## RANCANG BANGUN ALAT PENGERING ECENG GONDOK UNTUK BAHAN KERAJINAN TANGAN (MENGGUNAKAN METODE TUNING CONTROLLER CHIEN REGULATOR I DAN CHIEN SERVO I)
Irianto 1) , Epyk Sunarno 2) , Aqidah Ahya Nurlaily 3) .
1,2,3 Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS)
1) Irianto@pens.ac.id, 2) epyk@pens.ac.id, 3) aqidahahya96@gmail.com
Abstract : Hyacinth is a plant that can be utilized for the manufacture of various types of handicrafts, such as bags, sandals, souvenirs, and other furniture that has high art. In  the  process  of  making  hyacinth  crafts,  it  is  considered  in  the  process  of  drying. During  this  time,  the  hyacinth  drying  process  still  using  conventional  methods,  which use  solar  energy  which  is  dependent  on  weather  conditions.  Conventional  drying methods  relatively  need  long  time,  ie 7-10  days.  So,  that  was  designed  hyacinth dryer that  is  not  dependent  on  the  weather  and  can  be  controlled  with  temperature  sensors and  weight  sensor  depend  its  set  point.  Hyacinth  dryers  use  heater,  blower  and  air circulation  fan.  The  controller  of  the  drying  machine  is  Microcontroller  ATMega  16 with PI Controll methods Tuning Controller Chien Regulator I with Kp = 4,55 and Ki = 0,3 and Tuning Controller Chien Servo I Kp = 2,65 and Ki = 0,156. Hyacinth drying with a dryer need time shorter than using the conventional drying method, ie  12 hours with stabil temperature 60ᵒC . With this dryer can dry 30 stems of hyacinth with initial weight  500g  become  dry  hyacinth  with  weight  ±  60g.  Depends  on  the  result  of laboratory  test,  hyacint  with  dryer  produce  fiber  content,  water  content,  and  ash content  that good enough.
Keywords : Hyacinth, Mikrokontroller ATMega 16, Tuning Controller Chien Regulator I, Tuning Controller Chien Servo I

## 1. PENDAHULUAN
Pada  saat  ini,  serat  eceng  gondok merupakan  salah  satu  material natural  fibre yang  secara  ilmiah  pemanfaatannya  masih  bisa dikembangkan.  Pada  saat  ini  serat  eceng gondok  banyak  sekali  digunakan  dalam industri-industri  mebel  dan  kerajinan  rumah tangga.  Namun  pada  proses  pengolahannya, terdapat  proses  pengeringan  yang  dilakukan dengan  bantuan  energi  matahari  yang  masih membutuhkan  waktu  yang  cukup  lama,  yaitu sekitar  7-10  hari,  dan  masih  bergantung  pada kondisi cuaca.
Untuk  menjawab  permasalahan  di  atas maka  dengan  dasar  ini  diciptakanlah  suatu rancang bangun alat untuk membantu mengeringkan  eceng  gondok  sebagai  bahan baku  kerajinan  tangan.  Alat  ini  berbasis mikrokontroler, dengan setting temperatur yang disesuaikan  dengan  suhu  yang  sesuai  untuk pengeringa  eceng  gondok.  Terdapat  sensor berat  dan  sensor  suhu  yang  digunakan  untuk mendeteksi  jika  eceng  gondok  sudah  ada  pada kondisi  kering.  Dengan  adanya  teknologi  ini diharapkan  proses  produksi  kerajinan  tangan
eceng  gondok  menjadi  lebih  cepat  dan  dapat menghasilkan produk yang lebih banyak.

## 2. METODE PENELITIAN
Perancangan  dan  pembutan  penelitian  ini berpatokan pada blok diagram sistem serta alur kerja dari blok diagram. Gambar 1 meunjukkan gambaran  umum  sistem  pengering  eceng gondok yang akan dibuat.
Gambar 1. Blok Diagram Sistem
Pada penelitian ini, target yang diharapkan yaitu  alat  dapat  menghasilkan  eceng  gondok kering  sesuai  dengan  waktu  yang  lebih  cepat dari  metode  konvensional.  Untuk  memperoleh hasil  berupa  eceng  gomdok  yang  benar-benar kering,  maka  suhu  pada  inkubator  pengering dijaga  agar  tetap  konstan  sebesar  60 0 C.  Untuk menjaga  agar  suhu  pada  ruangan  pengering tetap konstan, maka pada alat ini menggunakan metode PI  controller dengan tuning  controller chien  regulator  I dan chien  servo  I . PI controller digunakan untuk mengontrol tegangan input  heater  yang berasal dari AC-AC voltage  controller . Feed  back untuk PI controller ini berasal dari sensor suhu LM35. Prinsip  kerja  secara  umum  dari  alat  ini adalah  sistem  akan ON ketika  sambungan listrik  dihubungkan  ke  jala-jala  PLN  220  V. Sumber listrik yang digunakan untuk menyuplai heater yang  telah  dikendalikan  tegangannya oleh AC  AC  Voltage  Controller .  Panas  yang dihasilkan oleh heater kemudian didistribusikan oleh  kipas  agar  rata  keseluruh  ruangan pemanas. Selain itu, terdapat kipas yang lainnya yang  digunakan  untuk  mensirkulasikan  udara sisa  dari  proses  pengeringan.  Kemudian terdapat  sensor  suhu  (LM  35)  yang  digunakan untuk  mengetahui  nilai  suhu  udara  di  ruang pemanas  yang ditempatkan di dalam inkubator, serta loadcell yang digunakan untuk mendeteksi berat  eceng  gondok  yang  telah  kering.  Hasil pembacaan sensor suhu  kemudian akan dikirim menuju  Atmega  16  untuk  diolah  pada mikrokontroler. Hasil olahan data akan dilanjutkan  menuju  DAC  ( digital  analog converter )  dan  menjadi  input  TCA  785  untuk mengatur  sudut  penyulutan  pada AC-AC voltage controller .
Berikut  dasar  teori  dari  komponen penyusun serta metode pada penelitian ini.
2.1 DAC ( Digital to Analog Converter ) R-2R
Digital to Analog Converter (DAC) adalah rangkaian  yang  berfungsi  mengubah  kode digital 0x00 sampai 0xFF menjadi sinyal analog berupa  tegangan  0  sampai  12  volt.  Dimana keluaran dari rangkaian DAC ini masuk ke kaki 11  rangkain  TCA785.  Jumlah  bit  DAC  secara keseluruhan  adalah  255.  Saat  DAC=0  TCA akan  memiliki  pulsa  yang  utuh,  jika  nilai  DAC semakin dibesarkan maka pulsa yang dihasilkan TCA  akan  semakin  mengecil,  dengan  kata  lain nilai  DAC  berkebalikan  dengan  pulsa  yang dihasilkan  TCA.  Nilai  DAC  ini  akan  memberi
nilai penyulutan pulsa pada rangkaian TCA 785 yang akan digunakan sebagai trigger SCR pada rangkaian AC-AC  voltage  controller .  Pada rangkaian  ini  digunakan  18 resistor yang masing-masing bernilai 10 kΩ.

## 2.2 Rangkaian TCA 785
Rangkaian  kontrol  TCA785  digunakan untuk  megontrol  sudut  penyulutan  pada rangkaian AC-AC Voltage Controller, antara  0º -180º  pada  sumber  tegangan  AC  220V. Rangkaian  TCA785  ini  dapat  di  kontrol  secara manual  (menggunakan  potensio)  atau  dapat juga  menggunakan  mikrokontroler.  Untuk penyearah  terkontrol,  1  fasa  siklus  positif dengan  siklus  negatif  berbeda  180 o maka  akan dihasilkan  sebuah  pulsa  penyalaan  yang memiliki perbedaan fasa sebesar 180 o . IC  TCA785 memerlukan sumber  tegangan antara  8V–18V,  frekuensi  kerja  10Hz  –  50Hz dengan temperatur kerja antara 25 0 C – 80 0 C. Pada  IC  TCA785  memiliki  beberapa  pin, pin yang digunakan sebagai masukkan tegangan sinkronisasi ( Vsync ) dari pin 5 yang membentuk  gelombang sinusoidal dengan penggunaan  resistor  100kΩ  sebagai  pembatas arus untuk mendapatkan arus masuk ke IC TCA 785 yang sesuai dengan datasheet dari IC TCA 785.  Pada  pin  11  digunakan  sebagai  masukkan untuk  tegangan  referensi  sudut  penyalaan, sedangkan  pada  pin  10  merupakan    bentuk gelombang  tegangan  yang  berupa  gigi  gergaji. Perpotongan    antara  gelombang  referensi penyalaan  dengan  gelombang  gigi  gergaji terdapat  pada  pin  14  untuk  gelombang  yang bekerja  pada  daerah  kerja  negatif,  dan  pin  15 untuk  gelombang  yang  bekerja  pada  daerah kerja positif.
2.3 Rangkaian AC-AC voltage controller
AC-AC voltage controller adalah konverter  yang  mengontrol  tegangan,  arus,  dan daya  rata-rata  yang  dikirim  ke  beban  AC  dari sumber  AC.  Komponen  utama  dari ac  ac voltage controller adalah  TRIAC atau thyristor (SCR) yang dipasang secara anti-paralel. Skema pensakelaran  dari ac  ac  voltage  controller ada dua,  yang  pertama  dengan phase  control , pensakelaran  berlangsung  setiap  siklus  sumber, dimana  gelombang  tegangan  dari  sumber  ke beban  akan  terhapus  setiap  siklusnya.  Skema pensakelaran  yang  kedua  adalah  dengan integral cycle ,  dimana  tegangan  output  pada beban  akan  terhapus  untuk  beberapa  siklus.
Rangkaian  AC voltage  controller ditunjukkan pada Gambar 2 dibawah.
Gambar 2. Rangkaian AC-AC Voltage Controller

## 2.4 Kontrol PI
Gabungan  aksi  kontrol  proporsional  dan aksi  kontrol  integral  membentuk  aksi  kontrol proporsional  plus  integral  (  Kontroller  PI  ). Gabungan  aksi  ini  mempunyai  keunggulan dibandingkan dengan masing-masing penyusunnya.  Keunggulan  utamanya  adalah diperolehnya  keuntungan  dari  masing-masing aksi  kontrol  dan  kekurangan  aksi  kontrol  yang satu  dapat  diatasi.  Dengan  kata  lain  elemen- elemen  controller  P  dan  I  secara  keseluruhan bertujuan  untuk  mempercepat  reaksi  sebuah sistem  dan  menghilangkan  offset.  Untuk memperoleh  nilai  Kp  dan  Ki  yang  tepat pertama-tama  harus  ditentukan  karakteristik time  respond dari  plan  secara uncontrolled . Secara praktikum untuk menentukan
karakteristik time respond diperlukan data suhu heater hasil baca LM35, waktu yang dibutuhkan,  nilai  ADC  dari  LM35,  dan  besar tegangan LM35 yang diinput ke mikrokontroler.
Model proses self regulating adalah model yang  paling  umum  dijumpai  di  industri  proses. Model  ini  hampir  muncul  pada  setiap  kasus pengontrolan  praktis,  seperti  pengontrolan temperatur  pada  sistem heat  exchanger, pengontrolan  level  fluida  pada  sistem  tangki penampung,  dan  sebagainya.  Model self regulating process pada dasarnya dapat didekati oleh  sebuah    model  matematis  FOPDT  ( First Order  Plus  Dead  Time) yang  hanya  dicirikan oleh tiga buah parameter berikut, yaitu:
 K=  Gain  statis  proses  ( Process  static gain)
 L  =  Keterlambatan  transportasi  proses ( Process Transport Delay )
 τ = T = Tetapan waktu proses ( Process Time Constant)
Untuk  tujuan  analisa  dan  perancangan (terutama juga untuk kemudahan melakukan uji simulasi dengan Simulink), persamaan diferensial  yang  menggambarkan  perilaku proses diatas secara umum dapat dipresentasikan  kedalam  bentuk  fungsi  alih proses denga persaman 1 berikut: H(s) = = e -sL ................................ ( 1 )
Dengan:
H(s) : fungsi alih kontrol proses FOPDT pv(s) : transformasi Laplace deviasi output proses
co(s) : transformasi Laplace deviasi output kontroler (input proses)
s : variabel Laplace
Gambar 3 dibawah menunjukkan diagram simulasi FOPDT yang digunakan di Matlab

## Gambar 3. Diagram Simulasi FOPDT
Untuk metode tuning yang digunakan pada kontroller  PI  ini  adalah  Chien  Regulator  1  dan Chien  Servo  1.  Metode  Controller  Chien Regulator  I  dan  Chien  Servo  I  ini  memiliki spesifikasi yaitu:
 0% overshoot
 0,11 < < 1 Pada Chien Regulator I, untuk mendapatkan  nilai  parameternya  menggunakan rumus :
Kp =
Ki = τi  =  4 L Sedangkan  pada  Chien  Servo  I,  untuk mendapatkan  nilai  parameternya  menggunakan rumus:
Kp = Ki = τi  =  1,17 T Sedangkan pada Ziegler Nichols digunakan sebagai pembanding, untuk mendapatkan  nilai  parameternya  menggunakan rumus:
Kp =
Ki = τi  =  3,33 L

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  penelitian  ini  telah  dilakukan beberapa  pengujian.  Sehingga  didapatkan  sub- bab hasil yang dibagi menjadi beberapa bagian. Bagian  yang  pertama  yaitu  hasil  pengujian sistem kondisi openloop , sedangkan yang kedua adalah  hasil    pengujian  sistem  kondisi closeloop, dan  yang  terakhir  adalah  pengujian pengeringan eceng gondok.
3.1. Pengujian Sistem Kondisi Openloop.
Tahap  selanjutnya  yaitu  pengujian  dari sistem  pemanasan    dari  ruang  inkubator dengan  kondisi  open  loop  atau  tanpa menggunakan kontrol agar diketahui bagaimana  bentuk  respon  sistem.  Adapun grafik  pengujian  sistem  openloop  yang dihasilkan adalah sesuai dengan Gambar 4.
Gambar 4. Pengujian Sistem Open Loop

## 3.2. Pengujian Sistem Kondisi Closeloop
Setelah  didapatkan  respon  sistem  pada kondisi openloop, dilakukan penerapan kontrol PI  dengan  menggunakan  metode tuning controller yang  telah  didesain  sebelumnya untuk  menjaga  suhu  pengeringan  berada  di nilai  setpoint  yang  telah  ditentukan  yaitu sebesar  60 0 C.  Respon  suhu  pemanasan  sistem
ketika  telah  diberi tuning  controller  Chien Regulator I seperti pada Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Kurva karakteristik time respond heater terkontrol menggunakan Tuning Controller Chien Servo I
Berdasarkan  grafik  pada  Gambar  5, tampak bahwa terdapat ripple suhu. Dengan set poin  60 o C,  suhu  terendah  saat  dikontrol  adalah 57,185 o C,  dan  suhu  tertinggi  adalah  62,072 o C. Hal  ini  disebabkan  karena  ruang  pemanas (mekanik) yang cukup besar sehingga menyebabkan  suhu  kurang  stabil.  KP  yang digunakan  adalah  4,55  dan  Ki  nya  adalah  0,3. Sehingga  apabila  jadikan  sebagai  persentase, toleransi  error  untuk  alat  pengering  ini  adalah sebesar +5%.
Sedangkan  ketika  menggunakan  Tuning Controller Chien Servo I, kurva yang dihasilkan adalah seperti pada Gambar 6.
Gambar 6.  Kurva karakteristik time respond heater terkontrol menggunakan Tuning

## Controller Chien Servo I
Berdasarkan  grafik  pada  Gambar  6, tampak bahwa suhu steady nya belum mencapai suhu set point. KP yang digunakan adalah 2,65 dan  Ki  nya  adalah  0,156.  Sehingga  dalam pengeringan  eceng  gondok  ini,  metode tuning yang  cocok  untuk  digunakan  adalah  metode tuning controller chien reguator I.

## 3.3  Pengujian dengan Eceng Gondok
Pada  tahap  ini  dilakukan  proses  pengujian alat  yang  telah  diintegrasi  dengan  cara menggunakannya  untuk  mengeringkan  eceng gondok. Eceng gondok yang dikeringkan adalah eceng  gondok  basah  yang  telah  dibersihkan, dengan  total  30  batang.  Eceng  gondok  tersebut kemudian akan ditata di dalam kotak pengering. Gambar  7  menunjukkan  alat  pengering  yang digunakan.
Gambar 7. Alat pengering eceng gondok yang digunakan
Setelah  ditata  di  dalam  alat  pengering eceng  gondok  pun  siap  dikeringkan.  Alat  akan beroperasi selama + 12 jam. Selama pengoperasian tersebut suhu dari kotak pengering  akan  dikontrol  dengan  suhu  set  poin sebesar  60 o C.  Metode tuning  controller yang digunakan  untuk  mengeringkan  eceng  gondok ini  adalah  menggunakan  metode tuning controller Chien Regulator I, dikarenakan suhu nya  sudah  mencapai set  point .  Berdasarkan hasil uji coba terintegrasi diperoleh hasil bahwa berat  eceng  gondok  yang  telah  kering  adalah sebesar  62gram  dan  berat  awal  eceng  gondok basahnya  adalah  532  gram.  Gambar  8 menunjukkan  gambar  eceng  gondok  antara yang basah dan yang sudah kering.
Gambar 8.  Eceng gondok basah dan yang telah kering
Hasil  dari  proses  pengeringan  ini  adalah berupa  eceng  gondok  kering  yang  siap  diolah menjadi berbagai kerajinan tangan.
Berdasarkan  hasil  uji  laboratorium  dari  BBLK (Balai
Besar Laboratorium Kesehatan) Surabaya,  dengan  menggunakan  alat  pengering ini  menghasilkan  eceng  gondok  kering  dengan kadar air, kadar serat, dan kadar abu yang dapat dikatakan cukup baik. Karena apabila dibandingkan  dengan  eceng  gondok  kering menggunakan metode konvensional, kandungan kadar  tersebut  tidak  selisih  jauh.  Tabel  1 dibawah  ini  menunjukkan  data  pengujian kandungan  pada  masing-masing  parameter dengan metode konvensional dan alat pengering.
Tabel 1. Pebandingan Kandungan Eceng Gondok Kering Metode Konvensional dan Menggunakan Alat Pengering No. Parameter Metode Konvensional (%) Dengan Alat Pengering (%) 1. Kadar Abu 4,75 4,62 2. Kadar Air 16,45 15,96 3. Serat 32,75 28,55

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan dapat  disimpulkan  beberapa  hal  yaitu  sebagai berikut:
1. Dari  grafik  pengujian  alat  pengering  tanpa kontrol  (open  loop)  dibutuhkan  waktu  22,4 menit proses pemanasan untuk menuju suhu konstan sebesar 84,5 0 C.
2. Pada  proses  pengeringan  eceng  gondok dengan  alat  pengering  ini,  metode tuning
controller yang  paling cocok  adalah menggunakan tuning controller Chien Regulator  I ,  dengan  nilai  Kp=4,55  dan Ki=0,3.
3. Inkubator  pengering  ini  dapat  bekerja dengan  cukup  baik.  Hal  ini  dibuktikan dengan  respon  suhu  yang  berada  di  sekitar suhu  set  poin  60 0 C  dari  suhu  awal  sekitar 29 0 C, dan untuk mencapai suhu set point ini membutuhkan waktu sekitar 7 menit .
4. Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan  eceng  gondok  menggunakan
alat  ini  adalah  sekitar  12  jam,  lebih  cepat dibandingkan  dengan  waktu  pengeringan secara  konvensional  yaitu  sekitar  10x7  jam (10  hari  dimana  per  harinya  dijemur  selama 7 jam).
5. Dengan menggunakan metode tuning controller ini  dimungkinkan  terdapat  nilai
Kp  dan  Ki  yang  menghasilkan  hasil  yang lebih  baik  apabila  diaplikasikan  pada  plant lainnya.
6. Berdasarkan
hasil uji laboratium, pengeringan  menggunakan  alat  pengering menghasilkan  eceng  gondok  kering  dengan kadar  air,  kadar  serat,  dan  kadar  abu  yang cukup  baik  bila  dibandingkan  dengan pengeringan  eceng  gondok  menggunakan metode konvensional.

## 5. REFERENSI
Atmel  Corporation, Datasheet  of  ATMega16.  Atmel Corporation, hal 3
Bakhri, Mohammad Samsul. 2017: “Desain Pengering  Eceng  Gondok  Tipe Batch Sumber Panas  Gas  Buang  Dari Combined  Heat  and Power ”.  Skripsi  Teknik  Mesin  dan  Biosistem,
ITB
Kunto Purbono, Makhmudun Ainuri, Suryandono.2010:”Rancang  Bangun  Dan  Uji
Kelayakan  Finansial  Alat  Pengering  Mekanis
Untuk  Pemenuhan  Pasokan  Eceng  Gondok
(Eichhornia  Crassipes)  Sebagai  Bahan  Baku
Kerajinan”.Agritech,Vol. 30, No. 2.
Putra,  Rizki  Dirgahaya.  2012:”Ekstraksi  Serat
Selulosa  Dari  Tanaman    Eceng  Gondok
(Eischornia Crassipes) Dengan Variabel Pelarut”. FT UI.
Rahayuningtyas,  Ari,  Aidil  Haryanto,  dan  Rina Kumalasari.  2012:  “Perancangan  dan  Uji Performasi  Pengering  Tipe  Rak  pada  UKM
Shan’s Cap Rumoh Aceh”. Prosiding UNISBA
Sari, Puspita Kurnia, Epyk Sunarno, S.ST.,M.T. dan
Drs. Irianto M.T. 2016: “Rancang Bangun Alat
Pengering  Tahu  Sebagai  Bahan  Baku  Stik Tahu”. Tugas Akhir D3 Jurusan Teknik Elektro Industri, PENS.
Setiawan,  Iwan.  “Kontrol  PID  untuk  Proses Industri”. PT. Elex Media Kominfo, Jakarta.
Tumolva, T., J. Ortenero, M. Kubouchi.
“ Characterization  and  Treatment  of  Water
Hyacinth Fibers  For NFRP Composites ” . The
19 th International  Conference  on  Composite Materials.