View
309
Download
10
Category
Preview:
Citation preview
SISTEM OTOMASI KINCIR AIR UNTUK RESPIRASI UDANG TAMBAKMENGGUNAKAN SENSOR DISSOLVED OXYGEN (DO)
(Skripsi)
Oleh
ARI FIYANTI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2017
i
ABSTRAK
SISTEM OTOMASI KINCIR AIR UNTUK RESPIRASI UDANG TAMBAKMENGGUNAKAN SENSOR DISSOLVED OXYGEN (DO)
Oleh
ARI FIYANTI
Telah direalisasikan sistem otomasi kincir air untuk respirasi udang tambakmenggunakan sensor dissolved oxygen (DO) berbasis perubahan kadar oksigen.Sensor DO digunakan untuk mendeteksi kadar oksigen terlarut di dalam air. Datadigital keluaran sensor DO dihubungkan ke komputer melalui Arduino Uno,selanjutnya data keluaran direkam dan ditampilkan pada serial monitor dan LCD.Perubahan nilai kadar oksigen terlarut dipengaruhi oleh kondisi cuaca,penambahan kapur CaO, dan suhu lingkungan yang secara implisit mempengaruhikondisi ON dan OFF kincir. Sistem otomasi menggunakan relay dengan rangekadar oksigen terlarut <4,00 mg/L untuk kondisi kincir ON dan >5,50 mg/L untukkondisi kincir OFF.
Kata kunci: Sensor Dissolved Oxygen (DO), Arduino Uno, Relay
ii
ABSTRACT
AUTOMATION SYSTEM OF WATERMILLS FOR FARMED SHRIMPRESPIRATION USING DISSOLVED OXYGEN SENSORS (DO)
By
ARI FIYANTI
Automation system waterwheel for farmed shrimp respiration have realized usingdissolved oxygen sensors (DO). The DO sensor use to detect the levels of dissolvedoxygen in the water. Digital data output sensor DO is connected to the computer via thearduino uno, furthermore the output data are recorded and displayed on the LCDmonitor and a television series. The value of dissolved oxygen levels are affected byweather conditions, the addition of CaO lime, and the temperature of theenvironment. Automation system using relay with a range of dissolved oxygen levels<4,00 mg/L for the condition of the windmills ON and >5,50 mg/L for the condition of thewindmills OFF.
Keyword: Dissolved Oxygen Sensor (DO), Arduino Uno, Relay
SISTEM OTOMASI KINCIR AIR UNTUK RESPIRASI UDANG TAMBAKMENGGUNAKAN SENSOR DISSOLVED OXYGEN (DO)
Oleh
ARI FIYANTI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar
SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2017
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis yang bernama lengkap Ari Fiyanti dilahirkan di
Desa Beringin Kencana, Kec. Candipuro, Lampung
Selatan, pada tanggal 15 Januari 1995, anak kedua dari
pasangan Bapak Slamet dan Ibu Sudarmi. Penulis
menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri 02
Beringin Kencana pada tahun 2007, Sekolah Menengah
Pertama (SMP) di SMPN 01 Candipuro pada tahun 2010,
dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMAN 01
Candipuro pada tahun 2013. Penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas
Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri
(SNMPTN) pada tahun 2013. Selama menempuh pendidikan penulis pernah
menjadi Asisten Praktikum Elektronika Dasar I. Penulis pernah aktif di kegiatan
organisasi kemahasiswaan sebagai Sekretaris Umum Himpunan Mahasiswa Fisika
(HIMAFI) periode 2015-2016, Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) sebagai
Anggota Bendahara Eksekutif periode (2014-2015), dan Rohani Islam (ROIS)
sebagai Anggota Akademik periode (2014-2015). Penulis juga mengikuti berbagai
seminar dan pelatihan. Kerja Praktik Lapangan (PKL) dilaksanakan penulis di
BATAN, Serpong pada tahun 2015, dengan judul “Akuisisi Data Encoder Absolut
Spektrometer Neutron Tiga Sumbu (Tas) Menggunakan Ni Usb-6351 Dan Bahasa
Pemrograman Labview” dan menyelesaikan penelitian skripsi di Jurusan Fisika
dengan judul “Sistem Otomasi Kincir Air Untuk Respirasi Udang Tambak
Menggunakan Sensor Dissolved Oxygen (DO)”.
viii
MOTTO
"Kemudian apabila engkau telah berazam maka
bertawakallah kepada Allah, sesungguhnya Allah Mengasihi
orang-orang yang bertawakal kepada-Nya".
(QS Ali-Imran : 159)
ix
Bismillahirrohmanirrohim
Kuniatkan karya kecilku ini karena
ALLAH SWT
Kupersembahkan karya ini untuk
Kedua Orang tua kuBapak Slamet Riyadi dan Ibu Sudarmi
yang telah berjuang tanpa lelah untuk mendukung danmendo’akanku hingga aku mampu menyelesaikan
pendidikan S1
Kakak Eka Lestari & Adi Setiawan serta Adik Ichiro Al-Akhtar Setiawan yang selalu memberi dukungan semangat,
Guru-guru dan Teman-teman
serta
Almamater Tercinta Universitas Lampung
x
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT berkat rahmat dan hidayah Nya, sehingga penulis dapat
menyelesaikan kuliah dan skripsi dengan baik. Judul skripsi ini adalah “Sistem
Otomasi Kincir Air Untuk Respirasi Udang Tambak Menggunakan Sensor Dissolved
Oxygen (DO)”. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang senantiasa
dirindukan syafaat nya.
Skripsi ini dilaksanakan pada bulan Januari 2017 sampai bulan Juli 2017 bertempat di
Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung dan pengambilan data dilakukan di Desa
Sumber Agung, Kec. Bandar Surabaya, Lampung Tengah.
Penelitian yang tertulis dalam skripsi ini berupa prototype sistem otomasi kincir air
untuk tambak udang. Penulis menyadari bahwa penyajian skripsi ini masih banyak
kekurangan dalam penulisan maupun referensi data. Oleh karena itu, penulis
mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak demi perbaikan
dan penyempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini dapat menjadi rujukan untuk
penelitian berikutnya agar lebih sempurna.
Bandar Lampung, 12 Oktober 2017
Ari Fiyanti
xi
SANWACANA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta
hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan
baik. Penulis menyadari bahwa skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik berkat
bantuan dan dukungan berbagai pihak. oleh karena itu pada kesempatan ini
penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ayah dan Ibu, terimakasih telah membantu, mendukung dan selalu mendo’akan
serta dengan sabarnya menanti kelulusan anakmu.
2. Ibu Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si. sebagai pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan sejak awal hingga penelitian ini selesai.
3. Bapak Prof. Dr. Warsito, D.E.A, sebagai pembimbing II yang senantiasa
memberikan masukan-masukan serta nasehat untuk menyelesaikan tugas akhir.
4. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T., sebagai penguji yang telah
mengoreksi kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.
5. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng sebagai Ketua Jurusan Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung.
6. Dosen-dosen Jurusan Fisika FMIPA Unila beserta staf atas bimbingan dan
ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama menempuh pendidikan.
7. Teman–teman seperjuangan dan keluarga besar angkatan 2013: Inda, Maria,
Ratna, Wini, Nabilah dan yang tak bisa disebutkan satu persatu terimakasih
selama ini memberikan bantuan dan semangat.
12
Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya, serta
memberkahi hidup kita. Aamiin.
Bandar Lampung, 12 Oktober 2017
Ari Fiyanti
xii
xiii
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI..................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xv
DAFTAR TABEL ............................................................................................xvii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................................11.2 Rumusan Masalah .............................................................................31.3 Batasan Masalah................................................................................31.4 Tujuan Penelitian...............................................................................41.5 Manfaat Penelitian.............................................................................4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait Sebelumnya..........................................................52.2 Kualitas Air Tambak ........................................................................102.3 Pengaruh Kondisi Alamiah ..............................................................122.4 Metode Pengukuran Kadar DO (Metode Amperometrik)................142.5 Sensor Dissolved Oxygen (DO)........................................................172.6 Mikrokontroler Arduino Uno ...........................................................192.7 Modul Relay .....................................................................................212.8 Liquid Crystal Display (LCD)..........................................................222.9 Motor Kapasitor ..............................................................................23
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................253.2 Alat dan Bahan .................................................................................253.3 Prosedur Penelitian ..........................................................................26
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian ...............................................................................334.2 Pembahasan.....................................................................................43
V. KESIMPULAN
xiii
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Aerator Savonius Darrieus .................................................................7
Gambar 2. Kincir Berangkai. ..............................................................................7
Gambar 3. Set up Karakterisasi Kerja Sensor DO ..............................................15
Gambar 4. Reference Electrode yang Sudah Dilapisi Ag|AgCl..........................15
Gambar 5. Struktur Sensor Oksigen Terlarut......................................................18
Gambar 6. Board Arduino UNO.........................................................................20
Gambar 7. Simbol Diagram Relay ......................................................................21
Gambar 8. LCD Karakter 2x16..........................................................................22
Gambar 9. Bentuk Fisik Motor Kapasitor ..........................................................24
Gambar 10. Diagram Alir Penelitian ..................................................................26
Gambar 11. Diagram Blok Sistem Pengendalian ...............................................27
Gambar 12. Rangkaian Sensor Dissolved Oxygen ..............................................27
Gambar 13. Skematik Rangkaian Relay ke Arduino ..........................................28
Gambar 14. Skematik Rangkaian Arduino dengan LCD....................................29
Gambar 15. Rangkaian Keseluruhan Sistem Otomasi ........................................30
Gambar 16. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak..................................31
Gambar 17. Desain Fisik Sistem Otomasi Kincir Air.........................................32
16
Gambar 18. Rancangan Perangkat Keras ....................................................................... 34
Gambar 19. Rancangan Sistem Otomasi Kincir Air ...................................................... 34
Gambar 20. Wiring Circuit Sensor DO dengan Arduino Uno........................................ 35
Gambar 21. Grafik Perubahan Kadar DO Terhadap Tegangan Probe............................ 39
Gambar 22. Grafik Hubungan Kadar DO ....................................................................... 39
Gambar 23. Grafik Nilai Rerata Kadar DO .................................................................... 40
Gambar 24. Grafik antara DO Meter Kalibrator dengan DO ............................ 41
Gambar 25. Tampilan Data Kadar DO Pada LCD ......................................................... 42
Gambar 26. Grafik Hari Pertama Pukul 06.00-12.00 WIB............................................. 43
Gambar 27. Grafik Hari Pertama pukul 12.00-18.00 WIB............................................. 44
Gambar 28. Grafik Hari Pertama Pukul 18.00-24.00 WIB............................................. 45
Gambar 29. Grafik Hari Pertama Pukul 24.00-06.00 WIB............................................. 46
Gambar 30. Grafik Hari Kedua Pukul 06.00-12.00 WIB ............................................... 47
Gambar 31. Grafik Hari Kedua Pukul 12.00-18.00 WIB ............................................... 48
Gambar 32. Grafik Hari Kedua Pukul 18.00-24.00 WIB ............................................... 49
Gambar 33. Grafik Hari Kedua Pukul 24.00-06.00 WIB ............................................... 49
Gambar 34. Tampilan Serial Monitor ............................................................................. 51
Gambar 35. Tampilan Data Pengujian Pada LCD .......................................................... 52
xvi
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Kalibrasi Sensor DO dengan DO Meter Cyberscan 100 ...........................19
Tabel 2. Tabel Spesifikasi board Arduino UNO......................................................21
Tabel 3. Data Hasil Penelitian..................................................................................32
Tabel 4. Hasil Kalibrasi Awal Sensor DO ...................................................................... 37
Tabel 5. Hasil Karakterisasi Sensor DO ......................................................................... 38
Tabel 6. Pengukuran Kadar DO Menggunakan Arduino Uno........................................ 41
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Usaha budidaya udang merupakan satu jenis usaha perikanan. Sebagian besar
proses produksinya dapat diperkirakan sesuai target yang diinginkan, dengan
syarat pemilik budidaya udang dapat memenuhi syarat pokok. Pertumbuhan
udang berbanding lurus dengan kesuburan lingkungan tambak. Lama waktu
pemakaian tambak menurunkan produktivitas tambak. Indikator penurunan
kualitas tambak antara lain yaitu ukuran udang yang semakin kecil, tingkat
kelangsungan hidup yang rendah, kebutuhan pakan dan tingkat infeksi penyakit
pada udang yang tinggi (Ernst ddk, 2000).
Beberapa cara dapat dilakukan untuk mengisolasi pengaruh lingkungan yang
buruk terhadap pemeliharaan udang yaitu menggunakan teknologi dan sistem
yang baik. Pada saat tambak sedang beroperasi perlu diperhatikan mengenai
pengaturan pakan, pengelolaan air, pengaturan lumpur dan tanah dasar,
pengaturan plankton, perkiraan populasi dan lain sebagainnya (Supono, 2015).
Pengelolaan air yang baik akan memberikan suplai oksigen yang baik. Kadar
oksigen dalam air dapat menurun disebabkan oleh pertumbuhan lumut dan
banyaknya plankton yang mati, pengentalan air dan pemberian jumlah pakan yang
terlalu banyak. Cara untuk mengantisipasinya dapat dilakukan dengan pergantian
2
air atau penambahan kincir untuk sirkulasi air. Sebaliknya, kadar oksigen dalam
air dapat sangat tinggi dikarenakan oleh aktifitas fitoplankton berfotosintesis pada
siang dan sore hari dan cara antisipasi dengan pengaturan jam opersional kincir air
(Anonim, 2003).
Air dalam tambak dapat mengalami penurunan kadar oksigen sehingga
penambahan udara diperlukan untuk meningkatkan kadar oksigen dalam air.
Penambahan udara ini dapat dilakukan dengan menggunakan kincir air. Fungsi
kincir air antara lain :
1. Menambah oksigen secara langsung ke dalam air.
2. Mensirkulasi atau mencampur lapisan atas air atau permukaan air dengan dasar
air untuk memastikan kandungan oksigen di dalam air benar-benar merata.
3. Memindahkan air yang telah teraerasi dengan cepat ke area sekelilignya
sehingga area yang belum teraerasi dapat teraerasi.
4. Dengan lapisan sedimen organik di dalam kolam, akan menciptakan
permukaan yang teroksidasi gas-gas dan cairan beracun seperti hidrogen
sulfide ( ) dan amonia ( ) tidak dapat masuk air (Khalifa dkk, 2013).
Pengaruh kincir air telah diteliti oleh Tampangallo tahun 2014 terhadap
pertumbuhan udang. Penelitian dilakukan dengan mengukur arus air dalam petak
tambak akibat gerakan dari kincir air. Arus air diukur menggunakan alat ukur arus
air (current meter). Penentuan pengukuran kecepatan arus air didasarkan pada
jumlah kincir yang digunakan dalam tambak, jarak dari kincir, dan kedalaman air.
Penelitian selanjutnya mengenai kincir air alternatif (Anggakara, 2012). Perangkat
keras kincir air alternatif dengan timer sebagai penyuplai oksigen terdiri dari
mekanik dan sistem minimum mikrokontroler ATMega8 sebagai kendali utama
3
yang berfungsi sebagai pengolah data dan pengontrol keseluruhan dari sistem,
masukan atau input berupa tombol setting serta reset dan keluaran atau output
berupa gerakan motor pada kincir air. Pengaturan waktu nantinya akan
ditampilkan pada liquid crystal display (LCD) sebagai pedoman guna mengatur
waktu, menghidupkan dan juga mematikan kincir air sehingga bisa diketahui tepat
tidaknya kincir beroperasi sesuai jam yang ditunjukan pada LCD.
Biasanya para petani tambak melakukan pengoperasian kincir (on/off)
berdasarkan kadar oksigen menggunakan DO meter atau suhu air yang diukur
dengan cara manual, sehingga perlu melakukan otomatisasi sistem untuk
mengendalikan kincir air untuk sirkulasi udara tambak. Berdasarkan perubahan
data kadar oksigen di dalam air tambak, maka dapat dibuat suatu sistem
pengendali kincir air. Sistem kendali yang dibuat diharapkan akan memberikan
respon dengan sensitivitas yang tinggi terhadap perubahan kadar oksigen dalam
air sehingga dapat menjadi solusi untuk sistem sirkulasi misalnya udang di
tambak.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Bagaimana desain dan realisasi sistem kendali otomatis kincir air.
2. Bagaimana aplikasi sensor dissolved oxygen (DO) untuk pendeteksian kadar
oksigen dalam air tambak.
3. Bagaimana karakterisasi sensor DO terhadap perubahan kadar oksigen air
tambak.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
4
1. Sistem ini diterapkan untuk kendali otomatis kincir air.
2. Sistem ini dirancang dengan menggunakan sensor dissolved oxygen (DO).
3. Sistem sensor dirancang untuk memberikan keluaran berupa tegangan yang
dikonversi menggunakan ADC dan dibaca melalui mikrokontroler Arduino
Uno kemudian ditampilkan melalui suatu peraga keluaran yaitu LCD (dalam
satuan mg/L).
4. Alat ini dirancang skala laboratorium dan pengambilan data dilakukan di
Desa Sumber Agung, Kec. Bandar Surabaya, Lampung Tengah.
5. Kalibrator alat menggunakan DO meter YSI 550A
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mendesain dan merealisasikan sistem kendali
otomatis kincir air sebagai sirkulasi udara untuk respirasi udang di tambak
menggunakan sensor dissolved oxygen (DO) dan ditampilkan melalui LCD (dalam
satuan mg/L)
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah :
1. Dihasilkannya suatu sistem kendali otomatis kincir air sebagai sistem
sirkulasi udara untuk respirasi udang di tambak.
2. Mampu menekan biaya produksi udang di tambak dengan menghemat energi
pengoperasian kincir air, karena sistem kendali kincir air tidak selalu dalam
kondisi ON.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait Sebelumnya
Udang vaname (Litopenaeus vannamei) adalah udang yang hidup di perairan
pasifik yang dikenal dengan nama white legs shrimp. Udang jenis ini dibudidayakan
dan berkembang sangat pesat pada setiap tingkat sistem budidaya, mulai dari pola
tradisional plus, semi intensif sampai super intensif. Hal ini dikarenakan adanya
tingkat toleransi yang sangat luas dari udang ini.
Kepadatan yang tinggi harus perlu diimbangi dengan ketersediaan oksigen yang
memadai untuk kehidupan cultivan. Sumber oksigen yang didapatkan biasanya
melalui pergantian air, penggunaan kincir air, blower, dan sejenisnya. Penggunaan
kincir akan menyebabkan pergerakan air dalam tambak dan menimbulkan arus air
dalam petak tambak. Penambahan kincir air pada masa pemeliharaan 60 hari hingga
panen dapat mencapai 3 sampai dengan 4 buah per petak. Hal ini dilakukan untuk
menunjang kebutuhan oksigen terlarut di dalam air optimal untuk udang vaname
adalah 4 ppm dengan batas toleransi >0,8 ppm. Jumlah kincir air yang banyak dapat
mengakibatkan arus/goncangan air yang cukup kuat dalam petakan tambak akibat
pergerakan kincir dan dapat menimbulkan stress pada udang yang dipelihara
(Tampangallo dkk, 2014).
6
Penggunaan banyaknya jumlah kincir air di daerah tambak dapat menimbulkan
ketidaknyamanan bagi udang. Hal ini menjadi masalah dalam penyuplaian oksigen
ke dalam air (aerasi) untuk respirasi udang, sehingga petani tambak tradisional saat
ini membutuhkan aerator yang mudah dan murah dalam pembuatan dan
operasionalnya, yang dapat digunakan untuk budidaya pembesaran udang, serta
pembibitan ikan. Salah satu kualitas air yang diperhatikan adalah kadar oksigen
yang terlarut di dalam air. Kekurangan oksigen dapat membahayakan hewan air
karena bisa menyebabkan stress, mudah tertular penyakit, menghambat
pertumbuhan bahkan dapat menyebabkan kematian sehingga dapat menurunkan
produktivitasnya.
Berdasarkan penelitian Supriyadi dan Androva, 2015 tentang pembuatan kincir
angin Savonius menggunakan pipa paralon berbentuk silinder, pipa paralon tersebut
kemudian di potong menjadi 2 bagian dimana untuk membuat profil kincir yang
berbentuk 8 sudu, kemudian potongan tersebut disatukan kembali menggunakan
lem kayu pada papan. Pembuatan kincir Darrieus, menggunakan bahan pelat 0,8
mm yang dibentuk sesuai dengan pola. Pembuatan poros menggunakan pipa besi
berbentuk silinder dengan diameter 2,5 cm, pertama melakukan pemotongan
panjang sesuai dengan desain yaitu 120 cm dengan menggunakan gerinda potong.
Aerator ini mampu bekerja pada kecepatan angin yang tidak stabil atau berubah–
ubah. Kincir Savonius dapat berputar dengan kecepatan angin terendah 2 m/s dan
menghasilkan putaran 28,2 Rpm. Serta kincir angin masih mampu berputar pada
kecepatan angin hingga 5 m/s menghasilkan 60,5 Rpm mampu menggerakan dua
pompa (Supriyadi dan Androva, 2015).
7
Gambar 1. Aerator Savonius Darrieus (Supriyadi dan Androva, 2015)
Pengaerasian air tambak yang dilakukan oleh Supriyadi dan Androva, 2015
dilakukan secara mekanis, menggunakan bahan bakar bensin atau listrik. Aerasi
dapat meningkatkan efisensi produksi udang, karena mempertahankan kandungan
oksigen pada tingkat optimum. Sirkulasi air kolam secara efisien mencegah
stratifikasi dan mengurangi akumulasi senyawa-senyawa nitrogen pada tempat-
tempat dimana lumpur terkumpul. Aerasi juga dapat mempertahankan suspensi
partikel organik dalam air serta membentuk kumpulan bakteri heterotropik yang
menjernihkan air dan membentuk proses mineralisasi bahan-bahan organik terlarut.
Namun tidak selamanya ketersediaan bahan bakar dapat memenuhi untuk
menghidupkan kincir secara kontinyu.
Gambar 2. Kincir Berangkai. Gambar pada Insert adalah Mesin Diesel (8 hp) dan
Motor Listrik (1 hp) yang tersambung ke suatu penahan kecepatan yang dirancang
untuk mengoperasikan kincir berangkai tersebut dengan sejumlah 10-15 Kipas
(Baliao dan Tookwinas, 2002).
8
Penggunaan kincir berangkai (Gambar 2) disarankan untuk budidaya udang intensif
yang menggunakan kolam-kolam bujur sangkar atau persegi panjang seluas
masing-masing 0,5 - 1,0 ha. Kincir berangkai dapat mencakup permukaan air yang
lebih luas dan dapat secara cukup mengaerasi dan mensirkulasikan air di kolam
pembesaran. Bila dipasang secara tepat, kincir ini bisa menimbulkan arus air
memusat yang membawa bahan organik ke tengah dasar kolam, sehingga daerah
pinggiran kolam menjadi bersih, tempat dimana udang bisa bergerak dan makan.
Petambak harus memperhatikan efisiensi, kekuatan, dan kemudahan perawatan
aerator saat membeli peralatan tersebut. Sebuah aerator kincir dengan rangkaian 10
- 15 kipas bisa dioperasikan secara efisien dengan menggunakan suatu pengurang
kecepatan buatan pabrik dengan rasio 1 : 40, yang tersambung ke sebuah mesin
diesel mekanik (8 hp) atau ke sebuah motor listrik (1 hp) ( Baliao dan Tookwinas,
2002).
Fungsi kincir air di dalam operasional kolam (Anggakara, 2012) :
a. Sebagai penyuplai oksigen di dalam perairan kolam. Di dalam suatu ekosistem
perairan kolam kebutuhan oksigen telah disuplai oleh phytoplankton, tapi
kebutuhan oksigen tersebut tidak akan mencukupi bagi biota dan proses-proses
yang terjadi d idalamnya. Oksigen di dalam perairan tambak diperlukan tidak
hanya dalam proses respirasi (pernapasan) tapi juga dibutuhkan dalam proses-
proses fisika, kimia dan biologi yang terjadi di dalam perairan tersebut.
Keberadaan kincir air di dalam kolam diharapkan dapat membantu dan
mengantisipasi terjadinya kekurangan oksigen yang dapat terjadi pada saat
tertentu di dalam perairan tersebut.
9
b. Membantu dalam proses pencampuran karakteristik antara perairan tambak
lapisan atas, dan bawah. Sebagai suatu perairan yang statis dan memiliki
ketinggian tertentu, maka suatu perairan kolam jika dalam kondisi diam akan
memiliki karakteristik yang berbeda-beda antara lapisan atas dan lapisan bawah.
Perbedaan karakteristik perairan tersebut, jika tidak segera diantisipasi dapat
membahayakan kehidupan ikan yang ada di dalamnya. Pengoperasian kincir
diharapkan dapat membantu mengantisipasi terjadinya perbedaan yang cukup
menyolok antar lapisan tambak, sehingga kualitas air yang dihasilkan relatif
sama antar lapisan kolam.
c. Membantu dalam proses pemupukan air. Kegiatan pemupukan air dilakukan
sebagai upaya pembentukan kualitas air yang terkait dengan kecerahan air dan
warna air kolam dengan cara menstimulasi pertumbuhan fitoplankton ke arah
yang lebih stabil. Pengoperasian kincir diharapkan dapat membantu proses
penyebaran pupuk secara merata di dalam perairan kolam sekaligus
menstimulasi pertumbuhan plankton melalui oksigen yang dihasilkannya.
d. Membantu dalam mengarahkan kotoran dasar tambak ke arah sentral
pembuangan, sehingga memudahkan dalam proses pembersihan dasar tambak.
Metode yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kadar oksigen di dalam air selain
menggunakan kincir air ialah dengan teknologi micro bubble. Micro bubble dapat
meningkatkan produksi budidaya perikanan dengan cara meningkatkan kadar
oksigen yang terlarut pada air sehingga dapat mempercepat pertumbuhan ikan
budidaya. Penambahan micro bubble juga dapat membunuh mikroba jahat yang
berada pada air budidaya dan juga mencegah penyakit pada ikan budidaya.
10
Prinsip kerja dari teknologi micro bubble yaitu dengan memasukkan udara pada air
sehingga menghasilkan gelembung kecil yang larut di dalam air tersebut. Terdapat
dua metode yang digunakan secara luas untuk menghasilkan micro bubble, yaitu
metode dekompresi dan sirkulasi. Namun pemanfaatan micro bubble dalam dunia
perikanan di Indonesia masih jarang dikarenakan keterbatasan teknologi micro
bubble dan belum adanya kajian yang mendalam mengenai teknologi ini. Selian itu
ukuran micro bubble ini sangat penting karena mempengaruhi oksigen terlarut
dalam air. Gelembung dengan ukuran jari-jari lebih besar akan mengalami kenaikan
lebih cepat kepermukaan air sedangkan gelembung yang ukurannya lebih kecil
maka akan konstan di dalam air (Setiawan, 2017).
2.2 Kualitas Air Tambak
Oksigen terlarut di dalam air merupakan faktor yang signifikan dalam
pembudidayaan udang. Oksigen terlarut dalam air tidak lepas dari kondisi air
tambak itu sendiri. Kualitas air tambak memegang peranan penting di dalam dunia
pertanian tambak. Beberapa parameter yang harus dijaga seperti habitat aslinya agar
kebutuhan biologis ikan di dalam tambak dapat terpenuhi. Salah satu faktor petani
tambak mengalami gagal panen dikarenakan parameter kualitas air tambak yang
buruk. Ada beberapa parameter air yang berpengaruh pada ikan atau udang di
tambak seperti temperatur, dissolved oxygen (DO), pH, dan salinitas. Parameter
tersebut perlu dijaga kestabilannya untuk kelangsungan hidup ikan atau udang
sesuai dengan habitat aslinya.
Model kualitas air tambak:
a. Model salinitas adalah konsentrasi garam dalam air dan dapat diekspresikan
dalam beberapa jenis satuan. Kandungan salinitas air terdiri dari garam-garam
11
mineral yang banyak manfaatnya untuk kehidupan organisme air laut atau payau
agar dapat tumbuh dan berkembang secara optimal. Model salinitas dibangun
berdasarkan hukum kesetimbangan massa garam yang terjadi pada satu lapisan
badan air tambak. Dengan mengasumsikan nilai koefisien laju perubahan ks
adalah fungsi hujan dan evaporasi, persamaan yang dapat digunakan untuk
memodelkan nilai salinitas air tambak adalah:
𝑑𝑆
𝑑𝑡= 𝑘𝑠𝑆 −
𝑄𝑖𝑛𝑆𝑖𝑛−𝑄𝑜𝑢𝑡𝑆
𝐴ℎ (4)
Dengan:
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 perubahan salinitas (1 𝑠⁄ )
b. Dissolved oxygen (DO) atau disebut juga dengan oksigen terlarut dibutuhkan
organisme perairan untuk bernafas karena organisme tersebut tidak dapat
langsung mengambil oksigen langsung dari udara. Oksigen masuk dalam air
tambak melalui difusi langsung dari udara, aliran air yang masuk tambak, proses
fotosintesa tanaman berhijau daun. Kandungan oksigen dapat menurun akibat
pernafasan organisme dalam air dan perombakan bahan organik. Diberikan
model dari Dissolved oxygen (DO) sebagai berikut:
𝑑𝑂
𝑑𝑡= 𝐾𝐿 (𝑂𝑠 − 𝑂) (5)
Dengan :
𝐾𝐿 : Koefisien perpindahan massa (oksigen) secara keseluruhan yang
dipengaruhi oleh temperature (𝑠−1)
12
O : Konsentrasi oksigen dalam tambak (mg/l)
𝑂𝑠 : Konsentrasi jenuh oksigen dalam tambak (mg/l) (Nurlia dan Sanjaya,
2013).
2.3 Pengaruh Kondisi Alamiah
a. Kondisi Cuaca
Pada kondisi cuaca mendung atau hujan, pertumbuhan fitoplankton menjadi
terhambat karena kekurangan cahaya matahari untuk proses fotosintesis. Kondisi
ini mengakibatkan kadar oksigen terlarut menurun karena oksigen tidak dapat
diproduksi sementara organisme akuatik tetap mengonsumsi oksigen. Fotosintesis
di dalam air pada waku siang hari mangakibatkan konsentrasi DO sering naik di
atas saturasi atau supersaturasi. Kondisi ini akan menyebabkan oksigen terlepas ke
udara. Tingkat saturasi dinyatakan dalam persen saturasi menggunakan persamaan:
% Saturasi = (𝐾𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑂 𝐴𝑖𝑟
𝐾𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑂 𝑈𝑑𝑎𝑟𝑎) 100% (6)
Kelarutan oksigen dalam air dipengaruhi oleh suhu dan salinitas. Semakin tinggi
suhu dan salinitas maka kelarutan oksigen dalam air semakin rendah, begitu juga
sebaliknya (Supono, 2015)
b. Kondisi Fisik Air
Dalam budidaya udang intensif, pemeliharaan kondisi air cenderung memburuk
karena banyak sisa bahan organik dan kotoran, akibat kegiatan pemberian pakan
dan aktifitas metabolisme udang serta jasad lain yang ada, maka air tambak tidak
mampu memurnikan dirinya secara alami. Akibatnya tambak menjadi tidak sehat
bagi udang, sehingga mengganggu pertumbuhannya dan dapat mengancam
kehidupannya. Udang dan jasad perairan lainnya memiliki toleransi terbatas
13
terhadap nilai parameter mutu air tertentu. Dengan demikian terdapat batas-batas
dan maksimum nilai parameter mutu air bagi kehidupan udang. Suatu parameter
mutu air yang nilainya di bawah batas minimum atau di atas maksimum akan dapat
mematikan udang. Di antara kisaran nilai minimum dan maksimum tersebut
terdapat nilai-nilai di mana udang itu hidup namun tidak tumbuh dan nilai-nilai di
mana udang itu hidup dan tumbuh dengan baik.
Dampak suhu air terhadap kehidupan udang dapat dinyatakan sebagai berikut,
Suhu Air (°C) Kondisi Udang
< 14 Mati
14 - 18 Hidup
18 - 35 Hidup
28 - 30 Hidup
Kondisi yang tidak normal adalah kekurangan oksigen terlarut secara umum di
seluruh area petakan tambak. Karena rendahnya kadar oksigen, kasus udang yang
mati kemudian mengapung sering dijumpai pada tambak-tambak terutama yang
telah menginkan masa pemeliharaan bulan keempat. Ini umum terjadi di tambak-
tambak intensif yang terlalu berjejal di satu hamparan selama periode tidak ada
pasang, di mana penggantian air dari laut sulit untuk dilakukan. Tindakan cepat
yang mungkin bisa menolong keadaan demikian adalah menambah jumlah kincir
air secara darurat, yang berfungsi untuk meningkatkan pergerakan air sehingga
pemasukan KMnO4 (0,1 mg/L) kedalam air melalui proses difusi dipercepat
kedalam air tambak (Parlaungan, 2014).
Daerah pembudidayaan tambak udang biasanya dekat dengan air laut. Suhu air laut
di suatu perairan dipengaruhi oleh kondisi atmosfer, dan intensitas penyinaran
matahari yang masuk ke dalam air laut. Kenaikan suhu dapat menurunkan kelarutan
14
oksigen dan meningkatkan toksisitas polutan. Pengaruh suhu secara langsung
terhadap plankton adalah meningkatkan reaksi kimia sehingga laju fotosintesis
meningkat seiring dengan kenaikan suhu (dari 10 ºC – 20 ºC). Pengaruh suhu tidak
langsung adalah berkurangnya kelimpahan plankton akibat suhu semakin menurun
dan kerapatan air semakin meningkat seiring bertambahnya kedalaman perairan
(Simanjuntak, 2009).
c. Kondisi Kimia Air
Perubahan kondisi kimia air tambak yang signifikan setelah turun hujan
mengakibatkan konsentrasi salinitas air tambak meningkat dan kelarutan oksigen
menurun. Para petambak biasanya menambahkan kapur CaO ke dalam air tambak.
Penelitian mengenai penambahan kapur CaO telah dilakukan oleh Hastuti dkk
(2012) pada media pemeliharaan ikan patin, dimana penambahan (20, 40, dan 60
mg) CaO ke dalam media pemeliharaan dapat meningkatkan kadar oksigen menjadi
4,50 mg/L-6 mg/L.
2.4 Metode Pengukuran Kadar DO (Metode Amperometrik)
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Debataraja dkk, pada tahun 2011
mengenai pendeteksian kadar air oksigen terlarut menggunakan mikrotranduser.
Metode yang digunakan untuk menentukan konsentrasi dari oksigen terlarut dalam
air yaitu metode amperometrik. Rancangan set up karakterisasi unjuk kerja sensor
DO ditunjukkan Gambar 3.
15
Gambar 3. Set up Karakterisasi Kerja Sensor DO (Debataraja dkk, 2013).
Metode amperometrik menunjukkan perubahan arus sebanding dengan jumlah
oksigen yang bereaksi pada elektroda dengan tegangan potensial eksternal sebesar
800 mV. Hasil uji karakterisasi menunjukkan bahwa prototipe sensor DO yang
dibuat menunjukkan kinerja cukup baik, meskipun faktor ripple stabilitas tegangan
potensial yang dihasilkan reference electrode Ag|AgCl berkisar 10 mV,
penyempurnaan sensor DO terhadap bentuk lay out dari elektroda-elektroda telah
dilakukan serta hasil uji kestabilan reference electrode meningkat dibandingkan
desain awal yaitu berkisar 1 mV.
Gambar 4. Reference Electrode yang Sudah Dilapisi Ag|AgCl ((Debataraja dkk,
2013).
16
Oksigen terlarut (Dissolved Oxygen = DO) dibutuhkan oleh semua jasad hidup
untuk pernapasan, proses metabolisme atau pertukaran zat yang kemudian
menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan pembiakan. Disamping itu, oksigen
juga dibutuhkan untuk oksidasi bahan-bahan organik dan anorganik dalam proses
aerobik. Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal sari suatu proses difusi
dari udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam perairan
tersebut. kadar oksigen dalam air laut akan bertambah dengan semakin rendahnya
suhu dan berkurang dengan semakin tingginya salinitas. Pada lapisan permukaan,
kadar oksigen akan lebih tinggi, karena adanya proses difusi antara air dengan udara
bebas serta adanya proses fotosintesis. Dengan bertambahnya kedalaman akan
terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, karena proses fotosintesis semakin
berkurang dan kadar oksigen yang ada banyak digunakan untuk pernapasan dan
oksidasi bahan-bahan organik dan anorganik.
Keperluan organisme terhadap oksigen relatif bervariasi tergantung pada jenis,
stadium dan aktifitasnya. Kebutuhan oksigen untuk ikan dalam keadaan diam relatif
lebih sedikit apabila dibandingkan dengan ikan pada saat bergerak. Jenis-jenis ikan
tertentu yang dapat menggunakan oksigen dari udara bebas, memiliki daya tahan
yang lebih terhadap perairan yang kekurangan oksigen terlarut (Salmin, 2005).
Kebutuhan DO untuk budidaya udang adalah berkisar antara 3-8 mg/L, bahkan ada
pula yang berpendapat sekitar 4,5-7 mg/L (Komarawidjaja, 2006).
Menurut Budiardi dkk, 2005 konsumsi oksigen udang sebelum dan sesudah makan
pada masing–masing bobot perlakuan semakin menurun sejalan dengan waktu
pengukurannya. Penurunan konsumsi oksigen disebabkan oleh berkurangnya
17
konsentrasi oksigen terlarut dan penurunan aktivitas udang menuju pada laju
pengambilan oksigen minimal (metabolisme basal). Hubungan konsentrasi oksigen
dengan pengambilan oksigen disebut ”respiratory dependence”.
Tingkat konsumsi oksigen bagi udang dengan bobot lebih kecil relatif lebih tinggi
dibandingkan udang dengan bobot yang lebih besar. Secara umum, organisme
berukuran kecil mengkonsumsi oksigen lebih tinggi per satuan waktu dan bobot
daripada yang berukuran besar karena udang kecil lebih banyak memerlukan energi
untuk pertumbuhan. Organisme berukuran kecil memiliki laju metabolisme tubuh
yang lebih tinggi daripada yang berukuran besar serta tingkat konsumsi oksigen
udang sesudah makan relatif lebih tinggi karena kebutuhan akan oksigen lebih
banyak untuk mengoksidasi nutrien (pakan) sehingga menghasilkan energi bebas.
Ikan yang menderita kelaparan metabolisme standarnya akan menurun.
Hasil pengamatan yang dilakukan oleh Izzati (2014) terhadap pola perubahan
konsentrasi oksigen menunjukkan adanya kecenderungan penurunan konsentasi
oksigen terlarut pada semua model ekosistem. Hal ini disebabkan oleh adanya
peningkatan konsumsi oksigen karena akumulasi bahan organik akibat akumulasi
sisa pakan.
2.5 Sensor Dissolved Oxygen (DO)
Sensor oksigen terlarut merupakan bagian dari sensor elektrokimia dimana reaksi
gas oksigen dengan larutan elektrolit menghasilkan sinyal elektrik dengan besaran
yang sebanding dengan jumlah konsentrasi oksigen. Bagian-bagian utama dari
sensor oksigen terlarut ini antara lain sensing electrode/working electrode,
reference electrode, dan counter electrode. Ketiga elektroda ini dipisahkan oleh
18
larutan elektrolit tipis serta bagian luar sensor ditutup oleh gas permeabel
membrane. Membran ini memiliki fungsi untuk melewatkan gas oksigen melalui
proses difusi sehingga bereaksi dengan larutan elektrolit dan mencegah kebocoran
larutan elektrolit.
Sensing electrode berfungsi sebagai elektroda dimana proses elektrokimia
berlangsung. Reference electrode digunakan sebagai titik referensi pada
pengukuran beda potensial terhadap elektroda lainnya, dalam hal ini adalah sensing
electrode. Sedangkan counter electrode berfungsi sebagai koneksi elektris ke
larutan elektrolit sehingga arus dapat mengalir ke sensing electrode. Jenis reference
electrode yang digunakan adalah perak-perak klorida (Ag|AgCl), calomel
(Hg|Hg2Cl2), thalamid (Hg, Tl|TlCl), dan elektroda mercury sulfate (Hg|Hg2SO4).
Terdapat dua metode yang digunakan untuk mengetahui dan menentukan
konsentrasi oksigen terlarut di dalam air yaitu metode amperometrik dan metode
galvanic. Metode amperometrik disebut juga sebagai polarografik atau voltametrik,
dimana perubahan arus yang dihasilkan sebanding dengan jumlah oksigen yang
bereaksi pada elektroda (Zulkarnain dkk, 2013).
Gambar 5. Struktur Sensor Oksigen Terlarut (Zulkarnain dkk, 2013).
19
Berdasarkan hasil penelitian Zulkarnain (2013), diketahui bahwa sensor DO produk
Atlas Scientific memiliki settling time 2 menit dan rerata kesalahan sebesar 10,25%
terhadap hasil titrasi Winkler dalam mendeteksi kadar oksigen terlarut pada suatu
cairan.
Rerata kesalahan pembacaan sensor DO ini dipengaruhi oleh suhu dan
konduktivitas cairan yang merupakan parameter kompensasi dalam pengukuran
kadar oksigen terlarut. Kadar oksigen terlarut pada suatu cairan dipengaruhi oleh
suhu, debit, konduktivitas, dan turbulensi cairan. Zulkarnain (2013) juga melakukan
kalibrasi sensor DO EZO dengan DO meter tipe cyberscan 100, hasil kalibrasi alat
tersebut ditunjukkan Tabel 1 sebagai berikut:
Tabel 1. Kalibrasi Sensor DO dengan DO Meter Cyberscan 100
Jenis Cairan Nilai DO Hasil
Sensor (mg/L)
Nilai DO Hasil DO
Meter Cyberscan 100
(mg/L)
Rerata Kesalahan (%)
Air tanah 6,380 6,25 2,08
Air Sungai Mas 5,270 4,78 10,25
Air kolam Graha ITS 5,670 5,30 6,98
Air PDAM 5,470 5,14 6,42
Aquades 6,060 6,03 0,49
Dari hasil kalibrasi sensor DO terhadap DO meter Cyberscan 100 seperti yang
terlihat pada Tabel 4, rerata kesalahan yang terjadi disebabkan oleh ketidaktepatan
parameter yang digunakan sebagai nilai kompensasi pada saat pengujian. Parameter
yang digunakan sebagai nilai kompensasi pengukuran nilai DO adalah suhu dan
konduktivitas cairan.
2.6 Mikrokontroler Arduino UNO
Arduino UNO adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328. Board ini
memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output
PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi kabel USB, jack listrik.
20
Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya
terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari
adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya (Saputri, 2014).
Gambar 6. Board Arduino UNO (Saputri, 2014).
Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau integrated circuit (IC) yang bisa
diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada
mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses
input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi
mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan
output sebuah rangkaian elektronik. Karena komponen utama arduino adalah
mikrokontroler, maka Arduino dapat diprogram menggunakan komputer sesuai
kebutuhan kita. Berikut adalah spesifikasi dari Arduino UNO:
Tabel 2. Tabel Spesifikasi board Arduino UNO (Adrijanto, 2015).
Mikrokontroler Atmega328
Tegangan pengoprasian
Tegangan input yang disarankan
Batas Tegangan input
5 V
7-12
6-20
Jumlah pin I/O digital 14
Jumlah pin input analog 6
Arus DC setiap pin I/O
Arus DC untuk pin 3,3V
Memori flash
Sram
EEPROM
Clock speed
40 mah
50 mah
32 kb
2 kb
1 kb
16 mhz
21
2.7 Modul Relay
Relay adalah sebuah piranti elektromekanik yang dioperasikan berdasarkan variasi
masukan, untuk mengontrol piranti-piranti lain yang dihubungkan pada keluaran
relay. Relay berfungsi untuk memutuskan atau mengalirkan arus listrik yang
dikontrol dengan memberikan tegangan suplai pada koilnya. Ada dua jenis relay
berdasarkan tegangan untuk menggerakkan koilnya, yaitu relay DC dan relay AC.
Pada rangkaian ini menggunakan relay DC dengan tegangan 5 volt. Untuk simbol
diagram relay dapat diperhatikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Simbol Diagram Relay
Kontak-kontak ini dapat digunakan untuk mengontrol arus yang lebih besar dalam
rangkaian. Fungsi utama relay adalah untuk mengontrol arus yang lebih besar
dalam rangkaian dengan arus kecil yang melewati koil relay. Pada simbol Gambar
6 terdiri atas sebuah kumparan dan dua set kontak, satu diantaranya terbuka (NO),
dan lainnya tertutup (NC). Sewaktu ada tegangan suplai pada koil relay, maka
kontak NO akan terhubung dan kontak NC akan terbuka. Sebaliknya saat tidak ada
suplai pada koil relay maka kontak NO kembali terbuka dan kontak NC kembali
terhubung (Anggakara, 2012).
Jenis relay yang akan digunakan pada penelitian ini adalah state solid relay (SSR).
SSR adalah saklar elektronik, berbeda dengan sebuah relay elektromekanis yang
berisi bagian yang bergerak. SSR mampu melakukan banyak tugas yang sama
sebagai relay elektromekanis (EMR). Perbedaan utama adalah bahwa SSR tidak
22
memiliki bagian mekanik yang bergerak di dalamnya. Pada dasarnya, ini adalah
perangkat elektronik yang bergantung pada listrik, magnetik, dan optik semi
konduktor dan sifat komponen listrik untuk mencapai isolasi dan fungsi switching
relay. Relay jenis SSR dapat dijadikan sebagai kontrol instrumen dengan tegangan
AC 240 volt. Hal ini dikarenakan antara bagian input dan output dipisahkan
menggunakan optocoupler dan dengan sinyal yang kecil sehingga dapat
menggerakkan sebuah beban AC yang besar (Muflih, 2013).
2.8 Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid cristal display (LCD) adalah salah satu komponen elektronika yang
berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD
terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media
penampil informasi dalam bentuk huruf atau angka dua baris, masing–masing baris
bisa menampung 16 huruf atau angka. Liquid crystal display (LCD) adalah modul
penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang umum,
ada yang panjangnya hingga 40 karakter (2x40 dan 4x40), dimana kita
menggunakan DDRAM untuk mengatur tempat penyimpanan tersebut. Gambar 8
merupakan contoh dari gambar LCD 2x16 karakter (Ulfa, 2015).
Gambar 8. LCD Karakter 2x16 (Ulfa, 2015).
23
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang
ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan
demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup
mengirimkan kode-kode ASCII dari informasi yang ditampilkan. Berikut adalah
spesifikasi LCD M1632:
a. Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor.
b. ROM pembangkit karakter 192 jenis.
c. RAM pembangkit karakter 8 jenis (diprogram pemakai).
d. RAM data tampilan 80 x 8 bit (8 karakter).
e. Duty ratio 1/16.
f. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit
mikroprosesor.
g. Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan (display
clear), posisi kursor awal (crusor home), tampilan karakter kedip (display
character blink), penggeseran kursor (crusor shift) dan penggeseran tampilan
(display shift).
h. Rangkaian pembangkit detak.
i. Rangkaian otomatis reset saat daya dinyalakan
j. Catu daya tunggal +5 volt (Ulfa, 2015).
2.9 Motor Kapasitor
Motor kapasitor merupakan bagian dari motor fasa belah, namun yang
membedakan kedua motor tersebut adalah pada saat kondisi start motor. Motor
kapasitor ini menggunakan kapasitor pada saat startnya yang dipasang secara seri
terhadap kumparan bantu. Pada umumnya, motor kapasitor ini digunakan pada
24
kipas angin, kompresor pada kulkas (lemari es), motor pompa air, dan sebagainya.
Bentuk fisik motor ini diperlihatkan pada gambar 9 (Abidin, 2014).
Gambar 9. Bentuk Fisik Motor Kapasitor
25
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Dasar Jurusan Fisika
FMIPA Universitas Lampung, selanjutnya pengambilan data dilakukan di Desa
Sumber Agung, Kecamatan Bandar Surabaya, Lampung Tengah dimulai pada
bulan April 2017 sampai dengan Mei 2017.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang akan digunakan dalam merealisasikan sistem kendali otomatis
ini adalah sebagai berikut:
1. Personal Computer (PC) untuk membuat dan mendownload program arduino.
2. Arduino UNO dan Arduino IDE digunakan sebagai software interface penerima
data dari arduino UNO R3.
3. Modul relay digunakan untuk switch pada kincir air.
4. Kabel USB ASP untuk mendownload program ke arduino.
5. Catu daya digunakan untuk memberikan tegangan pada arduino dan relay.
6. Dissolved oxygen (DO) digunakan sebagai sensor pendeteksi kadar oksigen di
dalam air.
7. LCD untuk menampilkan kadar oksigen yang terlarut.
26
Ya
3.3 Prosedur Penelitian
Untuk merealisasikan sistem, maka dilakukan proses penyelesaian sebagaimana
digambarkan pada diagram alir Gambar 10. Langkah kerja realisasi sistem terdiri
dari dua tahap, yaitu tahap pembuatan hardware dan tahap pembuatan software.
Gambar 10. Diagram Alir Penelitian
Mulai
Mempelajari Konsep Kerja Sistem
Alat
Pemrograman Software dan
Pengujian Software
Perancangan Hardware
Berhasil/Tidak
Tidak
Perancangan Sistem dan
Perakitan Komponen
Ya
Berhasil/Tidak
Tidak
Ya
Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Data dan Analisis serta Penyusunan
Laporan
Selesai
Berhasil/Tidak
Tidak
27
1. Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras pada sistem otomatis ini terdiri dari sensor dissolved
oxygen (DO) satu unit sebagai sensor pendeteksi kadar oksigen di dalam air yang
dihubungkan dengan modul Arduino Uno dan diteruskan ke relay. Blok diagram
sistem pengendalian di tunjukkan Gambar 11.
Gambar 11. Diagram Blok Sistem Pengendalian
Berdasarkan Gambar 11, sensor dissolved oxygen (DO) dihubungkan secara
langsung ke Arduino Uno, selanjutnya nilai keluaran sensor akan dijadikan sebagai
acuan untuk switch pada relay untuk menggerakkan kincir air. Nilai keluaran sensor
juga akan ditampilkan pada LCD. Sensor dissolved oxygen (DO) digunakan untuk
mendeteksi kadar oksigen di dalam air. Adapun rangkaian sensor dissolved oxygen
sebagaimana ditunjukkan Gambar 12.
Gambar 12. Rangkaian Sensor Dissolved Oxygen
-
+ Kelarutan
oksigen
(mg/L)
Arduino Relay Kincir air
Sensor Dissolved
Oxygen (DO)
Kelarutan
oksigen
(mg/L)
28
Sensor dissolved oxygen terdiri dari pin Vcc yang dihubungkan ke sumber
tegangan, pin PRB dan PGND dihubungkan dengan female BNC yang berfungsi
sebagai ADC, pin GND sensor dihubungkan dengan pin ground (GND) pada digital
Arduino, dan pin Tx dan Rx pada sensor dihubungkan dengan pin Tx dan Rx digital
Arduino. Data kadar oksigen dari sensor DO dijadikan sebagai acuan untuk
pergerakan kincir air yang selanjutnya ditampilkan pada LCD.
a. Rangkaian Sistem Arduino Uno dengan Relay
Relay yang digunakan pada penelitian ini adalah relay 1 channel dimana relay ini
akan bekerja dengan menggerakkan empat buah kincir air secara bersamaan yang
terdapat di dalam kolam berdasarkan keluaran nilai kadar oksigen di dalam
air.Untuk komunikasi relay dihubungkan dengan pin 13 Arduino. Skematik
rangkaian relay ditunjukkan Gambar 13.
Gambar 13. Skematik Rangkaian Relay ke Arduino
29
b. Rangkaian Arduino dengan LCD
Data hasil pendeteksian yang dilakukan oleh sensor dissolved oxygen akan
ditampilkan pada LCD. Skematik rangkaian Arduino dengan LCD ditunjukkan
Gambar 14.
Gambar 14. Skematik Rangkaian Arduino dengan LCD
Penelitian ini menggunakan LCD 162 dimana komunikasi pin Enable (E) LCD
dihubungkan pada pin 6 digital Arduino, pin Register Select (RS) LCD
dihubungkan pada pin 7 digital Arduino, dan pin Read/Write (RS) LCD
dihubungkan dengan ground.
c. Rangkaian Keseluruhan Sistem
Rangkaian keseluruhan sistem terdiri dari seluruh komponen yang digunakan pada
penelitian sistem otomasi ini. Skematik rangkaian keseluruhan sistem ditunjukkan
Gambar 15 sebagai berikut.
30
Gambar 15. Rangkaian Keseluruhan Sistem Otomasi
Penggunaan potensiometer pada rangkaian sistem bertujuan untuk menggantikan
sementara posisi sensor dissolved oxygen. Hal ini dilakukan karena pada aplikasi
proteus-8 tidak tersedia komponen sensor dissolved oxygen.
1. Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan pada penelitian ini menggunakan Arduino Uno
dengan komunikasi UART karena disesuaikan dengan komunikasi yang dapat
bekerja pada sensor dissolved oxygen, dimana pada sensor dissolved oxygen ini
terdapat dua tipe komunikasi yang dapat diperlakukan yaitu UART mode dan I2C
mode. Diagram alir perancangan perangkat lunak ditunjukkan Gambar 16.
31
Gambar 16. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak
2. Teknik Pengambilan Data
Parameter yang akan diukur pada penelitian ini ialah nilai kadar oksigen di dalam
air yang ditampilkan pada LCD. Desain sitem otomasi kincir secara keseluruhan
sebagaimana ditunjukkan gambar 17.
Gambar 17. Desain Fisik Sistem Otomasi Kincir Air
Mulai
Inisialisai LCD dan
Relay
Tampilan Data pada
LCD
Selesai
Instruksi Menjalankan
Sensor
Inisialisai LCD dan
Relay
Instruksi
Menjalankan Sensor
Instruksi
Menjalankan Relay
1 2
3
4
28
cm
150 cm
32
Ketika sensor dissolved oxygen (DO) dimasukkan kedalam air maka data kadar
oksigen di dalam air akan ditampilkan pada LCD, data tersebut selanjutnya menjadi
acuan bagi relay untuk melakukan on dan off pada kincir air. Kemudian data yang
diperoleh dapat dituliskan sebagaimana Tabel 3.
Tabel 3. Data Hasil Penelitian
No Jam Real
Pengamatan
Lama Waktu
(menit)
Keterangan
Kincir
Kadar DO
(mg/L)
1.
2.
3.
4.
5.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Telah direalisasikan sistem kendali otomatis kincir air menggunakan sensor
dissolved oxygen (DO) berbasis mikrokontroler Arduino Uno. Data pengamatan
hasil sistem kendali dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Sistem otomasi kincir air berbasis nilai kadar DO berhasil direalisasikan
dengan range nilai acuan kadar DO 4,00 mg/L-5,50 mg/L.
2. Kondisi cuaca (hujan) dapat meningkatkan salinitas air tambak sehingga
menurunkan kadar DO.
3. Penambahan kapur CaO setelah hujan dapat menurunkan salinitas air
tambak dan mempercepat peningkatan kadar DO.
5.2 Saran
Saran untuk pembaruan penelitian selanjutnya yaitu monitoring sistem otomasi
dilakukan secara jarak jauh menggunakan sistem telemetri.
DAFTAR PUSTAKA
Abidin, Zaenal. 2014. Simulasi Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 1 FaseDengan Matlab. Jurnal Teknik Elektro. ISSN 2502-0986.
Adrijanto, Junaedy Okky. 2015. Sistem Kontrol Rumah Pintar MenggunakanArduino Uno Berbasis Android. Politeknik Negeri Manado: Manado.
Anggakara, Sri Anggana. 2012. Kincir Air Alternatif Dengan Timer SebagaiPenyuplai Kandungan Oksigen (Dissolved Oxygen) Pada KolamPembenihan Lele Berbasis Mikrokontroler ATmega8. Universitas NegeriYogyakarta: Yogyakarta.
Anonim, 2003. Petunjuk Teknis. Budidaya Udang Rostris (Litopenaeusstylirostris) Sistem Tertutup. Departmen Kelautan dan Perikanan. Ditjenkan.Budidaya. Balai Besar Pengembangan Budidaya Air payau: Jepara.
Baliao, Dan D & Tookwinas, Siri. 2002. Manajemen Budidaya Udang yang Baikdan Ramah Lingkungan di Daerah Mangrove. Aquaculture Departement:Shoutheast Asian Fisheries Development Center.
Budiardi, T, Batara T, & D. Wahjuningrum. 2005. Tingkat Konsumsi OksigenUdang Vaname (Litopenaeus Vannamei) Dan Model Pengelolaan OksigenPada Tambak Intensif. Jurnal Akuakultur Indonesia. Vol. 4. No. 1.
Debataraja, Aminuddin, Manurung Robeth V & Hiskia. 2013. MikrotranduserDeteksi Kadar Oksigen Terlarut Aplikasi Monitoring Kualitas Air. JurnalIlmiah Elite Elektro. Vol. 2. No. 2.
Ernst, D.H., Bolte, J.P.,Nath, S.S.,2000, AquaFarm: simulation and decisionsupport foraquaculture facility design and management planning,Aquacultural Engineering, 23, pp. 121 – 179
Hastuti, Yuni Puji, Djokosetiyanto, & Ide Permatasari. 2012. Penambahan KapurCao Pada Media Bersalinitas Untuk Pertumbuhan Benih Ikan PatinPangasius hypopthalmus. Jurnal akuakultur Indonesia. Vol. 11. No. 2.
Izzati, Munifatul. 2014. Perubahan Konsentrasi Oksigen Terlarut dan pHPerairan Tambak setelah Penambahan Rumput Laut SargassumPlagyophyllum dan Ekstraknya. Universitas Diponegoro: Semarang.
Khalifa, Hafidzuddin Quwwa. 2013. Rancang Bangun Kincir Air Otomatis untukSirkulasi Udara pada Tambak Udang. Jurnal Elektro PENS. Vol. 2 No. 2.
Komarawidjaja, Wage. 2006. Pengaruh Perbedaan Dosis Oksigen Terlarut (Do)Pada Degradasi Amonium Kolam Kajian Budidaya Udang. JurnalHidrosfer. Vol. 1. No. 1.
Muflih, Akhmad. 2013. Elektronika Industri. Universitas Hasanuddin: Makasar.
Parluangan. 2014. Identifikasi dan Pengelolaan Mutu Air Tambak Udang.
Salmin. 2005. Oksigen Terlarut (Do) Dan Kebutuhan Oksigen Biologi (Bod)Sebagai Salah Satu Indikator Untuk Menentukan Kualitas Perairan. Oseana.Vol. 30. No 3.
Saputri, Zaratul Nisa. 2014. Aplikasi Pengenalan Suara Sebagai PengendaliPeralatan Listrik Berbasis Arduino Uno. Universitas Brawijaya: Malang.
Setiawan, Randi. 2017. Pengukuran Gelembung Microbubble MenggunakanMetode Piv Dengan Aqua Air Stage 2. Universitas Lampung: Lampung.
Simanjuntak, Marojahan. 2009. Hubungan Faktor Lingkungan Kimia, FisikaTerhadap Distribusi Plankton Di Perairan Belitung Timur, Bangka Belitung.Jurnal Perikanan. Vol. 11. No 1.
Supono. 2015. Manajemen Lingkungan Untuk Akuakultur. Yogyakarta: Plantaxia.
Supriyadi, Bambang & Androva, Althesa. 2015. Perancangan Dan PembuatanAerator Kincir Angin Savonius Darrieus Sebagai Penggerak Pompa UntukAerasi Tambak. Riptek. Vol. 9. No. 1.
Tampangallo, Bunga Rante, Suwoyo, Hidayat Suryanto, & Early Septiningsih.2014. Pengaruh Penggunaan Kincir Sebagai Sumber Arus TerhadapPerformansi Udang Vaname (Litopenaeus Vannamei) Pada BudidayaSistem Super Intensif. Prosiding Forum Inovasi Teknologi Akuakultur.
Ulfa, Shintha Yunia. 2015. Desain dan Realisasi Alat Pendeteksi PerubahanTingkat Kemiringan Tanah Sebagai Penyebab Tanah LongsorMenggunakan Sensor Potensio Linier Berbasis Mikrokontroler Atmega8535. Universitas Lampung: Lampung.
Zulkarnain, Muhammad Rizqi, Suwito, & Tasripan. 2013. Sistem MonitoringKualitas Air Sungai yang Dilengkapi dengan Data Logger dan KomunikasiWireless Sebagai Media Pengawasan Pencemaran Limbah Cair. JurnalInstitut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).
Recommended