Elektron Jurnal Ilmiah Volume 11 Nomor 1 Juni 2019

## SISTEM PENGONTROL SUHU PADA ALAT PENGERING KOPRA DENGAN METODE PID
Anton 1 , Ifni Joi 2 , Rival Syafriwandi 3 1 2 3 Jurusan TeknikElektroPoliteknikNegeri Padang anton@pnp.ac.id
Kampus Politeknik Negeri Padang, Limau Manis Padang
Abstract— T he design of copra dryers is one of the processes in processing copra into oil. So it takes an automatic dryer. Basically this dryer is a heating device that works based on the setpoint that has been given. The temperature detection  parameters  use  the  DHT11  sensor  and  the  humidity  level  is  detected  using  the  DHT11  sensor  then  the temperature and humidity data will be displayed on the LCD display. Using proportional, proportional-integral and proportional-derivative  controls  system  instability  occurs  so  that  control  is  used  simultaneously  with  proportional- integral-derivative . All instructions for running this tool are in the Arduino uno microcontroller with the PID method as the main controller. The parameters obtained for PID control are Kp = 24,936 Ti = 60 and Td = 15. The heat source is  generated  by  the  heating  element  (Heater)  to  deliver  the  heat  energy  to  the  copra  in  the  drying  box.  The  DHT11 sensor  will  detect  the  room  temperature  on  the  drying  box.  The  DHT11 sensor  can  measure  the temperature  of  the dryer with a level of accuracy almost similar to the thermometer, based on testing the average error obtained is 1.42%. To reach 7% humidity in this dryer it takes a drying time of 690 minutes.
Keywords: Arduino uno, DHT11 sensor, heater, PID, LCD
Abstrak— Rancang  bangun  alat  pengering  kopra  merupakan  salah  satu  proses  dalam  pengolahan  kopra  menjadi minyak.  Sehingga  dibutuhkan sebuah alat  pengering  otomatis. Pada  dasarnya  alat  pengering  ini adalah  sebuah  alat pemanas  yang  sistem  kerjanya  berdasarkan  setpoint  yang  telah  diberikan.  Parameter  pendeteksian  suhunya menggunakan sensor DHT11 dan tingkat kelembabannya dideteksi menggunakan sensor DHT11 kemudian data suhu dan kelembabannya akan ditampilkan pada LCD display.Dengan menggunakan kontrol proportional, proportional- integral  dan  proportional-derivative  terjadi  ketidakstabilan  sistem  sehingga  digunakanlah  pengontrolan  secara bersamaan  dengan  proportional-integral-derivative.  Semua  instruksi  untuk  menjalankan  alat  ini  terdapat  pada mikrokontroller  Arduino  uno  dengan  metoda  PID  sebagai  pengendali  utama.  Parameter  yang  didapatkan  untuk pengendalian PID adalah Kp = 24.936 Ti = 60 dan Td = 15. Sumber panasnya dihasilkan oleh elemen pemanas (Heater) untuk menghantarkan energi panas tersebut terhadap kopra yang ada dalam box pengeringan. Sensor DHT11 akan mendeteksi suhu ruangan pada box pengeringan.Sensor DHT11 dapat mengukur suhu alat pengering dengan tingkat ketelitian  hampir  mirip  dengan  alat  ukur  suhu  thermometer,  berdasarkan  pengujian  rata-rata  error  yang  didapat sebesar 1.42%. Untuk mencapai kelembaban 7% di dalam alat pengering ini dibutuhkan waktu pengeringan selama 690 menit.
Kata kunci: Mikrokontroller Arduino uno, sensor DHT11, Heater, Metoda PID , LCD.
© 2019 Elektron Jurnal Ilmiah

## I. PENDAHULUAN
Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) merupakan salah  satu  penghasil  bahan  makanan  yang  sangat penting  dalam  kehidupan  rakyat  Indonesia.  Hal  ini dapat  dilihat  dari  kenyataan  bahwa  75%  dari  minyak nabati  dan  8%  dari  komsumsi  protein  bersumber  dari kelapa. Selain itu tanaman kelapa merupakan tanaman serbaguna, yang keseluruhan bagiannya dapat dimanfaatkan bagi kehidupan manusia dan menghasilkan  keuntungan.  Kendala  yang  ditemukan adalah  kualitas  minyak  industri  rakyat  sangat  rendah karena kopra sebagai bahan bakunya berkualitas rendah dan mempunyai kadar air tinggi’[1].
Hal  tersebut  sangat  memungkinkan  karena proses  produksi  kopra  dari  tanaman  kelapa  dapat dilakukan dalam lingkup usaha mikro dengan peralatan
dan  perlengkapan  yang  mudah  diperoleh,  mengingat dari  aspek  kebutuhan  akan  kopra  sangat  dibutuhkan industri  seperti  minyak  nabati  dan  kebutuhan  rumah tangga.[6].
Hasil pengamatan dilapangan proses pengeringan kopra yang dilakukan oleh industri rakyat selama  ini  adalah  dengan  cara  konvensional  yaitu, dikeringkan  dengan  cahaya  matahari  dilapangan  dan menggunakan  tungku  pemanas  dengan  pemanasan langsung dengan bahan bakarnya dari kayu atau batok kelapa.  Kedua  proses  pengeringan  ini  mempunyai kelemahan  antara  lain  pengeringan  dengan  sinar matahari langsung dilapangan mengasilkan kopra yang terkontaminasi  dengan  debu-debu  dan  mikroba sehingga  berjamur,  disamping  itu  proses  pengeringan yang  tidak  maksimal  mengakibatkan  kopra  yang dihasilkan  mempunyai  kadar  air  yang  tinggi,dan
dengan menggunakan tungku pemanas mengakibatkan temperatur/suhu  pemanasan  tidak  dapat  ditentukan dengan  pasti  sehingga  temperatur  tinggi  tidak  dapat dikontrol dan akibatnya ada bagian sel yang mengeras akibat proses pengeringan kopra yang tidak sempurna [3].  Oleh  karena  itu  dibuatlah  suatu  alat  untuk mempermudah industri mikro untuk melakukan proses pengeringan  kopra  secara  cepat  untuk  menghasilkan pengeringan  kopra  secara  maksimal  dan  tidak bergantung pada sinar matahari langsung
Dengan  seiringnya  perkembangan  teknologi  dan peralatan-peralatan  canggih  yang  dapat  dioperasikan dengan  otomatis,  maka  didapatlah  solusi  untuk mengatasi  masalah  tersebut  dengan  mengganti  sistem konvensional  dengan  menggunakan  alat  pengeringan kopra berdasarkan temperatur pengolahannya.
Alat  pengeringan  kopra  ini  merupakan  alat  yang dapat  dioperasikan  dengan  memanaskan  kopra menggunakan listrik. Alat ini dilengkapi dengan heater sebagai pemanas dalam proses pengeringan kopra, fan yang  digunakan  sebagai  penstabil  panas  yang dihasilkan heater, dan sensor thermal untuk mendeteksi suhu proses pasteurisasi. Untuk dapat mengetahui suhu saat  proses    pengeringan  berlangsung,  digunakan sensor  thermal  type  DHT11.  Pembacaan  suhu  pada sensor  DHT11  di  monitoring  dengan  menggunakan tampilan  LCD,  yang  dapat  dilihat  langsung  besaran suhu  saat  proses  pengeringan  berlangsung.  Seluruh sistem tersebut dapat dikendalikan dengan menggunakan mikrokontroler Arduino.

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian untuk perancangan alat pengering kopra ini dibuat berdasarkan blok diagram berikut:
A. Blok Diagram Kendali Suhu

## Gambar 1. Blok diagram kendali suhu
Berdasarkan  blok  diagram  kendali  suhu  di  atas maka dapat diketahui prinsip kerja alat pengering kopra ini  melalui  3  tahap  yaitu  input,  proses  dan  output. Arduino Uno sebagai proses pengendalian  yang akan mengontrol heater. Pengontrolan heater menggunakan pengaturan pwm pada relay. Saat alat telah di hidupkan maka  pwm  akan  di  setting  100%  sehingga  nilai  suhu yang  terukur  mencapai  setpoint.  Apabila  suhu  telah
terukur  58 o C  oleh  sensor  DHT11  maka  exhaust  fan akan aktif dan membuang panas yang terdapat pada box pengering,  kondisi  tersebut  akan  terus  berjalan sehingga  panas  pada  box  pengering  stabil  di  58 o C. Kemudian  LCD akan menampilkan data yang terukur oleh sensor DHT11.

## B. Blok Diagram Kendali Kelembaban
Gambar 2. Blok diagram kendali kelembaban
Berdasarkan  blok  diagram  kendali  kelembapan  di atas bisa diketahui bahwa prinsip kerja alat ini melalui tahapan  utama  berupa  input,  proses  dan  output. Setpoint  yang  berupa  input  diberikan  pada  sistem pengendalian  adalah  7%  yang  berarti  sistem  akan berhenti  bekerja  apabila  kelembapan  telah  mencapai 7%.  Mikrokontroler  arduino  uno  sebagai  proses pengolahan  data  akan  mengontrol  output  pada  sistem pengendalian  ini,  exhaust  fan  dan  heater  akan  terus aktif.  Semua  sistem  akan  terhenti  ketika  sensor membaca  data  sebesar  7%.  Data  pada  pembacaan sensor akan ditampilkan pada LCD.
Prinsip  kerja  dari  pengering  kopra  ini  melalui  3 tahapan  utama  yaitu  proses  input,  proses  pengolahan data  dan  output.  Proses  input  berupa  suhu  dan kelembaban  dari  ruang  sekitar  kopra  yang  diukur dengan  menggunakan  1  buah  sensor  DHT11  untuk mengukur  suhu  dan  2  buah  sensor  DHT11  untuk mengukur  kelembapan.  Kemudian  pengolahan  data menggunakan  mikrokontroler  arduino  uno  dengan mengatur  setpoint  yang  diinginkan  dari  input  untuk menghasilkan  respon  plant  atau  output  berupa  heater dan  exhaust  fan.  Saat  daya  telah  dihidupkan  maka sensor akan mengukur suhu di ruang box pengering dan kelembaban  yang  terdapat  pada  kopra  kemudian menampilkannya  pada  lcd.  Lalu  mengaktifkan  heater sesuai  dengan  data  yang  telah  dimasukkan  pada pengontrolan.  Heater  akan  terus  aktif  untuk mencapai suhu  58 o C  dan  exhaust fan  akan  mensirkulasi  udara panas  keluar  dari  box  pengeringan  apabila  suhu melebihi  setpoint  yang  diberikan  sehingga  suhu  tetap dalam  keadaan  normal  58 o C.  Selanjutnya  jika kelembaban  disekitar  ruang  kopra  telah  mencapai sekitar 7% maka alat akan berhenti dengan mematikan exhaust  fan  dan  heater.  Jika  hasil  yang  diinginkan
belum  tercapai  maka  alat  akan  terus  hidup  hingga kelembaban tercapai.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem  pengontrolan  alat  ini  menggunakan mikrokontroler  arduino  uno  dengan  metoda  PID. Sistem  kontrol  PID  terdiri  dari  tiga  buah  cara pengaturan  yaitu  P  (Proportional),  I  (Integral)  dan  D (Derivative),  masing-masing  cara  tersebut  memiliki kelebihan dan kekurangan sehingga untuk menghasilkan sistem yang lebih efisien dan baik maka ketiga  pengaturan  tersebut  digabungkan  menjadi  satu kesatuan.  Dalam  implementasinya  pengontrolan  PID ini  bisa  bekerja  secara  gabungan  maupun  bekerja sendiri.  Sebelum  pengontrolan  dapat  dilakukan  maka yang  perlu  dilakukan  terlebih  dahulu  adalah menemukan  parameter P, I dan D dengan menggunakan  cara  tuning  langsung  yaitu  dengan metoda  zigler-nichols.  Hal  pertama  yang  perlu dilakukan  untuk  mendapatkan  parameter  P,  I  dan  D adalah  mencari  respon  dari  alat  pengering  kopra tersebut, dalam hal ini respon dilihat dari suhu pada box pengeringan terhadap waktu. Respon dilihat dari respon waktu  awal  suhu  dan  wak  tu  naik  suhu  hingga  suhu maksimal  yang  bisa  dicapai  oleh  heater.  Berdasarkan data respon alat tersebut dapat ditentukan nilai L dan T untuk mendapatkan parameter Kp, Ki dan Kd sebagai penyusun kontrol PID. Berikut grafik perubahan suhu yang didapatkan dari pengujian heater :
Gambar 3. Grafik respon suhu terhadap waktu pemanasan heater
Dari  grafik  di  atas  didapatkan  nilai  L  dan  T  dengan metoda zigler-nichols yaitu metoda kurva reaksi, nilai L yang didapatkan berdasar grafik di atas adalah 30 dan nilai  T  yang  didapatkan  adalah  623,4.  Setelah didapatkan nilai L dan T maka cari nilai Kp, Ki dan Kd dengan  memasukkannya  ke  dalam  rumus  yang  ada. Rumus  untuk  mencari  nilai  konstatnta  proportional, konstanta integral dan konstanta derivative yaitu : Kp = ½ T/L, Ti = 2L, Td = 0.5L.
Hasil dari pencarian konstanta proportional, konstanta integral  dan  konstanta  derivative  dapat  dilihat  pada tabel 1.
Tabel 1. Parameter PID dengan metoda kurva reaksi zigler-nichols
No Kontrol Kp Ti Td 1 P
623,4/30 =
20,78
∞ 0 2 PI 0.9 x 20,78 =
18,702 30/0,3 =
100 0 3 PID 1.2 x 20,78 = 24,936 2 x 30 = 60 0.5 x 30 = 15
Dari  tabel    di  atas  didapatkan  parameter  PID  untuk pengontrolan heater pada alat pengering kopra ini yaitu Kp = 24,936  Ti = 60  Td = 15. Dimana Ki = Kp/Ti dan Kd = Kp x Td sehingga Ki = 24,936/60 = 0,4156 dan Kd = 24,936 x 15 = 374,04.
Hasil pengujian kerja alat pengering kopra dengan nilai parameter pengendali PID yang telah didapatkan diatas ditulis dalam tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian alat pengering kopra Waktu (Menit) Suhu (°C) Error Relay Kelembaban (%) Exhaust Fan 5 27 -31 Hidup 60,18% Mati 30 59 1 Mati 56,32% Hidup 60 59 1 Mati 53,00% Hidup 90 57 -1 Hidup 50,10% Mati 120 58 0 Mati 46,12% Hidup 150 57 -1 Hidup 42,67% Mati 180 58 0 Mati 38,51% Hidup 210 57 -1 Hidup 34,33% Mati 240 57 -1 Hidup 30,08% Mati 270 57 -1 Hidup 26.03% Mati 300 57 -1 Hidup 22.66% Mati 330 58 0 Mati 18.55% Hidup 360 57 -1 Hidup 15.67% Mati 390 58 0 Mati 14.01% Hidup 420 57 -1 Hidup 13,86% Mati 450 57 -1 Hidup 12.25% Mati 480 59 1 Mati 11.18% Hidup 510 58 0 Mati 10.39% Hidup 540 57 -1 Hidup 9.96% Mati 570 57 -1 Hidup 9.02% Mati 600 58 0 Mati 8.34% Mati 630 57 -1 Hidup 8.00% Hidup 660 58 0 Mati 7.98% Mati 690 57 -1 Hidup 7.00% Mati
Berdasarkan tabel 2 di atas maka dapat diketahui bahwa pengeringan pada alat ini dilakukan untuk mendapatkan  kelembaban  kopra  sekitar  7%  dengan suhu  yang  relatif  konstan  pada  58 o C  dengan  lama pengeringan yang didapatkan dengan kopra sebanyak 4 Kg  yaitu  sekitar  690  Menit.  Lamanya  waktu pengeringan  tersebut  tergantung  dari  seberapa  besar kelembaban  pada  kopra  tersebut,  semakin  lembab
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 3 6 9 12 15 Respon suhu Respon suhu
kopra maka proses pengeringan akan sedikit lebih lama dibanding  dengan  kopra  yang  tidak  terlalu  lembab. Berikut gambar dari kopra yang baru atau masih basah dan  kopra  yang  telah  kering  .  Dari  perhitungan  daya didapat spesifikasi alat pengering kopra sesuai tabel 3.
Tabel 3. Daya Total Alat
Komponen Jml.
(bh.) Arus( mA) Tegangan input(VA C) Daya (Wat t) Day a total
(Wa tt) Heater 1 113
220 48 100
Fan 2 140 12 1,68 10,0
8
Daya Total
110, 08

## IV. KESIMPULAN
Penelitian dan pembuatan alat pengering kopra ini dapat  disimpulkan sebagai berikut:
1. Kopra yang memiliki kualitas baik mempunyai range  kelembaban  yaitu  diantara 7%  -  8  %,  untuk  mencapai  kelembaban tersebut  di  butuhkan  waktu  pengeringan sekitar 11 jam pada alat pengering ini.
2. Suhu maksimal yang dibutuhkan pada alat ini agar  kopra  mencapai  kelembaban  7%  dan kopra tidak rusak adalah 58 o C, respon heater untuk  mencapai  setpoint  suhu  58 o C  tersebut dibutuhkan waktu 10 menit.
3. Rata-rata  persentase  error  pada  pembacaan suhu  dan  kelembaban  pada  sensor  DHT11 sebesar 1.75%.
4. Kontrol  PID  yang  digunakan  yaitu  metoda zigler-nichols  dengan  metoda  kurva  reaksi, dengan  metoda  kurva  reaksi  tersebut  maka didapatkan nilai Kp = 24,936 Ti = 60 dan Td = 15.

## REFERENSI
[1]Sutardi,2008.Perbandingan  Pendapatan  Petani  Kopra  Jemur  dan Kopra  Asap  (Studi  Kasus  Desa  peslaten  Satu  Kecamatan TAPAAN).
[2]  Rahman,2011.Analisis  Pendapatan  Dan  Nilai  tambah  kelapa menjadi  kopra  di  desa  BOLUBUNG  Kecamatan  Bulagi  utara Kabupaten banggai kepulauan.
[3] Palungkun,1999.Analisis Nilai Tambah dan Pemasaran Kopra.
[4] Kementrian Perdagangan  RI 2013.Analisis Daya Saing Kopra di Minahasa Selatan.
[5] Data primer setelah diolah,2014. Analisis Pendapatan Dan Nilai tambah kelapa menjadi kopra di desa BOLUBUNG Kecamatan Bulagi utara Kabupaten banggai kepulauan.
[6]  Neprianus  Siloto,2017.Perbandingan  pendapatan  Petani  Kopra jemur  dan  kopra  asap  (Studi  Kasus  Desa  peslaten  Satu Kecamatan TAPAAN).
[7] Henderson dan Perry.1976.Pengeringan Lapis Tipis Kopra Putih Menggunakan Oven Pengering.
[8]  Taib  dkk,1988.  Pengeringan  Lapis  Tipis  Kopra  Putih Menggunakan Oven Pengering.
[9]Welson M.Wangke 2017 Perbandingan Pendapatan Petani Kopra Jemur  dan  Kopra  Asap,(Studi  Kasus  Desa  peslaten  Satu Kecamatan TAPAAN).