problem dan solusi itk di bidang agroindustri

7/31/2019 Problem Dan Solusi Itk Di Bidang Agroindustri

1/8

INSTRUMENTASI DAN TEKNIK KENDALI

PROBLEM DAN SOLUSI ITK DI BIDANG AGROINDUSTRI

Disusun Oleh:

Nama: Susilo Hary Yunanto

NIM : 10/300719/TP/09864

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2012

PROBLEM DAN SOLUSI ITK DI BIDANG AGROINDUSTRI


2/8

Problem yang diberikan sebagai contoh terkait dengan proses penyimpanan pasca

panen hasil pertanian secara konvensional yang perlu solusi untuk dikendalikan guna

mempertahankan umur simpan pasca panen hasil Pertanian menggunakan Pendekatan Sistem

Pengendalian Cerdas (Intelligent Controlling System)

Problem dalam bidang Produk Agroindustri yang memerlukan Solusi analog dengan contohyang diberikan.

Produksi Tanaman dan Makanan dengan Menggunakan Hidroponik

- Sederhana hingga Otomatis -

1. Pendahuluan

Kecenderungan konsumen dalam memilih hasil produksi tanaman dan makanan di

kota-kota besar Indonesia adalah mencari produk dengan nilai tambah terhadap manfaat

kesehatan, berpenampilan menarik, dan dengan harga yang rasional. Produk-produk tersebut

sebagian besar dapat terpenuhi oleh produk hidroponik. Dalam tulisan ini akan dijelaskan

tentang cara memproduksi tanaman makanan dan non-makanan (seperti bunga atau yangdikenal dengan ornamental plants) dengan metode hidroponik, secara sederhana hingga

otomatis.

Beberapa kelebihan sistem hidroponik dibanding dengan media tanah adalah kebersihan

lebih mudah terjaga, tidak memerlukan pengelolaan tanah, penggunaan pupuk dan air lebih

efisien, tidak tergantung musim, tingkat produktivitas dan kualitas cukup tinggi dan seragam,

tanaman dapat dikontrol dengan baik, dapat diusahakan di tempat yang tidak terlalu luas

ataupun dipergunakan sebagai bisnis dengan luasan yang cukup, dapat mengurangi jumlah

tenaga kerja, kenyamanan kerja dapat ditingkatkan secara ergonomis, dan diferensiasi produk

dapat dilakukan.

2. Dasar-dasar Teknologi Hidroponik

Dalam upaya memproduksi tanaman atau makanan secara hidroponik, diperlukan

beberapa peralatan dasar agar tanaman dapat tumbuh dengan baik seperti daerah perakaran

harus memperoleh cukup udara, air dan unsur hara/nutrisi, sehingga dapat menghasilkan

tanaman dan makanan yang berkualitas.

Peralatan dasar yang diperlukan untuk memenuhi kriteria tersebut di atas adalah :

Tempat tumbuh tanaman, seperti bak atau kolam penampung, pot, dan bedengan.

Diusahakan agar tempat tumbuh tanaman dijaga kebersihannya secara berkala dengan

membersihkan dan menghilangkan tumbuhan atau tanaman lain yang tidak diinginkan

(terutama dalam bedengan atau kolam penampung).

AeratorAlat ini dipakai untuk tercukupinya oksigen untuk pertukaran udara dalam daerah

perakaran. Kekurangan oksigen akan mengganggu penyerapan air dan nutrisi oleh akar dan

respirasi.

Larutan Nutrisi

Larutan nutrisi sebagai sumber pasokan air dan mineral nutrisi merupakan faktor

penting untuk pertumbuhan dan kualitas hasil tanaman hidroponik, sehingga harus tepat dari

segi jumlah, komposisi ion nutrisi dan suhu. Unsur hara ini dibagi dua, yaitu unsur makro (C,

H, O, N, P, S, K, Ca, dan Mg) dan mikro ( B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, dan Zn). Pada umumnya

kualitas larutan nutrisi ini diketahui dengan mengukur electrical conductivity (EC) larutan

tersebut. Semakin tinggi konsentrasi larutan semakin tinggi arus listrik yang dihantarkan

(karena pekatnya kandungan garam dan akumulasi ion mempengaruhi kemampuan untukmenghantarkan listrik larutan nutrisi tersebut). Larutan nutrisi dapat dibuat sendiri dengan


3/8

melarutkan pupuk yang diramu khusus untuk tanaman hidroponik atau membeli pupuk

hidroponik secara komersial.

Larutan nutrisi juga dapat dipertahankan dan dikontrol sesuai dengan kebutuhan

tanaman dengan tujuan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Hal ini mendasari adanya

sistem kontrol secara sederhana maupun otomatis pada larutan nutrisi. Selain EC dan

konsentrasi larutan nutrisi, suhu dan pH merupakan komponen yang sering dikontrol untukdipertahankan pada tingkat tertentu untuk optimalisasi tanaman. Suhu dan pH larutan nutrisi

dikontrol dengan tujuan agar perubahan yang terjadi oleh penyerapan air dan ion nutrisi

tanaman (terutama dalam hidroponik dengan sistem yang tertutup) dapat dipertahankan. Suhu

yang terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat menyebabkan berkurangnya

penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran suhu optimal antara 5-15oC dan tanaman

buah antara 15-25oC. Beberapa tanaman sayuran dan buah dipertahankan mempunyai tingkat

pH dan EC tertentu yang optimal.

3. Tipe Aplikasi Hidroponik

Secara umum tipe aplikasi hidroponik dapat dibedakan menjadi 3 jenis : Pot culture

system, Floating Hidroponic System (FHS) danNutrient Film Technique (NFT) System. Pot Culture System.

Kalo kita menanam tanaman di dalam rumah menggunakan tempat plastik atau gelas

dengan air sebagai media maka ini dapat dikatakan sebagai pot culture system yang sederhana.

Namun, sesuai dengan kebutuhan tanaman agar tumbuh dengan baik maka harus diperhatikan

ketentuan-ketentuan dasar seperti aerasi dan larutan nutrisi dalam pot atau tabung dengan

media air ini. Untuk aerasi dapat digunakan pompa udara untuk akuarium (kalau ukuran pot

atau tabungnya tidak terlalu besar). Selain dua hal tersebut perlu juga diperhatikan suhu larutan

nutrisinya, untuk ini dapat digunakan pendingin atau pemanas buatan yang dapat dikendalikan.

Pada gambar 1, ditunjukkan pot culture system yang ditumbuhkan dalam ruang tumbuh

(growth chamber) dengan penerangan buatan (artificial lighting) dengan suhu ruangan yang

terkontrol, kemudian berkurangnya larutan nutrisi oleh transpirasi dan penyerapan oleh

tanaman dapat diketahui dari potometer dan suhu daerah perakaran dapat dikontrol

menggunakan pengatur suhu dengan pendingin dan pemanas pada bak air.

Untuk otomatisasi, berkurangnya larutan nutrisi oleh transpirasi dan penyerapan

tanaman dapat juga dideteksi menggunakan timbangan otomatis yang dapat diletakkan dibawah

pot dan bias dihubungkan dengan komputer. Kemudian bisa juga ditambahkan tangki larutan

nutrisi dan dihubungkan dengan pipa atau selang kecil untuk penambahan otomatis.

Konsentrasi larutan nutrisi dapat juga diukur dengan menambahkan sensor ion, pH atau EC

dalam larutan nutrisi.


4/8

Gambar 1. Hidroponik dengan pot (pot culture system) dalamgrowth chamberdengan

pengontrol suhu dan level air (potometer).

3.2. Floating Hidroponics System (FHS)

Floating hidroponic system (FHS) merupakan suatu budidaya tanaman (khususnya

sayuran) dengan cara menanamkan /menancapkan tanaman pada lubang styrofoam yang

mengapung diatas permukaaan larutan nutrisi dalam suatu bak penampung atau kolam sehingga

akar tanaman terapung atau terendam dalam larutan nutrisi. Metode ini dikembangkan pertama

kali oleh Jensen (1980) di Arizona dan Massantini (1976) di Italia.

Pada sistem ini larutan nutrisi tidak disirkulasikan, namun dibiarkan pada bak

penampung dan dapat digunakan lagi dengan cara mengontrol kepekatan larutan dalam jangkawaktu tertentu. Hal ini perlu dilakukan karena dalam jangka yang cukup lama akan terjadi

pengkristalan dan pengendapan pupuk cair dalam dasar kolam yang dapat mengganggu

pertumbuhan tanaman. Sistem ini mempunyai beberapa karakteristik seperti terisolasinya

lingkungan perakaran yang mengakibatkan fluktuasi suhu larutan nutrisi lebih rendah, dapat

digunakan untuk daerah yang sumber energi listriknya terbatas karena energi yang dibutuhkan

tidak terlalu tergantung pada energi listrik (mungkin hanya untuk mengalirkan larutan nutrisi

dan pengadukan larutan nutrisi saja).

Pada Gambar 2 di bawah ditunjukkan pemakaian system FHS pada tanaman daun bawang

dalam greenhouse. Tanaman ditancapkan pada lubang dalam styrofoam dengan bantuan busa

(agar tanaman tetap tegak) serta ditambahkan penyangga tanaman dengan tali. Lapisan

styrofom digunakan sebagai penjepit, isolator panas dan untuk mempertahankan tanaman agar

tetap terapung dalam larutan nutrisi. Agar pemakaian lapisan styrofoam tahan lama biasanya

dilapisi oleh plastik mulsa. Dalam gambar juga ditunjukkan adanya bak larutan nutrisi dengan

penyangganya, biasanya bak penampung ini mempunyai kedalaman antara 10-20 cm dengan

kedalaman larutan nutrisi antara 6-10 cm. Hal ini ditujukan agar oksigen dalam udara masih

terdapat di bawah permukaan styrofoam. Untuk otomatisasi dalam FHS tidak berbeda jauh

dengan cara untukpot culture system.


5/8

Gambar 2. Floating Hidroponic System (FHS) pada tanaman daun bawang dalam greenhouse

di Kochi University (dari Hidaka, 2006, personal komunikasi).

3.3. Nutrient Film Technique (NFT)

Nutrient film technique (NFT) merupakan salah satu tipe spesial dalam hidroponik yang

dikembangkan pertama kali oleh Dr. A.J Cooper di Glasshouse Crops Research Institute,

Littlehampton, Inggris pada akhir tahun 1960-an dan berkembang pada awal 1970-an secara

komersial. Konsep dasar NFT ini adalah suatu metode budidaya tanaman dengan akar tanaman

tumbuh pada lapisan nutrisi yang dangkal dan tersirkulasi sehingga tanaman dapat memperoleh

cukup air, nutrisi dan oksigen. Tanaman tumbuh dalam lapisan polyethylene dengan akartanaman terendam dalam air yang berisi larutan nutrisi yang disirkulasikan secara terus

menerus dengan pompa. Daerah perakaran dalam larutan nutrisi dapat berkembang dan tumbuh

dalam larutan nutrisi yang dangkal sehingga bagian atas akar tanaman berada di permukaan

antara larutan nutrisi dan styrofoam, adanya bagian akar dalam udara ini memungkinkan

oksigen masih bisa terpenuhi dan mencukupi untuk pertumbuhan secara normal. Beberapa

keuntungan pemakaian NFT antara lain : dapat memudahkan pengendalian daerah perakaran

tanaman, kebutuhan air dapat terpenuhi dengan baik dan mudah, keseragaman nutrisi dan

tingkat konsentrasi larutan nutrisi yang dibutuhkan oleh tanaman dapat disesuaikan dengan

umur dan jenis tanaman, tanaman dapat diusahakan beberapa kali dengan periode tanam yang

pendek, sangat baik untuk pelaksanaan penelitian dan eksperimen dengan variabel yang dapat

terkontrol dan memungkinkan untuk meningkatkan produktivitas tanaman dengan highplanting density. Namun NFT mempunyai beberapa kelemahan seperti investasi dan biaya

perawatan yang mahal, sangat tergantung terhadap energi listrik dan penyakit yang menjangkiti

tanaman akan dengan cepat menular ke tanaman lain.

Pada sistem NFT, kebutuhan dasar yang harus terpenuhi adalah : Bed(talang), tangki

penampung dan pompa.BedNFT di beberapa negara maju sudah diproduksi secara massal dan

disediakan oleh beberapa perusahaan suppliergreenhouse dan pertanian, di Jepang terbuat dari

styrofoam, namun di Indonesia belum diproduksi sehingga banyak petani Indonesia memakai

talang rumah tangga (lebar 13-17 cm dan panjang 4 meter). Tangki penampung dapat

memanfaatkan tempat atau tandon air. Pompa berfungsi untuk mengalirkan larutan nutrisi dari

tangki penampung ke bed NFT dengan bantuan jaringan atau selang distribusi. Beberapa hal

yang perlu diperhatikan dalam NFT adalah : kemiringan talang (1-5%) untuk pengaliran larutan


6/8

nutrisi, kecepatan aliran masuk tidak boleh terlalu cepat (dapat diatur oleh pembukaan kran

berkisar 0.3-0.75 L/menit) dan lebar talang yang memadai untuk menghindari terbendungnya

larutan nutrisi.

Dalam gambar dibawah ditunjukkan NFT system dengan tanaman tomat menggunakan

suhu, aliran dan jumlah air (larutan nutrisi) yang terkontrol dengan komputer.

Gambar 3. NFT system dengan suhu, aliran dan level air yang terkontrol oleh komputer pada

tanaman tomat di dalam greenhouse (dari Affan, 2004).

4. Otomasi Hidroponik

Proses pengontrolan dalam hidroponik merupakan proses yang dilakukan secara

kontinyu, dalam jangka waktu yang panjang dan memerlukan akurasi pengontrolan yang tinggi

(apalagi kalau variabel yang dikontrol cukup banyak). Untuk itu perlu dilakukan pengontrolan

otomatik agar tidak terjadi permasalahan seperti pada pengontrolan secara manual antara lain :

kelelahan, subyektifitas, kejemuan, ketidakseragaman dan ketidaktelitian manusia. Pada

kontrol otomatik ini, tahapan kontrol seperti mengukur, membandingkan, menghitung dan

mengoreksi dilakukan oleh instrumen secara berulang. Dengan kontrol otomatik dapat dicapai

tujuan kelancaran operasi, pengendalian keamanan dan mutu produk [11]. Secara umum

pengontrolan yang dilakukan dalam hidroponik dapat dilakukan untuk mengontrol : air(penjadwalan, sirkulasi dan distribusi), larutan nutrisi (kandungan konsentrasi nutrisi, pH, suhu,

EC dan oksigen) dan juga faktor ekternal seperti lingkungan dalam greenhouse.

Pengontrolan air dapat dilakukan dengan mudah dengan menggunakan aksi kontrol on-

off(seperti yang diterapkan dalam gambar 3 untuk sistem NFT). Untuk pengontrolan larutan

nutrisi diperlukan sensor-sensor yang akan membaca kandungan larutan nutrisi (sensor ion),

sensor pH, sensor suhu dan sensor oksigen (DO sensor). Sebagai contoh yang dilakukan oleh

beberapa peneliti dalam mengontrol komposisi larutan nutrisi baik dengan pendekatan

matematik maupun simulasi ataupun penerapan dalam sistem NFT. Untuk pengontrolan

konsentrasi larutan nutrisi secara otomatis diperlukan : dispensing technology; tangki

pencampur dan pompa pengukur; sensor untuk mengukur konsentrasi larutan nutrisi (per ion

nutrisi atau menggunakan ISFET (ion selective field effect transistor), EC dan pH; software

computeruntuk mengukur, mengontrol dan komunikasi termasuk model dan algoritma untuk

menentukan set point dan kebutuhan air dan nutrisi.

Adanya kemajuan teknologi sensor, komputer dan elektronika memungkinkan adanya

adaptasi wireless teknologi untuk mengendalikan hidroponik secara lebih komprehensif,

terutama untuk mengendalikan faktor eksternal lingkungan dalam greenhouse serta

pengendalian air dan larutan nutrisi.

Sumber : Inovasi Online, Majalah Inovasi, PPI Jepang (Ditulis oleh M.Affan Fajar Falah)

Alasan pentingnya dipergunakan Sistem Pengendalian dalam Solusi tersebut!

Kurang optimalnya proses penyimpanan dengan cara konvensional


7/8

Tidak adanya teknologi lanjutan untuk penanganan buah-buahan selama proses

penyimpanan

Selama proses penyimpanan buah-buahan harus memiliki ketahanan terhadap

penampilannya, warnanya, serta tidak memiliki kerusakan (kecacatan)

Waktu untuk penanganan bahan sangat singkat setelah pemanenan

Bahan cepat mengalami perubahan

Sistem pengendalian merupakan sebuah sistem yang mengendalikan sebuah proses

untuk mencapai tujuan sistem itu. Sistem punya tujuan yang hendak dicapainya baik itu

dilakukan secara otomatis (sistem itu sendiri yang pegang kendali aksi) atau secara manual

(manusia sebagai pemegang kendali aksi). Penggunaan sistem ini di kehidupan sehari-hari

sangatlah bervariasi, mulai dari rumah tangga sampai industri.

Pada kehidupan rumah tangga, banyak contoh sistem kendali otomatis yang bisa

diambil, misalnya penggunaan setrika otomatis, mesin cuci otomatis, kran bak mandi otomatis

(yang pake pelampung), penggunaan sekering untuk membatasi arus listrik yang masuk ke

rumah, dan lain-lain. Di dunia industri tentu orang lebih mengerti, misalnya di pabrik-pabrik

perakitan, pabrik pengolahan, dan lain sebagainya. Pada dunia usaha juga ada sistem kontrol,

tetapi beda istilah saja, seperti TQM (total quality management), quality control, istilah PDCA

(Plan Do Check Action), dan lain-lain. Sedangkan sistem yang manual bisa kita lihat secara

sederhana pada aksi buka-tutup keran air oleh seorang manusia.

Pada dasarnya sistem kontrol otomatis itu terdiri dari sub-sistem seperti pengendali, aktuator,

feedback. Secara umum bisa digambarkan dengan diagram blok di bawah. Perbedaan dengan

sistem manual adalah tidak adanya elemen feedback.

Diagram Blok Sistem Kontrol

Set point adalah nilai dari variabel proses yang ingin dicapai oleh sistem. Pengendali

berperan sebagai otak dari sistem, yang melakukan koreksi atas aksi sistem apabila masih

ada error. Sedangkan aktuator merupakan tangan dari pengendali yang melakukan semua aksi

yang telah ditentukan oleh pengendali. Variabel proses merupakan sesuatu yang dikendalikan

oleh sistem dan dapat diukur. Pengukuran variabel proses ini dilakukan oleh blok feedback

yang akan memberikan hasil pengukuran untuk dibandingkan dengan set point danmemberikan nilai error. Error ini akan dipergunakan sebagai acuan perhitungan oleh

pengendali untuk menentukan aksi.

Saat ini sudah bermunculan metode pengendalian, mulai dari pengendali PID sampai ke

metode pengendalian yang canggih, seperti pengendalian berbasis model, jaringan syaraf

tiruan, logika fuzzy, genetis algoritma dan lain-lain.

Kelemahan Sistem Pengendalian yang dilakukan secara Konvensional sehingga diperlukan

solusi dengan Unit-Unit Peralatan Sistem Pengendalian yang mampu bekerja secara terprogram

(otomasi)


8/8

Sulit untuk mengkonstuksikan model penyimpanan yang dinamis yang dapat

mengontrol proses tersebut dengan optimal menggunakan model yang konvensional.

Sistem Pengendalian yang dilakukan secara Konvensional membutuhkan biaya yang

lebih tinggi (high cost) dan lebih sulit

Kurang optimalnya proses penyimpanan dengan cara konvensional

Tidak adanya teknologi lanjutan untuk penanganan buah-buahan selama prosespenyimpanan

Dengan Sistem Pengendalian yang mampu bekerja secara terprogram (otomasi), proses

produksi dapat berjalan dengan lebih baik.

problem dan solusi itk di bidang agroindustri

Documents