OTOMATISASI SENSOR TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN NATIONAL INSTRUMENT USB SKRIPSI

Transkripsi

1 OTOMATISASI SENSOR TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN NATIONAL INSTRUMENT USB SKRIPSI Oleh TRI PUTRA R.P DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2016

2 OTOMATISASI SENSOR TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN NATIONAL INSTRUMENT USB SKRIPSI Oleh TRI PUTRA R.P 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 SENSOR TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB 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 dikemudian 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 Tri Putra R.P. NIM: i

4 LEMBAR BUKTI SEMINAR HASIL PENELITIAN Hasil Penelitian yang Berjudul : OTOMATISASI KENDALI TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB Benar telah diseminarkan pada Seminar Hasil Penelitian tanggal 15 Juni 2016 dan telah diperbaiki sesuai dengan koreksi dan usulan yang diberikan. Diketahui/Disetujui Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT 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 KENDALI TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB 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 Sensor Temperatur pada Produksi Biogas dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) dengan Mikrokontroler National Instrument USB , berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 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 Zoeliady yang banyak memberi saran dalam pembuatan dan perancangan alat alat pada penelitian ini. 2. Bang Dwi Budi Prasetyo, S.T., dari UKM Robotik Sikonek Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian ini. 3. Ayahanda S.M. Pasaribu dan ibunda S. Purba yang selalu memberikan dukungan dan doa, abanganda Pdt. Victor Deli Rahmat Pasaribu, S.Th., Andika Arihta Pasaribu, A. Md., dan adinda Astina Tio Lestari Pasaribu. 4. Ekuino Simanungkalit selaku partner yang telah bekerjasama selama penyelesaian penelitian ini. 5. Windi Monica Surbakti selaku orang yang selalu ada untuk penulis. 6. Almh. Festiyani, Alfarodo Silaban, Anita Manullang, Christianto Sitio, Dedy O.S. Siburian, Fransiscus Raymond Butar Butar, Gerson Rico Harianja, Golda C.S. S.T., Imam Bestari Harahap, Iqbal L.N., M.Amri Prayogo, Muksalmina, Pontius Pardede, Raja Nico Perez Samosir, Randy Arisman Sitorus, Tongam May Adrivan Sinaga, dan Yosef Carol H. Sianipar. 7. Rekan-rekan yang di Laboratorium Ekologi. 8. Rekan-rekan yang di LPPM USU 9. Teman-teman Teknik Kimia angkatan Adik - adik Teknik Kimia angkatan 2014 terutama adinda, Monica Natalia Sihaloho dan Sicilya Ruth Yudhika Hutagalung. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Tri Putra Roito Pasaribu NIM : Tempat, tgl lahir : Tanjung Morawa, 15 Juni 1993 Nama Orang Tua : S.M. Pasaribu dan S. Purba Alamat Orang Tua : Jalan Kebun Sayur, Gg. Smart, Desa Limau Manis, Dusun XII, Tanjung Morawa Asal Sekolah : TK Methodist Tanjung Morawa tahun SD Methodist Tanjung Morawa tahun SMP Methosdist - 1 Medan tahun SMA Santa Maria Medan tahun Pengalaman organisasi/kerja: 1. Anggota Bidang Pendidikan dan Kaderisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU 2014/ Sekretaris Panitia Apresiasi Penyambutan Mahasiswa Baru (APMB) Jurusan Teknik Kimia FT USU Ketua Panitia Natal Teknik Kimia USU 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 temperatur berbasis National Instrument USB-6001 serta mendapatkan Human Machine Interface (HMI) yang sesuai untuk monitoring temperatur proses konversi LCPKS menjadi biogas pada skala laboratorium menggunakan perangkat lunak LabView. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yakni: tahap perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Pada tahap perancangan perangkat keras akan menghubungkan mikrokontroler National Instrument USB-6001 dengan tangki berpengaduk dan laptop/pc. Pada tahap perancangan perangkat lunak terdiri rancang bangun program LabVIEW. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa komponen-komponen yang sesuai untuk monitoring proses konversi LCPKS adalah National Instrument USB 6001, rangkaian modul TC to DC dan sumber daya 5 volt, serta sensor temperatur yang digunakan adalah thermocouple tipe K. Untuk design HMI menggunakan LabVIEW 2014 sudah sesuai dengan kebutuhan dengan tampilan grafik dari kondisi temperatur real time dari tangki berpengaduk dan data logger sudah dapat tersimpan dalam program Microsoft Excel secara otomatis. Setelah selesai dalam perancangan HMI, thermocouple yang digunakan dikalibrasi untuk menghasilkan persamaan linear dari data analog terhadap data temperatur dari termometer digital sehingga diperoleh persamaan yang akan diinput ke dalam program block diagram LabVIEW yaitu y = 0,0064x + 0,2217 dengan nilai R 2 adalah 0,993. Kemudian penelitian dijalankan menggunakan set point 55 o C dengan variasi hysteresis 1, 3, dan 5 o C. Data yang diperoleh dari penelitian ini kemudian dihitung nilai standar errornya untuk melihat perbandingan data yang dihasilkan dari setiap variasi hysteresis. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa data terbaik diperoleh pada data penelitian menggunakan hysteresis 1 o C dari set point temperatur dibandingkan dengan data pada hysteresis 3 o C dan hysteresis 5 o C. Kata kunci : Labview, limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS), mikrokontroler, monitoring, National Instrument USB 6001 vii

10 ABSTRACT The purpose of this research is to obtain monitoring system and temperature data recording system based on National Instruments USB-6001 and to obtain a Human Machine Interface (HMI) which is suitable for monitoring the temperature process of the conversion POME into biogas on a laboratory scale using LabVIEW software. This study was consisted of two stages, which is : the hardware design and software design. At the hardware design, the stirred tank and a laptop / PC will be connected to the microcontroller hardware National Instruments USB The software design was consisted of the LabVIEW programming. The results indicated that the components were suitable for the monitoring process of the conversion POME were the National Instrument USB , series TC module to DC and 5 volt power source, as well as a temperature sensor used is a thermocouple type K. For HMI design using LabVIEW 2014 was in accordance with the needs with the graphic display of temperature conditions in real time from a stirred tank and the data logger was automatically stored in the Microsoft Excel. After completion of the design of HMI, thermocouple that is used is calibrated to obtained a linear equations of analog data versus temperature data from a digital thermometer so that the equation to be inputted into the program LabVIEW block diagram which was y = 0,0064x with R 2 value was Afterward, the research was continued using a set point 55 C with a variation of hysteresis 1, 3, and 5 o C. Data was obtained from this study then to be calculated the standard error values to compare the data generated from every variation of hysteresis. The results indicated that the best data on research was the data obtained using hysteresis 1 o C from the set point temperature compared with the data on the hysteresis 3 C and 5 C. Keywords : LabVIEW, palm oil mill effluent (POME), microcontroller, monitoring, National Instrument USB 6001, viii

11 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI DAFTAR ISI LEMBAR BUKTI SEMINAR HASIL PENELITIAN PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT (LCPKS) PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) Pengolahan Konvensional Pengolahan secara Anaerobik PARAMETER PENTING DALAM PROSES ANAEROBIK LCPKS Temperatur ph dan Interval Optimum Volatile Fatty Acids (VFA) Amonia Makro dan Mikronutrisi serta Senyawa Beracun MIKROKONTROLER Penerapan Mikrokontroler dalam Produksi Biogas dari LCPKS 14 i ii iii iv v vi vii viii ix xi xiii xiv ix

12 Perangkat Keras (Hardware) Perangkat Lunak (Software) 16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan-Bahan Peralatan Peralatan Utama TAHAPAN PENELITIAN Tahapan Perangkaian Instrumen Kalibrasi Alat Pelaksanaan Monitoring 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PERANCANGAN TANGKI BERPENGADUK PERANCANGAN SISTEM MONITORING TEMPERATUR PROSES MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan Perangkat Lunak (Software) ANALISIS HASIL PENGUJIAN SENSOR TERMOKOPEL PADA MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB Kalibrasi Sensor Termokopel Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler dengan Hysteresis 1 C Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler dengan Hysteresis 3 C Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler dengan Hysteresis 3 C 32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 35 DAFTAR PUTAKA 36 x

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Pengolahan Minyak Sawit 8 Gambar 2.2 Tingkat Pertumbuhan Relatif Mikroorganisme Metanogen 11 Gambar 2.3 Grafik Hubungan Tipe Thermocouple dengan Rentang Suhu 16 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 19 Gambar 3.2 Gambaran Sederhana Rangkaian Instrumen 20 Gambar 3.3 Tampilan Measurement and Automation Explorer (MAX) 20 Gambar 3.4 Tampilan Self-Test Measurement and Automation Explorer (MAX) 21 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Kalibrasi Mikrokontroler 22 Gambar 4.1 Gambar Teknikal 25 Gambar 4.2 Visual Tangki Berpengaduk 25 Gambar 4.3 Skema Rangkaian Hardware Sistem Monitoring Temperatur 26 Gambar 4.4 Rangkaian Hardware Sistem Monitoring Temperatur 27 Gambar 4.5 Tampilan Human Machine Interface (HMI) Monitoring Temperatur Menggunakan LabView Gambar 4.6 Block Diagram Sistem Monitoring Temperatur Menggunakan LabVIEW Gambar 4.7 Penyimpana Data Monitoring menggunakan Write to Measurements File 28 Gambar 4.8 Grafik Kalibrasi Sensor Termokopel 30 Gambar 4.9 Grafik Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler dengan Hysteresis 1 C 31 Gambar 4.10 Grafik Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler dengan Hysteresis 3 C 32 Gambar 4.11 Grafik Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler dengan Hysteresis 5 C 33 Gambar L3.1 Visual dari Tangki Berpengaduk 48 Gambar L3.2 Visual dari Pengaduk yang Digunakan 48 Gambar L3.3 Visual dari Baffle yang Digunakan 48 Gambar L3.4 Visual Mikrokontroler National Instrument USB xi

14 Gambar L3.5 Visual dari Modul TC to DC dan Sumber Daya 5 Volt 49 Gambar L3.6 Visual Termokopel Tipe K 49 Gambar L3.7 Rangkaian Sistem Monitoring Temperatur Visual Resistor 50 xii

15 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Sensor Biogas yang Terdahulu 3 Tabel 2.1 Karakteristik LCPKS Segar 8 Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit 9 Tabel 2.3 Temperatur Reaksi dan Waktu Tinggal Minimum 12 Tabel 3.1 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian 23 Tabel 4.1 Spesifikasi Tangki Berpengaduk 24 Tabel L1.1 Data Hasil Kalibrasi Termokopel 38 Tabel L1.2 Data Temperatur Rata Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi dengan Hysteresis 1 C 39 Tabel L1.3 Data Temperatur Rata Rata Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi Proses Dengan Hysteresis 3 C 40 Tabel L1.4 Data Temperatur Rata Rata Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi Proses Dengan Hysteresis 5 C 41 Tabel L2.1 Data Temperatur dengan Hysteresis 1 C Setiap 30 detik pada Jam Pertama C 44 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN L1.1 DATA HASIL KALIBRASI TERMOKOPEL 39 L1.2 DATA TEMPERATUR PROSES YANG DIPEROLEH MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER 40 L1.2.1 Data Temperatur Rata Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi dengan Hysteresis 1 C 40 L1.2.2 Data Temperatur Rata Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi dengan Hysteresis 3 C 41 L1.2.3 Data Temperatur Rata Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi dengan Hysteresis 5 C 42 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN L2.1 PERHITUNGAN RANCANGAN TANGKI BERPENGADUK 43 L2.1.1 Tangki Berpengaduk 43 L2.1.2 Pengaduk 44 L Turbin Piringan Horizontal 44 L Paddle Berdayung 4 44 L2.2 PERHITUNGAN NILAI STANDAR ERROR 45 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI 47 xiv