., Nizar, M., Harianto, H. And Jusak, J., 2019. Pengendali Suhu Pada Proses Pasteurisasi Susu Dengan Menggunakan Metode Pid Dan Metode Fuzzy Sugeno. Jtiik (Jurnal Teknologi Informasi Dan Ilmu Komputer) , 6 (4), Pp.355-362 .
[7] Saleh, C. And Hartono, B.P., 2019. Pengontrol Suhu Pada Pasteurisasi Susu Di Kube Psp Desa Kemiri Kecamatan Jabung Malang. Industri Inovatif: Jurnal Teknik Industri , 9 (2), Pp.1-9. .
[8] Bisba, U.P., Mulyana, E., Ramdhani, M.A. and Irfan, M., 2019, July. The Implementation of The Fuzzy Sugeno  Algorithm  On  an  IoT-Based  Temperature  and  Humidity  Monitoring System. In 2019 IEEE 5th International Conference on Wireless and Telematics (ICWT) (pp. 1-6). IEEE.
[9] Zhang, J., Wang, X. and Shao, X., 2020. Design and real-time implementation of Takagi– Sugeno Fuzzy controller for magnetic levitation ball system. IEEE Access , 8 , pp.38221-38228.
[10] Robson, W., Ernawati, I. and Nugrahaeni, C., 2021. Design of Multisensor Automatic Fan Control System Using Sugeno Fuzzy Method. Journal of Robotics and Control (JRC) , 2 (4), pp.302-306.