sistem otomasi kincir air untuk respirasi...

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


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


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 30. Grafik Hari Kedua Pukul 06.00-12.00 WIB ............................................... 47




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).

sistem otomasi kincir air untuk respirasi...

Documents