Bismillah Laporan Ta Cepi1.pdf

i

PEMBUATAN KONTROL PH DAN LEVEL PADA DIGESTER ASETOGENESIS SISTEM BIOGAS DUA TAHAP BERBASIS MIKROKONTROLLER

The Manufacturing Of pH Control and Level in Acetogenesys Dygester Two Stages Biogas System Based On Microcontroller

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan DIPLOMA III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Di Jurusan Teknik Konversi Energi

Oleh CEPI ARIFIN 141711039

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 20

ABSTRAK Digester dua tahap atau biasa disebut Multi Stage adalah sistem biogas dengan menggunakan dua digester, dimana digester pertama digunakan untuk proses asetogenesis kemudian menuju digester kedua sebagai umpan untuk reaksi metanogenesis. Organisme pada tahapan asetogenesis dipengaruhi oleh kondisi pH. Bakteri asetogenesis optimumnya bekerja pada pH 5-6 Oleh karena itu dibuat suatu sistem kontrol pH pada digester aseto dengan berfungsi untuk mengontrol nilai pH pada digester aseto sehingga bakteri bekerja optimum dan pemantauan ketinggian level fluida sebagai pengaman pada sistem. Sistem kontrol pH dan Level ini menggunakan mikrokontroller arduino dengan input berupa pH sensor df robot sku Sen0160 dan sensor level ultrasonik HC-SR04 kemudian outputnya berupa solenoid valve dan nilai pengukuran sensor ditampilkan pada LCD (Liquid Crystal Display). Digester asetogenesis yang dilengkapi dengan kontrol pH dan level ini nilai setpoint nya tercapai pada hari kedelapan dengan nilai pH = 5,85 dan level digester 19,2 liter dengan kondisi buzzer on dan solenoid valve off.

Kata kunci : Digester Dua Tahap, Asetogenesis, Sistem Kontrol pH dan Level, Mikrokontroller.

ii

ABSTRACT

Multi Stage Dygester is making biogas using two digester, where the first digester is used to acetogenesis procss then second digester is used to methanogenesis process. The organisms in the acetogenesis stage are affected by pH conditions. The optimum acting bacteria work at pH 5-6 Therefore a pH control system is developed on the aseto acetone to control the pH value of the aseto so that the bacteria work optimum and to monitor the fluid level level as the safety of the system. This pH and Level control system uses arduino microcontroller with pH sensor input and its output is solenoid valve and LCD (Liquid Crystal Display).

Keywords: Multi Stage Digester, Acetogenesis, pH and Level Control System, Microcontroller.

iii

BAB I

PENDAHULUAN

I.1

Latar Belakang Dengan meningkatnya pertumbuhan jumlah manusia serta taraf hidup

masyarakat sehingga konsumsi energi di indonesia ini semakkin meningkat pula. Energi yang paling umum dipergunakan sekarang ini adalah energi yang berasal dari energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara. Energi yang berasal dari fosil terutama minyak bumi persediaannya sudah sangat terbatas (Wahyuni, 2009). Sebagai pengganti energi fosil yang pasti akan habis adalah energi baru terbarukan (renewable and sustain-able energy) yang salah satunya adalah biogas. Biogas merupakan suatu teknologi yang memanfaatkan proses fermentasi (pembusukan) dari material organik kompleks menjadi materi sederhana secara anaerob (tanpa oksigen) dengan bantuan suatu mikroba. Bahan baku biogas ialah materi organik seperti kotoran manusia, kotoran hewan, sampah yang berbentuk organik dan sampah produk pertanian. Pembentukan biogas yang terjadi dalam satu tahap digester dimana semua tahapan pembentukan biogas terjadi sekaligus didalam satu digester tersebut, yaitu pembentukan asam asetat (proses asetogenesis) dan pengubahan asam asetat menjadi gas metan (proses metanogenesis). Biogas dengan menggunakan sistem satu tahap memiliki kelemahan yaitu biogas yang dihasilkan kurang sempurna yang disebabkan oleh mikroba pembentukan asam asetat dan mikroba pembentukan gas metan berada pada satu digester sehingga sulit dalam proses penguraian

oleh

masing-masing

mikroba.

Oleh

karena

itu,

dilakukan

pengembangan teknologi biogas untuk meningkatkan produksi biogas yang maksimal, salah satunya dengan teknologi biogas fermentasi dua tahap. Biogas fermentasi dua tahap secara garis besar yaitu memisahkan proses asetogenesis yang menghasilkan asam asetat dan proses metanogenesis yang menghasilkan gas metan.

I.1

I.2

Proses asetogenesis bereaksi pada nilai pH ≤ 6 sedangkan pada proses metanogenesis bereaksi pada nilai pH = 7. Hal ini disebabkan pada proses asetogenesis produk yang dihasilkan adalah asam asetat dan senyawa asam lainnya yang mempengaruhi nilai pH menjadi asam. Nilai pH yang asam menyebabkan bakteri metanogen tidak bekerja optimal, sehingga mempengaruhi proses metanogenesis pada produk metan yang dihasilkan (Ambriani, 2014). Sistem kontrol pH pada kisaran yang tepat diperlukan agar menjadi efisien. Pencernaan anaerobik substrat organik memerlukan gabungan kerja beberapa kelompok mikroorganisme, dimana bakteri methanogen ini sensitif terhadap pH rendah. Operasi sistem yang tepat dan kontrol proses yang cermat diperlukan untuk memastikan stabilisasi pH limbah organik yang efisien dan stabil produksi, tetapi juga untuk mencegah digester dari gangguan dan potensi kegagalan sistem (A.R. Labatut, 2011). Ketertarikan penulis untuk membuat sebuah sistem yang dapat mengoptimalkan produksi biogas inilah yang melatar belakangi penulis mengambil judul “PEMBUATAN KONTROL PH DAN LEVEL PADA DIGESTER ASETOGENESIS SISTEM BIOGAS DUA TAHAP BERBASIS MIKROKONTROLLER” sebagai objek dalam menyelesaikan Tugas Akhir. I.2

Tujuan Dalam pengerjaan dan penulisan tugas akhir ini terdaopat beberapa tujuan.

Adapun tujuan tersebut diantaranya : 1. Membuat suatu sistem kontrol pH dan level pada proses asetogenesis sistem biogas digester dua tahap berbasis mikrokontroller. 2. Mengontrol nilai pH input dan level ketingggian limbah tahu pada digester asetogenesis. I.3

Rumusan Masalah Dalam proses mencapai tujuan pengerjaan dan penulisan tugas akhir ini

rumusan masalah yang menjadi topik bahasan dalam pengerjaan tugas akhir dan penyusunan laporan ini adalah membuat sistem biogas digester dua tahap proses asetogenesis dengan bukaan katup secara otomatis dengan mengontrol nilai pH dan level ketinggian limbah tahu pada digester asetogenesis diatur pada kondisi

I.3

(pH ≤ 5,7 ) dan (level ≥ 20 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟). Alat kontrol yang digunakan adalah mikrokontroller arduino. I.4

Batasan Masalah Mengingat begitu luasnya bahasan yang ada di biogas dua tahap ini. Tugas

akhir ini dibatasi dengan batasan-batasan sebagai berikut: 1. Digester asetogenesis mempunyai kapasitas 80 liter. 2. Pengujian dilakukan pada digester asetogenesis. 3. Sistem yang digunakan adalah sistem kendali on/off. 4. Kontrol ini mengatur keluaran digester asetogenesis. 5. Jenis kontrol yang digunakan adalah mikrokontroller arduino uno. 6. Program mikrokontroller dibuat dengan bahasa pemrograman bahasa C.

I.5

Sistematika Penulisan Untuk memudahkan penulisan tugas akhir ini, penulis membuat sistematika

penulisan. Adapun sistematika penulisannya sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI Bab ini berisi tentang teori-teori yang relevan dengan topik utama yaitu : biogas, digester berdasarkan jumlah tahapan prosesnya, digester dua tahap, sistem kontrol, sensor, mikrokontroller arduino, arduino ide, modul relay, LCD, LED, buzzer, solenoid valvel. serta pustaka yang erat kaitannya dengan pokok bahasan atau topik yang menjadi fokus pembahasan.

BAB III METODOLOGI PENELITAN Bab ini membahas tentang metodologi penelitian proses pembuatan dan pengujian biogas secara keseluruhan, pengontrolan pH dan level pada digester asetogenesis,

I.4

BAB IV HASIL DAN ANALISIS Bab ini membahas mengenai data pengujian yang telah diperoleh serta pengolahannya dan pembahasan dari pengolahan data tersebut.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari teori dan data-data yang diambil dalam penulisan laporan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA Bagian ini berisi data-data referensi yang penulis gunakan dalam proses penulisan laporan tugas akhir ini.

LAMPIRAN Bagian ini berisi beberapa dokumen, data sheet, dan atau gambar yang telah terlampir dalam laporan ini dan berkaitan dengan tugas akhir ini.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Biogas Biogas atau gas bio merupakan energi yang terbuat dari berbagai macam jenis bahan buangan dan bahan sisa seperti sampah, jerami, eceng gondok, kotoran ternak, limbah tahu dan bahan-bahan

lainnya. Berbagai jenis bahan

organik, baik berasal dari sisa tanaman ataupun kotoran ternak dapat dijadikan bahan baku biogas. Biogas ini merupakaan suatu penguraian bahan organik oleh mikroba dalam kondisi tanpa oksigen. Proses ini biasa disebut dengan anaerob, selama proses ini biogas pun terbentuk (Muljatiningrum, 2011). Biogas juga bisa dijadikan sebagai bahan bakar karena biogas mengandung gas metana (CH4) dalam presentase yang cukup tinggi. Kandungan komposisi biogas selengkapnya adalah sebagai berikut: Tabel II.1 Kandungan komposisi biogas (Juangga, 2007) Jenis Gas

Persentasi

Metana (CH4)

55 – 75 %

Karbon dioksida (CO2)

25 – 45 %

Nitrogen (N2)

0 – 0.3 %

Hidrogen (H2)

1–5%

Hidrogen sulfisa (H2S)

0–3%

Oksigen (O2)

0.1 – 0.5 %

Pada prinsipnya, teknologi biogas merupakan suatu teknologi yang menggunakan prinsip fermentasi (pembusukan) dari sampah organik secara anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri metan sehingga dihasilkan gas metan. Gas

II-1

II-2

metana ialah suatu gas yang tersusun atas satu atom C dan empat atom H yang memiliki karakteristik mudah terbakar. Gas metan yang sudah terbentuk kemudian dapat dibakar sehingga dihasilkan suatu energi panas (Nandiyanto dan Rumi, 2006). II.2 Digester Berdasarkan Jumlah Tahapan Prosesnya Berdasarkan jumlah tahapan prosesnya digester dibagi menjadi dua tipe, yaitu : a. Digester Satu tahap (Single stage), yaitu seluruh proses pembuatan biogas dilakukan hanya dalam satu digester saja. b. Digester Multi tahap (Multi stage), yaitu proses fermentasi dilakukan di dalam dua digester yang bekerja secara berurutan (seri). Pada biodigester pertama

berlangsung

suatu

reaksi

hydrolysis,

acetogenesis

dan

acidogenesis didalam digester asetogenesis. Sedangkan digester kedua berlangsung reaksi metanogenesis didalam digester metanogenesis (Purnama, 2009). II.3 Digester Dua Tahap Digester dua tahap atau Multi Stage adalah suatu biogas dengan menggunakan dua digester, dimana digester pertama digunakan untuk reaksi hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis dan digester kedua digunakan untuk reaksi methanogenesis. Organisme pada tahapan asetogenesis dan metanogenesis mempunyai perbedaan dalam kondisi pH optimum dan tingkat pertumbuhan. Perbedaan keadaan optimum tersebut menunjukkan bahwa sistem reaktor duatahap lebih unggul digunakan dalam proses pembuatan biogas.

Gambar II-1 Digester sistem dua tahap (Rina. S. Soetopo., dkk ,2010)

II-3

II.4 Sistem Kontrol Sistem kontrol merupakan suatu proses pengendalian atau pengaturan terhadap suatu nilai atau terhadap suatu besaran variabel/parameter sehingga berada pada suatu nilai atau range tertentu. Dalam sistem kontrol terdapat empat proses yang terjadi, yaitu : 1. Measurement /pengukuran 2. Comparation/perbandingan 3. Judgemen/menghitung 4. Correction/mengoreksi II.5 Sensor Sensor merupakan komponen yang berfungsi untuk mengukur/mendeteksi suatu nilai besaran baik fisis berupa variasi mekanis, magnetis, panas, sinar serta kimia dengan mengubah nilai besaran tersebut menjadi besaran arus listrik / tegangan. Sensor ini sendiri tersususn dari transduser dengan penguat / pengolah sinyal

yang terbentuk dalam satu

sistem. Dalam sistem pengendalian dan

robotika, sensor diumpamakan seperti mata, pendengaran, hidung, lidah yang selanjutnya akan diolah oleh kontroller sebagai otaknya. II.5.1 Sensor Keasaman (pH) pH adalah satuan ukur yang menunjukan tingkat kadar keasaman atau kadar alkali dari sebuah larutan. Nilai pH diukur dengan range nilai 0 sampai 14. Definisi pH berasal dari “p”

yang artinya lambang matematika dari negatif

logaritma, dan “H” artinya lambang kimia dari unsur Hidrogen (Tomi, 2009). Istilah umum mengenai tentang pH adalah negatif logaritma dari aktvitas ion Hidrogen. Yang dapat dituliskan dengan rumus: pH = - log [H+]…………………………………………............………(II.1) pH terbentuk dari data kuantitatif yang dinyatakan oleh tingkat keasaman atau basa yang behubungan dengan aktvitas ion hidrogen. Apabila nilai konsentrasi [H+] lebih besar dari [OH-], menunjukan bahwa material itu asam, yakni nilai pH kurang dari 7 (Noorulil, 2012). Sedangkan apabila nilai konsentrasi

II-4

[OH-] lebih besar dari [H+], maka material tersebut basa, yaitu nilai pH lebih dari 7. Sistem pengukuran pH memiliki tiga bagian utama yaitu elektroda pengukuran pH, elektroda referensi, dan alat pengukur impedansi tinggi. pH sensor merupakan suatu sensor elektronik berbentuk elektroda yang digunakan sebagai pengukur nilai pH (keasaman atau alkalinitas) terhadap suatu larutan. Prinsipnya pengukuran nilai pH ialah tergantung pada potensial elektro kimia yang terjadi pada larutan di dalam elektroda gelas (membrane glass) yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat diluar elektroda gelas yang tidak diketahui. Hal ini disebabkan oleh lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hidrogen yang ukurannya relatif kecil dan aktif, elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektrokimia dari ion hidrogen atau disebut juga dengan potential of hidrogen. Pada umunya pH sensor modern sudah dilengkapi dengan sensor thermistor temperature yaitu suatu sensor untuk mengkoreksi pengaruh nilai temperatur. Antara elektroda pembanding dengan elektroda gelas telah disusun dalam satu kesatuan seperti Gambar II-2 berikut ini.

Gambar II-2 Elektroda pH Meter Modern (Trisna, A. 2015) Keterangan gambar. 1. Bagian perasa electrode. 2. Larutan buffer. 3. Cairan HCL. 4. Elektroda ukur. 5. Tabung gelas elektroda.

II-5

6. Elektroda referensi. 7. Ujung kawat. Sensor yang digunakan untuk mengukur niolai pH yaitu suatu elektroda yang sensitif terhadap ion atau disebut juga elektroda gelas. Elektroda ini terdiri dari batang elektroda (terbuat dari gelas yang terisolasi) dan membran gelas (yang berdinding tipis dan sensitif terhadap ion H+ ). Kedua elektroda ini ada yang berdiri sendiri dan ada juga yang merupakan gabungan menjadi satu kesatuan disebut dengan elektroda kombinasi. Elemen sensor pengukur pH terdapat di tengah-tengah, dilingkupi oleh larutan perak-perak klorida (Ag-AgCl). Bagian bawah sensor ini berhubungan dengan membran gelas dan berisi cairan perak-perak klorida Secara umum, suatu nilai impedansi output elektroda gelas nilainya sangat besar (disebabkan oleh proses kimia pada permukaan elektroda), nianya antara 50-500 MΩ sehingga pada sensor diperlukan impedansi masukan yang besar. Pada Gambar II.4 menunjukan sensor pH Sku: Sen0161. Sensor pH ini digunakan sebagai pengukuran derajat keasaman cairan yang diuji untuk menentukan apakah ;arutan tersebut dalam kondisi normal, asam , atau basa.

Gambar II-3 Sensor pH Sku: Sen0161 (dfrobot) II.5.2 Modul pH Value V1.1 Modul pH value V1.1 merupakan suatu modul rangkaian penguat keluaran tegangan karena jika hanya menggunakan sensor saja maka output yang dihasilkan berupa tegangan yang sangat kecil sehingga sulit untuk dibaca ADC (Analog to Diigital Converter).

II-6

Modul pH value V1.1 ini didisain untuk kontroler Arduino dan memiliki built-in yang sederhana, mudah dan praktis. Modul Ini mempunyai LED yang bekerja sebagai Indikator Power, BNC konektor serta PH2.0 antarmuka sensor. Dalam penggunaannya, hanya mengkoneksikan sensor pH dengan konektor BNC, dan pasang antarmuka PH2.0 ke port

input

analog dari kontroller

Arduino.

Gambar ‎II-4 Modul pH Value V1.1 (dfrobot ) Dalam modul ini tersusun dari beberapa rangkaian penguat op-amp diantaranya penguat non-inverting dan rangkaian penguat diferensial II.5.3 Penguat Non-Inverting Penguat non-inverting merupakan suatu rangkaian penguat sinyal dengan dasar sinyal output yang dikuatkan dan mempunyai fasa yang sama dengan sinyal inputannya. Penguatan ini mampu merespon sinyal hingga mencapai skala mikrovolt. Rangkaian dari penguat tak membalik (non-inverting) seperti Gambar II-5. penguatan tegangan dari rangkaian ini adalah 1+R2/R1.

Gambar ‎II-5 Non-Inverting amflifier

II-7

(K.Alexander, 2011)

Dari rangkaian Gambar II-6, dapat dihitung Vo sebagai berikut: 𝑹

𝑽𝒐 = 𝟏 + 𝑹𝒇 𝑽𝑰 …………………………….............................………….(II.2) 𝟏

Dengan penguatan Tegangan: 𝑽𝒐 𝑽𝑰

𝑹

= 𝟏 + 𝑹𝒇 ……………………………………….........................………..(II.3) 𝟏

II.5.4 Diferensial Amplifier Diferensial Amplifier adalah rangkaian penguat dimana output tegangan merupakan hasil dari perbedaan antara dua masukan tegangan pada terminal noninverting dan inverting itu. Gambar II-6 adalah rangkaian diferensial amplifier.

Gambar ‎II-7 Diferensial amflifier (K.Alexander, 2011)

Rumus umum yang berlaku untuk penguat differensial adalah sebagai berikut: 𝑽𝒐 = 𝑽𝟏 𝒙

𝑹𝟐 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐

𝒙

𝑹𝟑 + 𝑹𝟒 𝑹𝟑

− 𝑽𝟐 𝒙 (−

𝑹𝟒 𝑹𝟑

…………………………(II.4)

Ketika R2 = R4 dan R3 = R1 maka: 𝑹

𝑽𝒐 = (𝑽𝟏 − 𝑽𝟐 ) 𝒙 (𝑹𝟒 )…………………………………………...……..(II.5) 𝟑

II.6 Ultrasonik HC-SR04 Sensor ultrasonik ini merupakan suatu sensor yang memiliki fungsi untuk mengubah nilai besaran fisis / bunyi menjadi nilai besaran listrik atau sebaliknya. Cara kerjanya berdasarkan pada prinsip dari pantulan gelombang suara sehingga

II-8

dapat digunakan untuk mengukur eksistensi / jarak suatu benda dengan frekuensi tertentu. Sensor ini dikenal sebagai sensor ultrasonik sebab sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik / bunyi ultrasonik. Gelombang ultrasonik merupakan suatu gelombang bunyi yang memilikii frekuensi sangat tinggi yakni 20KHz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik dapat merambat melalui meida zat padat, cair maupun gas.

Gambar II-8 Sensor ultrasonic HC-SR04 (Elecfreaks ) Secara umum, sensor ultrasonik ini berbentuk modul papan elektronik kecil yang dilengkapi dengan berbagai macam rangkaian elektronik dan dua buah transducer. Transducer pertama berfungsi sebagai transmitter gelombang ultrasonic dan transducer yang kedua digunakan sebagai receiver. Pin yang tersedia pada modul ini yakni pin VCC, ECHO, TRIG, dan GND (Winasis, dkk, 2014 ). II.6.1 Cara Kerja Sensor Ultrasonik

Gambar II-9 Cara kerjas sensor ultrasonik

II-9

(Hari, 2015) Gelombang

ultrasonik ini dibangkitkan melalui suatu

komponen

elektronika yaitu piezoelektrik. komponen ini mengeluarkan gelombang ultrasonik (dengan frekuensi 40kHz) saat suatu osilator dipasang pada benda tersebut. Pada umumnya, sensor ini memancarkan gelombang ultrasonik menuju area / target. Saat gelombang menyentuh permukaan area, maka area akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari area akan ditangkap oleh sensor tersebut, kemudian sensor menghitung selisih waktu antara pengiriman gelombang dengan gelombang pantul yang diterima. Karena nilai kecepatan bunyi ialah 340 m/s, jadi persamaan untuk mencari jarak adalah : S = (0.034 *t) /2 CM dimana S ialah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t ialah selisih waktu pemancaran gelombang dengan gelombang pantul yang diterima receiver. HC-SR04 merupakan modul sensor ultrasonik yang langsung siap pakai, berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini dapat digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm sampai 4m dengan akurasi 3mm.

Gambar II-10 Timing HC-SR04 (Hari, 2015) Gambar II-7 merupakan visualisasi dari gelombang sensor HC-SR04. Prinsip kerja dari timing HC-SR04 adalah sebagai berikut:  Ketika pin Trigger mendapatkan tegangan positif selama waktu 10µS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi yaitu 40kHz.  Kemudian, sinyal ditangkap oleh pin Echo.

II-10

 Untuk mengukur jarak benda yang, selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut  Persamaan untuk menghitung jarak bendanya ialah S = (0.034 *t) /2 cm. II.7 Real Time Clock (RTC DS3231) RTC (Real Time Clock) adalah suatu modul komponen elektronika yang berfungsi untuk menghitung waktu, mulai dari detik, menit, jam, tanggal, bulan, serta tahun. Terdapat berbagai macam tipe RTC daiantaranya: DS1307, DS1302, DS12C887, DS3234 dan DS3231. Pada uumnya, RTC berbentuk sebuah chip (IC) yang berfungsi sebagai penyimpan waktu dan tanggal. Dan dalam proses penyimpanannya RTC terdapat suatu register yang bisa menyimpan data detik, menit, jam, tanggal, bulan dan tahun.. Berikut adalah beberapa pin yang ada di semua jenis RTC, yaitu: 1. VCC

: Input tegangan DC

2. GND

: Ground

3. VBAT

: Cadangan input tegangan dari baterai

4. SDA

: Mengeluarkan sinyal data

5. SCL

: Mengeluarkan sinyal clock

Gambar ‎II-11 RTC (Real Time Clock) DS3231 (indo-ware) II.8 Mikrokontroller Arduino Mikrokontroller Arduino ialah modul kit elektronik atau papan rangkaian elektronik bersifat open source yang di dalamnya terdidri dari komponen utama, yaitu suatu chip mikrokontroller dengan jenis AVR Atmel. Mikrokontroller itu sendiri merupakan suatu chip atau IC (Integrated Circuit) yang dapat diprogram

II-11

melalui

komputer.

Tujuannya

agar

dapat

menanamkan

program

di

mikrokontroller arduino supaya rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut serta menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroller berfungsi sebagai „otak‟ yang mengatur input, proses serta output suatu rangkaian elektronik. Komponen utama papan Arduino ialah suatu IC mikrokontroler berkapasitas 8 bit dengan berbagai jenis merk Atmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation dengan detail yang berbeda. Papan Arduino menggunakan osilator Kristal 16 MHz, koneksi USB, power jack, ICSP header, serta tombol reset. Arduino disupply melalui koneksi USB / dengan catu daya luar. Catu daya luar bisa diperoleh dari adaptor DC atau baterai. Adaptor bisa dikoneksikan dengan power jack 2.1 mm pada papan arduino. Kabel lead dari baterai dapat dimasukkan dalam header pin Ground (GND) dan pin Vinput(VIN).

Gambar II-12 Mikrokontroller Arduino (Yuliza, 2015)

Gambar II-12 memperlihatkan bahwa Arduino mempunyai 6 masukan ADC (Analog to Digital Converter) yang mana masukan tersebut terdiri dari pin A0 sampai dengan pin A5. Untuk A4 dan A5, bisa digunakan untuk komunikasi wire atau Serial clock and Serial Data. Untuk pin A0 sampai A3 hanya bisa digunakan untuk masukan ADC saja. ADC Arduino memiliki kapasitas yaitu 10 bit (0-1023). Artinya, untuk input tegangan sebesar 0V maka ADC menghasilkan bilangan 0 dan untuk input tegangan sebesar 5V menghasilkan bilangan 1023.

II-12

Vinput = Tegangan input (0V – 5V) Vreff = Tegangan referensi (Vreff arduino = 5V)

contoh

perhitungan

nilai

ADC

adalah

seperti

dibawah

ini,

Ketika sensor memberikan input tegangan sebesar 4V, maka Arduino memberikan nilai sebesar 818.

Menurut perhitungan, semestinya nilai ADCnya 818,4 tetapi nilai ADC mempunyai tipe sebagai bilangan integer / bilangan bulat. Sehingga nilai 818,4 dibulatkan menjadi 818. Apabila masukan pada nilai ADC lebih besar dari nilai tegangan 5V, maka terjadilah overflow pada count ADC yang mana ADC tidak dapat lagi membaca. Nilai yang dikeluarkan ADC saat tegangan masukan melebihi dari 5V, ADC akan menunjukan nilai 1023. Apabila ini terjadi terus menerus, fitur ADC pada Arduino akan mengalami kerusakan. II.8.1 Bagian – Bagian Papan Arduino Bagian-bagian papan arduino terdiri dari Pin input/output Catu daya USB, sambungan SV1, Q1-kristal, In-Circuit Serial Programming (ICSP), penjelasan

mengenai beberapa bagian pada modul arduino uno dapat dilihat pada Gambar II.10

II-13

Gambar ‎II-13 Bagian-Bagian Arduino (Yuliza, 2015) Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian dari modul arduino: A. 14 pin input/output digital (0-13) Berfungsi sebagai input maupun output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, berfungsi juga sebagai pin analog output dimana tegangan outputnya dapat diatur. Nilai suatu pin output analog dapat diprogram antaranilai 0 – 255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.

B. USB Berfungsi untuk memuat program komputer ke dalam papan arduino, komunikasi serial antara papan arduino dengan komputer seta memberi daya listrik kepada papan modul arduino. C. Sambungan SV1 Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber luar atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak digunakan lagi pada papan modul arduino versi terakhir sebab pemilihan sumber daya luar atau USB dilakukan secara otomatis. D. Q1 – Kristal (quartz crystal oscillator) Apabila mikrokontroller diibaratkan sebagai otak, maka kristal ialah sebagai jantungnya sebab komponen ini menghasilkan pulsa yang dikirim pada mikrokontroller untuk melakukan suatu operasi untuk setiap pulsanya. Kristal ini berdetak 16 juta kali per detik (16MHz) untuk me-reset papan arduino agar program kembali dari awal. Tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau mengosongkan data di mikrokontroller. E. In-Circuit Serial Programming (ICSP)

II-14

Port ICSP berfungsi sebagai memprogram mikrokontroller secara langsung, tanpa melalui sebuah bootloader. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan hal ini sehingga ICSP tidak dipakai walaupun disediakan. F. IC 1 – Mikrokontroller Atmega Komponen utama modul papan Arduino, yaitu CPU, ROM dan RAM. Apabila ingin disuplai menggunakan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat disupply dengan sumber tegangan DC antara nilai 9-12V. Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program bisa membaca nilai sebuah pin input antara nilai 0 – 1023, dimana hal ini dapat mewakili nilai range tegangan 0 – 5V. II.9 Arduino IDE IDE (Integrated Development Environment) adalah untuk memprogram board mikrokontroller Arduino. Software ini berfungsi untuk membuat, membuka, serta mengedit source code / sketches. Sketch merupakan source code yang berisi logika dan algoritma yang nantinya akan di upload ke dalam IC mikrokontroller (Arduino).

Gambar ‎II-14 Interface Arduino IDE (Hari, 2015)

II-15

Tampilan Arduino IDE dapat dilihat gambar II.14 Dari kiri ke kanan dan atas ke bawah, bagian-bagian IDE Arduino terdiri dar i: 

New Sketch : Membuka window dan membuat sketch baru



Open Sketch : Membuka sketch yang sudah pernah dibuat.



Save Sketch : Menyimpan sketch, tapi tidak disertai mengcompile



Verify : Proses Verify / Compile mengubah sketch ke binary code untuk diupload ke mikrokontroller.



Upload : Ikon ini berfungsi untuk mengupload sketch ke board Arduino.



Serial Monitor : Membuka interface untuk komunikasi serial



Keterangan

Aplikasi

:

Pesan-pesan yang dilakukan aplikasi akan

muncul di sini, ketika kita mengcompile dan mengupload sketch ke board Arduino. 

Baris Sketch : Bagian ini akan menunjukkan posisi baris kursor yang sedang aktif pada sketch.



Informasi Port : bagian ini menginformasikan port yang dipakai oleh board Arduino.



Konsol : Pesan-pesan yang dikerjakan aplikasi dan pesan-pesan tentang sketch akan muncul pada bagian ini.

II.10 Modul Relay Modul relay ialah modul relay yang digunakan sebagai saklar elektronik untuk mengendalikan perangkat/komponen listrik yang membutuhkan tegangan dan arus yang besar. Modul relay ini membutuhkan arus sebesar 15-20mA untuk mengontrol setiap channel, disertai dengan relay highcurrent maka bisa menghubungkan perangkat dengan AC 250V 10A. Berikut adalah spesifikasi dari modul relay ini: a. Relay SONGLE SRD-05VDC-SL-C. b. Menggunakan tegangan rendah 5V, maka dapat langsung dihubungkan pada sistem mikrokontroller. c. Tipe relay ini adalah SPDT (Single Pole Double Throw): 1 COMMON, 1 NC (Normally Close), dan 1 NO (Normally Open).

II-16

d. Driver dilengkapi rangkaian peredam GGL induksi jadi tidak akan membuat reset sistem mikrokontroller. Berikut merupakan gambar dari modul relay 2 channel yang ditunjukkan pada gambar II.12 di bawah ini

Gambar II-15 Modul Relay (Hari, 2015) II.11 Liquid Crystal Display (LCD) LCD ialah display yang dapat menampilkan suatu data keluaran dari mikrokontroller. LCD mempunyai kemampuan untuk menampilkan tidak hanya angka, huruf abjad, kata-kata tapi juga simbol-simbol. LCD terdapat banyak jenis dan ukuran yaitu : ada 16 kolom 2 baris, 20 kolom 2 baris, 40 kolom 2 baris, 20 kolom 1 baris, 16 kolom 4 baris dan banyak pula yang lain.

Gambar II-16 LCD (Liquid Crystal Display) (Hari, 2015) LCD 16x2 memiliki 16 pin dengan fungsi-fungsi sebagai berikut:

Tabel II.2 Konfigurasi pin LCD 16x2 (Hari, 2015)

II-17

II.12

LED Light Emitting Diode (LED) merupakan komponen elektronika yang

digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi cahaya jika dikenai tegangan maju (forward bias). LED merupakan komponen yang bisa memancarkan cahaya monokromatik saat diberikan tegangan. LED termasuk salah satu jenis dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar II-13. Berbagai warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.

Gambar II-13 Light Emitting Diode (LED)

II.13 Buzzer Buzzer merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Prinsip kerja Buzzer mirip dengan loud speaker, jadi Buzzer juga tersusun atas kumparan yang terpasang pada diafragma kemudian kumparan tersebut dialiri arus listrik sehingga menjadi elektromagnet,

II-18

kumparan yang dialiri arus listrik tersebut tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus juga polaritas magnetnya, sebab kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara.

Gambar ‎II-17 Buzzer (ktechnics) II.14 Solenoid Valve Solenoid valve ialah suatu katup yang dioperasikan oleh energi listrik, katup ini mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi

untuk

menjalankan piston yang bisa dioperasikan oleh sumber arus AC maupun DC. Solenoid valve atau katup solenoida memiliki lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust. Lubang masukan sebagai terminal / tempat cairan masuk / supply, lalu lubang keluaran sebagai terminal atau tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi untuk saluran untuk mengeluarkan fluida yang terjebak ketika piston bergerak atau pindah posisi saat solenoid valve bekerja.

Gambar II-18 Solenoid Valve

BAB III

PEMBUATAN ALAT . III.1 Metode Pembuatan Dalam tahapan pembuatan kontrol pH dan level pada digester asetogenesis sistem biogas dua tahap berbasis mikrokontroller ini dibagi menjadi beberapa bagian yaitu :

Pembuatan design sistem kontrol

Menentukan komponen dan peralatan

Membuat sketch program arduino

Instalasi rangkaian kontrol

Pengujian sistem kontrol

Gambar III-‎0-1 Blok diagram pembuatan alat 1. Pembuatan design sistem kontrol Membuat design ini dilakukan dengan menggunakan software Autocad. Semua komponen elektronika yang telah dibuat dan dirangkai kemudian akan ditempatkan pada sebuah Panel Box yang terbuat dari akrilik. 2. Menentukan komponen dan peralatan Pada pembuatan sistem kontrol ini menggunakan beberapa komponen yang telah disesuaikan sedemikian rupa sesuai dengan desain yang telah ditentukan sebelumnya, diantaranya seperti mikrokontroller arduino, modul pH sensor df robot Sku: Sen016, sensor ultrasonik HC-SR04, I2C LCD 16x2, Modul SD Card, RTC, Buzzer, Modul relay 1 channel, solenoid valve dan komponen lainnya. 3. Membuat sketch program arduino Setelah semua komponen ditentukan, tahap selanjutnya adalah pembuatan sketch program arduinno. Program yang dibuat ini mengguanakan software Arduinno IDE dengan menggunakan bahasa C.

III-1

III-2

4. Instalasi rangkaian kontrol Rangkaian yang sebelumnya telah didesain menggunakan software autocad lalu diinstalasi ke digester. Penempatan panel box kontrol berada diatas rangka digester. 5. Pengujian sistem kontrol Setelah semua komponen dirangkai pada Panel Box dan bekerja dengan baik sebagai sebuah suatu sistem kontrol kemudian dilakukan pengujian untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan. III.2 Fungsi dan Prinsip Kerja Fungsi kontrol ini yaitu agar dapat memisahkan proses asetogenesis yang menghasilkan asam dan proses methanogenesis yang menghasilkan gas methan sehingga, bakteri methanogen tidak terpengaruh terhadap keadaan digester pada proses

asetogenesis

serta

untuk

mengurangi

peluang

kegagalan

atau

ketidakseimbangan proses anaerob khususnya terkait dengan keasaman pada proses asetogenesis. Sebelum dibuat suatu kontrol otomatis, sistem biogas dua tahap ini dilakukan pengontrolan nilai pH secara manual. Dari data yang diperoleh nilai pH pada digester asetogenesis yaitu 5,09 -6,14. Dari data tersebut didapat sebuah ratarata nilai pH yang dimana nilai pH tersebut digunakan sebagai suatu set point. Cara kerja kontrol pH dan level pada biogas sitem dua tahap ini dapat dilihat pada flowchart berikut ini.

III-3

Mulai

Sistem kontrol aktif (Ketika digester berisi limbah tahu dan solenoid valve close)

Rangkaian sensor mendeteksi nilai pH dan level limbah tahu pada digester asetogenesis NO pH=set point YES Solenoid valve open NO Level=set point YES Solenoid valve close

Gambar III-0-2 Flowchart cara kerja sistem kontrol

Prinsip kerja sistem kontrol ini dapat dilihat pada gambar III.2 Pada kondisi awal, Solenoid Valve yang diletakkan diantara digester aseto dan digester metano dalam kondisi tertutup (Normally Closed) serta volume dalam digester aseto 80 liter. Didalam digester aseto dipasang pH sensor yang akan mendeteksi nilai pH dan sensor ultrasonik HC SR-04 yang digunakan untuk memantau level ketinggian limbah tahu. Ketika sistem di start maka sistem kontrol akan aktif kemudian sensor pH dan sensor ultrasonik pada digester aseto akan mendeteksi kedua nilai tersebut, nilai pH dan volume digester tercatat nilainya di LCD. Gas metan terbentuk pada hari ke 9 seiring dengan itu nilai pH nya 5,7 maka sensor

III-4

akan memberikan sinyal tegangan yang kemudian dirubah ke ADC pada mikrokontroller. Pada mikrokotroer ADC tersebut diolah sesuai dengan program yang telah dibuat di software IDE sehingga mikrokontroller mengolah data yang diterima dan memberikan sinyal digital ke relay untuk menggerakan solenoid valve untuk membuka. Sehingga cairan limbah tahu mengalir dari digester aseto ke digester metano, ketinggian level dari digester asetogenesis menyusut, pada saat ketinggian level limbah mendekati nilai 20 liter maka sensor ultrasonik mendeteksi sehingga mengirimkan sinyal pada mikrokontroller untuk menutup solenoid valve. Volume 20 liter ini digunakan sebagai starter untuk pengisian digester aseto selanjutnya. Desain kontrol biodigester dengan sistem dua tahap dapat dilihat pada gambar III.3

Gambar III-‎0-3 Disain kontrol digester sistem dua tahap Keterangan : 1. Penampung gas digester aseto 2. Katup saluran gas digester aseto 3. Saluran masukan limbah tahu

III-5

4. Digester aseto 5. Kerangka besi 6. Katup pembuangan sampel digester aseto 7. Kabel sensor 8. Ball valve 9. Water mur 10. Solenoid valve 11. Kabel solenoid valve 12. Batang pengaduk 13. Katup saluran gas digester metano 14. Penampung gas digester metano 15. Digester metano 16. Katup pembuangan limbah 17. Box control 18. Katup pembuangan sampel digester metano III.3 Digester Asetogenesis Digester asetogenesis adalah tempat untuk memproduksi asam. Untuk memisahkan proses asetogenesis dan metanogenesis maka dibuat suatu kontol pada digester ini. Berikut gambar digester asetogenesis yang akan dipasang sistem kontrol.

III-6

Gambar III-‎0-4 Digester asetogenesis Gambar III-4 menunjukkan bahwa bentuk dari digester asetogesis seperti tabung, serta bagian kubah digester berbentuk setengah bola. Selain itu pada bagian depan terdapat pipa untuk pengujian sampel, pengecekan nilai pH secara manual. Dan pada bagian depan digester aseto terdapat sight glass untuk mengetahui ketinggian level limbah tahu. Detail spesifikasi disgester asetogenesis ini dapat dilihat dibawah ini. Spesifikasi dari digester ini dapat dilihat pada tabel berikut ini Tabel III.1 Spesifikasi digester asetogenesis Tinggi badan digester Tinggi kubah Diameter digester Diameter kubah digester Ketebalan digester Volume maksimum digester Jumlah pipa yang terpasang di digester Material digester

50,3 cm 22,5 cm 45 cm 45 cm 2,8 mm 80 liter 4 buah Komposit

III.4 Pembuatan Hardware Kontrol Dalam pembuatan hardware kontrol terdapat tiga proses pembuatan, seperti pada blok diagram berikut.

III-7

Pembuatan sketch

Penempatan

Wiring hardware

layout komponen

komponen

kontrol

Gambar III-0-5 Blok diagram pembuatan hardware kontrol III.4.1 Pembuatan Sketch Layout Komponen Dalam pembuatan sketch layout komponen, software yang digunakan adalah autocad karena sebagian besar komponen yang digunakan berbentuk modul komponen. Pada software autocad ini kita menggambar ukuran tiap komponen agar dalam penempatan ke papan PCB nya sesuai dengan komponen aslinya.

Gambar III-‎0-6 Pembuatan Sketch Layout Komponen III.4.2 Penempatan Komponen Proses penempatan komponen berdasarkan

sketch design

layout

komponen yang telah dibuat. Komponen yang telah diletakan di PCB, bagian ujung PCB nya dipasang suatu baud agar komponen kokoh tidak bergeser.

III-8

III.4.3 Wiring Hardware Kontrol Proses wiring hardware kontrol dapat dilihat pada gambar berikut ini. 7 4 10 12 5

13 2

8

6 9 1

3 Gambar III-0-7 Wiring hardware kontrol Keterangan : 1. Power Supply 12 Vdc 2. Sensor pH Sku:Sen016 3. Modul pH value V1.1 4. Sensor Ultrasonik HC-SR04 5. RTC (Real Time Clock) 6. Mikrokontroller Arduino 7. Modul SD Card 8. I2C LCD 9. LCD 16x2 10. LED (Light Emiting Diode) 11. Buzzer 12. Modul relay 1 channel 13. Solenoid valve

III-9

Pembuatan hardware untuk sistem kontrol pH dan level nampak seperti gambar III.7. Pada kubah digester aseto terpasang 2 buah sensor yaitu pH sensor df robot sensor ultrasonik HC-SR04. Kemudaian sensor tersebut dikoneksikan ke mikrokontroller arduino. Output arduino terkoneksi dengan lcd 16x2, modul relay 1 channel dan solenoid valve. Untuk lebih jelasnya sistem kontrol pada digester aseto tersebut dapat dilihat pada gambar III.2 sebagai blok diagram pembuatan hardware sistem kendali.

PORT A4-A5

PORT SCA & SDL

(I2CLCD 16X2)

(Sensor RTC)

PORT D7 PORT D8-D9 Mikrokontroler

(Sensor Ultrasonik

Arduino

HC-SR04)

(Led Hijau) PORT D6 (Led Merah)

PORT A0

Tegangan

(Sensor pH)

PORT D5

AC 220

(Relay)

V Solenoid

USB

Valve

(Power supply 12Vdc) A

B

C

Digester Metano

Gambar III-‎0-8 Diagram alir proses masukan dan keluaran hardware Keterangan: (A) blok diagram input; (B) blok diagram proses; (C) Blok diagram output

III.4.3.1 Bagian Masukan pada Hardware 1. Catu daya: merupakan sumber tegangan 12 Volt untuk tegangan kerja sensor pH dfrobot, mikrokontroller, LCD, relay. Catu daya ini dibuat menggunakan 1 buah trafo CT yang disearahkan dan menggunakan regulator tegangan yaitu LM7812 untuk supply 12V.

III-10

2. Sensor pH Sku: Sen0161 dfrobot: merupakan sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran pH menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan, dimana tegangan keluarannya adalah berbanding lurus dengan masukan pH yang diterimanya. Sensor derajat keasaman (pH) ini akan digunakan untuk mengukur nilai pH limbah tahu. Sensor derajat keasaman (pH) ini akan menentukan apakah cairan dalam kondisi normal, basa, atau asam. Sensor pH yang dipakai adalah pH sensor dfrobot. Pada perencanaan sensor derajat kesamaan (pH) yang digunakan adalah jenis Elektroda (Sku: Sen0161) dari Df Robot dengan detail seperti tabel dibawah ini: Tabel III.2 Spesifiasi Sensor pH Sku: Sen0161 dfrobot Module Power

5V

Module Size

43mmx32mm

Measuring Range

0-14.0 pH

Measuring Temperature

0-60 oC

Accuracy

± 0.1 pH (25 oC)

Response Time

< 1min

Dalam perancangannya sensor ini di isolasi pada bagian utama sensor untuk menghindari dan mengantisipasi terjadinya hubung singkat ketika sensor dicelupkan pada fluida. Isolasi yang digunakan untuk aplikasi ke sensor ini adalah berupa isolasi pipa pvc ½ inchi yang panjangnya 50 cm yang dipasang pada bagian dalam kubah digester yang sebelumnya kubah tersebut telah dilubangi oleh bor. Setelah dipasang isolasi pipa pvc, sensor direkatkan dengan isolasi lem perekat agar sensor pH kedudukannya tegak. pH sensor ini terhubung ke PORT A0 mikrokontroller aduino. 3. Sensor Ultrasonik HC-SR04 : modul yang berfungsi untuk melakukan pengukuran ketinggian level limbah tahu pada digester aseto. Sensor ini mempunyai 4 buah pin yaitu pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk polaritas positif dan Gnd untuk ground-nya.

Pin Trigger untuk trigger

keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.

III-11

Tabel III.3 Spesifikasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 Working0Voltage

5V(DC) max 15 ma

Working0Current

3. Working0frequency

40HZ

Output0Signal

0-5V (Output high when obstacle in range)

Sentry0Angle

max 15 degree

Sentry0Distance

2cm - 500cm

High-accuracy

0.3cm 45*20*15mm

Size

Dalam perancangannya sensor ini ditutup dengan casing yang terbuat dari akrilik agar sensor tidak terkena uap air dari limbah tahu serta menjaga sensor dari kelembaban. Sensor ini diletakan pada bagian dalam kubah. Sensor Ultrasonik HC-SR04 ini terhubung ke PORT D9 dan D10 mikrokontroller arduino 4. Sensor RTC DS3231 : modul sensor yang berfungsi untuk melakukan pencatatan waktu tiap detik dari masing-masing komponen. Sensor ini memiliki 4 pin yaitu pin Vcc, Gnd, SCA, SDL. Spesifikasi sensor ini dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel III.4 Detail RTC DS3231 Tegangan0operasi

2,3V – 5,5V

Konsumsi0arus

200μA – 300μA

Arus0dalam0mode0standby

110μA – 170μA

Sensor ini terpasang pada panel box kontrol menempel pada papan PCB III.4.3.2 Bagian Proses Pada Hardware 1. Mikrokontroller

Arduino:

digunakan

sebagai

unit

kontroler

untuk

mengaplikasikan dua kendali pH dan Level pada digester aseto yang ditampilkan dalam tampilan LCD. Berikut spesifikasi arduino yang digunakan terlihat pada tabel dibawah ini.

III-12

Tabel III.5 Spesifikasi ArduinoUNO Mikrokontroler

: Atmega328

Tegangan0operasi

: 5V

Tegangan0catu0daya0eksternal

: 7V – 12V

Batas 0tegangan0masukan

: 6V – 20V

Jumlah0pin I/O digital

: 14 (6 PWM output)

Jumlah0pin masukan0analog

:6

Arus0DC tiap pin I/O

: 20 mA

Memori0Flash

: 32 KB (8 KB digunakan untuk bootloader)

SRAM

: 2 KB

EEPROM

: 1 KB

Masukan dari sistem ini adalah satu buah sensor pH terhubung ke PORT A0, satu buah sensor ultrasonik HC-SR04 terhubung ke PORT D8 dan D9 dan satu buah sensor RTC terhubung ke PORT SCA dan SDL serta keluaran berupa kontrol relay yang terhubung ke PORT 5 untuk mengatur on-off solenoid valve dan tampilan LCD. ADC Arduino memiliki kapasitas yaitu 10 bit (0-1023). Artinya, untuk input tegangan sebesar 0V maka ADC menghasilkan bilangan 0 dan untuk input tegangan sebesar 5V menghasilkan bilangan 1023. Vinput

ADC output =

Vreff

x 1023

Vinput = Tegangan masukan (0V – 5V) Vreff = Tegangan referensi (Vreff arduino = 5V)

Sebagai

contoh

perhitungan

ADC

adalah

sebagai

berikut,

Saat sensor memberikan tegangan masukan sebesar 4V, maka Arduino memberikan nilai sebesar 818. 4

ADC output = x 1023 5

ADC output = 818 Menurut perhitungan, semestinya nilai ADCnya 818,4 tetapi nilai ADC mempunyai tipe sebagai bilangan integer / bilangan bulat. Sehingga nilai 818,4 dibulatkan menjadi 818. Apabila masukan pada nilai ADC lebih besar dari nilai

III-13

tegangan 5V, maka terjadilah overflow pada count ADC yang mana ADC tidak dapat lagi membaca. Nilai yang dikeluarkan ADC saat tegangan masukan melebihi dari 5V, ADC akan menunjukan nilai 1023. Apabila ini terjadi terus menerus, fitur ADC pada Arduino akan mengalami kerusakan. III.4.3.3 Bagian Keluaran Hardware 1.

Relay: berfungsi sebagai aktuator yakni komponen yang mengeksekusi perintah dari mikrokontroller untuk membuka atau menutup bukaan solenoid valve dengan tegangan masukan 5 Volt, 100 mA arus DC dan tegangan keluaran 220 Volt, 5A arus AC. Relay yang digunakan adalah merk Songle dengan tegangan kerja 5 Vdc. Tabel III.6 Spesifikasi Relay

Control signal

5V – 12 Vttl

Maximum ac current and voltage

10A 250Vac

Maximum dc current and voltage

10A 30Vdc

Control signal

DC or AC

2. LCD: merupakan display yang menampilkan nilai pH dan ketinggin level yang terbaca oleh sensor. Data ditampilkan berjumlah 16 karakter tiap barisnya. Dan terdapat 2 baris pada LCD yang dipakai. LCD ini digunakan untuk pemantauan dan pencatatan data waktu, nilai pH dan nilai level fluida. Karena LCD membutuhkan banyak pin agar dapat dihubungkan dengan arduino maka untuk mengurangi pemakaian pin tersebut digunakan I2C Converter yang menggunakan 4 Pin yang dapat dihubungkan dengan arduino. Secara umum 3. Solenoid valve: merupakan aktuator yang berfungsi untuk mengalirkan limbah tahu dari digester aseto menuju digester metano saat solenoid mendapat instruksi dari mikrokontroller ketika nilai pH digester aseto di atas sama dengan 6.

III-14

Tabel III.7 Spesifikasi solenoid valve

Dalam perancangannya solenoid valve ini disambungkan dengan socket drat dan tersambung juga dengan water mur untuk bisa terhubung dengan pipa pvc 1 ½ inchi. Kabel pada solenoid valve diisolasi dengan pipa pvc ½ inchi agar kabel terlindung dari gangguan apapun. 4. Digester metano: merupakan tempat dihasilkannya gas metan. alat ini akan bekerja saat digester aseto mengalirkan limbah tahu ke metano dengan kondisi pH netral yaitu 7. Komponen pendukung yang digunakan dalam pembuatan kontrol ini sebagai berikut: 1. Resistor,digunakan pada LED agar arus yang masuk pada LED tidak terlalu besar. Resistor yang digunakan adalah 100 Ω. 2. Kabel female-female, digunakan untuk menghubungkan jalur komunikasi komponen eletronika ke mikrokontroler Arduino. 3. Kabel male-female digunakan untuk menghubungkan sensor dengan mikrokontroler arduino 4. Socket pin yang digunakan untuk terminal penghubung antar komponen elektronika ke mikrokontroler Arduino. 5. Power jack digunakan untuk header Arduino.

catu daya eksternal mikrokontroler

III-15

III.5 Pembuatan Sketch Program Arduino Gambar III-10. merupakan realisasi dari pembuatan sketch program yang akan dijelaskan mengenai program yang dibuat pada Arduino IDE untuk masingmasing blok diagram.

Mulai

Include library

Deklasrasi variabel

Void set up

Void loop

Gambar III-0-9 Pembuatab Sketch Program Arduino Pada list program yang telah dibuat, dibagi menjadi setiap fungsi agar memudahkan pembacaan dan analisa apabila terjadi error. Berikut adalah penjelasan fungsi dalam program yang di buat. a. Include Library Funsi include library sensor ini agar mempermudah dalam pembuatan suatu sketch program arduino serta mempersingkat dalam pembuatan programnya. Library suatu komponen yang terhubung ke arduino didapatkan dari situs resmi arduino itu sendiri dengan format ZIP. Kemudian pada menu Sketch IDE ada tampilan inlude library. Setelah itu add library yang ingin ditambahkan. Library yang digunakan pada program kontrol ini yaitu RTC, I2C LCD, dan sensor ultarasonic. b. Deklasrasi variabel Fungsi ini untuk mendeklarasikan nilai suatu variabel baik itu nilai integer. Deklarasi variabel yang dibuat pada program kontrol ini yaitu meliputi

III-16

penentuan komponen untuk terhubung ke PORT arduino, menetapkan nilai waktu , jarak, pH dan volume mula-mula dalam kondisi nol. c. Void set up Fungsi ini untuk mengatur suatu komponen berada dalam kondisi input ataupun output serta dapat membaca suatu program hanya dalam sekali, tidak berulang. void setup mengatur suatu nilai pin yang telah dideklarasikan diatas. Pada bagian output terdiri dari pin trigger, led merah , led hijau, relay dan pin cs. Sedangkan pada input yaitu pin echo. d. Void Loop Fungsi ini untuk mengulang kembali program yang telah dibuat. Sketch program didalam ini yaitu meliputi nilai waktu dari RTC, nilai pH, nilai ketinggian level fluida serta set point. III.6 Pembuatan Casing III.6.1 Pembuatan Casing Box Control Dalam pembuatan casing box control hal-hal yang harus diakukan terlihat pada blok diagram dibawah ini. Pembuatan Pemotongan akrilik

lubang pada akrilik

Penghalusan

Perakitan

dengan kikir

Gambar III-0-10 Blok diagram Pembuatan Casing Box Control Pembuatan casing box control ini mengguanakan akrilik dengan ketebalan 3 mm. Akrilik ini dipotong dengan menggunakan gunting zigshaw, dengan dimensi 15x20 cm sebanyak 4 buah untuk bagian sisi atas, bawah, depan dan belakang kemudian dimensi 15x15 cm sebanyak 2 buah untuk samping kanan dan samping kiri. Setelah akrilik dipotong, bagian dengan dimensi 15x20 cm sisi depan dilubangi dengan bor untuk penempatan 2 buah LED, jack power supply dan satu buah LCD, kemudian bagian dimensi 15x15 cm bagian sisi kiri juga dilubangi untuk saluran kabel sensor pH dan sensor level. Akrilik tersebut kemudian dirangkai, saat dirangkai bagian sisi ujung akrilik direkatkan dengan lem agar saat perangkaian akrilik kokoh. Saat menyatukan tiap bagian akrilik

III-17

menjadi box, gunakan penyiku agar box terlihat rapi. Setelah perakitan tunggu sekitar 10 menit agar lem mengering. Setelah box menngering, bagian sisi atas box dipasang handle pintu dengan menggunkan mur dan baud ukuran 3 mm. Dibagian samping kanan dipasang juga engsel 2 buah untuk membuka tutup box kontrol untuk trouble shooting.

a b Gambar III-0-11 Pembuatan Casing Box Control Keterangan: a. box control tampak depan, b. box control tampak isometrik

III.6.2 Pembuatan Casing Sensor Pada proses pembuatan casing sensor dapat dilihat blok diagram berikut ini Pembuatan Pemotongan pipa

lubang pada

Proses pengeleman

DOP pipa Gambar III-0-12 Blok diagram Pembuatan Casing Sensor

Langkah awal dalam pembuatan casing sensor adalah memotong pipa PVC ½ inchi berukuran 50 cm, setelah itu bagian ujung pipa yang dipotong dihaluskan dengan menggunakan kikir. Pipa ini digunakan sebagai casing sekaligus pelindung bagi sensor pH. Selanjutnya pembuatan lubang DOP pipa dengan menggunakan mesin bor, pipa yang telah dikikir kemudian dimasukan ke DOP pipa lalu pada pertemuan dop pipa dengan pipa pvc direkatkan dengan lem.

III-18

Tunggu len sampai benar-benar mengering. Berikut adalah gambar pembuatan casing

Gambar III-0-13 Pembuatan casing sensor III.7 Instalasi Rangkaian Kontrol Ke Digester Instalasi rangkaian kontrol ke digester meliputi beberapa tahapan seperti pada blok diaram berikut ini Pemasangan

Pemasangan

Pemasangan

solenoid valve

sensor

box control

Gambar III-‎0-14 Instalasi rangkaian kontrol ke digester Proses instalasi rangkaian kontrol diawali dengan pemasangan solenoid valve, bagian pipa sepanjang 19 cm yang tehubung antara digester aseto dengan digester metano dilepas, untuk digantikan dengan solenoid valve. Bagian kedua ujung solenoid valve dihubungkan dengan socket ulir berukuran 1 ½ inchi, tiap ujung-ujungnya dilapisi dengan seal tip. Setelah itu socket dihubungkan dengan bagian water mur, dibagian pertemuan water mur dengan socket direkatkan dengan lem pipa. Selanjutnya tunggu sampai lem pipa mengering. Kemudian pasang solenoiod ke pipa yang dilepas tadi, pastikan kedua ujung pipa digester aseto dan digeser metano lurus agar dalam pemasangannya mudah. Tahap berikutnya solenoid yang sudah terpasang bagian water mur nya diputar untuk dikencangkan. Pemasangan sensor ditempatkan pada digester aseto, dibagian kubah digester aseto terdapat pipa PVC 2 ½ inchi lalu dimasukan sensor yang telah di casing. Pemasangan sensor ke digester harus memperhatikan keadaan sensor tersebut agar dalam pembacaan nilai sensor tersebut normal.

III-19

Pemasangan box kontrol ke digester diletakan di atas rangka biogas, untuk bagian alasnya menggunakan akrilik berukuran 60x180 cm, hal ini menghindari gesekan antara penampung gas yang sensitif bocor terhadap suatu material. Lalu bagian kabel sensor dikeluarkan dan dihubungkan ke sensor yang terletak di digester aseto serta bagian USB input supply dikeluarkan untuk terhubung ke power supply 12 vdc.

a

b

Gambar III-0-15 Instalasi rangkaian kontrol ke digester

BAB IV

PENGOLAHAN DAN ANALISIS DATA

IV.1 Proses Pengujian Setelah selesai pembuatan alat kemudian melakukan pengujian. Pengujian dilakukan pada rangkaian kontrol secara protipe dan langsung ke digester. Pengujian rangkaian kontrol dilakukan setiap blok sistem. Ini bertujuan untuk memudahkan analisis rangkaian yang tidak berfungsi dengan baik. Setelah itu lalu melakukan pengujian rangkaian kontrol secara keseluruhan. IV.1.1 Pengujian Catu daya Catu daya yang digunakan yakni power supply dc yang terhubung dengan kabel USB dengan keluaran tegangan DC 12 Volt. Catu daya yang dibuat kemudian diukur nilai tegangan masukan dan keluarannya. Pengukuran Tegangan dilakukan dengan menggunakan 2 jenis multimeter, yaitu multimeter digital dengan kode 023.04.02.576761.007.2009 dan multimeter analog dengan kode TE.MA.TA.16.

Gambar IV-0-1 Pengujian Catu daya Rangkaian pengujian catu daya dapat dilihat pada gambar IV.1 setelah semua komponen dirangkai data pengujian dapat didapatkan. Berikut adalah tabel IV.1 hasil pengukuran.

No

Tabel IV.1 Pengujian Catudaya Multitmeter Tegangan (Volt)

Arus

IV-1

IV-2

1 2

Analog Digital selisih

Input (220 Vac) 222 220,7

Output (12Vdc) 12 12,05

DC (A) 0,225 0,2321

1,3

0,05

0,0071

Selisih Nilai = Nilai Terbesar –Nilai terkecil Hasil pengukuran menunjukan bahwa pengukuran nilai multimeter analog dengan digital hampir sama dengan memiliki selisih nilai tegangan AC 1,3 volt, selisih nilai tegangan dc 0,5 volt dan selisih nilai arus dc 0,0071 Ampere . Nilai arus yang tercatat dalam tabel pengukuran, ketika output power supply dc 12 volt dibebani rangkaian kontrol pH dan level. Hal ini menunjukan bahwa catudaya dapat digunakan sebagai supply mikrokontroller arduino. IV.1.2 Pengujian Sensor pH Pengujian sensor pH bertujuan untuk mengkalibrasi nilai pH sensor tersebut. Pengujian dilakukan dengan cara mencelupkan sensor pH kedalam larutan kimia dengan nilai standar larutan pH yaitu pH 4, 6,8 dan 9,18. lalu mencatat tegangan yang ditunjukan pada rangkaian pengkondisi sinyal sensor yang ada di serial monitor. pH meter pembanding menggunakan pH meter merk pH 2011 dan CT 6020A. Pengujian menggunakan pH meter yang ada di lab konservasi teknik energi seperti pada gambar, sehingga diketahui tegangan tiap jenis larutan.

Gambar IV-0-2 Pengujian sensor pH Data hasil pengujian Analog PH sensor dan PH-Meter ditunjukan pada Tabel IV.2 Tabel IV.2 kalibrasi Sensor pH

IV-3

Larutan pH = 4

Larutan pH = 6,8

Waktu (menit)

Larutan pH = 9,18

Sensor pH

pHMeter

Error (%)

Sensor pH

pHMeter

Error (%)

pHMeter 9,14

Error (%)

10

Sensor pH 9,07

1

6,83

6,8

3

4,12

4,02

2

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

3

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

4

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

5

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

9,14

7

7

6

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

7

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

8

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

9

6,83

6,8

3

4,12

4,02

10

9,07

9,14

7

10

6,83

6,8

3

4,12 4,02 Rata-rata Error

10 10

9,07 9,14 Rata-rata Error

7

Rata-rata Error

3

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

𝑝𝐻 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 − 𝑝𝐻 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑥 100 % 𝑝𝐻 𝑚𝑒𝑡𝑒

Dari data hasil pengujian dapat dilihat bahwa nilai pengukuran sensor pH nilainya hampir mendekati nilai pH meter. Namun terdapat selisih nilai error diantara keduanya yaitu 3 – 10 %. Nilai error yang terjadi diakibatkan saat pengukuran sensor pH tersebut semestinya dibersihkan dengan aquadest setiap akan pergantian nilai pH yang berbeda. Selain itu pH ini sendiri yang memiliki keakurasian nilai ± 0,1 pH. Dari data diatas dapat dibuat grafik sebagai berikut ini

pH

Grafik kalibrasi nilai pH larutan 4 4,9 4,7 4,5 4,3 4,1 3,9 3,7 3,5

Sensor pH pH meter 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Waktu (menit)

Gambar IV-‎0-3 Grafik kalibrasi nilai pH larutan 4

7

IV-4

Grafik kalibrasi nilai pH larutan 6,8 7

pH

6,9 6,8 6,7

Sensor pH

6,6

pH meter

6,5 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Waktu (menit)

Gambar ‎0-4 Grafik kalibrasi nilai pH larutan 6,8

Grafik kalibrasi nilai pH larutan 9,18 9,5 9,4

pH

9,3 9,2 9,1

Sensor pH

9

pH meter

8,9 8,8 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Waktu (menit)

Gambar ‎0-5 Grafik kalibrasi nilai pH larutan 9,18 Dari gambar grafik IV.3 sampai Gambar IV.5 menunjukan bahwa pengulkuran nilai pH sensor mendekati nilai penukuran pH meter. Selisih pengukuran untuk pengukuran pH larutan 4 adalah 0,1. Kalibrasi pengukuran pH larutan pH 6,8 mempunyai selisih pengukuran 0,03 dan kallibrasi pengukuran apH larutan 9,18 mempunyai selisih nilai 0,07. Selain membandingkan nilai pH sensor dengan nilai pH meter. Dilakukan juga pengujian nilai pH dengan keluaran tegangan pada pengkondisi sinyal berikut tabel hasil pengmatannya

IV-5

Tabel IV. 3 Pengujian sensor pH No

Larutan

1 2 3

6,8 4 9,18

Tegangan (Volt) 1,95 1,18 2,59

Dari tabel pengamatan diatas dapat dibuat suatu grafik seperti pada gambar grafik berikut ini.

Grafik pH terhadap Tegangan 3

y = 0,285x R² = 0,997

Tgangan (Volt)

2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

2

4

6

8

10

pH

Gambar IV-‎0-6 Grafik pH terhadap Tegangan Gambar IV-6 dapat dilihat bahwa pengukuran nilai pH berbanding lurus tegangan terhadap nilai pH, semakin besar nilai pH dari suatu larutan maka tegangan pada modul pH semakin besar juga. Persamaan linier garis tersebut adalah y = 0,285x dengan R2=0,997. Dari perbandingan nilai pengukuran sensor pH dan pH meter serta pengujian tegangan terhadap nilai maka sensor ini dapat dipasang dalam kontrol ini. IV.1.3 Pengujian Sensor Ultrasonik HC-SR04 Pengujin sensor ini bertujuan untuk mengkalibrasi nilai yang terukur oleh sensor dengan nilai yang terukur oleh penggaris. Pengujian dilakukan dengan cara

IV-6

sensor ultrasonik diatur jarak ketinggiannya dengan beberapa variasi nilai kemudian disaat itu juga diukur nilai tinggi nya dengan penggaris.

Gambar IV-0-7 Pengujian Sensor Ultrasonic HC-SR04 Berikut data hasil pengujian sensor ultrasonic tercantum dalam tabel dibawah ini

Tabel IV.4 Pengujian Sensor Ultrasonic HC-SR04 No

Jarak (cm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengukuran Panjang (cm) Sensor Penggaris 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10

Rata-rata Error

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

Error 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

𝑝𝐻 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 − 𝑝𝐻 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑥 100 % 𝑝𝐻 𝑚𝑒𝑡𝑒

IV-7

Tabel IV.4 data pengujian terlihat bahwa nilai pengukuran pada sensor sama dengan nilai pengkuran penggaris. Errror pengukuran pada sensor ini adalah 0 %. saat pengukuran pada media padat dengan pengaturan tiap jarak nya. Dari tabel pengujian diatas dapat dibuat suatu grafik sebagai berikut.

Grafik perbandingan pengukuran sensor dengan penggaris 12

Panjang

10 8 6 Sensor

4

Penggaris

2 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Jarak (cm)

Gambar IV -‎0-8 Grafik perbandingan pengukuran sensor dengan penggaris Gambar IV-8 menunjukan bahwa pengukuran nilai sensor dengan pengukuran dengan penggaris memiliki nilai yang sama pada setiap pengujiannya dengan memiliki selisih nilai 0. Maka dari itu sensor ini dapat digunakan untuk mengukur ketinggian level pada digester. IV.1.4 Pengujian Arduino Supaya

Arduino dapat bekerja dengan baik perlu adanya pengujian.

Pengujian diperlukan untuk mengetahui bahwa board arduino bekerja dengan baik, dan sesuai dengan apa yang diharapkan. Untuk menguji board Arduino persiapkan alat-alat yang dibutuhkan yaitu : 1. Board Arduino Uno 2. Kabel Serial 3. Laptop atau komputer yang sudah terinstal aplikasi Arduino.IDE Selanjutnya

ialah

masukkan

hubungkan

board

Arduino dengan

Laptop/komputer dengan menggunakan kabel serial. Hal ini dilakukan untuk

IV-8

mengupload program yang nantinya digunakan sebagai bagian dalam tahapan pengujian ini. Setelah itu buka aplikasi Arduino.IDE. Setelah terbuka lalu pilih File - Examples - 01.Basics - link. Setelah itu Compile program tersebut, jika sudah dan terdapat kata Done Compiling, maka program tersebut tidak terdapat eror dan siap untuk di upload. Sebelum proses upload maka pastikan pada aplikasi Arduino board yang akan diupload adalah benar dengan apa yang akan dipakai. Yaitu dengan cara Tools Board - pilih board yang akan dipakai. Lalu untuk memastikan processor yang digunakan yaitu dengan Tools Processor-pilih processor yang sesuai dengan board dipakai„. Setelah itu klik Tools-Port digunakan untuk memilih board Arduino yang dipakai. Setelah semua sudah dipastikan benar maka program siap untuk di upload. Done Uploading„ merupakan tanda bahwa program telah selesai di upload. Dan hasil pengujian Arduino adalah sesuai dengan apa yang diharapkan. Tabel IV.5 Pengujian Arduino No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Waktu (menit) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Kondisi LED On Off On Off On Off On Off On Off

Tabel IV.4 menunjukn bahwa kondisi arduino baik, saat selang waktu 1 menit kondisi LED menyala dan mati. Dan mikrokontroller arduino ini dapat digunakan sebagai kontrol on / off ini. IV.1.5 Pengujian Modul Relay Pengujian alat ini bertujuan untuk mengetahui berfungsi atau tidaknya relay ini. Pengujian dilakukan dengan cara relay terhubung dengan power supply 5v DC kemudian disisi output relay terhubung dengan led.

IV-9

Gambar IV-‎0-9 Pengujian modul relay Berikut data hasil pengujian dari modul relay terlihat pada tabel dibawah ini.

Tabel IV.6 Pengujian Modul Relay No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengujian ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

saklar on off on off on off on off on off

led on off on off on off on off on off

Tabel IV.6 menunjukan bahwa kondisi modul relay dalam kedaan baik saat modul terhubung supply 5V kondisi on, sebaliknya bila tidak terhubung akan off. Modul relay ini bisa digunakan untuk kontrol ini. IV.1.6 Pengujian Solenoid Valve Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui solenoid valve bekerja atau tidak. Pengujian dilakukan dengan solenoid terhubung dengan saklar, kabel, steker dan sumber ac 220 V lalu pada bagian masukan solenoid valve tersambung dengan pipa pvc 1 ½ inchi. Setelah itu solenoid valve dihubungkan dengan sumber ac 220 v, kemudian saklar di on-off kan, lalu lihat bagaimana kondisi saat saklar di on kan dan di off kan.

IV-10

Gambar IV-‎0-10 Pengujian solenoid valve Berikut data hasil pengujian dari solenoid valve saat terhubung ke sumber dan tidak terhubung ke sumber tegangan Tabel IV.7 Pengujian solenoid valve No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengujian Ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Saklar on off on off on off on off on off

Solenoid Valve on off on off on off on off on off

Kondisi Air mengalir Tidak mengalir mengalir Tidak mengalir mengalir Tidak mengalir mengalir Tidak mengalir mengalir Tidak mengalir

Kondisi solenoid valve dalam keadaan baik saat terhubung ke sumber tegangan ac ataupun tidak terhubung. ketika dilakukan sepuluh kali pengujian saat saklar di on atau di off kan kondisi nya tetap sama. Hal ini solenoid dapat digunakan dalam kontrol ini. IV.1.7 Pengujian Kontrol Level Pengujian kontrol level ini bertujuan untuk mengetahui ketinggian suatu level fluida serta melihat kondisi output ketika diatur nilai set pointnya. Pengujian kontrol level ini dilakukan pada suatu toples besar dengan jari-jari nya 13 cm dan tinggi toplesnya 42 cm. Fluida yang digunakan pada pengujian ini adalah air. Output kontrol level ini mengguanakan lampu ac sebagai simualsi dari keadaan solenoid valve.

IV-11

Gambar IV-‎0-11 Simulasi Pengujian kontrol level Pengujiaan kontrol level ini dilakukan di Laboratorium teknik konservasi energi. dengan dengan set point Level = 15 liter dan 10 Liter. Berikut data hasi pengujian pada Tabel IV.8 Tabel IV.8 Pengujian kontrol level No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Pengukuran Tin ggi Air (cm) 33,3 32 31,4 30,1 29,6 28,3 27,2 26 25 24 23,4 22,3 21,3 20,3 19,2 18

Perhitungan Pengukuran (Liter) 17,670978 16,98112 16,662724 15,972866 15,707536 15,017678 14,433952 13,79716 13,2665 12,73584 12,417444 11,833718 11,303058 10,772398 10,188672 9,55188

Contoh perhitungan volume data ke 1 Dik

: r = 13 cm = 1,3 dm t = 33,3 cm = 3,33 dm

Pengukuran Level Sensor (Liter) 17,85 16,91 16,69 15,87 15,79 15,19 14,36 13,88 13,35 12,61 12,42 11,97 11,26 10,71 10,2 9,21

Kondisi Selisish -0,179 0,0711 -0,027 0,1029 -0,082 -0,172 0,074 -0,083 -0,083 0,1258 -0,003 -0,136 0,0431 0,0624 -0,011 0,3419

Buzzer

Lampu

on on on on on on off off off off off off off off off on

off off off off off off off off off off off off off off off on

IV-12

Penyelesaian Vtabung = πr2t = 3,14 x 1,3 2x3,33 = 17,670978 Liter

Dari dari data tabel pengujian diatas dapat terlihat bahwa, nilai diatas set point buzzer akan menyala karena air dalam toples terlalu banyak, seperti pada data ke 1 sampai data ke 6 keadaan buzzer dalam keadaan menyala dan keadaan lampu off, sedangkan saat dibawah set point maka buzzer akan off seperti pada data ke 7, kemudian pada data ke 16 buzzer keadaan on kembali hal ini menandakan bahwa nilai level fluida akan habis sehingga buzzer menyala dan lampu berubah keadaan menjadi on. Hal ini menandakan bahwa kontrol level berfungsi dengan baik. IV.1.8 Pengujian Kontrol pH Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana kondisi nilai pH saat kondisi nilai set pointnya ditentukan. Larutan yang digunakan pada pengujian ini adalah 4, 6.8 ,9.18. output yang digunakan adalah lampu ac sebagai simulasi keadaan solenoid valve.

a

b

c

Gambar IV-‎0-12 Pengujian Kontrol pH Keterangan: a. pH sensor, b. pH meter 2011, c. pH meter CT 6020A

Pengujian kontrol pH ini dilakukan di Lab teknik konservasi energi. Dengan set point pH=5,7.

IV-13

No Larutan 1 2 3

4 6,8 9,18

Tabel IV.9 Pengujian Kontrol pH Alat Temperatur (oC) sensor pH pH meter 3,98 4,03 25,8 6,8 6,83 26 9,12 9,19 25

Kondisi lampu off on on

Dari data hasil pengamatan menunjukan bahwa saat nilai pH dibawah set point maka kondisi relay off, sedangkan apabila suatu larutan melebihi nilainya set point maka kondisi relay on. Seperti pada data ke-2 dan ke-3 nilai pH larutan tersebut diatas nilai set point sehingga keadaan lampu berubah menjadi on Dari data tersebut menunjukan bahwa kontrol ini berfungsi dengan baik saaat pH diatur nilainya (set point) IV.1.9 Pengujian Kontrol pH dan Level Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kondisi dua kontrol ketika digabungkan dengan dua buah set point. Pengujian ini dilakukan pada digester asetogenesis dengan berisi fluida limbah tahu dan dicampur dengan kotoran sapi sebagai starternya. Output kondisi ini menggunakan lampu AC

Gambar IV-0-13 Pengujian Kontrol pH dan Level

Pengujian kontrol pH dan level ini dilaukan di Laboratorium teknik konservasi energi. Pengujian dilakukan saat nilai pH berada diatas nilai setpioint. Nilai set point pH = 5,7 set point level = 20 liter dan 80 liter

IV-14

Tabel IV.10 Pengujian kontrol pH dan level saat pengisisan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 19,8 24 35 40 41 43 45 59 68 70

Level sensor (L) 20,3 22 34,8 40,38 41 43,2 44,7 57,71 67 71

pH sensor 4,93 4,93 4,94 4,95 5,04 5,10 5,15 5,27 5,26 5,26

pH meter 4,89 4,89 4,89 4,89 5,05 5,05 5,13 5,2 5,2 5,2

Kondisi Buzzer on off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

Tabel IV.11 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari kedua No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

Level sensor (L) 73,4 73,4 73,4 73,4 73,4 73,4 73,4 73,4 73,4 73,4

pH sensor 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,43 4,42 4,42 4,42

pH meter 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56 4,56

Kondisi Buzzer off off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

Tabel IV.12 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari ketiga No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

Level sensor (L) 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1

pH sensor 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5

pH meter 4,63 4,63 4,63 4,63 4,63 4,63 4,63 4,63 4,63 4,63

Kondisi Buzzer off off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

IV-15

Tabel IV.13 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari keempat No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

Level sensor (L) 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1

pH sensor 5,06 5,06 5,06 5,06 5,06 5,06 5,06 5,07 5,07 5,07

pH meter 5,12 5,12 5,12 5,12 5,12 5,12 5,12 5,12 5,12 5,12

Kondisi Buzzer off off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

Tabel IV.14 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari kelima No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

Level sensor (L) 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1

pH sensor 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34 5,34

pH meter 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41 5,41

Kondisi Buzzer off off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

Tabel IV.15 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari keenam No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

Level sensor (L) 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1

pH sensor 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52 5,52

pH meter 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64 5,64

Kondisi Buzzer off off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

IV-16

Tabel IV.16 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari ketujuh No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75

Level sensor (L) 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1 72,1

pH sensor 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63

pH meter 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73 5,73

Kondisi Buzzer off off off off off off off off off off

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

Tabel IV.17 Pengujian Kontrol pH dan Level pada hari kedelapan No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sight Glasss (L) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Level sensor (L) 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2 19,2

pH sensor 5,85 5,85 5,85 5,85 5,85 5,85 5,85 5,85 5,85 5,85

pH meter 5,92 5,92 5,92 5,92 5,92 5,92 5,92 5,92 5,92 5,92

Kondisi Buzzer on on on on on on on on on on

Kondisi Solenoid off off off off off off off off off off

Dari data diatas dapat terlihat bahwa kontrol pH dan level dapat bekerja dengan baik pada biogas digester dua tahap. Saat nilai pH sensor yang terdeteksi dalam digester kurang dari set point maka solenoid valve off. Kemudian apabila nilai pH berada diatas nilai setpoint dan ketinggian level fluida diatas 20 liter maka limbah tahu mengalir ke digester metano. Seperti pada Tabel IV.10 data ke 1 kondisi buzzer dalam keadaan menyala karena level limbah tahu dibawah setpoint. Sedangkan data dibawah data ke 1 kondisi buzzer dan solenoid valve dalam keadaan tertutup. Pada tabel IV.18 keadaan buzzer on karena level limbah tahu berada dibawah set point, sedangkan kondisi solenoid valve nya dalam keadaan off. Data pengujian tabel ini nilai kedua setpoint level dan pH terpenuhi ssehingga limbah tahu mengalir ke digester metano.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan Dari hasil penelitian pembuatan dan pengujian kontrol pH dan level pada biogas ini pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu: 1. Kontrol pH dan level ini dapat bekerja dengan baik ketika ditempatkan di dalam digester 2. Nilai setpoint tercapai pada hari kedelapan dengan pH = 5,85 dan level digester 19,2 liter dengan kondisi buzzer on dan solenoid valve off. 3. Nilai pengukuran sensor pH memiliki error 3-10% sedangkan pengukuran level memiliki nilai error 0 % 4. Sensor pH mempunyai resistansi yang besar 50-500 MΩ maka dari itu koneksi konektor BNC harus diperhatikan karena arusnya kecil. 5. Adanya kemungkinan ketidakakuratan pembacaan nilai pH dan level karena elekroda pH ditempatkan pada fluida keruh V.2 Saran Saran yang dapat disampaikan penulis mengenai pemantauan sistem kendali ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk

mengembangkan

penyempurnaan

desain

sensor

pH

perhatikan karakteristik dari sensor pH itu karena tidak semua sensor pH bisa membaca kadar asam kuat. 2. Dalam pengujian sensor ultrasonik HC-SR04 pada fluida air agar mengguanakan spons agar pembacaan sensor normal. 3. Masukan limbah tahu pada digester cobalah dibuat otomatis. 4. Dalam pengaplikasiaan dilapangan cobalah memakai sumber dari listrik solar-cell

V-1

V-2

5. Dalam melakukan kalibrasi pH sensor untuk dilakukan beberapa pengujian nilai pH.

xiv

DAFTAR PUSTAKA

Ayu, Dyah Anggreini T, dkk, Pengendalian Kadar Keasaman (pH) Pada Pengendapan Tahu Menggunakan Kontroler PID Berbasis ATmega32, UNDIP, 2014. Ferdian Yudhistira, Aldi, Rancang Bangun Alat Bantu Parkir Mobil Menggunakan Sensor Jarak Ultrasonik Berbasis Arduino Uno, Jurnal Tugas Akhir Program Studi D-III Teknik Telekomunikasi STT Telematika Telkom Purwokerto. Purwokerto, 2014. Gerardi, M. H, The Microbiology of Anaerobic Digesters. John Willey and Sons, Inc, 2003. M. Z. Andri, “Pulse Width Modulation (PWM),” 25 November 2013. [Online]. Available: http://andri_mz.staff.ipb.ac.id/pulsewidth modulation-pwm/. [Diakses 5 April 2017]. Noorulil A, Bayu dan Ratna Adil,

Rancang Bangun Model Mekanik

Alat untuk Mengukur Kadar Keasaman Susu Cair Sari Buah dan Soft Drink.

Jurnal

Teknik

Elektronika

Politeknik

Elektronika

Negeri

Surabaya, Surabaya. Nurbaniah, Siti . Identifikasi Waktu Retensi Proses Asetogenesissistem Biogas Dengan Metanogenesis Berbahan Baku Limbah Cair Tahu. Bandung, Politeknik Negeri Bandung, 2016 Rizki, Pajar, Sistem Kendali Temperatur, Pemantauan PH Dan Akuisisi Data Berbasis Mikrokontroller Atmega8 Di Digester Biogas, Bandung, Politeknik Negeri Bandung, 2013. Santoso, Hari, Panduan Praktis Arduinon Untuk Pemula. Trenggalek : Elang Sakti, 2015 Suyitno, dkk, Teknologi Biogas : Pembuatan, Operasional, dan Pemanfaatan. Yogyakarta, Graha Ilmu, 2010

xv

Wahyuni, Sri, Ringkasan Makalah Biogas Energi Terbarukan, Ramah Lingkungan, dan Berkelanjutan. Jakarta, KIPNAS, 2011. Winasis, Ganjar dan Ajub Ajulian, Sensor Ultrasonik Untuk Deteksi Ketinggian Air Berbasis Mikrokontroller Arduino Pada PT.Angkasa Pura I (Persero) Bandara Ahmad Yani Semarang. Makalah Seminar Kerja Praktek Teknik Eletro Universitas Diponegoro. Semarang, 2014 Yuliza, Perancangan pH Meter pada Boiler HRSG. Jakarta , Universitas Mercu Bauana. 2015