LAPORAN TUGAS AKHIR (PENGENDALIAN PH DAN EC PADA LARUTAN NUTRISI HIDROPONIK TOMAT CERI)

Versi Lengkapnya Kalian tinggal Komen aja ya guys .. nanti dikirim by email

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              Latar Belakang Masalah

Hidroponik merupakan tren dalam budidaya tanaman, karena  memberikan kesan baru untuk kegiatan budidaya tanaman khususnya aneka jenis sayur yang sebelumnya terkesan ribet dan kotor. Metode  hidroponik menggunakan larutan nutrisi mineral dalam air tanpa menggunakan tanah untuk proses menumbuhkan tanaman. Teknik hidroponik dibagi menjadi enam jenis, yaitu Wick, Deep Water Culture (DWC), EBB dan Flow (Flood & Drain), Drip (recovery atau nonrecovery), Nutrient Film Technique (NFT) dan Aeroponik. Ada ratusan variasi pada sistem hidroponik, tetapi semua metode hidroponik adalah variasi dan kombinasi dari enam jenis dasar (Domingues dkk, 2012).

Budidaya tanaman hidroponik tomat ceri (Lycopersicon esculentum var. cerasiforme) merupakan peluang usaha yang saat ini masih terbuka cukup lebar karena tergolong baru. Tomat ceri menjadi pilihan karena rasanya yang manis, crispy, berwarna merah dan ukurannya mini. Tanaman tomat ceri bisa dipanen 2-3 bulan dan pemeliharaannya ringan dan mudah. Hasil keuntungan bisa mencapai 50-150% dari biaya produksi yang dikeluarkan dalam setiap musim (Gunawan, 2009).

Hidroponik dengan metode wick atau sistem sumbu adalah salah satu cara yang paling sederhana karena hanya memanfaatkan prinsip kapilaritas air. Metode penanaman ini dengan memanfaatkan tangki berukuran besar dengan volume larutan zat hara yang banyak, sehingga dapat menekan fluktuasi konsentrasi larut pada zat hara. Pada larutan hara sistem ini tidak melakukan sirkulasi, akibatnya dapat mengurangi pada ketergantungan terhadap tersedianya energi listrik. Pada metode wick kesederhanaan inilah yang menjadikan teknologi ini mudah digunakan oleh petani.

Unsur utama tanaman hidroponik dengan bantuan air, maka selain faktor suhu dan kelembaban, ketergantungan terhadap larutan nutrisi menjadi salah satu faktor penentu yang paling penting dalam menentukan hasil dan kualitas tanaman (Toshiki, 2012). Sedangkan pada tanaman tomat membutuhkan unsur hara makro dan mikro untuk memenuhi kebutuhan kesuburan tanaman. Dimana unsur tersebut sudah tersedia pada pupuk AB Mix yang berupa cairan pekat antara pupuk A dan pupuk B. Untuk menjadikannya larutan nutrisi dengan cara mencampurkan pupuk AB Mix dan air dengan takaran 3 ml pupuk A dan 3 ml pupuk B untuk 1 liter air. (Umar, Akhmadi, & Sanyoto, 2016)

Ada dua variabel utama yang harus dipertimbangkan ketika membuat larutan nutrisi, yaitu konduktivitas listrik / Electrical Conductivity (EC) dan potensi ion hidrogen (pH). Perubahan tingkat pH akan berpengaruh terhadap aktivitas fotosintesis tanaman, karena CO2 mudah larut dalam air dan menurunkan pH. Karena nilai pH dapat memberikan pengaruh terhadap aktivitas fotosintesis tanaman, tingkat pH dalam larutan air harus dikontrol untuk menghindari tanaman akan rusak. (Saaid dkk, 2015)

Konduktivitas listrik (EC) larutan hara di hidroponik dapat mewakili jumlah total garam dalam larutan nutrisi yang juga merupakan indikator jumlah ion untuk tanaman. Nilai EC yang tinggi menghambat serapan hara dengan meningkatkan tekanan osmotik, sedangkan nilai EC yang rendah dapat mempengaruhi kesehatan tanaman (Ibrahim dkk, 2015). Pada tanaman tomat membutuhkan pH larutan yang direkomendasikan adalah antara 5,5 sampai 6,5. Sedangkan larutan nutrisi untuk proses penanaman hidroponik tomat ceri membutuhkan nilai EC yang berbeda - beda pada setiap fase. Ada fase pertumbuhan sebesar 1500 µS/cm, fase pembungaan 3000 µS/cm, dan fase pembuhanan 7000 µS/cm. (Gozali, 2016)

Pada penelitian sebelumnya sudah dikembangkan teknologi hidroponik system wick untuk tanaman tomat ceri. Namun, kondisi yang diatur adalah nilai suhu dan kelembaban ruang (Ichsan, 2017). Di lain pihak, pengukuran pH dan EC larutan nutrisi untuk tanaman hidroponik masih dilakukan secara manual dengan takaran yang dibuat oleh penggunanya. Pada Tugas Akhir ini akan dibuat sebuah sistem otomatis pencampuran nutrisi untuk hidroponik metode wick dengan menggunakan sensor pH dan Sensor EC. Hasil sensor EC akan diolah untuk proses pencampuran Air, pupuk A dan pupuk B untuk dijadikan larutan nutrisi. Sedangkan hasil dari sensor pH difungsikan untuk proses pembuangan larutan nutrisi pada hidroponik. Sensor pH dan EC sangat dibutuhkan untuk menjaga larutan nutrisi hidroponik agar sesuai kebutuhan tanaman.

1.2              Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah diuraikan tersebut, maka didapatkan beberapa rumusan masalah sebagai berikut:

1.    Bagaimana merancang mekanik untuk tandon pupuk dan tandon air pada hidroponik sistem wick?

2.    Bagaimana kalibrasi nilai sensor pH dan EC yang sesuai dengan nilai buffer?

3.    Bagaimana dapat mengontrol nilai pH untuk pengantian larutan nutrisi tomat ceri pada hidroponik sistem wick ?

4.    Bagaimana dapat mengontrol nilai EC pada larutan nutrisi yang sesuai dengan tahapan pertumbuhan tomat ceri pada hidroponik sistem wick ?

5.    Bagaimana menciptakan data yang real time untuk pengontrolan pada tandon larutan nutrisi hidroponik tomat ceri?

1.3              Batasan Masalah

Pada Dalam perancangan dan pembuatan terdapat beberapa Batasan masalah, antara lain :

1.    Jenis tanaman yang diujicobakan adalah tomat ceri.

2.    Tidak membahas pengaruh sensor terhadap rendaman air dalam waktu yang lama.

3.    Sistem kontrol tidak memberikan informasi balik mengenai kondisi tanaman baik / buruk.

4.    Variabel yang dikontrol yaitu pH dan EC.

5.    Tidak membahas masalah suhu dan kelembaban untuk tanaman.

6.    Tidak membahas jika kondisi tandon air dan tandon pupuk kosong.

1.4              Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan otomasi sistem ini adalah sebagai berikut:

1.    Merancang mekanik tandon nutrisi hidroponik pada sistem wick.

2.    Dapat menghasilkan sistem pencampuran larutan nutrisi hidroponik secara otomatis.

3.    Sensor dapat mengontrol nilai pH dan EC sesuai dengan tanaman tomat ceri.

1.5              Sistematika Penulisan

BAB I             PENDAHULUAN

                        Pada bab ini dijelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dari penelitian ini, dan sistematika penulisan Tugas Akhir.

BAB II            LANDASAN TEORI

Pada bab ini membahas teori penunjang secara singkat sebagai acuan pada penelitian Tugas Akhir.

BAB III          METODE PENELITIAN

Pada bab ini dibahas tentang tahapan dalam pembuatan rancang sistem otomasi dengan menggabungkan hardware dan software dengan terdapat rule-rule yang telah diterapkan dan  akan aktif atau mati sesuai dengan kondisi yang telah ditentukan.

BAB IV          HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang pengujian sistem otomasi yang meliputi pengujian sensor pH dan EC. Dengan hasil pengujian dalam tiga fase tanaman tomat ceri dan sesuai keadaan waktu dan nilai setpoit yang telah ditentukan.

BAB V            PENUTUP

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran sebagai pengembangan penelitian di waktu yang akan datang.

BAB II

LANDASAN TEORI

Teori – teori yang digunakan dalam perancangan perangkat keras dan perangkat lunak adalah studi dari keputusan berupa data - data literatur dari masing - masing komponen, informasi dari internet serta konsep - konsep teori buku penunjang, antara lain :

2.1              Hidroponik

Hidroponik atau istilah asingnya hydroponics, adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman. Hidroponik berasal dari bahasa Latin yang terdiri dari kata hydro yang berarti air dan kata ponos yang berarti kerja. Jadi definisi hidroponik adalah pengerjaan atau pengelolaan air yang digunakan sebagai media tumbuh tanaman dan tempat akar tanaman mengambil unsur hara yang diperlukan. Umumnya media tanam yang digunakan bersifat poros, seperti pasir, arang sekam, batu apung, kerikil, rockwool. (Lingga, 2015)

1 

2 

1.10 

Teknik Hidroponik Sistem Sumbu (Wick System)

Wick System adalah sistem hidroponik paling sederhana. Pada prinsipnya, sistem sumbu ini hanya membutuhkan sumbu yang dapat menghubungkan antara larutan nutrisi pada bak penampung dengan media tanam. Sistem ini adalah sistem yang pasif yang berarti tidak ada bagian yang bergerak. Larutan nutrisi ditarik ke media tanam dari bak/tangki penampung melalui sumbu yang terbuat dari kain flanel. Air dan nutrisi akan dapat mencapai akar tanaman dengan memanfaatkan daya kapilaritas pada sumbu.

2.2              Tomat Ceri (Lycopersicon Esculentum Var. Cerasiforme)

Tomat merupakan tanaman yang berkerabat dengan kentang, terong, dan cabai dalam family Solanaceae. Tomat terdiri dari lebih 400 varietas yang salah satunya adalah tomat ceri (Lycopersicon esculentum var. cerasiforme). Tomat ceri diperkirakan mulai terkenal pada tahun 1800-an dan berasal dari Peru dan Chilli bagian utara. Tomat ceri tumbuh paling baik pada temperatur 17  - 28 . Kelembaban relatif yang diperlukan untuk pertumbuhan yaitu 80% (Wiryanta, 2002).  Bentuk buah tomat ceri ada yang bulat sempurna dan ada pula yang lonjong. Berat buah umumnya berkisar 10 - 20 gram. Tomat ceri disukai banyak konsumen karena dengan rasanya yang manis serta kandungan tomat ceri yang kaya vitamin C, vitamin A dan antioksidan serta rendah kalori, tomat ceri bisa dijadikan cemilan atau diolah sebagai campuran salad.

2.3              Nutrisi AB Mix

Nutrisi AB Mix Merupakan larutan nutrisi yang sangat berpengaruh untuk tanaman hidroponik yang dapat digunakan sebagai suplai hara, baik makro maupun mikro untuk mendukung pertumbuhan tanaman yang optimum. Nutrisi hidroponik tersebut terdiri dari dari dua larutan, yaitu A Mix  yang mengandung unsur hara makro dan B Mix yang mengandung unsur hara mikro. (Umar, Akhmadi, & Sanyoto, 2016)

Gambar 2.1 Pupuk AB Mix Serbuk

Gambar 2.2 Pupuk AB Mix Cair

Tabel 2.1 Kandungan Unsur Hara Pupuk AB Mix

No	Unsur	Fungsi
Nutrisi A
1	Nitrogen (N)	Membentuk DNA dan RNA
2	Fosfat (P)	Merangsang pertumbuhan akar tanaman
3	Kalium (K)	Sintesa protein
4	Kalsium (Ca)	Membentuk dinding sel (tahan penyakit)
5	Sulfur (S)	Penyusun asam amino
6	Magnesium (Mg)	Inti klorofil
Tabel 2.2 Kandungan Unsur Hara Pupuk AB Mix
No	Unsur	Fungsi
Nutrisi B
7	Molibdenum (Mo)	Pembelahan dan pembentukan sel
8	Seng (Zn)	Katalisator dalam pembentukan dan pembelahan sel
9	Boron (Bo)	Membentuk selulosa
10	Mangan (Mn)	Membentuk energi
11	Tembaga (Cu)	Stabilisator klorofil
12	Khlor (Cl)	Membentuk fisik tanaman
13	Besi (Fe)	Proses pembentukan klorofil

3 

 

 

 

Membuat Pekatan Nutrisi AB Mix

Nutrisi hidroponik atau AB Mix ada yang berbentuk cair dalam kemasan botol 500 ml dan ada yang berbentuk padat (serbuk). Pada dasarnya nutrisi yang berbentuk cair itu berasal dari serbuk yang sudah di larutkan sehingga pembeli tidak perlu susah membuat larutan AB Mix, karena larutan ini terdiri dari nutrisi A dan nutrisi B yang dikemas terpisah. Sebenarnya pembuatan nutrisi AB Mix serbuk ke cair cukup mudah. (Umar, Akhmadi, & Sanyoto, 2016)

1.        Menyiapkan nutrisi hidroponik AB Mix serbuk dalam kemasan 250gram.

2.        Menyiapkan juga 2 botol 500 ml dan dikasih label A dan B supaya kedua pupuk tidak tertukar.

3.        Mengisikan air ke dalam botol A dan B sebanyak 400 ml, lalu menuangkan serbuk A Mix ke botol A dan B Mix ke botol B.

4.        Menutup kedua botol yang sudah diberi air dan serbuk hingga rapat, kemudian mengkocok kedua botol tersebut dan pastikan nutrisi telah benar – benar larut dengan air.

5.        Tambahkan air bersih dengan ketinggian hingga  leher botol, lalu mengkocok perlahan agar larutan tercampur sempurna.

2.4              Pembuatan Nutrisi AB Mix Untuk Hidroponik

Nutrisi AB Mix yang siap digunakan pada sistem hidroponik yaitu sudah berbentuk cair dalam kemasan terpisah antara A dan B. (Umar, Akhmadi, & Sanyoto, 2016) dan untuk penerapannya cukup menyesuaikan dengan kebutuhan nutrisi setiap tanaman hidroponik karena nilainya berbeda – beda, pada tomat ceri sebesar 1400 – 3500 ppm. Proses membuat larutan nutrisi untuk hidroponik adalah sebagia berikut :

1.        Menyiapkan wadah penampung nutrisi sesuai jenis sistem hidroponik yang dibuat.

2.        Membuat larutan awal dengan perbandingan 1:3:3, yaitu campurkan 1 liter air yang sudah dituangkan ke dalam wadah penampung nutrisi pada sistem dengan 3 ml larutan nutrisi A dan 3 ml larutan nutrisi B. Dengan komposisi tersebut, maka didapatkan larutan dengan kepekatan 500 ppm.

3.        Menaikkan ppm larutan nutrisi dengan cara menambahkan 1 ml larutan nutrisi A dan 1 ml marutan nutrisi B. Penambahan larutan nutrisi ini akan menaikkan kepekatan sebesar 130 ppm.

2.5              Pengaruh pH Terhadap Tanaman Hidroponik

Potensi ion Hidrogen (pH) sangat berpengaruh terhadap larutan nutrisi tanaman yang ditanam memakai system hidroponik. Jika nilai pH terlau tinggi hal ini menimbulkan pengendapan unsur - unsur hara mikro tersebut. Salah satu unsur hara mikro yang tidak dapat diserap secara optimal oleh tanaman adalah Khlorin (Cl). Unsur hara ini beperan sebagai aktivator enzim selama produksi oksigen dari air, hal tersebut menyebabkan pertumbuhan akar tanaman menjadi kurang optimal.(Izzati, 2006)

Apabila nilai pH terlalu rendah, daya larut unsur tersebut akan menurun sehingga daya serap tanaman terhadap unsur tertentu kemungkinan akan berkurang. pH berpengaruh terhadap ketersediaan unsur hara dalam tanah, timbulnya gejala defiensi hara terhadap tanaman yang diakibatkan konsentrasi larutan nutrisi. Sedangkan untuk nilai pH 7 dianggap netral hal ini dikarenakan muatan listrik kation H+ seimbang dengan muatan listrik anion OH- . Kation adalah ion-ion yang bermuatan positif sedangkan anion adalah ion-ion yang bermuatan negatif (Aida, 2015). pH larutan yang direkomendasikan untuk tanaman tomat pada kultur hidroponik adalah antara 5,5 sampai 6,5. Kandungan larutan nutrisi sangat mempengaruhi perubahan nilai pH pada sistem hidroponik. (Kusuma, Mulyono, & Sukriyanti, 2015)

Tabel 2.3 Tabel Nilai Nutrisi Hidroponik (HIDROPONIK, 2016)

2.6              Pengaruh EC Terhadap Tanaman Hidroponik

Electro Conductivity (EC) atau aliran listrik didalam air mengetahui cocok tidaknya larutan nutrisi untuk tanaman, karena kualitas larutan nutrisi sangat menentukan keberhasilan produksi, sedangkan kualitas larutan nutrisi atau pupuk tergantung pada konsentrasinya. Nilai EC yang tinggi mengakibatkan tanaman tidak dapat menyerap unsur hara karena konsentrasi garam yang tinggi dapat merusak akar tanaman dan mengganggu serapan air nutrisi, selain itu pengaruh nilai EC mempengaruhi serapan unsur hara.(Wijayani dan Widodo, 2005)

Nilai EC berpengaruh pada kecepatan penyerapan unsur hara oleh tanaman, semakin besar nilai EC maka semakin cepat penyerapan unsur hara oleh tanaman dan sebaliknya jika nilai EC semakin kecil maka penyerapan unsur hara akan lambat (Sutiyoso, 2003). Untuk larutan nutrisi yang diberikan pada tanaman tomat mempunyai nilai EC berkisar antara 2 – 2.5 m mhos/cm. Bila EC kurang dari 2 m mhos/cm harus dinaikkan dengan cara menambah nutrisi. Bila EC lebih dari 2.5 m mhos/cm sebaiknya diturunkan secara bertahap dengan cara penyiraman dengan air saja. (Kusuma, Mulyono, & Sukriyanti, 2015). Sedangkan untuk proses penanaman hidroponik tomat ceri membutuhkan nilai EC yang berbeda - beda pada setiap fase. Ada fase pertumbuhan, fase pembungaan, dan fase pembuhanan.

Gambar 2.3 Jumlah Kebutuan Nutrisi Setiap Fase

2.7              Sensor pH

 

 

 

 

 

 

 

 

PH adalah nilai derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Konsep pH pertama kali diperkenalkan oleh kimiawan Denmark Soren Peder Lauritz Sorensen pada tahun 1909. Alat ukur keasaman pada air tersebut digunakan untuk mengukur kandungan pH atau kadar keasaman pada air mulai dari pH 0 sampai pH 14. Dimana pH normal memiliki nilai 6.5 hingga 7.5 sementara bila nilai pH < 6.5 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat asam sedangkan nilai pH > 7.5 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat basa. pH 0 menunjukkan derajat keasaman yang tinggi, dan pH 14 menunjukkan derajat kebasaan tertinggi. (Azmi, Saniman, & Ishak, 2016)

Gambar 2.4 Sensor pH

2.8              Sensor EC

Untuk mengukur EC pada larutan nutrisi bisa menggunakan EC meter, angka EC menunjukkan jumlah garam terlarut dalam larutan nutrisi. Biasanya ditunjukkan pada skala mikrosiemen (µs / cm) atau millisiemens (ms / cm). Range EC pada setiap tanaman untuk setiap fase dan juga setiap jenis tanaman tentu saja akan berbeda - beda,  bisa cek di tabel pH, EC dan PPM pada Tabel 2.3 untuk mengetahui range EC pada setiap tanaman. Sebagai Contoh EC untuk Lettuce range 0.8-1.2 ms/cm. EC tidak bisa mewakili masing - masing hara terlarut, jadi untuk hasil yang optimal pastikan nutrisi hidroponik yang digunakan memiliki keseimbangan komposisi antar unsur hara yang baik.  (UNCATEGORIZED, 2014)

Gambar 2.5 Sensor EC

2.9              Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan jika  saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika  sudah bisa melakukan hal itu  bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika  sudah mahir membaca dan menulis data maka  dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatis menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan . Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen - komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi / diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini (Syahwil, 2013).

Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan  rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

1.        Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.

2.        Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.

3.        Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.

Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.

Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama. osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin - pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler.