Otomatisasi Monitoring pH pada Produksi Biogas dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Dengan Mikrokontroler Arduino Mega 2560
OTOMATISASI MONITORING pH PADA PRODUKSI
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO MEGA 2560
SKRIPSI
Oleh
MUKSALMINA
110405118
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2016
Universitas Sumatera Utara
OTOMATISASI MONITORING pH PADA PRODUKSI
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO MEGA 2560
SKRIPSI
Oleh
MUKSALMINA
110405118
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2016
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara. 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: 110405118
i
Universitas Sumatera Utara
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.
NIP. 19720412 200012 1 004
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si.
NIP. 19680820 199501 1 001
Koordinator Penelitian
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T.
NIP. 19681214 199702 2 002
Ir. Bambang Trisakti, M.T.
NIP. 19660925 199103 1 003
ii
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, Juli 2016
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T.
Ir. Bambang Trisakti, M.T.
NIP. 19681214 199702 2 002
NIP. 19660925 199103 1 003
iii
Universitas Sumatera Utara
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 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, Universitas Sumatera Utara.
2.
Ibu Ir. Renita Manurung, M.T., selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
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
Universitas Sumatera Utara
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 2011.
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Muksalmina
NIM
: 110405118
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 1998 – 1999
• SD Global Andalan Pelalawan tahun 1999 – 2005
• SMP Global Andalan Pelalawan tahun 2005 – 2008
• SMA Plus Taruna Andalan Pelalawan tahun 2008 – 2011
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 2012-2013
4. Sekretaris Panitia Studi Kajian Islam (SKI) Covalen Study Group
(CSG) FT USU tahun 2013
5. Sekretaris Panitia Rapat Umum Anggota (RUA) Covalen Study Group
(CSG) FT USU tahun 2013
6. Sekretaris Umum Covalen Study Group (CSG) FT USU periode 20132014
7. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV (Persero) Unit Usaha:
Pabatu (PAB) Indonesia tahun 2015
vi
Universitas Sumatera Utara
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 50oC secara
berulang dan dilanjutkan dengan kalibrasi ulang.
Kata Kunci: monitoring, mikrokontroler, otomatisasi, Arduino, LabVIEW
vii
Universitas Sumatera Utara
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 = 4.9578×V
and the second equation is pH = 4.9883×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 81th
hour which then the pH probe sensor needs to be cleaned frequently with at least a
50oC hot water and continued with recalibration.
Keywords: monitoring, microcontroller, automation, Arduino, LabVIEW
viii
Universitas Sumatera Utara
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
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
5
1.3 TUJUAN PENELITIAN
5
1.4 MANFAAT PENELITIAN
5
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 PERKEMBANGAN KELAPA SAWIT DI INDONESIA
7
2.2 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
8
2.2.1 Sumber Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
8
2.2.2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
9
2.2.3 Pemanfaatan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) sebagai
Biogas
9
2.3 MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS
10
2.3.1 Hidrolisis
10
2.3.2 Asidogenesis
11
2.3.3 Asetogenesis
11
2.3.4 Metanogenesis
12
ix
Universitas Sumatera Utara
2.4 PARAMETER FERMENTASI
12
2.4.1 Alkalinitas
12
2.4.2 Derajat Keasaman (pH)
12
2.4.3 Kebutuhan Nutrisi
13
2.4.4 Temperatur Operasi
13
2.5 MIKROKONTROLLER
14
2.5.1 Perangkat Hardware
14
2.5.1.1 Arduino
14
2.5.1.2 Perangkat Sensor pH
17
2.5.1.3 Prinsip Kerja Sensor pH
18
2.5.2 Perangkat Software
19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
21
3.1 LOKASI PENELITIAN
21
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
21
3.2.1 Bahan-Bahan
21
3.2.2 Peralatan
21
3.3 METODOLOGI PENELITIAN
21
3.3.1 Perancangan Hardware
21
3.3.2 Perancangan Software
23
3.3.2.1 Tahap Kalibrasi Alat
23
3.3.2.2 Tahap Pengambilan Data pH
24
3.4 JADWAL PENELITIAN
25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
26
4.1 PERANCANGAN HARDWARE
26
4.1.1 Penentuan Komponen
26
4.1.2 Perakitan Komponen
27
4.2 PERANCANGAN HMI
28
4.3 PENGAMBILAN DATA
30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
34
5.1 KESIMPULAN
34
5.2 SARAN
34
DAFTAR PUTAKA
35
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Diagram Alir Proses Ekstraksi Minyak Sawit dan Limbah yang
Dihasilkan
Gambar 2.2
8
Hubungan Temperatur dengan Kecepatan Pertumbuhan
Mikroorganisme
14
Gambar 2.3
Perangkat Hardware Arduino Mega 2560
17
Gambar 2.4
Perangkat Sensor pH
18
Gambar 2.5
Skema Elektroda Gelas, Referensi, dan Gabungan
19
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan Arduino Mega 2560
22
Gambar 3.2
Peralatan Arduino Mega 2560 yang Terhubungkan
22
Gambar 3.3
Flowchart Prosedur Kalibrasi Arduino Mega 2560
23
Gambar 3.4
Flowchart Prosedur Pengambilan Data pH dengan Menggunakan
Software National Instruments LabVIEW 2014
24
Gambar 4.1
Visual Arduino Mega 2560
26
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 2014
29
Gambar 4.7
Front Panel Software LabVIEW 2014
29
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
Gambar D.1
Block Diagram Program LabVIEW Untuk Sistem Monitoring pH
pada Arduino Mega 2560
LC-1
LD-3
xi
Universitas Sumatera Utara
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 2560
17
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
Universitas Sumatera Utara
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
B.1
LB-1
PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI
LAMPIRAN C FOTO PERCOBAAN
C.1
LB-1
LC-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
Universitas Sumatera Utara
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO MEGA 2560
SKRIPSI
Oleh
MUKSALMINA
110405118
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2016
Universitas Sumatera Utara
OTOMATISASI MONITORING pH PADA PRODUKSI
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) DENGAN MIKROKONTROLLER
ARDUINO MEGA 2560
SKRIPSI
Oleh
MUKSALMINA
110405118
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2016
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara. 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: 110405118
i
Universitas Sumatera Utara
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.
NIP. 19720412 200012 1 004
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si.
NIP. 19680820 199501 1 001
Koordinator Penelitian
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T.
NIP. 19681214 199702 2 002
Ir. Bambang Trisakti, M.T.
NIP. 19660925 199103 1 003
ii
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, Juli 2016
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T.
Ir. Bambang Trisakti, M.T.
NIP. 19681214 199702 2 002
NIP. 19660925 199103 1 003
iii
Universitas Sumatera Utara
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 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, Universitas Sumatera Utara.
2.
Ibu Ir. Renita Manurung, M.T., selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
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
Universitas Sumatera Utara
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 2011.
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Muksalmina
NIM
: 110405118
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 1998 – 1999
• SD Global Andalan Pelalawan tahun 1999 – 2005
• SMP Global Andalan Pelalawan tahun 2005 – 2008
• SMA Plus Taruna Andalan Pelalawan tahun 2008 – 2011
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 2012-2013
4. Sekretaris Panitia Studi Kajian Islam (SKI) Covalen Study Group
(CSG) FT USU tahun 2013
5. Sekretaris Panitia Rapat Umum Anggota (RUA) Covalen Study Group
(CSG) FT USU tahun 2013
6. Sekretaris Umum Covalen Study Group (CSG) FT USU periode 20132014
7. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV (Persero) Unit Usaha:
Pabatu (PAB) Indonesia tahun 2015
vi
Universitas Sumatera Utara
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 50oC secara
berulang dan dilanjutkan dengan kalibrasi ulang.
Kata Kunci: monitoring, mikrokontroler, otomatisasi, Arduino, LabVIEW
vii
Universitas Sumatera Utara
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 = 4.9578×V
and the second equation is pH = 4.9883×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 81th
hour which then the pH probe sensor needs to be cleaned frequently with at least a
50oC hot water and continued with recalibration.
Keywords: monitoring, microcontroller, automation, Arduino, LabVIEW
viii
Universitas Sumatera Utara
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
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
5
1.3 TUJUAN PENELITIAN
5
1.4 MANFAAT PENELITIAN
5
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 PERKEMBANGAN KELAPA SAWIT DI INDONESIA
7
2.2 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
8
2.2.1 Sumber Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
8
2.2.2 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
9
2.2.3 Pemanfaatan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) sebagai
Biogas
9
2.3 MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS
10
2.3.1 Hidrolisis
10
2.3.2 Asidogenesis
11
2.3.3 Asetogenesis
11
2.3.4 Metanogenesis
12
ix
Universitas Sumatera Utara
2.4 PARAMETER FERMENTASI
12
2.4.1 Alkalinitas
12
2.4.2 Derajat Keasaman (pH)
12
2.4.3 Kebutuhan Nutrisi
13
2.4.4 Temperatur Operasi
13
2.5 MIKROKONTROLLER
14
2.5.1 Perangkat Hardware
14
2.5.1.1 Arduino
14
2.5.1.2 Perangkat Sensor pH
17
2.5.1.3 Prinsip Kerja Sensor pH
18
2.5.2 Perangkat Software
19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
21
3.1 LOKASI PENELITIAN
21
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
21
3.2.1 Bahan-Bahan
21
3.2.2 Peralatan
21
3.3 METODOLOGI PENELITIAN
21
3.3.1 Perancangan Hardware
21
3.3.2 Perancangan Software
23
3.3.2.1 Tahap Kalibrasi Alat
23
3.3.2.2 Tahap Pengambilan Data pH
24
3.4 JADWAL PENELITIAN
25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
26
4.1 PERANCANGAN HARDWARE
26
4.1.1 Penentuan Komponen
26
4.1.2 Perakitan Komponen
27
4.2 PERANCANGAN HMI
28
4.3 PENGAMBILAN DATA
30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
34
5.1 KESIMPULAN
34
5.2 SARAN
34
DAFTAR PUTAKA
35
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Diagram Alir Proses Ekstraksi Minyak Sawit dan Limbah yang
Dihasilkan
Gambar 2.2
8
Hubungan Temperatur dengan Kecepatan Pertumbuhan
Mikroorganisme
14
Gambar 2.3
Perangkat Hardware Arduino Mega 2560
17
Gambar 2.4
Perangkat Sensor pH
18
Gambar 2.5
Skema Elektroda Gelas, Referensi, dan Gabungan
19
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan Arduino Mega 2560
22
Gambar 3.2
Peralatan Arduino Mega 2560 yang Terhubungkan
22
Gambar 3.3
Flowchart Prosedur Kalibrasi Arduino Mega 2560
23
Gambar 3.4
Flowchart Prosedur Pengambilan Data pH dengan Menggunakan
Software National Instruments LabVIEW 2014
24
Gambar 4.1
Visual Arduino Mega 2560
26
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 2014
29
Gambar 4.7
Front Panel Software LabVIEW 2014
29
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
Gambar D.1
Block Diagram Program LabVIEW Untuk Sistem Monitoring pH
pada Arduino Mega 2560
LC-1
LD-3
xi
Universitas Sumatera Utara
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 2560
17
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
Universitas Sumatera Utara
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
B.1
LB-1
PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI
LAMPIRAN C FOTO PERCOBAAN
C.1
LB-1
LC-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
Universitas Sumatera Utara