Perbandingan Metode Kalman Filter dan Ensemble Kalman Filter untuk Mengestimasi Perubahan Temperatur pada Proses Pengeringan Buah Kopi

Abstract

Kopi merupakan salah satu tanaman hasil perkebunan yang dikenal oleh masyarakat Indonesia. Pengeringan pada buah kopi dapat dilakukan dengan dua cara yakni metode tradisonal dengan memanfaatkan sinar matahari dan metode modern dengan memanfaatkan mesin. Temperatur yang dibutuhkan dalam proses pengeringan buah kopi dengan cara tradisional dan modern dapat dikaji secara sistematis dengan model perpindahan panas. Penelitian ini, mengilustrasikan kopi sebagai bentuk bola yang tersusun dalam dua lapisan yakni lapisan biji kopi yang dilapisi dengan daging buah, sedangkan untuk lapisan kulit ari atau kulit tanduk yang melapisi biji kopi diabaikan karena ukurannya sangat tipis. Model pemanasan kopi nonlinier dinamik yang bersifat deterministik, yakni dapat diukur dengan derajat kepastian tinggi. Namun terdapat beberapa faktor stokastik yang memengaruhi model pengeringan buah kopi. Faktor stokastik tersebut dapat berupa temperatur sumber yang tidak stabil serta adanya panas yang menguap keluar karena pengaruh temperatur lingkungan yang berubah-ubah. Adanya faktor stokastik yang cukup besar pada proses pengeringan buah kopi mengindikasikan penggunaan metode lain yang mempertimbangkan faktor tersebut. Untuk mengestimasi model nonlinier dinamik yang bersifat stokastik digunakan metode Ensemble Kalman Filter (EnKF) dan Kalman Filter (KF) dengan menerapkan metode diskritisasi tetha untuk pendiskritan model. Penelitian dilakukan bertujuan untuk mendapatkan rata-rata estimasi optimal pada pemanasan biji kopi hingga suhu homogen dan mengetahui perbandingan pengestimasian antara metode Kalman Filter dan Ensemble Kalman Filter sehingga didapatkan metode estimasi yang baik antar keduanya. Untuk memperoleh hasil estimasi dilakukan beberapa langkah yakni diskritisasi dengan metode tetha, kemudian menambahkan noise pada model, noise merepresentasikan error atau kesalahan pada sistem dan pengukuran seperti pengaruh suhu dari lingkungan, sumber panas yang tidak stabil dan model persamaan yang mengilustrasikan kopi berbentuk bulat. Setelah itu mengimplementasikan metode KF dan EnKF. Hasil analisis simulasi adalah membandingkan nilai rata-rata norm kovariansi error dari metode KF dan EnKF. Dilakukan juga perbandingan masukan terhadap beberapa Ensemble yakni 50, 100, 200, 300, 400, dan 500. Ensemble berpengaruh pada nilai norm kovariansi error. Hasil simulasi pada pembangkitan beberapa Ensemble membuktikan bahwa semakin banyak Ensemble yang dibangkitkan, nilai norm kovariansi error semakin kecil. Untuk perbandingan metode KF dan EnKF, dibandingkan rata-rata norm kovariansi error metode KF dan rata-rata norm kovariansi error metode EnKF dengan 500 Ensemble yang menunjukkan bahwa rata-rata norm kovariansi error EnKF lebih kecil. Disimpulkan bahwa metode EnKF lebih akurat daripada metode KF sehingga waktu rata-rata yang optimal menggunakan metode EnKF.