OTOMATISASI MONITORING ph PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO MEGA 2560 SKRIPSI

Transkripsi

1 OTOMATISASI MONITORING ph PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO MEGA 2560 SKRIPSI Oleh MUKSALMINA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2016

2 OTOMATISASI MONITORING ph PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO MEGA 2560 SKRIPSI Oleh MUKSALMINA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2016

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: OTOMATISASI MONITORING ph PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO MEGA 2560 Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila di kemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Juli 2016 Muksalmina NIM: i

4 LEMBAR BUKTI SEMINAR HASIL PENELITIAN Hasil Penelitian yang Berjudul: OTOMATISASI MONITORING ph PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO MEGA 2560 Benar telah diseminarkan pada Seminar Hasil Penelitian tanggal 22 Juni 2016 dan telah diperbaiki sesuai dengan koreksi dan usulan yang diberikan. Diketahui/Disetujui Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Eng. Rondang Tambun, S.T., M.T. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si. NIP NIP Koordinator Penelitian Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, M.T. Ir. Bambang Trisakti, M.T. NIP NIP ii

5 PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI Skripsi dengan judul: OTOMATISASI MONITORING ph PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER ARDUINO MEGA 2560 Dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Mengetahui, Medan, Juli 2016 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, M.T. Ir. Bambang Trisakti, M.T. NIP NIP iii

6 PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Otomatisasi Monitoring ph pada Produksi Biogas dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) dengan Mikrokontroler Arduino Mega 2560, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Penulis sangat berterima kasih sekali kepada beberapa orang yang banyak memberikan kontribusi terhadap penyelesaian laporan penelitian ini antara lain: 1. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si., selaku Dosen Penguji II dan Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 2. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T., selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah memberi bimbingan dan arahan dalam penyelesaian laporan penelitian ini. 4. Bapak Rondang Tambun, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji I. 5. Bapak Dr. T. Husaini, S.T., M.Sc., yang telah banyak membantu dan memberi saran dalam penyelesaian laporan penelitian ini, beliau merupakan orang yang berandil sangat besar dalam penelitian ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Juli 2016 Penulis iv

7 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Bang Dwi Budi Prasetyo, S.T., dari UKM Robotik Sikonek Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian ini. 2. Ayahanda Burhanuddin dan ibunda Jalinar yang selalu memberikan dukungan dan doa, abanganda Amsal Fuad, S.Kom., dan adinda Ayu Octa Mellani. 3. Christianto Sitio, Ekuino Simanungkalit, Imam Bestari Harahap, dan Tri Putra Roito Pasaribu. 4. Rekan-rekan di Laboratorium Ekologi. 5. Rekan-rekan di LPPM USU. 6. Teman-teman Teknik Kimia angkatan v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Muksalmina NIM : Tempat, tgl. lahir : Lhokseumawe, 18 April 1993 Nama Orang Tua : Burhanuddin dan Jalinar Alamat Orang Tua : Jalan Lingkar Perumahan Griya Acacia Asri Blok G No. 22, Pangkalan Kerinci, Pelalawan, Riau Asal Sekolah : TK Global Andalan Pelalawan tahun SD Global Andalan Pelalawan tahun SMP Global Andalan Pelalawan tahun SMA Plus Taruna Andalan Pelalawan tahun Pengalaman organisasi/kerja: 1. Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU 2. Anggota Covalen Study Group (CSG) FT USU 3. Ketua Umum Klub Kegiatan Kreatifitas Mahasiswa (K3M) Engineering English Club (E2C) FT USU periode Sekretaris Panitia Studi Kajian Islam (SKI) Covalen Study Group (CSG) FT USU tahun Sekretaris Panitia Rapat Umum Anggota (RUA) Covalen Study Group (CSG) FT USU tahun Sekretaris Umum Covalen Study Group (CSG) FT USU periode Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV (Persero) Unit Usaha: Pabatu (PAB) Indonesia tahun 2015 vi

9 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan rangkaian sistem monitoring, dan sistem perekaman data ph berbasis mikrokontroler Arduino Mega 2560 serta mendapatkan Human Machine Interface (HMI) yang sesuai untuk monitoring ph proses konversi LCPKS menjadi biogas pada skala laboratorium menggunakan perangkat lunak Arduino dan LabVIEW. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yakni: tahap perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Pada tahap perancangan perangkat keras, mikrokontroler Arduino Mega 2560 dihubungkan dengan fermentor dan laptop/pc. Pada tahap perancangan perangkat lunak, dilakukan perancangan HMI pada program LabVIEW. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa komponen-komponen yang sesuai untuk monitoring ph proses konversi LCPKS adalah Arduino Mega 2560, rangkaian modul akuisisi data ph sensor dan sumber daya 5 volt, serta ph Probe Sensor. Untuk design HMI menggunakan LabVIEW 2014 sudah sesuai dengan kebutuhan dengan tampilan grafik dari kondisi ph real time dari fermentor dan data logger sudah dapat tersimpan dalam program Microsoft Excel secara otomatis. Setelah selesai dalam perancangan HMI, sensor yang digunakan dikalibrasi untuk menghasilkan persamaan linearisasi dari data analog terhadap data ph dari larutan buffer sehingga diperoleh persamaan kalibrasi pertama yang akan diinput ke dalam program Arduino yaitu ph = 4,9578 V dan persamaan kalibrasi kedua yaitu ph = 4,9883 V. Kemudian penelitian dijalankan selama 3 hari dengan variasi rentang pengambilan data 1, 5, dan 10 detik sekali. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa data percobaan telah sesuai dengan data sekunder sampai jam ke-81 dimana butuh pembersihan ph Probe Sensor sekurangnya dengan air panas suhu 50 o C secara berulang dan dilanjutkan dengan kalibrasi ulang. Kata Kunci: monitoring, mikrokontroler, otomatisasi, Arduino, LabVIEW vii

10 ABSTRACT The purpose of this research is to obtain monitoring system and ph data recording system based on microcontroller Arduino Mega 2560 and to obtain a Human Machine Interface (HMI) that is suitable for monitoring the ph from the process of conversing POME into biogas on a laboratory scale using Arduino and LabVIEW software. This study is consisted of two stages, which is: the hardware design and software design. At the hardware design, microcontroller Arduino Mega 2560 is connected with fermenter and a laptop / PC. The software design is consisted of designing HMI at the LabVIEW program. The results indicated that the components that are suitable for monitoring the process of conversing POME are the microcontroller Arduino Mega 2560, ph sensor data acquisition module and 5 volt power source, as well as a ph probe sensor. For HMI design using LabVIEW 2014 is in accordance with the needs with the graphic display of ph condition in real time from a fermenter and the data logger was automatically stored in the Microsoft Excel. After completing the design of HMI, sensor that is used is calibrated to obtained a linear equation of analog data versus ph data from buffer solutions so that the first equation can be inputted into the program Arduino which is ph = V and the second equation is ph = V. Afterward, the research was conducted for 3 days with a variation of data taking distance 1, 5, and 10 seconds. This research result shows that experiment data is appropriate with secondary data until the 81 th hour which then the ph probe sensor needs to be cleaned frequently with at least a 50 o C hot water and continued with recalibration. Keywords: monitoring, microcontroller, automation, Arduino, LabVIEW viii

11 DAFTAR ISI PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i LEMBAR BUKTI SEMINAR HASIL PENELITIAN ii PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI iii PRAKATA iv DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP PENULIS vi ABSTRAK vii ABSTRACT viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xii DAFTAR LAMPIRAN xiii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA PERKEMBANGAN KELAPA SAWIT DI INDONESIA LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) Sumber Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Pemanfaatan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) sebagai Biogas MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS Hidrolisis Asidogenesis Asetogenesis Metanogenesis 12 ix

12 2.4 PARAMETER FERMENTASI Alkalinitas Derajat Keasaman (ph) Kebutuhan Nutrisi Temperatur Operasi MIKROKONTROLLER Perangkat Hardware Arduino Perangkat Sensor ph Prinsip Kerja Sensor ph Perangkat Software 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan-Bahan Peralatan METODOLOGI PENELITIAN Perancangan Hardware Perancangan Software Tahap Kalibrasi Alat Tahap Pengambilan Data ph JADWAL PENELITIAN 25 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PERANCANGAN HARDWARE Penentuan Komponen Perakitan Komponen PERANCANGAN HMI PENGAMBILAN DATA 30 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 34 DAFTAR PUTAKA 35 x

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Ekstraksi Minyak Sawit dan Limbah yang Dihasilkan 8 Gambar 2.2 Hubungan Temperatur dengan Kecepatan Pertumbuhan Mikroorganisme 14 Gambar 2.3 Perangkat Hardware Arduino Mega Gambar 2.4 Perangkat Sensor ph 18 Gambar 2.5 Skema Elektroda Gelas, Referensi, dan Gabungan 19 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Arduino Mega Gambar 3.2 Peralatan Arduino Mega 2560 yang Terhubungkan 22 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Kalibrasi Arduino Mega Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Pengambilan Data ph dengan Menggunakan Software National Instruments LabVIEW Gambar 4.1 Visual Arduino Mega Gambar 4.2 Visual Modul Akuisisi Data ph 26 Gambar 4.3 Visual ph Sensor Analog 27 Gambar 4.4 Skema Perakitan Komponen Otomatisasi Monitoring ph 27 Gambar 4.5 Kode Software Arduino 28 Gambar 4.6 Struktur Block Diagram Software LabVIEW Gambar 4.7 Front Panel Software LabVIEW Gambar 4.8 Grafik Persamaan Kalibrasi Pertama 30 Gambar 4.9 Grafik Hasil Percobaan Variasi Waktu Pertama 31 Gambar 4.10 Grafik Hasil Percobaan Variasi Waktu Kedua 31 Gambar 4.11 Grafik Persamaan Kalibrasi Kedua 32 Gambar 4.12 Grafik Hasil Percobaan Variasi Waktu Ketiga 33 Gambar C.1 Foto Percobaan Otomatisasi Monitoring ph LC-1 Gambar D.1 Block Diagram Program LabVIEW Untuk Sistem Monitoring ph pada Arduino Mega 2560 LD-3 xi

14 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Sensor Biogas yang Terdahulu 4 Tabel 2.1 Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit di Indonesia 7 Tabel 2.2 Produksi Minyak Kelapa Sawit Dunia, dalam Jutaan Ton 7 Tabel 2.3 Karakteristik LCPKS dari sampel Adolina 9 Tabel 2.4 Karakteristik Biogas 10 Tabel 2.5 Tipe-Tipe Platform Arduino 15 Tabel 2.6 Spesifikasi Perangkat Hardware Arduino Mega Tabel 3.1 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian 25 Tabel A.1 Data Kalibrasi Pertama LA-1 Tabel A.2 Data Kalibrasi Kedua LA-2 Tabel B.1 Data Pengambilan ph pada Jam ke-1 LB-1 xii

15 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A DATA KALIBRASI LA-1 A.1 DATA KALIBRASI PERTAMA LA-1 A.2 DATA KALIBRASI KEDUA LA-2 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN LB-1 B.1 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI LB-1 LAMPIRAN C FOTO PERCOBAAN LC-1 C.1 FOTO PERCOBAAN LC-1 LAMPIRAN D PROGRAM KOMPUTER LD-1 D.1 PROGRAM ARDUINO LD-1 D.2 BLOCK DIAGRAM PROGRAM LABVIEW LD-3 xiii