PERANCANGAN SISTEM KONTROL TEMPERATUR ANAEROB DIGESTER BIOGAS MENGGUNAKAN METODE GABUNGAN LOGIKA FUZZY DAN KENDALI DUA POSISI.
PERANCANGAN SISTEM KONTROL TEMPERATUR
ANAEROB DIGESTER BIOGAS MENGGUNAKAN
METODE GABUNGAN LOGIKA FUZZY DAN KENDALI DUA POSISI
LAPORAN TUGAS AKHIR
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Sarjana Pada
Program Studi Sistem Komputer Universitas Andalas
IRFANTRY RIZKY SURYA
0910453080
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
ABSTRAK
PERANCANGAN SISTEM KONTROL TEMPERATUR ANAEROB
DIGESTER BIOGAS MENGGUNAKAN METODE GABUNGAN LOGIKA
FUZZY DAN KENDALI DUA POSISI
Oleh
Irfantry Rizky Surya
0910453080
Biogas merupakan salah satu energi alternatif pengganti bahan bakar minyak yang
diproduksi dari campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang
terjadi pada material-material organik seperti : kotoran manusia, hewan, dan
limbah organik yang terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Salah satu
faktor yang mempengaruhi produksi biogas adalah temperatur. Perubahan
temperatur pada digester biogas mengakibatkan perubahan produksi gas metana.
Produksi gas metana akan meningkat apabila temperatur semakin meningkat.
Penelitian ini menggunakan metode gabungan logika fuzzy dan kendali dua posisi
dalam mengontrol temperatur dengan set point sebesar 60 . Set poin akan
mengatur pemanas, pompa dan kipas selama 7 hari. Gas metana yang dihasilkan
dengan menggunakan pengontrolan temperatur mengakibatkan terjadinya
peningkatan kandungan gas metana yang dihasilkan dibandingkan dengan tanpa
pengontrolan. Hasil kandungan gas metana maksimum sebesar 9155 ppm,
sedangkan pada tanpa pengontrolan sebesar 4147 ppm.
Keywords: Biogas, digester, temperatur, logika fuzzy, kendali dua posisi.
ABSTRACT
DESIGNING BIOMASS ANAEROB DIGESTER TEMPERATURE
CONTROL SYSTEM USING FUZZY AND TWO CONTROL POSITION
HYBRID LOGIC
By
Irfantry Rizky Surya
0910453080
Biogas is an alternative energy that replace oil combustion source that produced
by mixed gas from metanogenetic bacteria that happened to organic material such
as : human waste, animal and organic waste that naturally digested in anaerobic
condition. The factor that affect biogas production is temperature. The changing
process of temperature in biogas digester causing changing in production of
methane gas. This production will rise if the temperature getting higher. This
research use fuzzy logic and two control position as hybrid logic in controlling
temperature with 60 degrees set point. This set point will control heater, pump and
fan for 7 days. Methane gas that produced by using temperature control will cause
production raising of methane gas amount compared with no controlling. The
result of maximum produced methane gas is 9155 ppm, but without controlling
the production is 4147 ppm.
Keywords : Biomass, digester, temperature, fuzzy logic, on off control.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Meningkatnya harga bahan bakar minyak (BBM) dan ketersediaannya
yang tidak konstan di pasaran telah menyebabkan keterbatasan energi bagi
masyarakat. Karena kebutuhan masyarakat terhadap bahan bakar yang sangat
tinggi, maka suatu keharusan untuk mencari sumber lain. Oleh karena itu
diperlukan pencarian energi alternatif yang terbarukan sehingga penggunaan
BBM dapat ditekan. Solusi yang tepat adalah memanfaatkan limbah menjadi
biogas, yang merupakan energi yang layak digunakan baik secara teknis, sosial,
maupun ekonomis terutama untuk mengatasi masalah energi di pedesaan.
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik
yang terjadi pada material-material organik seperti : kotoran manusia, hewan, dan
limbah organik yang terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Pada
umumnya biogas terdiri atas gas metana (CH4) 55 - 65 %, gas karbondioksida
(CO2) 36 – 45 %, gas nitrogen (N2) 0 – 3 %, dan gas-gas lainnya dalam jumlah
yang sedikit[1]. Besarnya kandungan CH4 dalam biogas dapat dijadikan sebagai
bahan bakar alternatif pengganti BBM yang dapat diperbaharui dan sumber
pembuatannya dapat ditemukan secara mudah, sehingga biogas dapat dijadikan
salah satu solusi sebagai bahan bakar pengganti BBM.
Salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam pembuatan biogas adalah
temperatur. Perubahan temperatur akan mempengaruhi kemampuan bakteri dalam
memproduksi gas CH4. Berdasarkan temperatur yang digunakan, terdapat tiga
kondisi yang memungkinkan bakteri untuk hidup, yaitu kondisi psychropilic di
mana bakteri dapat hidup pada temperatur dibawah 25
mana bakteri dapat hidup pada temperatur 30
di mana bakteri dapat hidup pada 43 - 62 C[2].
Berdasarkan beberapa hasil penelitian
- 42
[3] [4]
, kondisi mesophilic di
dan kondisi thermophilic
, kondisi temperatur pada
reaktor biogas (digester) yang paling optimal adalah pada kondisi thermophilic.
Agar temperatur pada reaktor biogas (digester) selalu berada pada kondisi
optimal, maka diperlukan pengontrolan. Selain itu, dengan adanya pengontrolan
ini bakteri dapat menghasilkan gas metana secara maksimal.
Pada penelitian sebelumnya
[5] [6]
, sistem kontrol temperatur pada digester
sudah pernah dibuat dengan menggunakan sistem kendali dua posisi. Namun
masih terdapat beberapa kelemahan, terutama aktifasi pengontrolan temperatur
yang masih memiliki nilai yang relatif besar ± 1
dari titik set point untuk
memperbaiki proses pengaturan temperatur. Untuk mengatasi hal ini, diterapkan
metode gabungan logika fuzzy dan kendali dua posisi yang menggabungkan
sistem kendali dua posisi dengan logika fuzzy. Dalam sistem ini kendali utama
adalah kendali logika fuzzy untuk mengatur kecepatan kipas, dimana dalam
pengontrolannya dapat dilakukan secara real time sesuai dengan perubahan nilai
masukan (input) pada domain temperatur dan waktu, sedangkan kendali dua
posisi digunakan sebagai aktifasi pemanas dan pompa sirkulasi. Dengan
menggunakan metode gabungan logika fuzzy dan kendali dua posisi maka nilai
error yang dihasilkan dapat diperkecil.
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, penulis mengangkat judul
tugas akhir ini, yaitu “Perancangan Sistem Kontrol Temperatur Anaerob
Digester Biogas Menggunakan Metode Gabungan Logika Fuzzy Dan Kendali
Dua Posisi”. Dengan penelitian ini diharapkan sistem kontrol temperatur pada
biogas menjadi lebih baik, sehingga produksi biogas bisa menjadi lebih maksimal.
1.2.Rumusan Masalah
Adapun permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana optimasi hasil produksi biogas dengan cara mengontrol
temperatur pada digester ?
2. Bagaimana mengimplementasikan metode gabungan logika fuzzy dan
kendali dua posisi dalam pengontrolan temperatur pada digester ?
1.3.Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Objek yang digunakan adalah kotoran sapi.
2. Sensor temperatur DS18B20 digunakan sebagai input pengontrolan
digester biogas.
3. Sensor gas metana (CH4) digunakan dalam monitoring gas metana yang
dihasilkan.
4. Faktor yang mempengaruhi produksi biogas seperti pH, Volatile Fatty
Acid (VFA), amonia, makro dan mikronutrien serta komponen racun
dianggap tetap.
5. Alat dibuat dalam bentuk prototype.
6. Metode logika fuzzy yang digunakan untuk mendapatkan hasil crisp output
adalah metode Tsukamoto.
7. Penekanan
analisis
hanya
untuk
pengontrolan
temperatur
dan
hubungannya dengan produksi biogas.
1.4.Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah, tugas akhir ini bertujuan untuk
membangun sistem kontrol temperatur dan sistem deteksi kandungan gas yang
dihasilkan dari proses pembuatan biogas menggunakan metode gabungan logika
fuzzy dan kendali dua posisi.
1.5.Sistematika Penulisan
Penulisan tugas akhir ini akan dibagi menjadi beberapa bab sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI berisi dasar ilmu yang mendukung pembahasan
penelitian ini.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN berisi analisa dan desain sistem secara
terstruktur, yang berbentuk diagram proses pengerjaan tugas akhir.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN berisi hasil uji coba berdasarkan
parameter yang ditetapkan dan analisa terhadap hasil uji coba tersebut.
BAB V PENUTUP berisi kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini
beserta saran untuk pengembangan selanjutnya.
ANAEROB DIGESTER BIOGAS MENGGUNAKAN
METODE GABUNGAN LOGIKA FUZZY DAN KENDALI DUA POSISI
LAPORAN TUGAS AKHIR
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Sarjana Pada
Program Studi Sistem Komputer Universitas Andalas
IRFANTRY RIZKY SURYA
0910453080
JURUSAN SISTEM KOMPUTER
FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
ABSTRAK
PERANCANGAN SISTEM KONTROL TEMPERATUR ANAEROB
DIGESTER BIOGAS MENGGUNAKAN METODE GABUNGAN LOGIKA
FUZZY DAN KENDALI DUA POSISI
Oleh
Irfantry Rizky Surya
0910453080
Biogas merupakan salah satu energi alternatif pengganti bahan bakar minyak yang
diproduksi dari campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang
terjadi pada material-material organik seperti : kotoran manusia, hewan, dan
limbah organik yang terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Salah satu
faktor yang mempengaruhi produksi biogas adalah temperatur. Perubahan
temperatur pada digester biogas mengakibatkan perubahan produksi gas metana.
Produksi gas metana akan meningkat apabila temperatur semakin meningkat.
Penelitian ini menggunakan metode gabungan logika fuzzy dan kendali dua posisi
dalam mengontrol temperatur dengan set point sebesar 60 . Set poin akan
mengatur pemanas, pompa dan kipas selama 7 hari. Gas metana yang dihasilkan
dengan menggunakan pengontrolan temperatur mengakibatkan terjadinya
peningkatan kandungan gas metana yang dihasilkan dibandingkan dengan tanpa
pengontrolan. Hasil kandungan gas metana maksimum sebesar 9155 ppm,
sedangkan pada tanpa pengontrolan sebesar 4147 ppm.
Keywords: Biogas, digester, temperatur, logika fuzzy, kendali dua posisi.
ABSTRACT
DESIGNING BIOMASS ANAEROB DIGESTER TEMPERATURE
CONTROL SYSTEM USING FUZZY AND TWO CONTROL POSITION
HYBRID LOGIC
By
Irfantry Rizky Surya
0910453080
Biogas is an alternative energy that replace oil combustion source that produced
by mixed gas from metanogenetic bacteria that happened to organic material such
as : human waste, animal and organic waste that naturally digested in anaerobic
condition. The factor that affect biogas production is temperature. The changing
process of temperature in biogas digester causing changing in production of
methane gas. This production will rise if the temperature getting higher. This
research use fuzzy logic and two control position as hybrid logic in controlling
temperature with 60 degrees set point. This set point will control heater, pump and
fan for 7 days. Methane gas that produced by using temperature control will cause
production raising of methane gas amount compared with no controlling. The
result of maximum produced methane gas is 9155 ppm, but without controlling
the production is 4147 ppm.
Keywords : Biomass, digester, temperature, fuzzy logic, on off control.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Meningkatnya harga bahan bakar minyak (BBM) dan ketersediaannya
yang tidak konstan di pasaran telah menyebabkan keterbatasan energi bagi
masyarakat. Karena kebutuhan masyarakat terhadap bahan bakar yang sangat
tinggi, maka suatu keharusan untuk mencari sumber lain. Oleh karena itu
diperlukan pencarian energi alternatif yang terbarukan sehingga penggunaan
BBM dapat ditekan. Solusi yang tepat adalah memanfaatkan limbah menjadi
biogas, yang merupakan energi yang layak digunakan baik secara teknis, sosial,
maupun ekonomis terutama untuk mengatasi masalah energi di pedesaan.
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik
yang terjadi pada material-material organik seperti : kotoran manusia, hewan, dan
limbah organik yang terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Pada
umumnya biogas terdiri atas gas metana (CH4) 55 - 65 %, gas karbondioksida
(CO2) 36 – 45 %, gas nitrogen (N2) 0 – 3 %, dan gas-gas lainnya dalam jumlah
yang sedikit[1]. Besarnya kandungan CH4 dalam biogas dapat dijadikan sebagai
bahan bakar alternatif pengganti BBM yang dapat diperbaharui dan sumber
pembuatannya dapat ditemukan secara mudah, sehingga biogas dapat dijadikan
salah satu solusi sebagai bahan bakar pengganti BBM.
Salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam pembuatan biogas adalah
temperatur. Perubahan temperatur akan mempengaruhi kemampuan bakteri dalam
memproduksi gas CH4. Berdasarkan temperatur yang digunakan, terdapat tiga
kondisi yang memungkinkan bakteri untuk hidup, yaitu kondisi psychropilic di
mana bakteri dapat hidup pada temperatur dibawah 25
mana bakteri dapat hidup pada temperatur 30
di mana bakteri dapat hidup pada 43 - 62 C[2].
Berdasarkan beberapa hasil penelitian
- 42
[3] [4]
, kondisi mesophilic di
dan kondisi thermophilic
, kondisi temperatur pada
reaktor biogas (digester) yang paling optimal adalah pada kondisi thermophilic.
Agar temperatur pada reaktor biogas (digester) selalu berada pada kondisi
optimal, maka diperlukan pengontrolan. Selain itu, dengan adanya pengontrolan
ini bakteri dapat menghasilkan gas metana secara maksimal.
Pada penelitian sebelumnya
[5] [6]
, sistem kontrol temperatur pada digester
sudah pernah dibuat dengan menggunakan sistem kendali dua posisi. Namun
masih terdapat beberapa kelemahan, terutama aktifasi pengontrolan temperatur
yang masih memiliki nilai yang relatif besar ± 1
dari titik set point untuk
memperbaiki proses pengaturan temperatur. Untuk mengatasi hal ini, diterapkan
metode gabungan logika fuzzy dan kendali dua posisi yang menggabungkan
sistem kendali dua posisi dengan logika fuzzy. Dalam sistem ini kendali utama
adalah kendali logika fuzzy untuk mengatur kecepatan kipas, dimana dalam
pengontrolannya dapat dilakukan secara real time sesuai dengan perubahan nilai
masukan (input) pada domain temperatur dan waktu, sedangkan kendali dua
posisi digunakan sebagai aktifasi pemanas dan pompa sirkulasi. Dengan
menggunakan metode gabungan logika fuzzy dan kendali dua posisi maka nilai
error yang dihasilkan dapat diperkecil.
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, penulis mengangkat judul
tugas akhir ini, yaitu “Perancangan Sistem Kontrol Temperatur Anaerob
Digester Biogas Menggunakan Metode Gabungan Logika Fuzzy Dan Kendali
Dua Posisi”. Dengan penelitian ini diharapkan sistem kontrol temperatur pada
biogas menjadi lebih baik, sehingga produksi biogas bisa menjadi lebih maksimal.
1.2.Rumusan Masalah
Adapun permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana optimasi hasil produksi biogas dengan cara mengontrol
temperatur pada digester ?
2. Bagaimana mengimplementasikan metode gabungan logika fuzzy dan
kendali dua posisi dalam pengontrolan temperatur pada digester ?
1.3.Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini adalah :
1. Objek yang digunakan adalah kotoran sapi.
2. Sensor temperatur DS18B20 digunakan sebagai input pengontrolan
digester biogas.
3. Sensor gas metana (CH4) digunakan dalam monitoring gas metana yang
dihasilkan.
4. Faktor yang mempengaruhi produksi biogas seperti pH, Volatile Fatty
Acid (VFA), amonia, makro dan mikronutrien serta komponen racun
dianggap tetap.
5. Alat dibuat dalam bentuk prototype.
6. Metode logika fuzzy yang digunakan untuk mendapatkan hasil crisp output
adalah metode Tsukamoto.
7. Penekanan
analisis
hanya
untuk
pengontrolan
temperatur
dan
hubungannya dengan produksi biogas.
1.4.Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah, tugas akhir ini bertujuan untuk
membangun sistem kontrol temperatur dan sistem deteksi kandungan gas yang
dihasilkan dari proses pembuatan biogas menggunakan metode gabungan logika
fuzzy dan kendali dua posisi.
1.5.Sistematika Penulisan
Penulisan tugas akhir ini akan dibagi menjadi beberapa bab sebagai
berikut :
BAB I PENDAHULUAN berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI berisi dasar ilmu yang mendukung pembahasan
penelitian ini.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN berisi analisa dan desain sistem secara
terstruktur, yang berbentuk diagram proses pengerjaan tugas akhir.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN berisi hasil uji coba berdasarkan
parameter yang ditetapkan dan analisa terhadap hasil uji coba tersebut.
BAB V PENUTUP berisi kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini
beserta saran untuk pengembangan selanjutnya.