1 1.1 LATAR BELAKANG
Limbah cair yang dihasilkan dari ekstraksi minyak sawit pada proses di dekanter, dikombinasikan dengan limbah dari air pendingin dan sterilizer yang disebut sebagai Palm Oil Mill Effluent (POME) atau Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) [1]. LCPKS mengandung 0,6-0,7% minyak residu dan 2-4% dari padatan tersuspensi, terutama dari bagian mesocarp buah, berupa suspensi koloid berwarna kecoklatan [2], ditandai dengan nilai COD 50.000 mg/l, nilai BOD 25.000 mg/l dan 4-5% total padatan terutama puing-puing dari buah [3]. Limbah berupa limbah perkotaan, sektor pertanian, sektor industri dan lain-lain dapat dimanfaatkan untuk dikonversikan sebagai energi [4]. Salah satu pemanfaatan limbah cair pabrik kelapa sawit adalah dapat dikonversikan menjadi biogas.
Dalam proses anaerobik, untuk memproduksi biogas diperlukan suatu kondisi yang memungkinkan mikroorganisme pembentuk metana untuk dapat hidup dan berkembang biak dengan baik. Salah satu kondisi yang harus dijaga adalah pH dari sistem pengolahan anaerobik tersebut. Kondisi pH yang dibutuhkan oleh bakteri metanogen adalah pada rentang nilai 6,5 hingga 7,2. Untuk mempertahankan kondisi pH pada rentang yang dibutuhkan oleh mikroorganisme agar dapat hidup, maka alkalinitas perlu dijaga dengan menambahkan NaHCO3 [5].
Lembaga Penelitian USU sedang mengembangkan metode pemanfaatan dan pengolahan LCPKS. Metode yang dikembangkan adalah pengolahan LCPKS dengan proses anaerobik secara termofilik untuk memperoleh biogas yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi. Penelitian ini menggunakan digester berpengaduk dengan Hydraulic Retention Time (HRT) 6 hari dan temperatur operasional 55oC. Dalam proses pengolahannya dilakukan penambahan NaHCO3
sebanyak 2,5 g/L LCPKS untuk menstabilkan alkalinitas dan penambahan larutan FeCl2 25 mg/L, NiCl2 0,49 mg/L dan COCl2 0,42 mg/L LCPKS untuk meningkatkan
produksi biogas. Penelitian USU ini berupa pilot plant dengan menggunakan digester yang dapat menampung 3 ton LCPKS untuk diolah secara anaerobik dan dapat menghasilkan biogas [6].
Terdapat beberapa metode dalam mengukur kadar keasaman (pH) dari suatu larutan, diantaranya yaitu dengan metode konvensional yaitu menggunakan kertas lakmus atau kertas pH. Metode ini kurang praktis dan hasil pengukuran dengan metode konvensional ini kurang akurat dan hanya mampu digunakan untuk sekali pengukuran saja. Hal ini berarti untuk pengukuran pH larutan yang banyak maka membutuhkan kertas lakmus yang banyak sehingga biaya juga semakin besar. Metode pengukuran lainnya yaitu dengan menggunakan alat elektronik (pH meter) dengan sensor dari elektroda (probe) yang mampu mengukur kadar keasaman dengan lebih cepat, akurat dan presisi dibanding dengan metode konvensional. Namun untuk keperluan monitoring tidak efektif karena pemilik harus datang setiap saat untuk mengecek kadar keasaman (pH). Oleh karena itu perlu adanya upaya untuk merancang suatu sistem monitoring kadar keasaman (pH) yang efektif tanpa harus datang ketempat yang mungkin memiliki jarak yang cukup jauh.
Pada proses produksi biogas saat ini sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali semi otomatis, dimana dalam pengambilan data logger nya masih menggunakan sistem manual. Pada penelitian ini sistem kendali dikembangkan menjadi sistem kendali otomatis yang berbasis Human Machine Interface (HMI), dimana sistem pengambilan data logger nya menggunakan sistem otomatis.
Arduino Mega 2560 adalah board mikrokontroler berbasis ATMega2560. Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output Pulse Widht Modulation (PWM) dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan board Arduino Mega 2560 ke komputer dengan menggunakan kabel USB dan AC adaptor sebagai suplay atau baterai untuk menjalankannya [7].
Kelebihan Arduino diantaranya adalah tidak perlu perangkat chip programmer karena didalamnya sudah ada bootloader yang akan membaca upload program dari komputer, Arduino sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna laptop yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakannya. Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan program yang cukup lengkap, dan Arduino memiliki modul siap pakai (shield) yang
bisa ditancapkan pada board Arduino. Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dan lain-lain [7].
Program mikrokontroler terdiri dari dua modul, satu untuk kalibrasi awal dan kedua untuk pengukuran waktu dan data logging. Semua unit pengukuran tersebut akan terhubung melalui link nirkabel ke komputer pusat yang menampilkan data logging. Dalam unit pengukuran modul yang menampilkan untuk pengukuran energi dan data logging akan menjadi unit berbasis mikrokontroler dengan modul pengukuran energi. Di sini, modul pengukuran energi melakukan pengukuran energi dan parameter terkait terus menerus. Mikrokontroler akan mengambil data ini pada interval reguler, menyimpan data dalam memori lokal dan juga nirkabel untuk mentransfer data ke komputer pusat jika link nirkabel aktif. Komputer pusat akan bertindak sebagai pusat jaringan dan akan berfungsi untuk mengaktifkan dan menonaktifkan transfer data [8].
Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Sensor Biogas yang Terdahulu
Peneliti (Tahun) Judul Penelitian Metode Hasil
Iwan Sugriwan, Ahmad
Monitoring parameter gas pada produksi biogas dalam digester anaerob, menyiapkan peralatan dan bahan penelitian, perancangan dan pembuatan perangkat keras serta perangkat lunak dan implementasi sistem instrumen pada mini digester skala lab Perangkat keras yang telah dibuat adalah rangkaian catu daya untuk sensor MPX2100GP, SHT11, LM35, KE50, TGS4160 dan TGS2611. pembuatan dan kalibrasi sensor temperatur dengan LM35, sensor tekanan dengan MPX2100GP, sensor kelembaban dan temperatur dengan SHT11, sensor oksigen KE-50, sensor karbondioksida dengan TGS4160 dan sensor metana dengan TGS2611.
• Sensor SHT11 Persamaan karakteristik MPX2100GP adalah V = 0,0498P – 0,0816 volt. pengindera kadar oksigen telah menunjukkan performa yang baik, persamaan karakteristik untuk KE-50 adalah V = 50,419n -14,682 mV • TGS4160 adalah V = 0,3609n +
14,286 mV
• Sensor TGS2611 telah menunjukkan unjuk kerja yang sangat baik, dengan persamaan karakteristik sensor pertumbuhan ikan kerapu macan pada
range 7,8 - 8,0. Proses pengontrolan
menggunakan ATMega 328P. Pembacaan nilai pH menggunakan sensor Analog pH meter V1.0.
• Sistem pengontrolan pH air secara otomatis dapat dirancang dengan menggunakan Arduino dan sensor Analog pH meter pada range pH 7,8 - 8,0.
• Nilai rata-rata penyimpangan pembacaan pH air adalah 4,86%.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Beberapa masalah utama yang perlu diselesaikan dalam penelitian ini adalah:
(i) bagaimana dapat mewujudkan suatu sistem otomatisasi monitoring pH berbasis
mikrokontroler arduino untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas, (ii)
Bagaimana pemilihan komponen-komponen berbasis mikrokontroler arduino yang
sesuai untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas, (iii) Bagaimana merakit
komponen-komponen berbasis mikrokontroler arduino sehingga menjadi suatu
sistem monitoring pH yang terintegrasi, dan (iv) Pemograman Human Machine
Interface (HMI) sistem monitoring pH berbasis mikrokontroler arduino dengan
menggunakan software LabVIEW.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan suatu sistem otomatisasi monitoring pH berbasis mikrokontroler arduino untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas. Oleh karena itu akan dilakukan serangkaian kegiatan dengan
tujuan untuk:
1. Memilih komponen-komponen berbasis mikrokontroler arduino yang sesuai untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas.
2. Perakitan komponen-komponen berbasis mikrokontroler arduino menjadi sistem monitoring pH yang terintegrasi.
3. Mendapatkan HMI yang sesuai untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
1. Memberikan informasi mengenai sistem otomatisasi monitoring pH berbasis mikrokontroler arduino untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas.
2. Memberikan informasi mengenai komponen-komponen berbasis mikrokontroler arduino yang sesuai dalam proses konversi LCPKS menjadi
Biogas.
3. Memberikan informasi mengenai perakitan komponen-komponen berbasis
mikrokontroler arduino yang sesuai menjadi sistem monitoring pH yang
terintegrasi.
4. Memberikan informasi mengenai HMI yang dapat digunakan untuk proses konversi LCPKS menjadi biogas.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Kegiatan penelitian dilaksanakan di Departemen Teknik Kimia USU dan Pusdiklat LP2M USU. Peralatan yang digunakan berupa:
1. Perangkat Hardware, terdiri dari pH Probe Sensor, Modul Akuisisi Data pH sensor, jumper cable, dan Arduino Mega 2560.
2. Perangkat Software, terdiri dari Arduino dan National Instruments LabVIEW 2014.
Sampel yang digunakan adalah limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) diambil dari PKS Adolina PTPN IV dalam proses metanogenesis pada suhu ambient hingga didapat waktu untuk pengkalibrasian ulang.
