OTOMATISASI SENSOR TEMPERATUR PADA
PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN NATIONAL
INSTRUMENT USB - 6001
SKRIPSI
Oleh
TRI PUTRA R.P.
110405094
OTOMATISASI SENSOR TEMPERATUR PADA
PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN NATIONAL
INSTRUMENT USB - 6001
SKRIPSI
Oleh
TRI PUTRA R.P.
110405094
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JULI 2016
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
OTOMATISASI SENSOR TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN
MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB - 6001
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 dikemudian 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
Tri Putra R.P. NIM: 110405124
LEMBAR BUKTI SEMINAR HASIL PENELITIAN
Hasil Penelitian yang Berjudul :
OTOMATISASI KENDALI TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN
MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB - 6001
Benar telah diseminarkan pada Seminar Hasil Penelitian tanggal 15 Juni 2016 dan telah diperbaiki sesuai dengan koreksi dan usulan yang diberikan.
Diketahui/Disetujui
Dosen Penguji I Dosen Penguji II
Dr. Eng. Rondang Tambun, ST, MT Dr. Eng . Ir. Irvan M.Si NIP. 19720612 200012 1 001 NIP. 19680820 199501 1 001
Koordinator Penelitian Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T. Ir. Bambang Trisakti, M.T. NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19660925 199103 1 003
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul:
OTOMATISASI KENDALI TEMPERATUR PADA PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) DENGAN
MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB - 6001
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
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 Sensor Temperatur pada Produksi
Biogas dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) dengan Mikrokontroler National Instrument USB - 6001”, 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
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Bang Zoeliady yang banyak memberi saran dalam pembuatan dan perancangan alat – alat pada penelitian ini.
2. Bang Dwi Budi Prasetyo, S.T., dari UKM Robotik “Sikonek” Universitas Sumatera Utara yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian ini.
3. Ayahanda S.M. Pasaribu dan ibunda S. Purba yang selalu memberikan dukungan dan doa, abanganda Pdt. Victor Deli Rahmat Pasaribu, S.Th., Andika Arihta Pasaribu, A. Md., dan adinda Astina Tio Lestari Pasaribu. 4. Ekuino Simanungkalit selaku partner yang telah bekerjasama selama
penyelesaian penelitian ini.
5. Windi Monica Surbakti selaku orang yang selalu ada untuk penulis.
6. Almh. Festiyani, Alfarodo Silaban, Anita Manullang, Christianto Sitio, Dedy O.S. Siburian, Fransiscus Raymond Butar – Butar, Gerson Rico Harianja, Golda C.S. S.T., Imam Bestari Harahap, Iqbal L.N., M.Amri Prayogo, Muksalmina, Pontius Pardede, Raja Nico Perez Samosir, Randy Arisman Sitorus, Tongam May Adrivan Sinaga, dan Yosef Carol H. Sianipar.
7. Rekan-rekan yang di Laboratorium Ekologi. 8. Rekan-rekan yang di LPPM USU
9. Teman-teman Teknik Kimia angkatan 2011.
10. Adik - adik Teknik Kimia angkatan 2014 terutama adinda, Monica Natalia Sihaloho dan Sicilya Ruth Yudhika Hutagalung.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Tri Putra Roito Pasaribu NIM : 110405094
Tempat, tgl lahir : Tanjung Morawa, 15 Juni 1993 Nama Orang Tua : S.M. Pasaribu dan S. Purba
Alamat Orang Tua :
Jalan Kebun Sayur, Gg. Smart, Desa Limau Manis, Dusun XII, Tanjung Morawa
Asal Sekolah :
TK Methodist Tanjung Morawa tahun 1998 – 1999
SD Methodist Tanjung Morawa tahun 1999 – 2005
SMP Methosdist - 1 Medan tahun 2005 – 2008
SMA Santa Maria Medan tahun 2008 – 2011 Pengalaman organisasi/kerja:
1. Anggota Bidang Pendidikan dan Kaderisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU 2014/2015
2. Sekretaris Panitia Apresiasi Penyambutan Mahasiswa Baru (APMB) Jurusan Teknik Kimia FT USU 2014
3. Ketua Panitia Natal Teknik Kimia USU 2014
4. Kerja Praktek di PT. Perkebunan Nusantara IV (Persero) Unit Usaha: Pabatu (PAB) Indonesia tahun 2015
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan rangkaian sistem monitoring dan sistem perekaman data temperatur berbasis National Instrument USB-6001 serta mendapatkan Human Machine Interface (HMI) yang sesuai untuk monitoring temperatur proses konversi LCPKS menjadi biogas pada skala laboratorium menggunakan perangkat lunak LabView. Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yakni: tahap perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Pada tahap perancangan perangkat keras akan menghubungkan mikrokontroler National
Instrument USB-6001 dengan tangki berpengaduk dan laptop/PC. Pada tahap
perancangan perangkat lunak terdiri rancang bangun program LabVIEW. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa komponen-komponen yang sesuai untuk
monitoring proses konversi LCPKS adalah National Instrument USB – 6001,
rangkaian modul TC to DC dan sumber daya 5 volt, serta sensor temperatur yang digunakan adalah thermocouple tipe K. Untuk design HMI menggunakan LabVIEW 2014 sudah sesuai dengan kebutuhan dengan tampilan grafik dari kondisi temperatur
real time dari tangki berpengaduk dan data logger sudah dapat tersimpan dalam
program Microsoft Excel secara otomatis. Setelah selesai dalam perancangan HMI,
thermocouple yang digunakan dikalibrasi untuk menghasilkan persamaan linear dari
data analog terhadap data temperatur dari termometer digital sehingga diperoleh persamaan yang akan diinput ke dalam program block diagram LabVIEW yaitu 𝑦 = 0,0064𝑥 + 0,2217 dengan nilai R2 adalah 0,993. Kemudian penelitian dijalankan menggunakan set point 55 oC dengan variasi hysteresis 1, 3, dan 5 oC. Data yang diperoleh dari penelitian ini kemudian dihitung nilai standar errornya untuk melihat perbandingan data yang dihasilkan dari setiap variasi hysteresis. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa data terbaik diperoleh pada data penelitian menggunakan
hysteresis 1oC dari set point temperatur dibandingkan dengan data pada hysteresis 3oC dan hysteresis 5oC.
Kata kunci : Labview, limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS), mikrokontroler,
ABSTRACT
The purpose of this research is to obtain monitoring system and temperature data recording system based on National Instruments USB-6001 and to obtain a Human Machine Interface (HMI) which is suitable for monitoring the temperature process of the conversion POME into biogas on a laboratory scale using LabVIEW software. This study was consisted of two stages, which is : the hardware design and software design. At the hardware design, the stirred tank and a laptop / PC will be connected to the microcontroller hardware National Instruments USB-6001. The software design was consisted of the LabVIEW programming. The results indicated that the components were suitable for the monitoring process of the conversion POME were the National Instrument USB - 6001, series TC module to DC and 5 volt power source, as well as a temperature sensor used is a thermocouple type K. For HMI design using LabVIEW 2014 was in accordance with the needs with the graphic display of temperature conditions in real time from a stirred tank and the data logger was automatically stored in the Microsoft Excel. After completion of the design of HMI, thermocouple that is used is calibrated to obtained a linear equations of analog data versus temperature data from a digital thermometer so that the equation to be inputted into the program LabVIEW block diagram which was y = 0,0064x + 0.2217 with R2 value was 0.993. Afterward, the research was continued using a set point 55 ° C with a variation of hysteresis 1, 3, and 5 oC. Data was obtained from this study then to be calculated the standard error values to compare the data generated from every variation of hysteresis. The results indicated that the best data on research was the data obtained using hysteresis 1 oC from the set point temperature compared with the data on the hysteresis 3 °C and 5 °C.
Keywords : LabVIEW, palm oil mill effluent (POME), microcontroller, monitoring, National Instrument USB – 6001,
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 xiii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
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 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1 LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT (LCPKS) 7 2.2 PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) 9 2.2.1 Pengolahan Konvensional 9 2.2.2 Pengolahan secara Anaerobik 10 2.3 PARAMETER PENTING DALAM PROSES ANAEROBIK LCPKS 11
2.3.1 Temperatur 11
2.3.2 pH dan Interval Optimum 12 2.3.3 Volatile Fatty Acids (VFA) 12
2.4.1. Perangkat Keras (Hardware) 15 2.4.1. Perangkat Lunak (Software) 16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 18
3.1 LOKASI PENELITIAN 18
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 18
3.2.1 Bahan-Bahan 18
3.2.2 Peralatan 18
3.3.2.1 Peralatan Utama 18
3.3 TAHAPAN PENELITIAN 19
3.3.1 Tahapan Perangkaian Instrumen 19
3.3.2 Kalibrasi Alat 21
3.3.3. Pelaksanaan Monitoring 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 24 4.1 PERANCANGAN TANGKI BERPENGADUK 24 4.2 PERANCANGAN SISTEM MONITORING TEMPERATUR PROSES
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT
USB-6001 26
4.2.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) 26 4.2.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software) 27 4.3 ANALISIS HASIL PENGUJIAN SENSOR TERMOKOPEL PADA
MIKROKONTROLER NATIONAL INSTRUMENT USB - 6001 29 4.3.1 Kalibrasi Sensor Termokopel 29 4.3.2 Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan Mikrokontroler 30
4.3.2.1 Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan
Mikrokontroler dengan Hysteresis 1 °C 30
4.3.2.2 Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan
Mikrokontroler dengan Hysteresis 3 °C 31
4.3.2.3 Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan
Mikrokontroler dengan Hysteresis 3 °C 32
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 33
5.1 KESIMPULAN 34
5.2 SARAN 35
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Pengolahan Minyak Sawit 8 Gambar 2.2 Tingkat Pertumbuhan Relatif Mikroorganisme Metanogen 11 Gambar 2.3 Grafik Hubungan Tipe Thermocouple dengan Rentang Suhu 16 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 19 Gambar 3.2 Gambaran Sederhana Rangkaian Instrumen 20 Gambar 3.3 Tampilan Measurement and Automation Explorer (MAX) 20 Gambar 3.4 Tampilan Self-Test Measurement and Automation Explorer
(MAX) 21
Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Kalibrasi Mikrokontroler 22 Gambar 4.1 Gambar Teknikal 25 Gambar 4.2 Visual Tangki Berpengaduk 25 Gambar 4.3 Skema Rangkaian Hardware Sistem Monitoring Temperatur 26 Gambar 4.4 Rangkaian Hardware Sistem Monitoring Temperatur 27 Gambar 4.5 Tampilan Human Machine Interface (HMI) Monitoring
Temperatur Menggunakan LabView 2014 27 Gambar 4.6 Block Diagram Sistem Monitoring Temperatur
Menggunakan LabVIEW 2014 28 Gambar 4.7 Penyimpana Data Monitoring menggunakan Write to
Measurements File 28
Gambar 4.8 Grafik Kalibrasi Sensor Termokopel 30 Gambar 4.9 Grafik Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan
Mikrokontroler dengan Hysteresis 1 °C 31 Gambar 4.10 Grafik Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan
Mikrokontroler dengan Hysteresis 3 °C 32 Gambar 4.11 Grafik Pengambilan Data Temperatur Proses menggunakan
Mikrokontroler dengan Hysteresis 5 °C 33 Gambar L3.1 Visual dari Tangki Berpengaduk 48
Gambar L3.5 Visual dari Modul TC to DC dan Sumber Daya 5 Volt 49 Gambar L3.6 Visual Termokopel Tipe K 49 Gambar L3.7 Rangkaian Sistem Monitoring Temperatur Visual Resistor 50
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Rangkuman Hasil Penelitian Pembuatan Sensor Biogas yang
Terdahulu 3
Tabel 2.1 Karakteristik LCPKS Segar 8 Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit 9 Tabel 2.3 Temperatur Reaksi dan Waktu Tinggal Minimum 12 Tabel 3.1 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian 23 Tabel 4.1 Spesifikasi Tangki Berpengaduk 24 Tabel L1.1 Data Hasil Kalibrasi Termokopel 38 Tabel L1.2 Data Temperatur Rata – Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar
Deviasi dengan Hysteresis 1 °C 39 Tabel L1.3 Data Temperatur Rata – Rata Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi
Proses Dengan Hysteresis 3 °C 40 Tabel L1.4 Data Temperatur Rata – Rata Tiap Jam dan Nilai Standar Deviasi
Proses Dengan Hysteresis 5 °C 41 Tabel L2.1 Data Temperatur dengan Hysteresis 1 °C Setiap 30 detik pada Jam
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN
L1.1 DATA HASIL KALIBRASI TERMOKOPEL 39 L1.2 DATA TEMPERATUR PROSES YANG DIPEROLEH
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER 40 L1.2.1 Data Temperatur Rata – Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar
Deviasi dengan Hysteresis 1 °C 40 L1.2.2 Data Temperatur Rata – Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar
Deviasi dengan Hysteresis 3 °C 41 L1.2.3 Data Temperatur Rata – Rata Proses Tiap Jam dan Nilai Standar
Deviasi dengan Hysteresis 5°C 42 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN
L2.1 PERHITUNGAN RANCANGAN TANGKI BERPENGADUK 43 L2.1.1 Tangki Berpengaduk 43
L2.1.2 Pengaduk 44
L2.1.2.1 Turbin Piringan Horizontal 44
L2.1.2.2 Paddle Berdayung 4 44
L2.2 PERHITUNGAN NILAI STANDAR ERROR 45
