Otomatisasi Monitoring pH pada Produksi Biogas dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Dengan Mikrokontroler Arduino Mega 2560

(1)

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

(2)

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

(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 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

(4)

LEMBAR BUKTI SEMINAR HASIL PENELITIAN

Hasil Penelitian yang Berjudul:

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. 19720412 200012 1 004 NIP. 19680820 199501 1 001

Koordinator Penelitian Dosen Pembimbing

(5)

PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI

Skripsi dengan judul:

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.

(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 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

(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.

(8)

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 2013-2014

(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 50o_{C secara}

berulang dan dilanjutkan dengan kalibrasi ulang.

(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 = 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.

(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

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

(12)

2.4 PARAMETER FERMENTASI 12

(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 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 LC-1

Gambar D.1 Block Diagram Program LabVIEW Untuk Sistem Monitoring pH

(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 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

(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