PERANCANGAN SISTEM KONTROL AUTOMATIC FEEDER PADA PEMODELAN DEEP
SEA AQUACULTURE DI PERAIRAN LAUT JAWA
Indra Ranu Kusuma, A. A. Masroeri, Rohma Dona Fitri P.
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS Surabaya
Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111
e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Deep sea aquaculture merupakan suatu cara pengembangbiakan ikan di lautan terbuka atau lautan
lepas dengan menggunakan cage yang terbuat dari jaring. Salah satunya berupa cage “Vineta” yang
dikembangkan untuk berbagai spesies ikan seperti Seabass, Seabream, Kerapu, Salmon, Sturgeon,
dan lain-lain. Cage ini juga dilengkapi dengan sebuah bunker pakan yang akan mensuplai kebutuhan
pakan ikan ynng dipelihara di kolam. Karena letaknya yang berada di tengah lautan, maka adanya
sistem kontrol otomatis untuk pemberian pakan sangat diperlukan. Pada skripsi ini, dilakukan
perancangan sistem control automatic feeder dengan jumlah empat buah yang letaknya di sekeliling
cage deep sea aquaculture untuk diterapkan di perairan laut Jawa, Indonesia. Sistem ini dirancang
dengan menggunakan sistem kontrol “PID” dan fish finder untuk menentukan posisi ikan yang
diinginkan pada feeder deep sea aquaculture. Dengan sistem ini, diharapkan penggunaannya akan
lebih efisien dibanding dilakukan secara manual untuk menghemat tenaga dan biaya operasional
yang sangat besar.
Kata kunci : Deep Sea Aquaculture, Automatic Feeder, Sistem Kontrol “PID”
I. PENDAHULUAN
Pengembangan aquaculture dengan
memanfaatkan potensi lautan baru-baru ini
sedang gencar dikembangkan. Salah satu riset
yang sedang dikembangkan adalah deep sea
aquaculture (pengembangbiakan ikan di lautan
lepas) atau bisa disebut offshore aquaculture.
Cara ini banyak dilirik karena selama ini
metode keramba dianggap semakin
menimbulkan pencemaran yang merugikan
bagi lingkungan tepi pantai. Pencemaran ini
disebabkan kotoran, bekas makanan serta
bangkai ikan yang mati dalam keramba. Cage
yang digunakan dilengkapi dengan sebuah
bunker pakan sehingga pasokan pakan akan
menyediakan makanan secara otomatis dan
control untuk waktu kapan pemberian pakan.
Sama seperti metode tambak di darat, deep sea
aquaculture ini juga terdapat system pakan
secara otomatis unuk memudahkan pemberian
pakan ikan ternak. Model feeder yang akan
digunakan merupakan jenis automatic feeder.
Yakni sistem kontrol akan bekerja sesuai
dengan kebutuhan pakan ikan. Automatic
feeder ini akan diletakkan di sekeliling tengah
cage. Feeder diatur dengan jarak tertentu satu
sama lain agar dapat mensuplai seluruh
kebutuhan pakan ikan dalam satu cage. System
control akan ditempatkan pada tempat yang
terpisah dengan cage. Karena letaknya yang
berada di tengah lautan maka kemungkinan
pengeluaran biaya tambahan, khususnya pada
biaya pakan akan lebih. Karena itulah pada
skripsi ini dicoba untuk merancang sistem
control yang diharapkan dapat membuat
sistem feeder di deep sea aquaculture lebih
efisien.
II. TINJAUAN PUSTAKA
1. Aquaculture
Aquaculture merupakan suatu kegiatan
memproduksi biota (organisme) aquatic di
lingkungan terkontrol dalam rangka
mendapatkan keuntungan (Leugeu, 2010).
Aquaculture bisa dilakukan di dua tempat,
yaitu di darat (inshore aquaculture) dan di
lepas pantai (offshore aquaculture).
Gambar 2.1. Kolam Deep Sea Aquaculture
Offshore aquaculture, atau dikenal
sebagai budidaya lepas pantai merupakan
salah satu cara peternakan ikan atau budidaya
laut di lautan terbuka. Cara ini dikembangkan
sebagai akibat banyaknya pencemaran pantai.
2. Syarat-Syarat Perikanan Deep Sea
Aquaculture
Ada beberapa persyaratan yang harus
dipenuhi agar bisa mengembangkan deep sea
aquaculture, antara lain :
Manajemen kolam/lokasi
Manajemen benih ikan
Manajemen pemberian pakan
Manajemen kualitas air
Manajemen kesehatan ikan
Manajemen panen
3. Sistem Feeder
Feeder merupakan sistem kontrol untuk
memberi makan ikan yang dibiakkan di cage
deep sea aquaculture. Hal yang menyangkut
pakan ikan, biasanya merupakan variabel
terbesar dalam industri ini, karena faktor biaya
yang besar. Pemberian pakan yang terlalu
banyak akan mempengaruhi sistem sirkulasi
dalam cage. Semakin banyak pakan diberikan,
kemungkinan konsentrasi DO dalam air juga
semakin berkurang. Untuk menghindari hal
ini, pemberian pakan harus diatur dengan
jeda waktu tertentu yang tidak terlalu
berdekatan. Caranya dengan memasang
automatic feeder. Berikut beberapa macam
automatic feeder :
1. Solar Feeders
2. Pendulum Feeders
3. Pneumatic Feeders
4. Clockwork Feeders
5. Frozen Feeders
4. Sistem Kelistrikan dan Kontrol
Sistem monitoring dan alarm ini
digunakan untuk memonitor seluruh sistem
pada deep sea aquaculture. Karena sistem ini
dijalankan secara otomatis maka kebutuhan
akan listrik menjadi sangat vital.
5. Fish Finder
Fish Finder merupakan sebuah alat yang
digunakan untuk mengetahui lokasi/tempat
adanya ikan di dalam lautan dengan
mendeteksi gelombang suara yang
dipantulkan, yang disebut dengan “Sonar”.
Gambar 2.2. Fish Finder
Fish finder modern menunjukkan
measurement dari gelombang yang
dipantulkan dengan tampilan grafik,
menunjukkan pada operator informasi
berkumpulnya ikan, sampah bawah laut, serta
bagian dasar lautan.
6. Solenoid Valve
Katup Listrik / Solenoid valve atau
solenoid valve adalah katup yang digerakan
oleh energi listrik, mempunyai koil sebagai
penggeraknya yang berfungsi untuk
menggerakan piston yang dapat digerakan oleh
arus AC maupun DC, solenoid valve
mempunyai lubang keluaran.
Gambar 2.3. Solenoid Valve
Dilapangan penggunaan solenoid valve
mempunyai banyak variasi dalam hal
kegunaan atau kebutuhan dari mesin tersebut,
penggunaan solenoid valve yaitu :
Digunakan untuk menggerakan tabung
cylinder.
Digunakan untuk menggerakan piston
valve.
Digunakan untuk menggerakan blow zet
valve. Dan masih banyak lagi.
III. PEMODELAN DAN
PERANCANGAN SISTEM
1. Alur Penelitian
Tahapan-tahapan yang dilakukan dapat
dilihat pada gambar di bawah :
Gambar 3.1. Alur Pengerjaan
2. Diagram Blok
Diagram blok sistem secara garis besar
adala sebagai berikut :
Gambar 3.2.Diagram Blok Sistem
Inputan berdasarkan tempat
berkumpulnya ikan. Controller akan
mengirimkan sinyal agar actuator bekerja.
Solenoid valve sebagai actuator akan terbuka
berdasarkan sinyal dari fish finder yang
menentukan di mana tempat berkumpulnya
ikan, sehingga bila jarak berkumpulnya ikan
dengan solenoid valve belum sesuai
pengaturan, maka solenoid valve tetap
tertutup, namun bila sudah sesuai, maka akan
terbuka.
IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN
a. Data Kolam
Spesifikasi dan Ukuran :
Perimeter 40 m 50 m 80 m 120 m
Floating
pipe spec.
Φ250
mm
Φ250
mm
Φ315mm Φ315
mm
Bracket
spec.
L250 L250 L315 L315
Handrail
pipe spec.
Φ110
mm
Φ110
mm
Φ110 mm Φ110
mm
Sinker
pipe spec.
Φ110
mm
Φ125
mm
Φ160 mm Φ200
mm
Tabel 4.1. Data Kolam
Cage yang digunakan pada tugas akhir
ini memiliki spesifikasi, diameter (perimeter)
sebesar 50 m dan dalam 30 m. Untuk ukuran
kolam ini volume yang didapatkan adalah:
D = 50 m , r = 25 m
H = 30 m T = 20 m
V = π x r2 x T .............................(1)
dengan π = 3,14
maka V = 3,14 x (25)2 x 20
= 39250 m3
Sementara luasan dari kolam adalah:
A = (2π x r2) + (π x D x T)
.........................................................(2)
= (2 x 3,14 x (25)2) + (3,14 x 50 x 30)
= 3925 + 4710 m2
= 8635 m2
b. Data Padat Tebar Ikan
Berikut tabel data padat tebar ikan kerapu
macan :
Tabel 4.2. Tabel Padat Tebar Ikan Kerapu Macan untuk
Dipelihara
Perhitungan Kapasitas Pakan :
a. Kapasitas = jumlah ikan x bobot x persen
jumlah pemberian pakan
..............................................................(3)
= 981.250 x 500 x 5%
= 24531250 gr
= ± 25 ton perbulan
Kebutuhan pakan/feeder perbulan
sebesar ± 25 ton. Di sini direncanakan barge
feeder akan diisi ulang 5x sebulan (30 hari),
yakni sama dengan 6 hari sekali. Barge feeder
yang dibutuhkan untuk menyimpan
menyimpan 1/5 kebutuhan pakan perbulan
sebanyak:
Berat barge (Wbrg) = 1/5 x 25 ton
..............................................................(4)
= 5 ton
b. Volume tanki barge
Volume tanki
Vbrg = Wbrg / γfeed
...................................................... (5)
Di mana,
γfeed = 1 ton/m3
Sehingga,
Vbrg = Wbrg / γfeed
= 5 / 1
= 5 m3
Penambahan volume tanki
Volume tanki tambahan yang diperlukan
direncanakan 2%, sehingga
Vbrg = (1+0,02) x Vbrg
........................................................(6)
= (1+0,02) x 5
= 5,1 m3
c. Data Gelombang Perairan Jawa
Tabel 4.3. Prakiraan Cuaca di Perairan Indonesia
d. Analisa tentang Feeders
Design Gambar Sistem Feeding pada
Deep Sea Aquaculture
Terdapat sebuah barge pakan untuk
menyuplai kebutuhan pakan satu kolam deep
sea aquaculture. Untuk menyemprotkan
makanan dari barge ke feeder, digunakan
pompa.
Gambar 4.2. Design Gambar Tampak Atas
e. Perhitungan pompa
Dipilih pompa :
Merk = Shinko
Type = AHJ 70-2
Kapasitas = 21 m3/h
Head = 26 m
RPM = 3000 rpm
Power = 3,7 kW
Tekanan = 4 bar = 4x105 Pa
f. Konsep Pengaturan/Kendali
Flow dari barge sampai valve :
Gambar 4.3. Flow dari Barge ke Feeder
Kontrol yang dirancang pada gambar
di bawah berlaku untuk satu feeder pada satu
kolam. Dan tidak digunakan untuk
kemungkinan penggabungan kolam dengan
satu feeder.
Inputan berdasarkan tempat
berkumpulnya ikan. Controller akan
mengirimkan sinyal agar actuator bekerja.
Solenoid valve sebagai actuator akan terbuka
berdasarkan sinyal dari fish finder yang
menentukan di mana tempat berkumpulnya
ikan, sehingga bila jarak berkumpulnya ikan
dengan solenoid valve belum sesuai
pengaturan, maka solenoid valve tetap
tertutup, namun bila sudah sesuai, maka akan
terbuka.
g. Program Controller dari Pemodelan
Sistem Pengendali
Penyelesaian pada sistem ini akan
digunakan mathematical model. Untuk
mempermudah dalam mendapatkan model
matematik dari keseluruhan sistm, maka
dilakukan penurunan model matematik dari
masing-masing komponen penyusun sistem.
Aktuator
Pada sistem ini, yang merupakan
aktuator, yaitu:
- Solenoid valve
𝐹𝑠 = 𝐾𝑣 − 𝑉𝑜
...................................................... (18)
Penggambaran digram blok sebagai
berikut :
Gambar4.4. Diagram Blok Solenoid Valve
- Plant (Fish movement)
Gambar 4.5. Diagram Blok Plant
- Penggambaran digram blok fish finder
sebagai berikut :
Gambar 4.6. Diagram Blok Fish Finder
Masukkan rumusan pada digram blok
seperti di atas, ditunjukkan pada gambar
digram blok di bawah ini:
Gambar 4.7. Diagram Blok Sistem Automatic
Feeder
Analisa
Posisi ikan yang ditentukan untuk
mendapatkan makanan, yaitu 12 m dari
permukaan laut. Untuk diagram blok fish
movement pada simulink dapat dilihat
pada gambar di bawah :
Gambar 4.8. Transfer Function
Keadaan posisi ikan pada kolam
Deep Sea Aquaculture bisa dilihat pada
grafik di bawah, di mana posisi ikan ada
pada daerah 40%-70% dari permukaan
laut.
Gambar 4.9. Grafik Perkiraan Posisi Ikan
Berikut didapatkan grafik
sistem yang dicari melalui software Matlab-Simulink dan Sisotool :
Grafik sistem dengan
menggunakan proporsional, integral, dan
derrivative controller.
a) Bila digunakan sistem dengan
Proporsional, Integral dan
Derrivative Control, kompensator
untuk controller sebesar 13,66 × 1+0,2𝑠 1+2,2𝑠
𝑠 1+0,86𝑠 . Di mana untuk
mencapai posisi yang diinginkan,
dibutuhkan waktu 8 detik bagi ikan
untuk mencapai posisi tersebut.
Untuk waktu tempuh tersebut,
kemungkinan dapat diterapkan
untuk sistem ini. Kemudian
kompensator dari Controller juga
sistem orde dua, yang sesuai
dengan perhitungan digam blok,
maka kontrol yang paling sesuai
untuk sistem ini adalah
Proporsional, Integral dan
Derrivative Control.
1
𝑠2 + 24𝑠 + 11,1
𝐹𝑠 𝑉𝑜 Κ𝑣
𝐻𝑎(𝑠) 𝐻𝑑(𝑠) 𝐻1
Gambar 4.10. Grafik Proporsional, Integral dan
Derrivative Control
Dari keempat analisa grafik di atas,
diketahui bahwa untuk sistem kontrol
automatic feeder pada Deep Sea Aquaculture
digunakan Proporsional, Integral dan
Derrivative Control. Di mana pada sistem ini
waktu yang dibutuhkan ikan untuk mencapai
posisi yang diinginkan, yaitu 12 m dari
permukaan air adalah 8 detik. Dipilih sistem
kontrol jenis ini karena dari semua sistem
kontrol yang ada, hanya PID yang memenuhi
perhitungan orde dua.
Waktu pemberian makan ikan diatur
empat kali dalam sehari. Dimisalkan, untuk
jam pemberian makan dimulai pukul 06.00
WIB, dengan respon ikan pada posisi
semprotan pakan yang diinginkan
membutuhkan waktu 8 detik, sehingga waktu
capai ikan pada pakan yang disemprotkan
yaitu pada pukul 06. 00 lewat 8 detik WIB.
Kemudian ditentukan waktu pemberian
makan selanjutnya, dengan diagram blok
seperti di bawah :
Gambar 4.11. Diagram Blok Sistem dengan
Disturbance
Dari diagram blok di atas didapatkan
grafik sebagai berikut :
Gambar 4.12. Grafik Gerakan Ikan
Dalam waktu satu jam atau 3600 sec,
diperkirakan ikan akan naik sebanyak empat
kali. Gerakan naik pertama merupakan respon
terhadap makanan yang disemprotkan. Ikan
akan berada pada posisi 12 m selama ± 200
sec. Setelah itu ikan akan turun lagi pada
posisi semula. Dan akan naik lagi pada kurang
lebih menit ke-900. Gerakan ini akan
berlangsung terus menerus sampai waktu
pemberian pakan berikutnya.
Sehingga untuk waktu-waktu
selanjutnya, dapat ditentukan seperti tertera
pada tabel :
Hari Waktu
Senin 06.00 12.04 18.08 00.12
Selasa 06.16 12.20 18.24 00.28
Rabu 06.32 12.36 18.40 00.44
Kamis 06.48 12.52 18.56 01.00
Jum'at 06.04 12.08 18.12 00.16
Sabtu 06.20 12.24 18.28 00.32
Minggu 06.36 12.40 18.44 00.48
Tabel 4.4. Schedule Pemberian Makan dalam Satu
Minggu
V. PENUTUP
1. Kesimpulan
Setelah melalui beberapa proses, mulai
dari analisa, perhitungan, dan pemodelan
didapatkan beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Deep Sea Aquacultre merupakan sistem
pengembangbiakan ikan pada perairan
lepas (perairan tengah laut) dengan
kedalaman dan arus gelombang tertentu.
2. Pada pemodelan deep sea aqaculture ini
digunakan feeder dengan satu pompa dan
empat tanki feeder, di mana pakan akan
dialirkan oleh solenoid valve.
3. Pompa yang digunakan adalah pompa
merk Shinko dengan kapasitas 21 m3/h
dan tekanan 4 bar.
4. Solenoid valve digunakan merk Hansen
HS7 bertekanan 2 bar.
5. Sistem kontrol menggunakan fish finder
untuk mengirimkan sinyal ke solenoid
valve yang mengontrol kapan valve
bekerja. Pada sistem ini, kontrol yang
paling tepat digunakan adalah PID
control.
6. Fish Finder yang digunakan adalah
Garmin 350c dengan jangkauan terjauh
yang bisa dicapai sebesar 1200.
7. Waktu bagi ikan untuk mencapai posisi
yang diinginkan (12 m) dari permukaan
laut yaitu delapan detik. Sedangkan waktu
makan ikan pada posisi 12 m selama ±
200 detik dan akan turun ke posisi semula
setelahnya.
8. Jadwal pemberian makan dimulai pada
pukul 06.00 dan diberikan empat kali
sehari.
2. Saran
Beberapa saran yang dianjurkan dan
dapat digunakan sebagai referensi untuk
perancangan sistem control pada deep sea
aquaculture selanjutnya sehingga hasil yang
diperoleh bisa lebih baik, antara lain :
1. Sebaiknya juga dilakukan perhitungan
terhadap sisi ekonomi, baik biaya awal
maupun dengan biaya operasional.
2. Sebaiknya melakukan perhitungan
dengan menggunakan rumusan yang lebih
mendekati hasil nyata, karena pada
pengerjaan tugas akhir ini masih
menggunakan rumus pendekatan.
3. Akan lebih bermanfaat bila dalam
perancangan sistem selanjutnya, juga
dihitung tentang kebutuhan listrik yang
dipakai.
4. Bila perlu dapat dikembangkan
perancangan sistem kontrol untuk
beberapa kolam dengan satu sistem
control.
DAFTAR PUSTAKA
1. Krause, Jarred dkk. Design Guide for
Recirculating Aquaculture System,
Prepared for Sioux Indian Reservation.
Rowan University: 2006.
2. Environmental Impact Statement for Deep
Sea Fish Farm Development in Galway
Bay, Galway Ireland. BIM
3. Soemarjati, Wiwie dkk. 2008. REKAYASA
AUTOMATIC FEEDER SEDERHANA
UNTUK MENINGKATKAN KINERJA
PENDEDERAN IKAN KERAPU TIKUS
(Cromileptes altivelis). Departemen
Kelautan dan Perikanan Direktorat
Jenderal Perikanan Budidaya Balai
Budidaya Air Payau Situbondo.
4. A. A. Akinwande dkk. 2012. Comparative
Growth and Survival of Reciprocal
Hybrids Between Clarias gariepinus and
Clarias anguillaris. Journal of Aplied
Aquaculture.
5. Halachmi, Ilan. 2006. Systems
Engineering for Ornamental Fish
Production in A Recirculating
Aquaculture System. Israel : Institute of
Agricultural Engineering, Agricultural
Research Organization, The Volcani
Center, P.O. Box 6, Bet Dagan 50250.
Aquaculture 259 (2006) 300 – 314.
6. Ogata, Kasuhiko. 1995. Teknik Kontrol
Automatik Jilid I. Diterjemahkan Oleh Edi
Leksono. Jakarta:Erlangga
7. S. Burns, Roland. 2001. Advanced
Control Engineering. Oxford: Elsevier
8. Astu Unadi. 1994. Design of Automatic
Fish Feed Spreader. Depok: Perekayasa
pada Balai Besar Pengembangan Alat dan
Mesin Pertanian
9. Suwarno. 2012. Studi Perancangan
Simulator Procon 38-001 Menggunakan
Labview untuk Mendukung Proses
Pembelajaran. Surabaya:ITS
10. Khusaini. 1997. Perencanaan Sistem
Kontrol Automatik untuk Mekanisme
Sistem Bongkar Muat pada Kapal Tanker
17.500 DWT. Surabaya:ITS
11. Mandala. 2011. Perikanan Darat.
Singkil. <URL: http://mandala-
manik.blogspot.com/2011/11/perikanan-
darat.html>
12. Anymonous 1. Fish Finder.
<URL:
http://en.wikipedia.org/wiki/Fishfinder>
13. Anymonous 2. Solenoid Valve.
<URL:
http://en.wikipedia.org/wiki/Solenoidvalv
e>
14. Anggara. 2008. Prinsip Hukum Bernoulli.
<URL:http://baiuanggara.wordpress.com
/2008/12/29/prinsip-hukum-bernoulli/>
15. Anymonous 3. Solenoid Valve.
<URL:http://otosensing.blogspot.com/p/s
olenoid-valve.html>
16. Anymonous 4. Robotic Fish.
<URL:http://medvice-
fst08.web.unair.ac.id/artikel_detail-
35140-Penunjang-
Simulation%20Into%20Reality%20%7C
%20Robotic%20Fish.html>
BIODATA PENULIS
Nama : Rohma Dona Fitri P.
TTL : Surabaya, 10 April 1991
Riwayat Pendidikan :
Teknik Sistem Perkapalan ITS Surabaya
SMA N 1 Mejayan, Kab. Madiun
SMP N 1 Pilangkenceng, Kab. Madiun
SDI Wachid Hasyim Surabaya
