analisa dan simulasi model kualitas air pada...

ANALISA DAN SIMULASI MODEL KUALITAS AIR PADA TAMBAK DENGAN MENGGUNAKAN KONTROL

LOGIKA FUZZY (FLC) DAN KONTROL ON/OFFOleh:

Bela Nurlia (1209 100 048)Dosen Pembimbing:

Drs. Suharmadi Sanjaya, Dipl.Sc.,M.Phil. NIP. 19540625 198103 1 003

Jurusan MatematikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Sepuluh November2013

Pendahuluan

Usaha Budidaya

TambakKualitas Air

Tambak

Kontrol

ANALISA DAN SIMULASI MODEL KUALITAS AIR PADA TAMBAK

DENGAN MENGGUNAKAN KONTROL LOGIKA FUZZY (FLC) DAN KONTROL ONOFF

Cegah Gagal

Panen

Cuaca alam

Rumusan MasalahPermasalahan dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Bagaimana menganalisa parameter kualitas air tambak

yang tepat agar kualitas air tambak tetap terjaga?

2. Bagaimana simulasi model kualitas air tambak yang

tepat untuk mengetahui kontrol kualitas air pada

tambak?



Batasan MasalahPermasalahan dalam Tugas Akhir ini akan dibatasi ruang lingkupnya, yaitu :

1. Pada tugas akhir ini dikontrol model kualitas air tambak. Parameter kualitas air yang

dikontrol adalah temperatur dan salinitas. Hal ini disebabkan parameter dissolvedoxygen (DO) dipengaruhi oleh temperatur dan salinitas. Sehingga dengan menjaga nilai

temperatur dan salinitas maka nilai DO juga akan terjaga.

2. Fuzzy Logic Controller (FLC) diterapkan untuk mengontrol nilai temperatur

menggunakan kincir air dengan variabel input berupa nilai temperatur dalam derajat

celcius dan variabel output berupa sinyal kontrol tegangan yang menggerakkan

kecepatan motor kincir air. Sedangkan ON/OFF Controller diterapkan untuk

mengontrol nilai salinitas menggunakan pompa. Sinyal kontrol akan menghidupkan

pompa jika nilai diatas atau dibawah parameter yang diijinkan dan akan mematikan

pompa jika nilai berada di antara range yang diijinkan.



Batasan Masalah

3. Tidak membahas konstruksi teknologi tambak.

4. Data ikan yang digunakan untuk simulasi adalah parameter

kualitas air ikan patin. Data didapatkan dari Dinas Kelautan dan

Perikanan kabupaten Sidoarjo.



Tujuan

Tujuan dalam tugas akhir ini adalah dapat membuat

simulasi kontrol parameter kualitas air tambak yang tepat

dengan menggunakan Fuzzy Logic Controller (FLC) untuk

mengontrol nilai temperatur dan ON/OFF Controlleruntuk mengontrol nilai salinitas air tambak.



Manfaat

Manfaat yang ingin diperoleh dari tugas akhir ini adalah

untuk memperoleh kontrol kualitas air tambak yang tepat.

Dengan mengetahui kontrol kualitas air pada tambak

diharapkan dapat mempermudah budidaya tambak

dengan mengurangi terjadinya gagal panen pada tambak

dan meningkatkan kecepatan produksi hasil panen.



Tinjauan Pustaka



Tambak1. Pengertian

Tambak adalah merupakan bangunan air yang dibangun pada daerah

pasang surut yang diperuntukkan sebagai wadah pemeliharaan ikan

atau udang dan memenuhi syarat yang diperlukan sesuai dengan sifat

biologi hewan yang dipelihara [2].

2. Sejarah Perkembangan Tambak

• Tambak sudah ada sejak jaman kerajaan Majapahit.

• Indonesia menjadi produsen udang papan atas di dunia yaitu pada

tahun 1994 mampu mencapai angka produksi > 300.000 ton/tahun

Tinjauan Pustaka

Sistem Kontrol TambakPengertian Sistem Kontrol

• Sistem kontrol merupakan sebuah perangkat yang digunakan

untuk mengatur suatu proses untuk mencapai tujuan dari sistem

itu.

• Komponen utama dari suatu sistem kontrol adalah pengendali,

aktuator dan umpan balik (feedback).

• Saat ini telah banyak berkembang berbagai sistem kontrol yaitu

seperti onoff, PID (Proportional Integral Differential), fuzzy,

algoritma genetik dan lain sebagainya [7]



Tinjauan Pustaka

Sistem Kontrol TambakON/OFF

Sistem kontrol ON/OFF sering disebut juga “bangbang control”, adalah

kontrol yang paling dasar dalam robotik. Input sensor dan sinyal outputpada aktuator dinyatakan hanya dalam dua keadaan, yaitu ON/OFF atau

logika 1 dan 0.



Tinjauan Pustaka

Sistem Kontrol TambakLogika Fuzzy

Pembuatan kontroller logika fuzzy dilakukan dengan beberapa tahap

sebagai berikut [8]:

• Menentukan himpunan fuzzy

Input dan ouput kontroller fuzzy menggunakan himpunan yang

didefinisikan secara matematis sebagai berikut: , | ∈ 2.1

Himpunan fuzzy mempunyai semesta pembicaraan . Dalam semesta

pembicaraan terdapat anggota yang menjadi pembicaraan dan

dikarakterisasi oleh sebuah fungsi keanggotaan (membership function)

yang memiliki nilai pada interval 0,1



Tinjauan Pustaka

Sistem Kontrol Tambak• Menyusun basis aturan (rule base)Basis aturan adalah aturanaturan fuzzy dalam bentuk relasi dua atau lebih variabel fuzzy seperti contoh berikut ini:if x is A then y is Bdimana A dan B adalah linguistic values yang didefinisikan dalam rentang variabel X dan Y. Pernyataan “x is A” disebut antecedentatau premis. Pernyataan “y is B” disebut consequent atau kesimpulan.• Menentukan metode implikasi, agregasi, dan defuzzifikasi



Tinjauan PustakaModel Kualitas Air Tambak1. Temperatur

Diberikan model persamaan temperatur sebagai berikut:

Φ Φ

0 2.2

Φ Φ

2.3

denganΦ 2.4

11,4 2.5



Tinjauan PustakaModel Kualitas Air Tambak

Keterangan :

T : Temperatur air tambak (C)

in : Laju perpindahan energi yang masuk ke tambak (Watt)

out : Laju perpindahan energi yang keluar tambak (Watt)

A : Luas penampang tambak (m2)

h : Kedalaman tambak (m)

: Kerapatan air tambak (kg/m3)

c : Panas spesifik air tambak

(J/kgC)

Ui : Koefisien panas (W/m2C)

T : Temperatur air tambak (C)

Ta : Temperatur lingkungan (C)

Te : Temperatur sedimen tambak (C)

A : Luas penampang tambak (m2)

: Luas dinding dan dasar tambak (m2)

N : Jumlah aerator

Paer : Daya aerator (W)

V : Volume tambak (m3)



1. Temperatur

Lanjutan..

Tinjauan PustakaModel Kualitas Air Tambak2. Salinitas

0 2.6

0 2.7

Dimana :

S : Konsentrasi garam air tambak (kg/m3)

Qin : Laju aliran volume air payau yang masuk ke tambak (m3/s)

Sin : Konsentrasi garam air payau yang masuk ke tambak (kg/m3)

Qout : Laju aliran volume air tambak yang keluar (m3/s)

ks : Koefisien laju penurunan atau penambahan larutan (1/s)ANALISA DAN SIMULASI MODEL KUALITAS AIR PADA TAMBAK


Tinjauan PustakaModel Kualitas Air Tambak3. Dissolved Oxygen

2.8Dimana:

KLa : Koefisien perpindahan massa (oksigen) secara keseluruhan yang dipengaruhi oleh

temperatur (s−1). Secara keseluruhan yang dipengaruhi oleh temperatur, berdasarkan persamaan

van’t HolffArrhenius berikut:

2.9bernilai 1.015 – 1.040, untuk aerator mekanik = 1.024

O : Konsentrasi oksigen dalam tambak (mg/l)

Os : Konsentrasi jenuh oksigen dalam tambak (mg/l), merupakan fungsi dari temperatur dan

salinitas dengan menggunakan tabel berikut (© Copyright 19962008 Sensorex Corporation)



Tinjauan PustakaModel Kualitas Air TambakLanjutan..

Tabel 2. Nilai konsentrasi jenuh oksigen berdasarkan temperatur dan salinitas



Metode Penelitian



Studi Literatur

Kontrol Logika Fuzzy dan ON/OFF

Pengambilan Data

Simulink Model Kualitas Air Tambak

Analisa Hasil Simulasi

Kesimpulan dan Saran

Penulisan laporan Tugas Akhir

Analisa dan Pembahasan



Karakteristik pembenihan dan pembesaran ikan Patin ditunjukkan pada tabel 3

dibawah ini.

No KomponenKisaran Optimal

Pembenihan Pembesaran

1 Salinitas 1535 ppt 1535 ppt

2 Suhu 26 – 30 28 – 32

3 Dissolved

Oxygen

> 4 mg/l > 5 mg/l

Sumber : Dinas Perikanan dan Kelautan Sidoarjo

Tabel 3. Batas Syarat Kualitas Air pada Ikan Patin




Asumsi Konstruksi Tambak

Gambar 4.1.b Ilustrasi Konstruksi Tambak

Tampak dari Samping Kiri

Gambar 4.1.a Ilustrasi Konstruksi Tambak

Tampak dari Samping Kanan

Keterangan gambar:

1. Box Control 2. Sensor

Temperatur,

Salinitas dan

Dissolved Oxygen

3. Jalur masuk

air

4. Jalur keluar air




Pembuatan Algoritma Kontrol Logika Fuzzy

• Algoritma kontrol yang dibangun untuk mengontrol temperatur yaitu Fuzzy LogicController (FLC). Alat yang digunakan untuk pengontrolan nilai temperatur yaitu

kincir air (aerator).

• Kincir air disini memiliki peran yang sangat penting, pada keadaan tertentu ketika

suhu mengalami penurunan atau peningkatan kincir air perlu digerakkan secara

tepat.

• Jadi apabila kadar oksigen terlarut (Dissolved Oxygen) berada pada kriteria yang

tidak diinginkan perlu dilakukan tindakan yaitu dengan menggunakan kincir air

(aerator) atau alat sirkulasi air yang mampu memutarkan oksigen dari udara ke

dalam air secara cepat dan dalam jumlah besar [8].

1. Temperatur





• Variabel input dari Fuzzy Logic Controller (FLC) pada temperatur berupa

nilai temperatur dalam derajat celcius dengan 5 fungsi keanggotaan yaitu :

positif besar (PB), positif kecil (PK), nol (N), negatif kecil (NK), dan negatif

besar (NB).

• Sedangkan variabel output berupa sinyal kontrol tegangan yang

menggerakkan kecepatan motor kincir air dalam prosentase dengan 5 fungsi

keanggotaan yaitu sangat lambat (SL), lamban (L), medium (M), cepat (C),

dan sangat cepat (SC).

Lanjutan...




Pembenihan Ikan PatinPembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada padarange antara 26‐30 °C

Tabel 4. Tabel Membership Input Temperatur

Gambar 3. Fungsi Keanggotaan Input Pembenihan

Temperatur




Pembenihan Ikan Patin

Lanjutan

1 ; 22 24262 ; 24 260 ; 26

242 ; 24 26

282 ; 26 280 ; 24 28

262 ; 26 28

302 ; 28 300 ; 26 30

282 ; 28 30

322 ; 30 320 ; 28 32

0 ; 30302 ; 30 321 ; 32 34




Pembenihan Ikan PatinPembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada padarange antara 26‐30 °C

Tabel 5. Tabel Membership Output % Kecepatan

Gambar 4. Fungsi Keanggotaan Ouput Pembenihan

% Kecepatan




Pembenihan Ikan PatinLanjutan

1 25 ; 0 25

0 ; 25

25 ; 0 25

2 25 ; 25 50

0 ; 50

0 ; 25 75

25 1 ; 25 50

7525 ; 50 75

0 ; 5050

25 ; 50 75

4 25 ; 75 100

0 ; 75

25 3 ; 75 100




Pembesaran Ikan PatinPembenihan ikan patin mempunyai karakteristik yaitu suhu harus berada padarange antara 28‐32 °C

Tabel 6. Tabel Membership Input Temperatur

Gambar 5. Fungsi Keanggotaan Input Pembesaran

Temperatur





1 ; 24 26282 ; 26 280 ; 26

262 ; 26 28

302 ; 28 300 ; 28 30

282 ; 28 30

322 ; 30 320 ; 30 32

302 ; 30 32

342 ; 32 340 ; 30 34

0 ; 32322 ; 32 341 ; 32 36





Tabel 7. Tabel Membership Output % Kecepatan

Gambar 6. Fungsi Keanggotaan Ouput Pembesaran

% Kecepatan




Pembesaran Ikan PatinLanjutan

1 25 ; 0 25

0 ; 25

25 ; 0 25

2 25 ; 25 50

0 ; 50

0 ; 25 75

25 1 ; 25 50

7525 ; 50 75

0 ; 5050

25 ; 50 75

4 25 ; 75 100

0 ; 75

25 3 ; 75 100





Tabel Aturan Fuzzy

Tabel 8. Tabel Aturan Fuzzy




Pembuatan Algoritma Kontrol ON/OFF

2. Salinitas

• Algoritma kontrol yang digunakan untuk mengontrol nilai salinitas adalah

algoritma kontrol ON/OFF.

• Sinyal kontrol akan menghidupkan pompa jika nilai salinitas di atas 35 ppt atau

di bawah 15 ppt, sehingga air dari tandon akan mengalir. Sinyal kontrol akan

mematikan pompa jika nilai salinitas berada pada range 1535 ppt.

Parameter Model Simulink



Untuk membangun model simulink kualitas air tambak digunakan parameter

model simulasi tambak sebagai berikut:

Model Simulink



Dengan menggunakan model persamaan (2.1), (2.2) dan (2.3) dapat

dibuat model simulink temperatur sebagai berikut:

1. Temperatur

Model Simulink



2. Salinitas

Persamaan model model salinitas pada (2.4) dapat dibuat model

simulinknya sebagai berikut:

Model Simulink



3. Dissolved Oxygen

Persamaan model dari Dissolved Oxygen pada (2.5) dapat dibuat model

simulinknya sebagai berikut:

Hasil Simulasi



1. Temperatur

Gambar 7. Hasil simulasi temperatur tanpa menggunakan Fuzzy Logic Controller(FLC) dan kontrol ON/OFF

Hasil Simulasi



1. Temperatur

Gambar 8. Hasil simulasi temperatur menggunakan Fuzzy Logic Controller(FLC) dan kontrol ON/OFF

(1) (2)

Hasil Simulasi



2. Salinitas

Gambar 9. Hasil simulasi salinitas tanpa menggunakan Fuzzy Logic Controller(FLC) dan kontrol ON/OFF

Hasil Simulasi



2. Salinitas

Gambar 10. Hasil simulasisalinitas menggunakan Fuzzy Logic Controller(FLC) dan kontrol ON/OFF

(1) (2)

Hasil Simulasi



3. DO

Gambar 11. Hasil simulasi Dissolved Oxygen (DO) tanpa menggunakan Fuzzy LogController (FLC) dan kontrol ON/OFF

Hasil Simulasi



3. Dissolved Oxygen (DO)

Gambar 12. Hasil simulasi Dissolved Oxygen (DO) menggunakan Fuzzy Logic Controller(FLC) dan kontrol ON/OFF

(1) (2)

Kesimpulan



Kesimpulan yang dapat ditarik adalah sebagai berikut:

1. Hasil simulasi tanpa menggunakan fuzzy logic controller (FLC)

dan ON/OFF Controller menunjukkan bahwa parameter kualitas

air meliputi temperatur, DO, dan salinitas menjadi tidak

terkontrol yaitu nilainya berada di luar batas syarat dari kriteria

yang diberikan pada masa dan pada masa pembesaran ikan Patin.

Kesimpulan



LANJUTAN..

2. Hasil simulasi menggunakan fuzzy logic controller (FLC) dan

ON/OFF Controller dimana artinya kincir air dan pompa dinyalakan

terlihat bahwa Fuzzy Logic Controller (FLC) dan kontrol ON/OFFmenunjukkan bahwa parameter kualitas air meliputi temperatur, DO,

dan salinitas menjadi terkontrol yaitu nilainya berada pada batas syarat

yang ditentukan yaitu temperatur sebesar 28,004°C untuk masa

pembenihan dan sebesar 28,008°C untuk masa pembesaran, salinitas

sebesar 25,004 ppt dan Dissolved Oxygen (DO) sebesar 7,004 ppm

untuk masa pembenihan dan masa pembesaran.

Kesimpulan



LANJUTAN..

3. Dengan menjaga nilai temperatur dan salinitas, maka secara tidak

langsung nilai Dissolved Oxygen (DO) juga akan terjaga.

4. Hasil grafik pada masa pembenihan dan pembesaran menggunakan

fuzzy logic controller (FLC) dan ON/OFF Controller menampilkan

grafik yang sama dikarenakan temperatur yang diberikan pada fuzzy logic controller (FLC) untuk pembenihan dan pembesaran memiliki

perbedaan interval yang tidak terlalu jauh.

Saran



Penggunaan fuzzy logic controller (FLC) dan on/off controllermenghasikan kontrol kualitas air tambak yang lebih baik

daripada tidak menggunakan kontrol. Pada Tugas Akhir ini

hanya dibahas tiga parameter kontrol kualitas air, maka untuk

penelitian selanjutnya dapat ditambahkan untuk kontrol

kualitas air tambak pada parameter lainnya seperti pH atau

alkalinitas.

Daftar Pustaka

[1] Akhmad Mustafa. (2008). “Disain, Tata Letak, dan Konstruksi Tambak”. Media

Akuakultur Volume 3 Nomor 2. Balai Riset Perikanan Budidaya Air Payau, Maros.

[2] Fowler, P., Baird, D., Bucklin, R., Yerlan, S., Watson, C., Chapman, D. (1994). “

Microcontrollers in Recirculating Aquaculture Systems”. Florida Cooperative Extension

Service, Institute of Food and Agricultural Sciences. University of Florida.

[3] Katherine Indriawati, ST, MT. (2008). “Pembuatan Modul Kontrol Kualitas Air TambakUdang sebagai Sarana Pembelajaran Teknik Budidaya Udang”. Surabaya. LPPM ITS.

[4] Anonim. (2012). “Lokasi, Desain dan Konstruksi Tambak”. Pusat Penyuluhan Perikanan

Badan Pengembangan SDM Kelautan dan Perikanan. Kementerian Kelautan dan Perikanan.

[5] Intan Triyanti. (2012). “Perancangan dan Implementasi Algoritma Robot CerdasPemadam Api DU112”. Bandung. Universitas Komputer Indonesia.



Daftar Pustaka

[6] Dewapur. (2008). “Sistem Pengendalian”.

http://dewapur.wordpress.com/2008/07/07/sistempengendalian/ diakses

tanggal 20 Januari 2013.

[7] Jang, J.S.R., Sun, C.T., Mizutani, E. (1997). “NeuroFuzzy and SoftComputing”. PrenticeHall International, New Jersey.

[8] Sitanggang, M. (2002). “Mengatasi Penyakit dan Hama pada Ikan Hias”.Jakarta.



analisa dan simulasi model kualitas air pada...

Documents