Journal of Control and Network Systems

Transkripsi

1 JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Journal of Control and Network Systems Situs Jurnal: RANCANG BANGUN SISTEM DESTILASI LIMBAH THINNER MENGGUNAKAN METODE FUZZY Ikhlasul Rizqi Wijaya 1) Harianto 2) Madha Christian wibowo 3) S1/ Sistem Komputer Fakultas Teknologi dan Informatika Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, )ikhlasul@pbm.co.id, 2)hari@stikom.edu, 3)madha@stikom.edu Abstract: Thinner is material to dilute the finishing material that becomes liquid to be more easily applied. Thinner automatic distillation system is working to improve and maintain the quality of the resulting thinner to fit desired. This distillation system uses a temperature sensor as a temperature regulator to fit the desired heat. In this study, there are several processes through to control the temperature. This is a process of fuzzy system is the fuzzification, rule system and defuzzification. Through the process is able to control the temperature by adjusting the movement of the motor. In the temperature control process requires that the motor actuators and sensors thermocouple. Motor movement is the results of the fuzzy process from the sensor then calibrated in order to get the correct temperature. Data sensor will be displayed on the LCD (Liquid Crystal Display). Error generated in the process of calibration between the reference data and the temperature of the fuzzy calculation is o C. Calibration average of thirty-one sample data obtained from two trials of thermocouple using thermocontrol as a reference for temperature are o C and o C. In this process there is also a solenoid which has a function as a system emergency to shut-off the gas, thus preventing occurrence of large fires. Keywords: Fuzzy, thermocouple, microcontroller, LCD, thinner, solenoid. Banyak industri cat kesulitan dalam membuang limbahnya yang berupa campuran thinner dan cat. Tentu saja dengan adanya limbah industri seperti ini sangat berdampak buruk terhadap lingkungan serta merugikan masyarakat sekitar. Maka dari itu dibuatlah sebuah alat destilasi (penyulingan) limbah untuk mendaur ulang limbah tersebut agar mengurangi dampak pencemaran lingkungan. Destilasi atau penyulingan adalah metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali kedalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih yang lebih rendah akan menguap lebih dulu (Anonim, 2010). Proses yang terjadi pada destilasi adalah perubahan fase cair menjadi fase uap atau gas dengan pendidihan dan kondensasi pengembun, tetapi destilasi bukan merupakan dua urutan proses penguapan kondensasi. Tekanan uap selalu bertambah dengan kenaikan suhu (Khopkar, 2003). Banyak perusahaan kecil menengah menggunakan sistem tradisional untuk proses daur ulang limbah tersebut, dengan cara menggunakan pemanas manual yang berupa kompor dan menyesuaikan suhunya dengan perkiraan secara manual. Hampir semua bahan finishing dalam bidang industri kayu dan industri cat membutuhkan thinner (pengencer). Thinner adalah bahan untuk mengencerkan material finishing supaya menjadi encer dan lebih mudah diaplikasikan. Bahan finishing yang murni merupakan bahan padat atau pasta yang kental yang sangat sulit untuk dapat diaplikasikan. Oleh karena itu dalam bahan finishing tersebut ditambahkan thinner sehingga menghasilkan suatu campuran yang lebih encer supaya bahan finishing tersebut dapat diaplikasikan dengan mudah. Sistem destilasi (penyulingan) thinner otomatis ini berkerja untuk memperbaiki dan menjaga kualitas thinner yang dihasilkan agar sesuai dengan yang diinginkan. Sistem destilasi ini menggunakan sensor suhu sebagai pengatur suhu panas agar sesuai yang diinginkan. Berdasarkan penjelasan diatas maka proses destilasi bisa dilakukan dengan mudah dalam penentuan suhu dan menghasilkan thinner dengan kwalitas yang baik. JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 69

2 METODE PENELITIAN Jenis metode yang diambil dalam pengerjaan Tugas Akhir ini yaitu menggunakan metode fuzzy. Pembahasan mengenai masalah yang timbul dalam perencanaan dan pembuatan perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software). Dari kedua bagian tersebut akan dipadukan agar dapat bekerja sama untuk menjalankan sistem yang baik. Perancangan ini diperlukan sebelum proses pembuatan sistem tersebut, perancangan ini berguna agar pengerjaan tahapan selanjutnya berjalan dengan lancar. Tahapan-tahapan meliputi tahap pembuatan perangkat keras, perangkat lunak dan menggabungkan keduanya. Gambar 1 Diagram Proses Sistem destilasi Limbah Thinner Pada gambaran di atas dapat dikelompokkan dari setiap perangkat sebagai berikut: 1. Sensor bertugas sebagai: a. Pengukur suhu dalam tabung destilasi secara real time. b. Memberikan informasi yang terbaca dan mengirimkan ke mikrokontroler. 2. Mikrokontroller bertugas sebagai: a. Penerima data dari sensor thermocouple berupa besaran suhu. b. Memproses inputan dari sensor agar mencapai set poin yang diinginkan. c. System fuzzy yang ada di dalam mikrokontroller juga berfungsi sebagai pengontrol output (motor) apabila terjadi penurunan suhu di dalam tabung destilasi. 3. Motor DC bertugas sebagai: a. Output berupa motor dc 5V yang berfungsi sebagai pengontrol naik turunnya suhu yang terjadi inoutan agar output berupa thinner yang dihasilkan bisa maksimal. b. System fuzzy yang dijalankan oleh mikrokontroller untuk mengatur PWM motor agar suhu di dalam tabung destilasi tetap stabil selama proses berjalan. Gambar 2 Mikrokontroller ATmega32 Pada proyek akhir ini dibuat piranti pengendali menggunakan microkontroller keluaran AVR, yaitu Atmega32. Untuk mengaktifkan atau menjalankan microkontroller ini diperlukan rangkaian minimum sistem. Rangkaian minimum sisterm tersebut terdiri rangkaian reset dan rangkaian osilator. Untuk menjalankan microkontroller ini dibutuhkan sebuah rangkaian agar microkontroller tersebut dapat bekerja dengan baik. Rangkaian microkontroller terdiri dari rangkaian reset dan rangkaian osilator. Pada Pin VCC diberi masukan tegangan operasi berkisat antara 4.5 Volt sampai dengan 5,5 Volt. Pin RST mendapatkan input dari manual reset. Rangkaian minimum sistem dapat terlihat pada gambar 3. Gambar 3 Rangkaian Minimum sistem ATmega32 Prancangan Prangkat Keras Rangkaian elektronika mulai dari rangkaian microcontroller, rangkaian motor driver, rangkaian modul sensor thermocouple max6675, rangkaian relay pompa air dan rangkaian relay selenoid valve terletak dalam panel box. Sedangkan sensor thermocouple masuk dan terendam dalam tabung destilasi. Berikut ini adalah gambar keseluruhan: Perancangan Sistem Input Thermocouple (sensor suhu) berfungi sebagai pembaca suhu didalam tabung destilasi kemudian nilai suhu yang diperoleh oleh sensor akan proses oleh mikrokontroller. Gambar 3 Tampilan Alat Keseluruhan. JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 70

3 sebagai pendingin uap hasil dari destilasi tidak panas dan bisa menjaga hasil dari destilasi tetap baik. Selenoid Valve digunakan untuk emergency pada pipa gas LPG sebagai pemutus aliran gas jika terjadi kesalahan pada sistem. Emergency di hubungkan pada tombol push button, yang jika user mendeteksi terjadinya kesalahan sistem user bisa langsung menghentikan proses kerja dari alat destilasi. Gambar 4 Motor DC dan Solenoid Motor DC diletakan tepat pada pemutar besar kecilnya pipa kompor gas, yang berfungsi sebagai pengatur besar kecilnya api utuk memanaskan tabung destilasi. Selenoid Valve diletakan antara legulator tabung LPG dan motor DC, yang berfungsi untuk emergency alat jika terjadi kesalahan sistem dan menghentikan aliran gas LPG sehingga api langsung mati. Rangkaian Motor Driver Motor DC memiliki dua kabel terhubung, kabel pertama untuk ground, kabel kedua untuk power supply dengan besar tegangan sampai 24 volt. Kecepatan putar motor dapat dikendalikan dengan mengatur besar kecilnya tegangan yang di masukkan, atau dapat juga dengan menggunakan teknik PWM (Pulse Width Modulation). Dengan menggunakan PWM kita dapat mengatur kecepatan yang diinginkan dengan mudah. Teknik PWM untuk pengaturan kecepatan motor adalah dengan cara merubah-rubah besarnya duty cycle pulsa. Pulsa yang yang berubah ubah duty cycle-nya inilah yang menentukan kecepatan motor. Microcontroller akan mengirimkan gelombang pulsa ke driver motor untuk mengatur kecepatan motor pada pemutar besar kecilnya gas LPG dari inputan tegangan mikrokontroler yang berfungsi sebagai penyeimbang suhu dari tabung destilasi agar menjaga panas dari tabung destilasi tetap setabil. Mikro 12 volt 12 volt Gambar 6 Rangkaian Relay Pompa Air dan Solenoid Valve Rangkaian Modul Thermocouple MAX6675 Thermocouple digunakan untuk mengetahui suhu yang ada dalam tabung destilasi. MAX6675 dibentuk dari kompensasi cold-junction yang outputnya didigitalisasi dari sinyal termokopel tipe-k. data output memiliki resolusi 12-bit dan mendukung komunikasi SPI mikrokontroller secara umum. Data dapat dibaca dengan mengkonversi hasil pembacaan 12-bit data. Fitur: Konversi digital langsung dari output termokopel tipe-k Kompensasi cold-junction Komunikasi kompatibel dengan protocol SPI Open thermocouple detection Gambar 7 Rangkaian Modul Thermocouple MAX6675 Gambar 5 Rangkaian motor driver Rangkaian Relay Pompa Air dan Solenoid Valve Pompa air memiliki dua kabel yang terhubung, kabel pertama untuk power supply dengan besaran 220 volt, kabel kedua digunkana untuk ground. Pompa air digunakan untuk mengatur sirkulasi air pada tabung pendingin yang tujuannya agar air yang berguna Perancangan Prangkat Lunak Perangkat lunak bertujuan untuk mengirim dan menerima input output dari sensor thermocouple. Minimum sistem memperoleh data dari thermocouple berupa ADC yang kemudian diolah menjadi celcius yang bertujuan agar dapat menggerakkan aktuator. Perancangan prangkat lunak terbagi menjadi beberapa program, antra lain: Program sensor thermocouple dan algoritma fuzzy. Diagram alir prangkat lunak secara umum dapat dilihat di gambar 8. JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 71

4 thermocouple. Jika data dari thermocouple berhasil dibaca maka data akan diproses oleh microkontroller dan dimasukkan kedalam algoritma fuzzy setelah itu ditampilkan ke LCD. Fuzzifikasi. Pada proses fuzzifikasi ini terjadi pengambilan keputusan dengan cara mengubah masukkan crisp (bentuk tegas) menjadi fuzzy (variabel linguistik). Pengubahan crisp menjadi fuzzy dapat dilihat pada gambar 10. Gambar 10 Pemetaan Keanggotaan Error Gambar 8 Diagram alir Program secara umum pada mikrokontroller. Gambar 11 Pemetaan Data Error. Rule Set Rule set adalah proses evaluasi derajat keanggotaan tiap-tiap fungsi himpunan fuzzy masukan kedalam basis aturan yang telah ditetapkan. Tujuan evaluasi ini adalah menentukan derajat keanggotaan dari nilai fuzzy. Sebelum melakukan evalusi aturan terlebih dahulu ditetap oleh basis aturan. Basis aturan merupakan keseluruhan aturan dari kombinasi dua masukkan yang mungkin secara lengkap jumlah kombinasi yang mungkin dari dua himpunan fuzzy masukkan terdiri lima himpunan fuzzy dan tiga himpunan fuzzy fungsi keanggotaan sehingga jumlah aturan adalah lima belas aturan. Lima belas aturan kendali fuzzy dapat dilihat pada gambar tabel dibawah. Tabel 1 Penentuan rule set Gambar 9 Diagram Alir Pembacaan Sensor Thermocouple Pada gambar 9, pembacaan sensor thermocouple dimulai dengan inisialisasi sensor JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 72

5 Keterangan: SL : Sangat Lambat L : Lambat S : Sedang C : Cepat SC : Sangat Cepat Dari tabel diatas dapat di artikan sebagai berikut: IF sangat sedikit AND sangat sedikit THEN sangat lambat, IF sangat sedikit AND lambat THEN sangat lambat, IF sangat sedikit AND sedang THEN sedang, IF sangat sedikit AND banyak THEN cepat, IF sangat sedikit AND sangat cepat THEN cepat, IF sedikit AND sangat sedikit THEN sangat lambat, IF sedikit AND sedikit THEN sangat lambat, IF sedikit AND sedang THEN sedang, IF sedikit AND banyak THEN cepat, IF sedikit AND sangat banyak THEN cepat, IF sedang AND sangat sedikit THEN cepat, IF sedang AND sedikit THEN cepat, IF sedang AND sedang THEN sedang, IF sedang AND banyak THEN cepat, IF sedang AND sangat banyak THEN sedang, IF banyak AND sangat sedikit THEN sedang, IF banyak AND sedikit THEN sedang, IF banyak AND sedang THEN cepat, IF banyak AND banyak THEN sangat cepat, IF banyak AND sangat cepat THEN sangat cepat, IF sangat banyak AND sangat sedikit THEN cepat, IF sangat banyak AND sedikit THEN lambat, IF sangat banyak AND sedang THEN cepat, IF sangat banyak AND banyak THEN sangat cepat, IF sangat banyak AND sangat cepat THEN sangat cepat, Defuzzifikasi Defuzzifikasi adalah mengubah himpunan fuzzy keluaran menjadi keluaran tegas (crisp). Pengubahan ini diperlkan karena konstata kendali fuzzy hanya menal nilai tegas sebagai variabel kontrol. Gambar 12 Fungsi keanggotaan output. HASIL PENGUJIAN Sensor Thermocouple Pengujian sensor Thermocouple ini dilakukan untuk mengetahui suhu dalam tabung destilasi utama. Data yang diterima oleh Thermocouple dikirim ke microcontroller berupa bilangan tegangan dan nantinya di-mikrocontroller data tersebut diubah menjadi suhu. Kemudian microcontroller menampilkan suhu yang telah diubah menjadi suhu ke LCD agar mempermudah user mengetahui kondisi suhu sekarang pada tabung destilasi utama. Dari hasil pengujian sensor suhu menggunakan LM35 data yang dihasilkan sebagai berikut : Tabel 2 Hasil kalibrasi suhu thermocouple Selenoid Pengujian Selenoid dilakukan sebagai emergency pemutus aliran gas LPG pada saat terjadi hal yang tidak sesuai dengan sistem yang diinginkan. Peletakan emergency berada sebelum pemutar besar kecilnya gas LPG. Pengujian Sistem Keseluruhan Pengujian keseluruhan ini bertujuan apakah fuzzy mampu menyesuaikan suhu pada tabung destilasi agar suhu bisa mencapai set poin yang diinginkan. Dari hasil pengujian keseluruhan pertama dari sistem ini kondisi awal suhu menyesuaikan dengan suhu normal yaitu drajat, untuk mencapai hasil terbaik membutukan panas 130 drajat dan waktu proses sekitar 45 menit dengan banyak limbah 3liter. Hasil thinner yang diperoleh mencapai 80% atau 2 setengah liter dan sisa limbah yang berupa cat masih dalam tabung destilasi. Suhu panas yang dikeluarkan akan disesuaikan oleh putran motor yg ada di panel gas LPG. Pengujian kedua membutuhkan waktu 30 menit untuk memperoleh hasil thinner dengan menambah suhu pembakaran menjadi drajat. Hasil yang didapat JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 73

6 sama seperti percobaan pertama dengan 3 liter limbah thinner. Sedangkan untuk pengujian emergency dengan penekanan tombol untuk memutus aliran gas LPG mengurangi bahaya akan terjadinya kebakaran jika terjadi kebocoran tabung destilasi. Hasil dari percobaan sistem keseluruhan dapat dilihat pada tabel dibawah ini: Tabel 4 Hasil pengujian kedua Tabel 3 Hasil pengujian pertama Keterangan: SL : Sangat Lambat C : Cepat L : Lambat SC : Sangat cepat S : Sedang Keterangan: SL : Sangat Lambat C : Cepat L : Lambat SC : Sangat cepat S : Sedang Pada tabel pengujian dilakukan pada dua hari yang berbeda agar dapat mengetahui apakah sistem fuzzy yang digunakan mampu mengontrol putaran motor yang ada di panel kompor LPG agar bisa menyesuaikan suhu yang diinginkan. Dari data pengujian diatas ternyata sistem fuzzy yang digunakan pada rancang bangun tugas akhir ini bisa mengontrol putaran panel gas LPG dan mengkondisikan suhu stabil sesuai set poin. Waktu yang digunakan untuk mengetahui seberapa lama proses destilasi limbah pertama dibutuhkan kurang lebih 30 menit agar suhu panas mencapai set poin dan tabung pendingin mengeluarkan hasil thinner dengan sempurna. Di percobaan pertama hasil keluar dari tabung pendingin ketika suhu mencapai 130 drajat. Di percobaan pertama limbah yang di proses sebanyak 3 liter dan hasil thinner yang dihasilkan kurang lebih 2,75 liter. Jadi prosentase kurang lebih dari 100% limbah hasil yang didapatkan sebanyak 75% hasil yang di dapat. Thinner mempunyai tiga karakteristik, yaitu: extra slow, slow dan normal. Dari percobaan pertama thinner yang di hasilkan mempunyai karakteristik extra slow, thinner dengan JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 74

7 jenis ini masih belum bisa digunakan sebagai campuran bahan cat karena kandungan reducer pada thinner ini kurang. Gambar 13 Thinner hasil destilasi Percobaan kedua dengan jumlah limbah sama seperti percobaan pertama yaitu 3 liter, tetapi proses destilasi lebih lama dari jenis limbah pertama yaitu 45 menit untuk menghasilkan thinner yang sempurna dikarenakan limbah pada percobaan kedua lebih banyak kandungan cat-nya oleh karena itu mempengarui lama dari proses destilasi, dan percobaan kedua ini untuk mencapai hasil yang sempurna dan tabung pendingin mengeluarkan hasil memerlukan suhu 150 drajat. Dari 3 liter limbah didapat kurang lebih 2 sampai 2,5 liter. Jenis Thinner yang di hasilkan mempunyai karakteristik slow. Berbeda dengan hasil dari percobaan pertama, di percobaan kedua ini karakteristik thinner berjenis slow suda bisa digunakan untuk reducer cat. Saran 1. Sebagai pengembangan dari penelitian ini yang telah dilakukan, penulis memberikan beberapa saran sebagai berikut : 2. Penambahan beberapa sensor untuk suhu dibagian tabung pendingin agar bisa mendeteksi panas air tabung pendingin dan lebih menghemat listrik karena bisa membuat otomatis kerja dari pompa air. 3. Untuk pengembangan rancang bangun ini bisa ditambah untuk pemberian macam-macam inputan suhu yang diinginkan oleh pengguna agar lebih banyak jenis thinner yang bisa di proses oleh fuzzy. 4. Penambahan sensor untuk mendeteksi volume limbah saat proses destilasi. DAFTAR PUSTAKA Khopkar, S. (2003). Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: Universitas Indonesia Khoiri, I. (2008). Intisari Kimia (Cetakan Keempat ed.). Jakarta: Kawan Pustaka. Kusumadewi, S., & Purnomo, H. (2010). Aplikasi Logika Fuzzy Untuk Pendukung Keputusan (Edisi 2 ed.). Yogyakarta: Graha Ilmu. Utomo, A. T. (2011). Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Impementasi Microcontroller Sebagai pengukur Suhu Delapan Ruangan. Winoto, A. (2008). Mikrokontroler AVR ATMEGA8/16/32/8535 dan Pemprogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung: Informatika. PENUTUP Berdasarkan pengujian maka dapat mengambil beberapa kesimpulan dan saran dari hasil yang diperoleh. Kesimpulan Setelah melakukan penelitian, penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Program fuzzy yang digunakan dapat mengatur aktuator untuk menyesuaikan besar kecilnya api sesuai dengan inputan dari sensor thermocouple. 2. Rata-rata error dari pengkalibrasian tiga puluh dua sample data thermocouple dengan thermocontrol sebagai suhu acuan adalah 1, Rata-rata dari pengkalibrasian tiga puluh satu sample data dalam dua kali percobaan thermocouple dengan thermocontrol sebagai acuan untuk kelembaban adalah sebesar 0,738 untuk percobaan pertama dan 2,303 untuk percobaan kedua JCONES Vol. 5, No. 1 (2016) Hal: 75