UJI KINERJA SISTEM KONTROL MULTISENSOR PADA IRGASI CURAH

Abdillah G62107058 Jurusan Teknologi pertanian FAPERTA-UNHAS

I. PENDAHULUAN

Pemenuhan kebutuhan air untuk pertumbuhan tanaman melalui sistem irigasi merupakan

salah satu faktor keberhasilan dari usaha tani. Pemenuhan kebutuhan air sebaiknya dapat

menjaga tingkat kelengasan tanah yang cukup tinggi bagi tanaman dan meminimalisir adanya

perkolasi atau genagan.

Penyiraman tanaman biasanya dilakukan dengan rutin untuk memenuhi kebutuhan air,

biasanya pekerjaan ini dilakukan secara manual dengan tenaga manusia untuk melakukan

penyiraman pada waktu-waktu tertentu. Pekerjaan secara manual ini biasanya mengalami

berbagai permasalahan ketika pekerjaan dilakukan. Salah satu permasalahan yang paling

serius yaitu permasalahan kuantitas air. Berapa banyak air yang dibutuhkan oleh suatu

tanaman yang dirawat agar air yang digunakan tidak terlalu banyak terbuang sia-sia. Jika

pemantauan ini tidak dilakukan maka dapat terjadi kelebihan ataupun kekurangan air pada

tanaman, sehingga mengakibatkan kematian pada tanaman.

Pengkondisian lengas tanah pada lahan tanam tidak bisa dilakukan dengani pemberian air irigasi

secara manual salah satu metode yang dapat dilakukan yaitu dengan buka tutup saluran/pipa air

irigasi. Untuk mengetahui kondisi lengas tanah yang relatif akurat dibutuhkan alat bantu berupa

sensor yang dapat membaca kondisi aktual tingkat kelembaban tanah.

Tanaman cabe merupakan tanaman perdu dari famili tersong-terongan yang memiliki

nama ilmiah Capsicum sp. Cabe berasal dari benua Amerika tepatnya daerah Peru dan menyebar

ke negara-negara benua Amerika, Eropa dan Asia termasuk Negara Indonesia.

Cabai termasuk komoditas unggulan nasional dan sumber vitamin C (Duriat 1995;

Kusandriani dan Muharam 2005;Wahyudi dan Tan 2010; Rahmawati et al. 2009). Daerah

penanamannya luas karena dapat diusahakan di dataranrendah maupun dataran tinggi, sehingga

banyak petani di Indonesia yang menanam cabai merah (Kusandriani 1996; Amerianaet al.

1998).Kadar air dalam tanah merupakan salah satu faktor penting dari pertumbuhan tanaman

Cabai. Kelembaban yang berlebihan dapat mengakibatkan akar tanaman menyerap banyak air

dan cepat busuk, sedangkan kekurangan kelembaban pada tanah menyebabkan akar tanaman

kekurangan air sehingga pertumbuhan tanaman tidak optimal,karena itu dibutuhkan suatu sistem

yang dapat bekerja secara otomatis mengatur pasokan air sesuai dengan kebutuhan tanaman .

Berdasarkan penjelasan di atas maka perlu diadakan penelitian untuk mengembang suatu

system irigasi tetes yang dapat menenuhi kebutuhan air bagi tanaman secara otomatis

berdasarkan tingkat kelembaban tanah.

1.1 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk merancang suatu Sistem kontrol yang akan berfungsi

untuk mengidentifikasi kelembaban tanah dan mejaga tingkat kelembaban tanah dengan system

buka tuptup katup yang mengatur kebutuhan air bagi pertumbuhan tanaman.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Kontrol

Kontrol on / off, kadangkala disebut sebagai “ bang bang control ”, adalah control yang

paling dasar. Input sensor dan sinyal output pada akuator dinyatakan hanya dalam dua

keadaan, yaitu on / off atau logika 1 dan 0 (Pitowarno, 2006)

Sistem control dua posisi, elemen penggerak hanya mempunyai dua posisi tetap, yang

dalam beberapa hal benar benar merupakan posisi on dan off. Control dua posisi atau on –

off relative sederhana dan murah, oleh karenanya banyak digunakan dalam industry

maupun rumah. Pada control dua posisi, sinyal keluaran controller akan tetap pada harga

maksimum dan minimumnya,bergantung pada tanda sinyal kesalahan penggerak, positif

atau negative. Daerah harga sinyal kesalahan penggerak antara posisi on dan off disebut

celah diferensial yang menyebabkan keluaran kontroller tetap pada harga sekarang sampai

sinyal kesalahan penggerak bergeser sedikit dari harga nol. Pada beberapa kasus, celah

differensial ini disebabkan oleh gesekan yang tidak diinginkan dan kelambanan gerak,

namun sering diinginkan adanya celah differensial untuk mencegah oposisi mekanisme

“on / off” yang terlalu sering (Ogata, 1970).

Dalam mendesain sistem kontrol, kita harus mampu meramal perilaku dinamik sistem

dengan mengetahui komponen komponen sistem. Karakteristik perilaku dinamik sistem

kontrol yang paling penting adalah kestabilan mutlak yang mencirikan bahwa sistem stabil

atau tidak stabil (Ogata, 1970)

Beberapa kasus praktis, karakteristik performansi system control yang di inginkan

dinyatakan dalam bentuk besaran wawasan waktu. System yang mempunyai elemen

penyimpanan energy tidak dapat merespon secara secara seketika dan akan menunjukkan

respon transien jika dikenai masukan atau gangguan.

Respon transien system control praktis sering menunjukkan osilasi teredam sebelum

mencapai keadaan tunak. Ogata (1970) mengemukakan bahwa dalam menentukan

karakteristik respontransien system control terhadap satuan tangga satuan, dicari parameter

berikut:

a. Waktu Tunda (td), adalah waktu yang diperlukan respon untuk mencapai setengah

harga akhir yang pertama kali

b. Waktu puncak(tp), adalah waktu yang diperlukan respon untuk mencapai puncak

lewatan yang pertama kali

c. Lewatan maksimum (overshoot, Mp ) adalah harga puncak masimum dari kurva

respon yang diukur dari satu. Jika harga keadaan tunak respon tidak sama dengan

satu, maka biasa digunakan persen lewatan maksimum

d. Waktu Penetapan (ts), adalah waktu yang dibutuhkan kurva respon untuk mencapai

dan menetap dalam daerah di sekitar harga akhir. Besar ts adalah 2 – 5 % dari SP

Konsep stabilitas suatu proses adalah jika suatu proses diganggu perubahan set point,

maka output akan mengikuti set point pada akhirnya (Renanto, 1991).

A. Sensor

Sensor kelembapan adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi/mengukur kelembaban

tanah dan mengubahnya menjadi tegangan dan arus listrik.Sensor kelembaban akan digunakan

untuk mendeteksi kelembaban pada tanah sehingga air yang disiramkan pada tanah sesuai

dengan yang diinginkan. Sensor akan memberikan data pada mikrokontroler untuk diolah,

keluaran dari mikrokontroler akan digunakan untuk mengaktifkan driver relay. Proses nyala dan

matinya pompa akan ditentukan oleh keluaran dari driver relay. Hasil dari Tugas Akhir

menghasilkan alat pengatur kelembaban udara dalam tanah untuk range 0 - 100%. Sistem akan

mengaktifkan pompa saat kelembaban tanah menunjukkan di bawah atau sama dengan 70%,

dan pompa tidak aktif saat kelembaban tanah berada di atas 70%.

Pada bagian input terdiri dari Sensor, Filter dan Amplifier. Sensor dipasang pada tanah

untuk mendeteksi tingkat kelembaban dan suhu dari tanah dan akan mengeluarkan sinyal yang

kemudian akan dibuang noisenya dan akan menguatkan sinyal asli dengan menggunakan Filter

dan Amli fier. Untuk bagian yang kedua yaitu bagian pros es yang akan menggunakan microkont

roler. Pada pros es ini akan digunakan metode fuzzy logic untuk melakukan proses pada input

dan mengatur output. Aktuator akan menjal ankan aksi berdasarkan perintah dari microkontroler

sesuai dengan kondisi kelembaban tanah. misalnya : jika kondisi tanah kering maka aktuator

akan melakukan aksi dengan menyemprotkan air ke tanah sampai didapatkan kelembaban t anah

normal sesuai kebutuhan cabai. Timer akan digunakan untuk mengatur volume air yang akan

disemprotkan ke tanah sehingga nanti akan di dapatkan kelembaban tanah normal sesuai

kebutuhan tanaman. Sedangkan untuk kondisi tanah dengan kelembaban tanah tinggi aktuator

akan melakukan aksi dengan memberikan tanda alarm untuk membaritahu user.Tanaman cabai

dapat tumbuh dengan baik pada kelembaban 60%-70% dengan suhu 240 – 270

C. Tanaman cabai

Sebagian besar masyarakat di dunia telah mengenal cabai. Cabai lazim disebut Pepper atau hot

papper atau chili, dan sweet papper ( paprika), dengan nama ilmiah Capsicum spp (Rukuma,

1996). Tanaman cabai merupakan tanaman semusim berbentuk perdu. Tanaman cabai memiliki

tinggi berkisar 50-120 cm. Ujung akar tanaman cabai hanya dapat menembuus tanah menyebar

dengan kedalaman 10-15 cm. Daun cabai berbentuk lonjong dan bagian ujungnya meruncing

dengan panjng daun berkisar antara 10-14cm serta lebar daun berkisar antara 1,5 – 4 cm (Zulfitri,

2003).

Kingdom : Plantae

Divisi : Magnoliophyta

Kelas : Magnoliopsida

sub Kelas : Asteridae

Ordo : Solomales

Famili : Solonaceae

Jenis : Capsicum

Selain berguna sebagai penyedap masakan, cabai juga mengandung zat-zat yang sangat di

perlukan bagi kehidupan manusia. Cabai mengandung protein, lemak, karbohidrat, kalsium,

fosfor, besi, vitamin-vitamin dan senyawa-senyawa alkali seperti capsaicin, flavonoid dan

minyak esensial (Zulfitri, 2003).

cocok ditanam pada tanah yang kaya humus, gembur dan sarang serta tidak tergenang air ; pH

tanah yang ideal sekitar 5 – 6. Waktu tanam yang baik untuk lahan kering adalah pada akhir

musim hujan (Maret – April). Untuk memperoleh harga cabai yang tinggi, bisa juga dilakukan

pada bulan Oktober dan panen pada bulan Desember, walaupun ada resiko kegagalan. Usahakan

dibuat saluran drainase yang baik. Semakin lembab kondisi tanahnya maka tanaman cabai akan

mengalami layu dan bahkan mati, sedangkan apabila kelembaban tanahnya kurang maka

berakibat daunnya mengalami kerusakan yaitu bentuk daunnya keriting.

Tanaman cabai termasuk tanaman yang tidak tahan terhadap kekeringan, tetapi juga tahan terhadap genangan air. Jumlah kebutuhan air pertanaman selama pertumbuhan vegetatif 250 mL tiap 2 Hari, meningkat menjadi 450 mL tiap 2 hari pada masa pembungaan dan pembuahan(Balitbang Pertanian, 2008).

Tanah= berstruktur remah atau gembur

- Subur- Banyak mengandung bahan organik- Ph 6-7 (balitbang pertanian,2008)

1. Pengolahan tanah : tanah dicangkul dan dibuat bedeng 1,2 m X 30 m dengan tinggi bedengan 50 cm2. Pemberian pupuk kandang dan pupuk dasar: campuran Urea, tsp kcl (1:1:1) 15kg/lubang

tanam(tjhjadi,1991)3. Persiapan benih: di tebarkan dengan jark 5 cm4. Penanaman bibit: Bibit cabai siap tanam sudah berumur 1-1,5 bulan setelah penyemaian

benih(Agromedia,2004)5. Penyulaman: saat berumur 7 -14 hari6. Pemasangan ajir atau turus panjang 125cm dengan 25cm de=imsukkan kedalam tanah7. Penempelan bunga dan tunas air: tunas atau cabang air yang tumbuh di ketiak dain dan di bawah

bunga pertama sebaiknya di hilangkandengan tangan steril sebaiknya dilakukan pada pagi hari ketika batang atau tunas tersebut masih mudah dipatahkan(tjahjadi,1991)

8. Pengairan: pertumbuhan vegetatif 250 mL tiap 2 Hari, meningkat menjadi 450 mL tiap 2 hari pada masa pembungaan dan pembuahan(Balitbang Pertanian, 2008).

9. Pemupukan: setiap 10-14 hari NPK 116-16-16(300-500kg/ha) diberikan dengan cara dilarutkan dalam air 2 gr/ltr, kemudian disiramkan pd lubang tanam atau sekitar tanaman(100-200 ml/tanaman(Balitbang Pertanian, 2008).

10. Panen pertamakali pada umur 7—75 hariu/ dataran rendah dan 4-5 bulan untuk dataran tinggi dengan interval panen 3-7 hari(Balitbang Pertanian, 2008).

2.2 Irigasi Sprinkler

Pengertian irigasi adalah pemberian air pada tanah untuk menunjang curah hujan yang

tidak cukup agar tersedia lenggas bagi pertumbuhan tanaman (Linsley, 1996), selanjutnya

Seyhan (1995) menyatakan bahwa irigasi adalah pemberian air pada tanaman yang setara

dengan curah hujanyang cukup untuk memenuhi kebutuhan evapotranspirasinya sehingga

tanaman dapat tumbuh dengan baik.

Menurut Prastowo (2006), berdasarkan penyusunan alat penyemprot, irigasi curah

dapat di bedakan atas :

a. Sistem berputar (Rotating head system). Terdiri dari satu atau dua buah nozzle

miring yang berputar dengan sumbu vertikal akibat adanya gerakan memukul

dari alat pemukul (hammer blade). Sprinkle ini umumnya disambung dengan

suatu pipa peninggi (riser) berdiameter 25mm yang disambungkan dengan pipa

lateral. Alat pemukul sprinkle bergerak karena adanya gaya impulse dari aliran

jet semprotan air, kemudian berbalikkarena adanya gaya impulse dari aliran jet

semprotan air, kemudian berbalik kembali karena adanya regangan pegas.

b. Sistem pipa berlubang (perforated pipe system). Terdiri dari pipa berlubang

lubang, biasanya dirancang untuk tekanan rendah antara 0,5 – 2,5 kg/cm3,

sehingga sumber tekanancukup diperoleh dari tangki air yang ditempatkan pada

ketinggian tertentu. Semprotan dapat meliputi selebar 6 – 15 m. cocok untuk

tanaman yang tingginya tidak lebih dari 40 – 60 cm.

Menurut Prastowo, (2006) pada sstem sprinkle, terdapat 3 tipe utama yakni :

a. System Berpindah (portable system)

Sistem berpindah yang sangat sederhana adalah memindahkannya dengan tenaga

manusia secara manual. Sistim ini terdiri dari sebuah pompa, pipa utama, lateral dan

sprinkler putar. Lateral tetap pada suatu posisi sampai irigasi selesai. Pompa

dihentikan dan lateral dilepaskan dari pipa utama dan dipindahkan keposisi lateral

berikutnya. Bila irigasi satu blok lahan telah selesai, keseluruhan sistim (lateral, pipa

utama dan pompa) dipindahkan ke blok lahan lainnya.

b. System Permanen (Solid – set)

Jika jumlah lateral dan sprinkler cukup meliput seluruh lahan, sehingga tak

diperlukan peralatan untuk berpindah, maka sistim tersebut disebut sebagai solid-set

system. Untuk tanaman semusim, pipa dan sprinkler dipasang setelah tanam dan

tetap di tempat selama musim pertumbuhan dan irigasi. Sesudah panen

perlengkapan dibongkar dan disimpan digudang peralatan untuk digunakan pada

musim berikutnya.

c. Sistem Semi Permanen

Beberapa sistim baru dikembangkan untuk memperoleh keuntungan keduanya baik

dari sistim berpindah maupun sistim solid – set. Rancangan diarahkan untuk

mendapatkan suatu kombinasi baik biaya investasi rendah maupun tenaga buruh

yang diperlukan juga rendah. Sistim ini disebut semi permanen yang terdiri dari :

1. Sprinkler-hop Permanen

Beberapa sistim dalam hal ini menyerupai sistim berpindah (portable), tetapi

sprinkle ditempatkan pada posisi selang seling sepanjang lateral. Jika sejumlah

air irigasi sudah diaplikasikan maka sprinkler dilepas dan dipindahgeserkan atau

hopped sepanjang lateral keposisi berikutnya, selanjutnya posisi penggeseran

(hopping) diulang kembali. Umumnya setiap hari hanya satu kali pindah lateral

dan satu kali pindah sprinkler.

2. Pipe-Grid system

Sistim ini dalam beberapa aspek hamper sama dengan solid-set system. Pipa

lateral dipasang diseluruh lahan dan tetap berada di lokasi selama periode

irigasi, sehingga perpindahan pipa lateral antar irigasi dapat dihindarkan. Dua

buah sprinkler disambung kemasing masing lateral. Jika jumlah air irgasi sudah

cukup diaplikasikan, maka masing masing sprinkler dilepas dan dipindahkan

sepanjang lateral keposisi berikutnya. Prosedur ini diulang sampai seluruh lahan

terairi. Sprinkler kemudian dipasang lagi dari awal untuk memulai periode irigasi

berikutnya.

3. Sistem Tarik Silang (hose-Pull system)

Pipa utama dan lateral dipasang permanen baik dipermukaan atau dibawah

permukaan tanah. Slang plastik berdiameter kecil digunakan untuk memasok air

dari lateral kesatu atau dua buah sprinkler putar. Panjang slang biasanya

dibatasi sampai 50 m, mengingat kehilangan energy kegesekan yang besar jika

slang terlalu panjang. Selama irigasi, dua buah sprinkler diletakkan antara dua

baris pohon pada posisi 1-1 dan tetap disitu sepanjang hari. Pada hari berikutnya

sprinkler tersebut ditarik keposisi 2-2, dan seterusnya sampai irigasi selesai.

2.3 Kadar Air Tanah

Air tanah yang berada diantara kapasitas lapang dan titik layu permanen merupakan air

yang dapat digunakan oleh tanaman, karena itu disebut air tersedia, selain itu dipengaruhi

oleh tekstur, struktur dan kandungan bahan organik tanah, jumlah air yang dapat digunakan

oleh tanaman juga dipengaruhi oleh kedalaman tanah, dan system perakaran tanaman

(Najianti dan danarti, 1996)

Menurut Asdak (1995) menyatakan bahwa kelembaban tanah juga mempunyai peranan

untuk mempengaruhi evapotranspirasi. Evapotranspirasi berlangsung ketika vegetasi yang

bersangkutan sedang tidak kekurangan air. Dengan kata lain evapotranspirasi berlangsung

ketika kondisi kelembaban tanah berkisar antara titik layu permanen dengan kapasitas

lapang. Hal tersebut dapat pula menjadi penentu total air tersedia dan dinyatakan dalam

persamaan sebagai berikut :

TAW = FC-WP………………………………………………………………(1)

Ket :

TAW = Air tanah tersedia (%)

FC = Kapasitas Lapang (%)

WP = Titik layu permanen (%)

Hal tersebut dapat pula menjadi penentu total air tersedia di dalam tanah dan

dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

RAW = p x TAW …………………………………………………….(2)

Ket :

TAW = Total air tanah tersedia (mm)

P = Toleransi air yang boleh digunakan

RAW = Air tanah tersedia siap pakai (mm)

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Rangkaian Listrik dan instrumentasi

Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Hasanuddin,

yang berlangsung selama bulan juni sampai bulan juli 2012.

1.1 Alat dan Bahan

1.1.1 Alat yang digunakan adalah :

1. Pompa

2. Sistem kontrol

3. Irigasi sprinkler

4. Aliran listrik

5. Pipa

1.1.2 Bahan

1. Air

2. Lahan

1.2 Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian meliputi :

1.3.1. Merancang sistem kontrol kadar air tanah

1. Menggambar rangkaian control

2. Menyiapkan komponen yang digunakan dalam pembuatan control

3. Merakit rangkaian control berdasarkan gambar yang dibuat

1.3.2 Merancang Model Irigasi sprinkler

Rancangan sistem irigasi sprinkler meliputi :

1. Memasang sprinkler

2. Memasang pompa

3. Memasang sistem kontrol

4. Memasang sensor kabel detektor

3.3.2 Uji sistem kontrol kadar air tanah pada irigasi sprinkler

1. Merangkai seluruh sistem dengan menghubungkan sistem kontrol

dengan sistem kabel detektor.

2. menjalankan sistem kontrol

3. Mengamati dan mencatat kebutuhan kadar air tanah

4. Mengamati dan mencatat waktu yang dibutuhkan pada saat ON dan OFF

1.3.3 Analisis Penelitian

1. Membuat table hasil dan diagram hasil waktu yang dibutuhkan.

2. Membuat table perbandingan antara kadar air tanah dan tahanan

pada sensor

3.3.3 Diagram Alir

Sistem Kontrol

Pompa

LAHAN

Sprinkler

INPUT DATA

Sensor Kabel

Detektor

a.

b. Komputer, dengan spesifikasi :

1. Hardware :

- Processors : AMD Athion X2 Dualcore (4) 3.0 GHz - Memory Module : 1.0 GB

DDR3-Dual Channel Mode- AGP : 256 MB, PCI-Express Mode- Printer : Epson Stylus C-63 Series

2. Software :

- Elektronk workbench v.7- Adobe Photohop CS 3

C. Parameter

Parameter yang diamati adalah :

D. Prosedur Penelitian

Perancangan Alat :

a. Perancangan Rangkaian Elektronik

Rangkaian Power Supply.

Rangkaian Signal Conditioning.

Rangkaian Minimum Mikrokontroler.

Rangkaian Relay

b. Perancangan Perngkat Lunak

Tampilan monitoring kelembaban pada LCD.

Mengatur kerja relay

c. Perancangan Miniatur Kelembaban tanah

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil pada penelitian ini, antara lain :

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

Asdak, C., 1995. Hidrologi dan Pengelolaan Aliran Sungai. UGM Press. Yogyakarta.

Linsley, R., Hidrologi Untuk Insinyur. Penerbit Erlangga, Jakarta

Najiyati, S dan Danarti. 1996. Petunjuk Mengairi dan Menyiram Tanaman. Penebar Swadaya. Jakarta.

Ogata, Katsuhiko, 1970. “ Modern Control Engineering”. Dalam Edi Laksono., 1995. Teknik control automatic. Penerbit Erlangga, Jakarta.

Pitorwano, Endra., 2006. “ Robotika : desain, control, dan kecerdasan buatan”, Penerbit Andi Yogyakarta : Yogyakarta.

Seyhan, Ersin., 1995. Dasar Dasar Hidrologi. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.