© 2001 Jarot Prianggono                                                                                                                        Posted:  23  Nov. 2001   [rudyct] 

Makalah Falsafah Sains (PPs 702)   

Program Pasca Sarjana / S3

Institut Pertanian Bogor

November 2001

 

Dosen: Prof Dr Ir Rudy C Tarumingkeng (Penanggung Jawab)

 

 

 

SISTEM OTOMATISASI PENYIMPANAN PRODUK TEPUNG-TEPUNGAN

 

 

Oleh:

 

Jarot Prianggono

F126010071

 

Email: sinyojr@yahoo.com

 

          

 

ABSTRACT

     Farming is the main sector of Indonesia.  Of the this sector, agro-industrial sub-sector is one of its many sub-sectors that need serious attention because it has the opportunities to contribute in solving economic problems. Proper management and quality control of the products will result in increase of value added gained and subsequently increases profit. Agro-industrial products Diverse products produced by this agro-industries such as flour for bakery and noodles in the process can be combined with other products such as maizena-flour, wheat-flour, rice-flour and so on. In this article we try to  design an automation systems that used to mix flours to in producing those products. The systems  presented here mainly consists of is how to control the machine (tank) so that the product can automatically operates with minimum human interference.

 

 

 

PENDAHULUAN

 

Latar Belakang

     Indonesia yang merupakan negara agraris merupakan salah satu negara di dunia yang mengandalkan sektor pertanian sebagai sektor utama dalam menopang perekonomiannya.  Perkembangan yang tersendat-sendat dan harga yang tidak kompetitif produk-produk pertanian di saat-saat sekarang ini, bukanlah merupakan indikator bahwa sektor ini tidak memiliki masa depan yang baik di Indonesia.

     Sektor agroindustri merupakan salah satu bagian dari sektor pertanian yang harus digarap secara lebih serius. Dalam proses pengolahan agroindustri antara lain industri berbasis tepung seperti industri bakeri, biskuit, noddle, dan produk sampingnya yaitu industri pakan ternak. Maka dibutuhkan campuran dari beberapa jenis produk pertanian seperti terigu, jagung, dan yang lainnya.

     Industri berbasis tepung merupakan salah satu agroindustri yang memiliki peluang berkembang dimasa  yang akan datang. Peluang ekspor industri berbasis tepung olahan haruslah didukung oleh mutu produk yang baik dan jumlah yang tepat. Oleh karena itu perlu digunakan peralatan yang dapat diandalkan kebersihannya serta sistem kontrol yang memadai untuk mendapat kombinasi kualitas dan kuantitas yang optimal.

     Dalam tulisan ini akan dibahas suatu peralatan otomatis berupa kontainer produk pertanian yang digunakan untuk menampung butiran. Dimana tiap jenis butiran ditampung pada kontainer yang berbeda. Dan ketika ingin membuat suatu produk berbahan baku tepung yang memerlukan kombinasi beberapa jenis produk pertanian dengan kualitas tertentu, maka pengeluaran bahan tiap kontainer dapat dikontrol untuk mendapatkan kualitas produk yang diharapkan.

 

Perumusan Masalah 

     Masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana merancang alat otomatis yang dapat digunakan untuk menyimpan beberapa jenis produk pertanian(tepung-tepungan) dengan menggunakan bantuan komputer. Pertimbangan mengontrol dengan komputer adalah adanya kemudahan  untuk merubah kondisi-kondisi yang diperlukan disesuaikan dengan kebutuhan.

     Pada prinsipnya kontrol terhadap produk pertanian di dalam kontainer dapat dirumuskan sebagai berikut :  Pi = x. C1+ y. C2 + z. C3,  dimana Pi = produk tipe i, (i = 1,2,…); x,y,z= % jumlah;  C1, C2, C3 = merupakan kontainer yang berisi bahan pertanian tertentu.

 

 

TUJUAN

Tujuan dari tulisan ini adalah :

     Dalam tulisan ini akan dibahas suatu peralatan otomatis berupa kontainer produk pertanian yang digunakan untuk menampung butiran (granuler) tepung-tepungan yang menitik beratkan pada bagaimana mengontrol kuantitas dari produk dengan tetap menjaga kualitas dari produk tersebut.  Dasar kerja dari system ini adalah dengan system timbangan elektronik dengan komponen utama berupa sensor strain gage. Secara prinsip ada 2 hal utama yang dihasilkan dari tulisan ini

1. Merancang suatu alat otomatis untuk produk-produk pertanian yang berbentuk butiran(tepung-tepungan).

2.      Merancang alat otomatis yang prinsip-prinsipnya dapat diterapkan pada produk-produk pertanian lain dengan melakukan sedikit modifikasi .

 

 

TINJAUAN PUSTAKA

Sistem Kerja

Sistem kerja dari alat ini dapat dilihat pada gambar 1  di bawah ini :

 

Text Box: Bucket Elevator 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Gambar 1 : Sistem Kerja Kontainer Otomatis Produk Tepung

 

     Penjelasan cara kerja dari sistem ini adalah dengan sistem timbangan elektronik yang komponen utamanya berupa sensor strain gauge. Timbangan elektronik ini digunakan untuk mengontrol berat tangki tersebut. Juga disertakan katup pembuka dan penutup tangki yang dapat diatur sesuai kebutuhan. 

     Selanjutnya dengan menggunakan komputer maka dapat dikontrol beberapa hal sebagai berikut : gerak/berhenti konveyor pembawa bahan ke tangki, tutup untuk menghentikan masukan bahan  ke tangki jika kondisi tertentu terpenuhi, katup buka/tutup untuk mengeluarkan bahan dari tangki dalam jumlah yang diinginkan, gerak/berhenti conveyor pembawa bahan ke mesin produksi.

           Dengan cara ini maka akan didapat kualitas dari produk sesuai dengan yang diharapkan dan dengan basis komputer setiap saat spesifikasi dapat di adjust dengan biaya yang tidak mahal. Hal ini dikarenakan basis perangkat lunak yang dapat dirubah-rubah sewaktu-waktu. Sebagai contoh untuk membuat biskuit rasa jagung (P) dengan kualitas tertentu dibutuhkan campuran sebagai berikut 0.2 jagung(C1), 0.5 terigu(C2), dan 0.3 beras(C3). Maka dengan sistem ini operator tinggal memasukkan data ke dalam sistem komputer berbasis sistem pakar tadi spesifikasi yang diharapkan kemudian melalui interface Analog Digital Digital Analog Converter (ADDAC) komputer memberikan instruksi pada sistem kontrol pada alat-alat di atas tersebut.

 

 

RANCANGAN SISTEM

 

Sensor Pengukur  Berat.

     Berat dari tangki kontainer dan isinya disanggah oleh baja segi empat dengan ukuran tertentu sehingga perubahan berat dari kontainer pada saat kosong maupun berisi penuh akan dapat dideteksi dari perubahan besarnya nilai defleksi dari  baja segi empat tersebut.

     Hal yang perlu diperhatikan bahwa ukuran luas penampang baja segi empat sebagai sensor ini harus dihitung sehingga batas pemberian beban tidak melebihi modulus elastisitas  dari baja tersebut.

Stress = Tegangan    s =   ……………………………………………………   …(1)           

Strain = Regangan     e =  ………………………………………………………. (2)

Modulus Young       E =   ……….…………………………………………   …. (3)

 

Dimana : e  = Regangan;  s= Tegangan;  E = Modulus Young;  F = Gaya ;  A = Luas bidang penampang A; L = panjang bahan 

     Untuk pemilihan dan perhitungan kontruksi baja sebagai sensor  yang akan ditempeli dengan strain gauge ini  Regangan θe sebaiknya  nilai s <  E  , sehingga batas elastis bahan tersebut masih dipenuhi, seperti pada ilustrasi gambar hubungan antara tegangan dengan  dan regangan sebagai berikut:

 

 

s

 

 

 

 

 

                                      e

     

Gambar 2 :  grafik hubungan Tegangan dan regangan

     

     Sebagai contoh untuk menghitung ukuran baja segi empat yang digunakan sebagai transducer  dimisalkan kondisi di bawah ini sebagai berikut :

 

- Diketahui nilai E(modulus elastisitas) baja tipe ST 60  sebesar 2.000.000 kg/cm2.

- Berat kontainer kosong diperkirakan 700 kg.

- Berat bahan tepung diperkirakan 5000 kg.

- Beban (F) yang akan disanggah oleh sensor  berkisar 700 kg.  s/d  5700 kg.

s <  E                    θ        F / A < E          θ        A  >  F / E = 5700/ 2.000.000

*   A > 0.00285 cm2

     Dari nilai luas penampang merupakan luas minimum, untuk memudahkan  dalam pengerjaan dan pemasangan strain gauge maka luas penampang  baja sebagai sensor dibulatkan 1 cm2.  Pemasangan strain gauge pada baja segi empat sebagai penyangga beban kontainer diilustrasikan pada gambar 3.b. di bawah ini :

Sedangkan sensor yang digunakan pada baja segi empat sebagai penyangga beban kontainer ide dasarnya diperoleh dari metoda jembatan wheatstone yang diilustrasikan pada gambar 3.a. di bawah ini :

 

Gambar 3: a) Jembatan wheatstone                 b) penempatan strain gauge

    

Dalam penggunaanya, strain gauge yang ditempelkan pada baja akan mengikuti perubahan dimensi dari baja tersebut. Perubahan tahanan strain gage yang diakibatkan adanya perubahan dimensi baja dirumuskan sebagai berikut :

 

 

 

 

…………………………………. (4)

           dimana :

G = Gauge Factor

R = Tahanan

e   = Regangan

 

     Dari susunan ke empat buah strain gage, R1 dan R4 akan mengalami reaksi yang sama. sedangkan R2 dan R3 juga mengalami reaksi yang sama. Apabila R1& R4 mengalami perpanjangan maka sebaliknya R2 & R3 mengalami perpendekan.

 

Rangkaian Penguat (Amplifier)

     Penguatan merupakan salah bagian dari pengkondisian signal (signal conditioning), penguatan ini dalam bentuk penguatan signal D.C. Komponen atau perangkat yang dipakai umumnya yaitu IC tipe 741 dengan 8 kaki.

 

Gambar 4 : IC 741

     Amplifier yang digunakan untuk menguatkan tegangan output yang dikeluarkan oleh transducer pengukur berat  jenis differential amplifier. Prinsip kerjanya yaitu menguatkan selisih input 2 tegangan. Tegangan keluaran dari amplifier ini diharapkan nilainya cukup besar sehingga mampu dibaca dalam orde Volt (DC Volt). Faktor penguatan oleh Op Amp jenis ini ditentukan besarnya nilai tahanan R1 dan R2.

 


Gambar 5 : Rangkaian Jembatan Wheatstone di hubungkan dengan Amplifier

     Angka penguatan dikenal pula dengan istilah ripple factor , untuk lebih memudahkan dalam pembacaan angka yang dihasilkan oleh tranducer yang masih berorde mV maka akan dikuatkan 1000 kali yang nantinya berorde Volt. Rangkaian lengkap seperti pada gambar 5 diatas.

     Isi kontainer dapat diketahui dari membaca  tegangan pada voltmeter,  besarnya tegangan setelah melewati amplifier mempunyai nilai kesetaraan sebagai berikut :

V out  =  X  Volt    sebanding dengan isi kontainer Y kg (Akan dihitung pada tahapan penelitian nanti ). Namun demikian sebagai ilustrasi dapat dilihat pada gambar 6 di bawah yang menggambarkan hubungan antara tegangan dengan nilai berat kontainer sebelumnya.

 

Gambar 6 : Grafik hubungan tegangan dengan isi kontainer

 

Untuk memudahkan pembacaan isi kontainer secara langsung maka voltmeter DC dapat dimodifikasi pada bagian layar pembacaan  dengan ditambahkan skala berat isi kontainer seperti pada gambar 7 di bawah ini.

 

Gambar 7 : Voltmeter DC yang dimodifikasi

 

     Namun pada penelitian ini direncanakan segala interfacing ditampilkan secara terintegrasi dalam layar komputer sehingga jika terjadi perubahan keputusan dapat langsung di sesuaikan secara langsung. Selain dari sisi human computer interaction lebih baik maka dari sisi pekerjaan akan lebih cepat dan presisi.

 

Sistem Kontrol Pada Tangki

     Pengontrolan pada sistem penyimpanan bahan pertanian berupa butiran tepung-tepungan  di dalam wadah kontainer ini, diterapkan pada satu sistem penyimpanan bahan yang terdapat proses pemasukan dan pengeluaran. Proses pengeluaran melalui katup kontainer di bagian bawah dengan debit z kg/menit dimana pengeluaran tersebut jumlahnya setriap saat tidak sama tergantung dari kebutuhan. Proses pemasukan bahan ke dalam kontainer menggunakan bucket elevator dengan debit Q kg/jam.  Desain dari sistem secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 8 di bawah ini :

 

Gambar   8 : Rancangan Sistem Secara Keseluruhan

 

     Pengontrolan yang dilakukan adalah jenis pengontrolan  lingkar tertutup yaitu apabila kontainer sudah mencapai ambang berat bahan minimum yang ditentukan ( sesuai kebutuhan alokasi) maka katup keluaran tangki akan menutup secara otomatis.  Dan pada berat minimum tertentu  maka proses pengisian dengan penyalaan bucket elevator yang digerakkan oleh motor listrik akan mulai mengisi, sedangkan proses pengisian akan mati apabila berat bahan di kontainer sudah mencapai ambang maksimum. Gambar blok diagram kontrol elektronik tertutup dapat dilihat seperti gambar 9 di bawah ini :

 

 

 

 

 

 

 

 


Gambar 9 : Blok Diagram Sistem Tertutup

 

Modus operandi dari pengontrolan ini yaitu modus pengontrolan dua langkah dengan osilasi pada nilai acuan seprti pada gambar 10 berikut :

 

 

Gambar 10 : Modus Acuan berat Kontainer dihubungkan dengan kontrol pada bucket elevator

 

 

 

KESIMPULAN

    

Dari tulisan ini ada beberapa hal penting yang dapat disimpulkan yaitu antara lain :

1.   Sistem kontrol yang digunakan pada industri pengolahan tepung-tepungan merupakan hal penting yang harus segera di terapkan pada lini produksi. Hal ini dikarenakan akan mengurangi “sentuhan” manusia yang dapat menimbulkan penurunan kualitas dan kuantitas dari tepung tersebut.  

2.   Tepung yang dalam hal ini merupakan bahan baku produk tertentu (roti, biskuit, dll.) tidak dapat harus dapat terukur dengan presisi tinggi. Oleh karena itu diperlukan sistem otomatis penyimpanan produk pertanian ini sekaligus sistem distribusi yang optimal.

3.   Pengembangan teknologi permesinan dengan dibantu komputer merupakan hal yang penting dimasa yang akan datang. Kecerdasan buatan yang merupakan bagian dari ilmu teknologi informasi dapat diterapkan sebagai alat bantu yang handal. Dengan teknologi ini maka akan didapat model sistem kerja yang lebih efisien dan tepat sasaran.

 

 

DAFTAR  PUSTAKA

 

 

Hai Sakurai 1996, An Application Of Strain Gauges To The Agricultural, Farm Machinery Section Tsukuba International Training Center Division JICA, Japan.

Hall, Halowenko, Laughlin, 1982, Theory And Problems Of Machine Design, Schaum’s Outline Series, Mc Graw-Hill Book Company, USA.

Joko Pitoyo, 2001, Makalah Instrumentasi, Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor, Bogor.

Mano.,  M. Moris and Kime., C.R. ,1997,” Logic And Computer Design Fundamentals”, Prentice-Hall Inc., New Jersey.

Rich., E. And Knight., K., 1990 , “Artificial Intelligence”, Carnegie Mellon University, USA.

Subrata., Dewa Made & Sarwono., S, 1992, “Pedoman Praktikum Instrumentsi Dan Kontrol Otomatik”, Fakultas Teknologi Pertanian , Institut Pertanian Bogor, Bogor.

W. Bolton, 1996, Mechatronics Electronic Control, Mechanical Engineering, Wesley Longman Limited, USA.