## SIMULASI  PH AIR UNTUK AIR BOILER DAN AIR CHILLER PADA MESIN PRODUKSI REFRIGERATOR DENGAN MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY
Andhika Irawan 1) , Sri Heranurweni 2) , Titik Nurhayati 3) 1, 2,3) Program Studi Teknik ElektroUniversitas Semarang e-mail: andikir@gmail.com 1) , heranur@usm.ac.id 2) , titiknur@usm.ac.id 3)

## ABSTRACT
The need for water is very important for the production process, the water quality must also be considered the pH value so that the water is suitable for use in boilers or chillers. Seeing from these needs a simulation was made on matlab R2017a using a fuzzy toolbox that can find out the water quality with fuzzy mamdani method. This fuzzy logic simulation can determine the standard value of boiler water pH (10.5-11.5) and the standard pH value of chiller water (6-8) in the production machine. The methods in fuzzy logic used are mamdani and centroid methods as deffuzification with R2017a matlab simulation tool. The fuzzy inference system used is the mamdani method. This study made a simulation of mamdani method that can determine the quality of the PH water produced by using fuzzy logic. Chiller water pH can be used if iron ion values (0-2 ppm), silica ions (50-150 ppm), Total Dissolved Solid (TDS) (500-1000 ppm), total Hardness (100-200 ppm), M-alkalinity (500-750 ppm) from the standard value, the pH of the chiller water can be proven to reach a water pH value of 6-8. Boiler water pH can be used if iron ion values (0-2 ppm), silica ions (100-150 ppm), Total Dissolved Solid (TDS) (2000-3500 ppm), total Hardness (0-3 ppm), M-alkalinity (700-800 ppm) from the standard value, the pH of boiler water can be proven to reach a water pH value of 10.5-11.5.

## Keywords: fuzzy logic, Mamdani method, pH of boiler water

## ABSTRAK
Kebutuhan air yang sangat penting untuk proses mesin produksi, maka kualitas air juga harus diperhatikan nilai PH supaya  air  tersebut  layak  digunakan  pada boiler ataupun chiller .  Melihat  dari  kebutuhan  tersebut  dibuatlah  simulasi  pada matlab R2017a  menggunakan toolbox fuzzy  yang  dapat  mengetahui  kualitas  air  dengan  metode  fuzzy mamdani .  Simulasi logika fuzzy ini dapat mengetahui nilai standart pH air boiler (10,5-11,5) dan nilai standart pH air chiller (6-8) pada mesin produksi. Metode pada logika fuzzy yang digunakan adalah metode mamdani dan centroid sebagai deffuzifikasi dengan alat bantu simulasi matlab R2017a. Sistem inferensi fuzzy yang digunakan adalah metode mamdani. Penelitian ini membuat sim- ulasi  metode  mamdani  yang  dapat  mengetahui  kualitas  PH  air  yang  dihasilkan  dengan  menggunakan  logika  fuzzy.  pH  air Chiller dapat digunakan jika nilai ion besi (0-2 ppm), ion silika (50-150 ppm), Total Dissolved Solid ( TDS) (500-1000 ppm), total Hardness (100-200 ppm), M-alkalinity (500-750 ppm) dari nilai standart tersebut pH air chiller dapat terbukti tercapai nilai pH air 6-8. pH air Boiler dapat digunakan jika nilai ion besi (0-2 ppm), ion silika (100-150 ppm), Total Dissolved Solid ( TDS) (2000-3500 ppm), total Hardness (0-3 ppm), M-alkalinity (700-800 ppm) dari nilai standart tersebut pH air boiler dapat terbukti tercapai nilai pH air 10,5-11,5 .
Kata Kunci : logika fuzzy, metode Mamdani, pH air Boiler

## I. P ENDAHULUAN
ebutuhan  air  merupakan  salah  satu  hal  yang sangat  penting  untuk  proses  mesin  produksi, maka kualitas air juga harus diperhatikan nilai pH  supaya  air  tersebut  layak  digunakan  pada boiler ataupun chiller .  Pada  suatu  proses  produksi  dalam  in- dustri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang pentin Biasanya bagian laboratorium dalam menentukan  kualitas  air  harus  melalui  instansi  lain. Dengan teknologi di bidang elektronika dan instrumentasi yang telah berkembang, maka banyak hal yang  dapat  dilakukan  dengan  cepat  dan  tepat  untuk memenuhi kebutuhan manusia. Melihat dari kebutuhan tersebut dibuatlah simulasi menggunakan toolbox fuzzy MATLAB  yang  dapat  mengetahui  kualitas  air  dengan
metode fuzzy mamdani. Simulasi menggunakan Logika Fuzzy ini agar dapat memudahkan pekerja bagian La- boratorium  untuk  menentukan  kualitas  air  yang  dibu- tuhkan mesin produksi.

## II. S ISTEM P ENGOLAHAN A IR P ENGISI B OILER
Boiler  atau  ketel  (steam)  adalah  mesin  kalor  ( ther- mal  engineering )  yang  akan  mengubah  energi–energi kimia  atau  energi  otomis  menjadi  kerja  (usaha)  [1]. Boiler ini berbentuk bejana tertutup yang digunakan un- tuk menghasilkan steam adalah suatu alat berbentuk be- jana  tertutup  yang  digunakan  untuk  menghasilkan steam.  Steam  diperoleh  dengan  memanaskan  bejana yang berisi air dengan bahan bakar [2]. Boiler dirancang
K
untuk  melakukan  atau  memindahkan  kalor  dari  suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. Penggunaan boiler dalam in- dustri produksi refrigerator sebagai pemanas mould/jig dan outer  jig serta  membantu  proses  pengembangan chemical pada proses injeksi polyurethane . Suhu yang digunakan untuk memanaskan mould/jig dan outer jig adalah 45-50°C.
Gambar. 1. Boiler Vertikal [3]
2.1. Komponen-komponen Boiler a. Furnace (Ruang  bakar),  berfungsi  sebagai  tempat pembakaran  bahan  bakar.  Bahan  bakar  dan  udara  di- masukkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi pem- bakaran, sehingga dihasilkan sejumlah panas dan nyala api/gas asap. Idealnya, furnace harus memanaskan ba- han sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang se- ragam dengan bahan bakar. Kunci dari operasi furncace agar efisien yaitu terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara lebih minim. Furnace beroperasi dengan efesiensi yang  relatif  rendah  (paling  rendah  7%)  dibandingkan dengan  peralatan  pembakaran  lainnya  seperti  boiler (dengan efisiensi lebih dari 90%).
b. Steam  Drum ,  merupakan  tempat  penampungan  air panas  dan  pembangkitan  steam.  Steam  masih  bersifat jenuh ( saturated ). c. Superheate r,  merupakan  tempat  pengeringan  steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk menggerakkan  turbin  steam  atau  menjalankan  proses industri.
d. Turbin Steam, berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh steam menjadi energi putar (energi  mekanik).  Poros  turbin  dikopel  dengan  poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar.
e.  Kondensor,  berfungsi    untuk    mengkondensasikan steam  dari  turbin  (steam yang telah digunakan untuk memutar turbin).
f.  Generator,  berfungsi  untuk  mengubah  energi  putar dari turbin menjadi energi listrik.
g. Economizer , merupakan   ruangan   pemanas   yang digunakan  untuk  memanaskan  air  dari  air  yang  ter- kondensasi oleh sistem sebelumnya maupun air umpan baru.
h. Safety valve , merupakan saluran buang steam jika ter- jadi  keadaan  dimana  tekanan  steam  melebihi  kemam- puan boiler menahan tekanan steam.
i. Blowdown valve , merupakan saluran yang berfungsi membuang  endapan  yang  berada  di  dalam  pipa steam[3].

## 2.2. S ISTEM P ENGOLAHAN A IR P ENGISI B OILER
Ada perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler.  Proses  pengolahan  air  minum  mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan, tetapi hal ini tidak boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler, juga pada air umpan boiler tidak perlu diberi des- infektan. Jika air yang digunakan sebagai pengisi boiler tanpa pengolahan terlebih dahulu, maka garam – garam kalsium  dan  magnesium  terkandung  dalam  air  akan mengendap karena terkena panas. Endapan ini melekat pada dinding – dinding boiler menjadi kerak. Ada dua jenis  pengolahan  air  pengisi  boiler,  yaitu  pengolahan eksternal dan pengolahan internal.
a. Pengolahan  Eksternal,  yaitu  proses  menghilangkan kesadahan  dan  partikel-partikel  asing  dalam  air.  Pen- golahan  ini  berupa  pemberian  obat-obatan  atau  pen- golahan yang bersifat mekanis yang dilakukan terhadap air sebelum air masuk kedalam boiler dan pengolahan ini dilakukan diluar boiler.
b. Pengoahan  Internal  ( Internal  Treatment )  adalah pengkondisian air boiler dengan bahan kimia treatment dan  pengaturan  lainnya  dengan  tujuan  agar  korosi, pengerakan dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga baik.  Pengolahan  ini  adalah  cara  pemberian  bahan kimia langsung kedalam boiler bersama-sama dengan air pengisi boiler.
Tabel 1 . Syarat Air Pendingin ( water cooling )
Tabel 2. Syarat Air Boiler

## 2.3. Parameter Analisis Air Pada Air Umpan Boiler
Parameter  yang  digunakan  untuk  menganalisa  air umpan boiler adalah : a. pH, karena harga pH pada air
umpan  boiler  dan  air  pendingin  penting  untuk  diper- hatikan  sebagai  mencegah  terjadinya  korosi.  b.  Kon- duktivitas, dimana harga daya hantar listrik dari umpan air  boiler  deperhatikan  untuk  mencegah  terjadinya endapan  kerak  pada  bagian  permukaan  perpindahan panas dan juga untuk menjaga kemurnian steam yang terbentuk.  c.  Kesadahan  air,  adalah  kandungan  min- eral-mineral  tertentu  di  dalam  air,  umumnya  ion kalsium  (Ca)  dan  magnesium  (Mg)  dalam  bentuk garam karbonat, d. Turbidity, kekeruhan dapat didefin- isikan sebagai sifat optic dari suatu larutan yang  me- nyebabkan cahaya melaluinya terabsorbsi atau terbias- kan. Nilai kekeruhan bisa menunjukan tingkat atau ka- dar padatan tersuspensi didalam air, e. TSS ( Total Sus- penden Solid ), padatan tersuspensi dalam jumlah besar pada air umpan boiler tidak dikehendaki karena dapat menyebabkan  terjadinya  endapan  didalam  boiler  dan membentuk kerak[4].

## III. SIMULASI KUALITAS P H AIR BOILER
Ada 5 input variabel untuk mengetahui kualitas pH air dan 1 output untuk menentukan kualitas pH air, yang digunakan input di simulasi logika fuzzy. Semua varia- bel itu akan diproses fuzzifikasi., setelah proses fuzzifi- kasi,  selanjutnya  adalah  proses  implikasi  min  (pen- alaran/rules) dengan IF-THEN sesuai himpunan fuzzy. Kata “jika” disebut sebagai anteseden sedangkan kata “maka” disebut sebagai konsekuen. Proses selanjutnya adalah  proses  defuzzifikasi  pengubahan  besaran  fuzzy yang  disajikan  dalam  bentuk  himpunan-himpunan fuzzy  keluaran  dengan  fungsi  keanggotaannya  yang akan dibutuhkan untuk mengolah data pada sistem yang telah dirancang. Output yang dihasilkan adalah pH air, yang mana ada 1 output yaitu air boiler dengan pH air 10,5-11,5 dan air chiller dengan pH air 6-8.
Gambar 2. Diagram Blok Simulasi Kualitas pH Air Proses yang dilakukan untuk system ini adalah :
 Langkah  1  :  Menentukan  variabel  yang  terkait  dalam proses yang akan ditentukan dan fungsi fuzzifikasi yang
sesuai. Ada 5 variabel yang akan dimodelkan, yaitu: Ion besi, Ion silica, M-alkalinity,  total hardness, dan Total Dissolved Solid (TDS).
 Langkah  2    :  menentukan  nilai  input  sesuai  dengan standart nilai dalam kandungan air
 Langkah 3 : kemudian lanjut ke proses fungsi implikasi yaitu  aturan  yang  digunakan  adalah  aturan  MIN  pada fungsi implikasinya.
 Langkah  4  :  kemudian  lanjut  ke  proses  defuzzifikasi atau penegasan yaitu proses defuzzifikasi yang telah dil- akukan maka akan dihasilkan keluaran berupa kualitas pH air yang dibutuhkan.
Gambar 4. Diagram Alir Sistem

## IV. KUALITAS P H AIR BOILER
Data-data    input  yang  digunakan  sebagai  faktor utama yaitu variabel ion silika, ion besi, Total Dissolved Solid  (TDS),  M-alkalinity,  dan  total hardness .  se- dangkan untuk output terdapat 1 variabel, yaitu: ph air. Variabel ion silika memiliki 3 nilai linguistik, yaitu ren- dah, sedang, dan tinggi ; variable ion besi memiliki 3 nilai linguistik, yaitu rendah, sedang, dan tinggi ; var- iabel Total Dissolved Solid (TDS) memiliki 3 nilai lin- guistik, yaitu rendah,  sedang, dan tinggi ; variabel M-
Boiler Ya Ion Silika Selesai Tidak Tidak Defuzzifi- kasi Abaikan Nilai pH Air < 6 Nilai pH Air <10.5 Abaikan Chiller Mulai
M-Alka- linity Ion Besi TDS
Total Hard- ness Fuzzifikasi Fuzzifikasi Fuzzifikasi Fuzzifikasi
Fuzzifikasi
Impikasi Min
alkalinity memiliki 3 nilai linguistik, yaitu rendah, se- dang,  dan  tinggi ;  variabel  total  hardness  memiliki  3 nilai linguistik, yaitu rendah, sedang, dan tinggi ; se- dangkan  variabel  output  yaitu  pH  air  memiliki  2  nilai linguistik yaitu air chiller dan air boiler .
Perhitungan  defuzzifikasi  dengan  cara  manual  dan program MATLAB memiliki selisih angka sebesar 0.01 sampai  0.03.  Jika  nilai  standart  kandungan  air  sesuai dengan syarat pH air maka pH air yang dibutuhkan akan sesuai (pH air chiller (6-8) atau pH air boiler (10,5 11,5) ).  Dan  jika  nilai  standart  kandungan  air  tidak  sesuai dengan syarat   pH air maka pH air akan diabaikan. 3. Jika  nilai  kandungan  air  melebihi  standart  maka  akan menimbulkan efek pada instalasi air chiller maupun air boiler,  efek  tersebut  seperti  mudah  berkarat  (korosif), timbulnya zat kapur, dan kurang baiknya kualitas air. 4. Terbukti  dengan  menggunakan  logika  fuzzy  metode mamdani dapat menentukan kualitas pH air chiller (6- 8)  dan  pH  air  boiler  (10,5-11,5),  adapun  himpunan variabel-nya seperti berikut:
 Jika ion silika RENDAH dan ion besi RENDAH dan TDS RENDAH dan M-alkalinity SEDANG dan Total Hardness  RENDAH  maka  terbukti  nilai  pH  7,59 dengan kategori air chiller.
 Jika ion silika TINGGI dan ion besi TINGGI dan TDS TINGGI  dan  M-alkalinity  TINGGI  dan  Total Hardness  RENDAH  maka  terbukti  nilai  pH  11,29 dengan kategori air boiler.

## V. KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat  diambila  dari  penelitian  ini adalah :
1.  Perhitungan  defuzzifikasi  dengan  cara  manual  dan program  (matlab)  memiliki  selisih  angka  sebesar 0.01 sampai 0.03.
2. Jika nilai standart kandungan air sesuai dengan syarat pH air maka pH air yang dibutuhkan akan sesuai (pH
air chiller (6-8) atau pH air boiler (10,5 11,5) ). Dan jika nilai standart kandungan air tidak sesuai dengan syarat  pH air maka pH air akan diabaikan.
3. Jika nilai kandungan air melebihi standart maka akan menimbulkan efek pada instalasi air chiller maupun air  boiler,  efek  tersebut  seperti  mudah  berkarat (korosif), timbulnya zat kapur, dan kurang  baiknya kualitas air.
4. Terbukti dengan menggunakan logika fuzzy metode mamdani  dapat  menentukan  kualitas  pH  air  chiller (6-8)  dan  pH  air  boiler  (10,5-11,5),  adapun himpunan variabel-nya seperti berikut:
 Jika ion silika RENDAH dan ion besi RENDAH dan TDS RENDAH dan M-alkalinity SEDANG dan  Total  Hardness  RENDAH  maka  terbukti nilai pH 7,59 dengan kategori air chiller.
 Jika ion silika TINGGI dan ion besi TINGGI dan TDS  TINGGI  dan  M-alkalinity  TINGGI  dan Total Hardness RENDAH maka terbukti nilai pH 11,29 dengan kategori air boiler.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Muin, Syamsir A. 1988. Pesawat-pesawat kon- versi  energi  I:  (ketel  uap).  Rajawali  Press.  Ja- karta.
[2]Yohana, Eflita dan Askhabulyamin. 2012. Perhi- tungan efisiensi dan konversi dari bahan bakar solar ke gas pada boiler Ebara HKL 1800 KA. Universitas Diponegoro. Semarang.
[3]  Lestari,  Puji  Astuti.  2011.  Termodinamika Teknik  I.  Politeknik  Negeri  Sriwijaya.  Sriwi- jaya.
[4] Morgan, Michael. J. 2006. Fundamental of En- gineering  Thermodynamics.  John  Wiley  and Sons. Inc.