RANCANG BANGUN KENDALI SUHU OTOMATIS ...digilib.unila.ac.id/61244/3/SKRIPSI TANPA BAB...

RANCANG BANGUN KENDALI SUHU OTOMATIS REAKTOR PUPUK

CAIR ORGANIK DARI LIMBAH PADAT KELAPA SAWIT BERBASIS

MIKROKONTROLER

( Skripsi )

Oleh

Wayan Putra Gorangga

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

2020

ABSTRAK

RANCANG BANGUN ALAT KENDALI SUHU OTOMATIS REAKTOR

PUPUK CAIR ORGANIK DARI LIMBAH PADAT KELAPA SAWIT

BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh

WAYAN PUTRA GORANGGA

Kegiatan pertanian yang menghasilkan limbah organik terbanyak salah satunya

dari sektor perkebunan kelapa sawit berupa tandan kosong kelapa sawit. Salah

satu cara dalam mengatasi melimpahnya limbah tandan kosong kelapa sawit agar

bernilai ekonomi yaitu menjadikan tankos sawit sebagai bahan baku pembuat

pupuk organik. Proses pembuatan pupuk organik dipengaruhi oleh beberapa

faktor, salah satunya dari proses dekomposisi. Pada proses dekomposisi ada

hubungan antara peningkatan suhu dengan konsumsi oksigen. Semakin tinggi

temperatur, semakin banyak konsumsi oksigen dan semakin cepat pula proses

dekomposisi. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan perancangan alat

dekomposisi pupuk cair organik otomatis menggunakan mikrokontroler sebagai

sistem kendali dan melakukan uji kinerja alat.

Penelitian ini dilakukan pada bulan Juli 2019 – Oktober 2019 di Laboratorium

Sumber Daya dan Alat Mesin Pertanian , Jurusan Teknik Pertanian dan

Laboratorium Ilmu Tanah, Jurusan Agroteknologi, Fakultas Pertanian, Universitas

Lampung. Pengujian kinerja alat membutuhkan waktu selama 30 hari. Analisis

pengujian kinerja berupa RMSE, keakurasian, rerata waktu pengendalian,

stabilitas, respon sistem, pemberian aksi, dan kadar nitrogen.

Hasil dari penelitian ini berupa alat kendali suhu otomatis untuk pengomposan

limbah organik yang memiki tinggi 180 cm, panjang atap sebesar 200 cm, dan

lebar atap 100cm. Alat ini mampu menampung limbah besar 50 liter dengan

konsumsi energi listrik sebesar 31,5 kwh selama 30 hari. Untuk uji kinerjanya,

nilai RMSE pada sensor 1, 2, 3, 4, dan 5 maing-masing sebesar 0,62, 0,19, 0,16,

0,62, dan 0,56. Nilai keakurasian alat yang didapat sebesar 98,05%. Nilai RWP

yang didapat sebesar 302,83 detik. Respon sistem pada masing-masing aktuator

sebesar 90 menit, 145 menit, 260 menit, 325 menit, dan 595 menit. Masing –

masing sensor mempunyai kestabilan yang baik dalam mengendalikan suhu

Kadar nitrogen pada masing-masing sampel sebesar 0,03%, 0,06%, 0,06%,

0,08%, 0,04%, dan 0,05% untuk sampel yang menjadi acuan dalam menentukan

kadar nitrogen terbaik.

Kata kunci : mikrokontroller ATmega 2560, sistem kendali, suhu, tandan kosong

kelapa sawit,

ABSTRACT

AUTOMATIC TEMPERATURE CONTROL TOOL DESIGN OF

ORGANIC LIQUID FERTILIZER FROM SOLID PALM TREE WASTE

BASED ON MICROCONTROLLER

By

WAYAN PUTRA GORANGGA

One of agricultural activities that produce the most organic waste is from palm

tree plantation sector in the form of palm tree empty fruit bunches. One way to

overcome the abundance of palm tree empty fruit bunches waste to add its

economic value is use it as material for making organic fertilizer. The process of

making organic fertilizer is influenced by several factors, one of which is the

decomposition process. In the decomposition process there is a relationship

between the temperature increase and oxygen consumption. The higher the

temperature, the oxygen consumption increase, and the decomposition process

become faster. This study aimed to design an automatic organic liquid fertilizer

decomposition tool using a microcontroller as a control system and to test the

performance of the tool.

This research was conducted in July 2019 - October 2019 in Agricultural

Resources and Machine Tools Laboratory, Department of Agricultural

Engineering and Soil Science Laboratory, Agrotechnology Department,

Agriculture Faculty, Lampung University. The tool testing performance took 30

days. The performance testing analysis was in the form of RMSE, accuracy,

average control time, stability, system response, treatment, and nitrogen level.

The results of this study is an automatic temperature control device for

composting organic waste with a height of 180 cm, a roof length of 200 cm, and a

roof width of 100 cm. This tool is able to accommodate 50 liters waste which

consumes 31.5 kwh of electrical energy for 30 days. For the performance test, the

RMSE values on sensors 1, 2, 3, 4, and 5 each were 0.62, 0.19, 0.16, 0.62, and

0.56. The accuracy value of the tools obtained 98.05%. The RWP value obtained

302.83 seconds. The system response to each actuator was 90 minutes, 145

minutes, 260 minutes, 325 minutes and 595 minutes. Each sensor had good

stability in controlling temperature. Nitrogen level in each sample was 0.03%,

0.06%, 0.06%, 0.08%, 0.04%, and 0.05% for the sample that used as reference in

determining the best nitrogen level.

Keywords: ATmega 2560 microcontroller, control system, temperature, palm tree

empty fruit bunches.

RANCANG BANGUN ALAT KENDALI SUHU OTOMATIS REAKTOR

PUPUK CAIR ORGANIK DARI LIMBAH PADAT KELAPA SAWIT

BERBASIS MIKROKONTROLER

Oleh


Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

pada

Jurusan Teknik Pertanian

Fakultas Pertanian Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

2020

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Mulya Asri pada tanggal 25 April

1997, sebagai anak keempat lima bersaudara, dari

pasangan Bapak Nyoman Sunantre dan Ibu Wayan Riki.

Penulis menempuh pendidikan di SD Negeri 6 Mulya

Asri pada tahun 2003 dan diselesaikan pada tahun 2009.

Penulis menyelesaikan pendidikan menengah pertama di

SMP Negeri 1 Tulang Bawang Tengah pada tahun 2012 dan sekolah menengah

atas diselesaikan di SMA Negeri 1 Tumijajar pada tahun 2015.

Pada tahun 2015, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian,

Fakultas Pertanian, Universitas Lampung melalui jalur SNMPTN undangan.

Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi Asisten Mata Kuliah

Kalkulus, dan Kontrol Otomatik. Penulis pernah mendapatkan beasiswa

BIDIKMISI dari DIKTI pada tahun 2015.

Pada tahun 2018, penulis melaksanakan Praktik Umum di PARUNG FARM ,

Bogor dengan judul “Mempelajari Budidaya Tanaman Selada Merah (Lollorosa

Lactuca Sativa var. Acephala) dengan Sistem Hidroponik NFT (Nutrient Film

Technique) di PT. Kebun Sayur Segar (Parung Farm), Kebun Cisarua - Bogor

(Jawa Barat)’’ selama 30 hari mulai tanggal 16 Juli 2018 sampai 17 Agustus

2018. Pada tahun 2018 penulis melaksanakan kegiatan Kuliah Kerja Nyata

(KKN) Tematik periode I tahun 2018 di Tanjung Agung Kecamatan Kota Agung

Barat Kabupaten Tanggamus selama 40 hari.

i

Karya kecil ini ku persembahkan untuk

Papa, Mama, Kakak, Dan Adikku Tercinta,

Serta Untuk Almamaterku

ii

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Tuhan YME yang telah memberikan rahmat dan hidayah-

Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir perkuliahan dalam

penyusunan skripsi ini.

Skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Kendali Suhu Otomatis Reaktor

Pupuk Cair Organik dari Limbah Padat Kelapa Sawit Berbasis

Mikrokontoller” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Teknik (S.T.) di Universitas Lampung.

Penulis menyadari dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan, doa,

semangat, bimbingan, motivasi, dan dukungan berbagai pihak sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Maka pada kesempatan kali ini

penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Irwan Sukri Banuwa, M.Si., selaku Dekan Fakultas

Pertanian Universitas Lampung.

2. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku Ketua Jurusan Teknik Pertanian

Universitas Lampung.

3. Bapak Dr. Mareli Telaumbanua. S.TP., M.Sc., selaku pembimbing pertama

yang telah memberikan bimbingan dan saran sehingga terselesaikannya

skripsi ini.

iii

4. Bapak Ir. Oktafri, M.Si., selaku pembimbing dua sekaligus pembimbing

akademik yang telah memberikan berbagai masukan, bimbingan dan

motivasinya dalam penyelesaian skripsi ini.

5. Bapak Ir. Budianto Lanya, M.T., selaku pembahas yang telah memberikan

saran dan masukan selama penyusunan skripsi ini.

6. Kedua orangtua, kakak, dan adikku atas doa dan dukungan dalam penyelesaian

skripsi ini.

7. Keluarga Teknik Pertanian angkatan 2015 dan seluruh Civitas Akademika

Jurusan Teknik Pertanian.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Semoga

skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bandar Lampung, 21 Januari 2020

Penulis,


iv

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii

I. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah.................................................................................... 3

1.3. Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3

1.4. Batasan Masalah ...................................................................................... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 5

2.1. Pengertian Limbah ................................................................................... 5

2.2. Tandan Kosong Kelapa Sawit .................................................................. 6

2.2.1. Permasalahan Pengolahan Tandan Kosong Kelapa Sawit ............ 7 2.2.2. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit ................................. 7

2.2.3. TKKS sebagai Pupuk Organik ...................................................... 8

2.3. Pupuk Organik ......................................................................................... 9 2.3.1. Proses Pengomposan ..................................................................... 9

2.3.2. Metode Aerob ............................................................................. 10 2.3.3. Metode Anaerob.......................................................................... 11

2.4. Sistem Kendali ....................................................................................... 11

2.5. Mikrokontroler ....................................................................................... 12

2.6. Sensor dan Aktuator .............................................................................. 17

III. METODE PENELITIAN ............................................................................. 22

v

3.1. Waktu dan Tempat ................................................................................. 22

3.2. Alat dan Bahan ....................................................................................... 22

3.4. Prosedur Penelitian ................................................................................ 23

3.5. Perancangan Alat ................................................................................... 26 3.5.1. Perancangan Struktural ............................................................... 31 3.5.2. Perancangan Fungsional ............................................................. 33

3.6. Mekanisme Kerja ................................................................................... 40

3.7. Analisis Data .......................................................................................... 41 3.7.1. Koefisien Korelasi ...................................................................... 41

3.7.2. Koefisien Determinan ................................................................. 42 3.7.3. Koefisien Root Mean Square Error dan Relatif Root Mean

Square Error ............................................................................. 42

3.8. Uji Kinerja Alat ...................................................................................... 43

3.9. Analisis Kadar Nitrogen ........................................................................ 45

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 47

4.1. Hasil Rancang Bangun Alat Pupuk Kompos Cair ................................. 47 4.1.1. Bagian Alat Kendali ................................................................... 48 4.1.2. Bagian Sistem Pengaduk Limbah ............................................... 52

4.1.3. Bagian Sistem Sirkulasi Udara ................................................... 54

4.2. Kalibrasi dan Validasi Alat .................................................................... 54

4.2.1. Kalibrasi Sensor Suhu LM35DZ water proof ............................ 55

4.2.2. Validasi Sensor Suhu .................................................................. 59

4.3. Hasil Uji Kinerja .................................................................................... 63

4.3.1. Akurasi ....................................................................................... 63 4.3.2. Rerata Waktu Pengendalian (RWP) ........................................... 64 4.3.3. Respon Sistem ............................................................................ 71 4.3.4. Stabillitas .................................................................................... 68

4.3.5. Pemberian Aksi .......................................................................... 74 4.3.6. Analisis Kadar Nitrogen ............................................................. 77

V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................... 80

4.1. Kesimpulan ............................................................................................ 80

4.2. Saran ...................................................................................................... 81

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 82

vi

LAMPIRAN .......................................................................................................... 87

Tabel 8-13 .............................................................................................................88

Gambar 53-56 .......................................................................................................91

vii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Jenis, potensi, dan pemanfaatan limbah pabrik kelapa sawit...........................6

2. Analisa kandungan hara tandan kosong kelapa sawit......................................7

3. Spesifikasi arduino mega 2560.......................................................................15

4. Rujukan penelitian..........................................................................................19

5. Spesifikasi pompa udara.................................................................................38

6. Hasil keakurasian alat.....................................................................................64

7. Nilai rerata waktu pengendalian alat..............................................................65

8. Nilai RMSE pada sensor 1.............................................................................88


10. Nilai RMSE pada sensor 3...........................................................................89

11. Nilai RMSE pada sensor 4...........................................................................89



viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Teks Halaman

1. Arduino Mega 2560........................................................................................14

2. Sensor suhu LM35..........................................................................................18

3. Diagram alir penelitian....................................................................................25

4. Tampilan layar software Arduino IDE............................................................27

5. Rangkaian Sistem Kendali Untuk 1 Unit........................................................28

6. Diagram proses perancangan alat....................................................................29

7. Diagram proses kalibrasi dan validasi.............................................................30

8. Diagram blok tertutup sistem kendali limbah

TKKS..............................................................................................................31

9. Diagram blok terbuka sistem pengaduk pada

pengolahan limbah..........................................................................................31

10. Alat dekomposisi limbah padat kelapa

sawit………………………………................................................................33

11. Sensor LM35DZ water proof..........................................................................35

12. Mikrokontroler arduino mega 2560................................................................36

13. Micro SD Card................................................................................................36

14. Contoh bentuk fisik Liquid Cristal Display (LCD) 2x16...............................36

15. Relay module...................................................................................................37

16. Printed Circuit Board (PCB)...........................................................................37

17. Real Time Clock (RTC) module......................................................................38

ix

18. Pompa udara...................................................................................................39

19. Lampu pijar.....................................................................................................39

20. Motor pengaduk..............................................................................................40

21. Rerata waktu pengendalian alat......................................................................44

22. Kurva respon transient dan steady state.........................................................45

23. Alat kendali pupuk kompos cair.....................................................................47

24. Komponen alat kendali suhu pupuk cair.........................................................49

25. Aktuator pengaduk dan motor pengaduk.......................................................53

26. Pompa udara...................................................................................................54

27. Kalibrasi sensor 1 untuk aktuator 1................................................................55





32. Kalibrasi sensor 6...........................................................................................58

33. Pengaplikasian persamaan ke dalam program

arduino............................................................................................................59

34. Validasi sensor 1 untuk aktuator 1..................................................................60





39. Validasi sensor 6.............................................................................................62

40. Rerata waktu pengendalian aktuator 1............................................................66


x




45. Respon sistem aktuator 1................................................................................68





50. Stabillitas aktuator 1.......................................................................................72





55. Pemberian aksi pada aktuator 1 untuk tong 1.................................................75



58. Pemberian aksi pada actuator 4 untuk tong 4.................................................76


60. Kadar Nitrogen................................................................................................78

61. Rangkaian sistem kendali................................................................................91

62. Skematik rangkaian sistem kendali.................................................................92

63. Proses dekomposisi limbah TKKS..................................................................93

64. Pemotongan TKKS dengan ukuran 2 cm........................................................93

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Limbah merupakan bahan yang tersisa dari suatu aktivitas manusia atau bahan

organik yang belum mempunyai nilai ekonomi, tetapi justru memiliki dampak

negatif terhadap lingkungan. Kegiatan pertanian yang menghasilkan limbah

organik terbanyak salah satunya dari sektor perkebunan kelapa sawit. Produksi

ekspor minyak kelapa sawit meningkat sejak tahun 2010 sampai tahun 2015

dengan nilai 16.291,9 ton menjadi 26.467,6 ton ( BPS, 2017 ). Hal ini

mengakibatkan banyaknya limbah padat dari proses pengolahan kelapa sawit.

Limbah hasil pengolahan kelapa sawit telah digunakan sebagai bahan bakar untuk

menghasilkan listrik. Namun, hal ini mengakibatkan polusi lingkungan karena

menghasilkan gas pembawa boiler dengan partikulat seperti tardan tetesan jelaga

20 -100 mikron dan debu sekitar 3000 sampai 4000 mg/nm ( Igwe and

Onyegbado, 2007) serta menyebabkan emisi metana masuk kedalam atmosfer

(ADB, 2008). Namun, yang menjadi kendala adalah limbah kebun berupa tandan

kosong sawit.

Tandan kosong kelapas (TKKS) merupakan limbah hasil pengolahan kelapa

sawit. Menurut Direktorat Jendral Perkebunan (2009), jumlah TKKS yang

2

dihasilkan di Indonesia mencapai 556.671 ton/hari. Jumlah ini sangat besar dan

berbahaya bagi lingkungan serta dapat menjadi sumber hama dan penyakit. Disisi

lain banyaknya tandan kosong kelapa sawit dapat menimbulkan masalah

operasional pada saat penanaman kembali. Sreekala et al. (1997) serta Reddy dan

Yang (2005) menyatakan apabila limbah pertanian ini hanya dibiarkan saja di

lahan maka akan mengakibatkan masalah lingkungan yang sangat serius. Untuk

itu, diperlukan teknologi untuk memanfaatkan limbah tersebut menjadi bernilai

ekonomi tinggi dan berpeluang untuk meningkatkan kualitas lahan perkebunan.

Salah satu cara dalam mengatasi melimpahnya limbah tandan kosong kelapa sawit

agar bernilai ekonomi yaitu menjadikan tankos sawit sebagai bahan baku pembuat

pupuk organik. Menurut Nurfitriana (2013), pupuk organik adalah pupuk yang

sebagian besar terdiri dari bahan organik yang berasal dari tanaman atau hewan

yang telah melalui proses rekayasa. Pupuk organik dapat berbentuk padat ataupun

cair yang digunakan untuk mensuplai bahan organik untuk memperbaiki sifat fisik

tanah, kimia, dan biologi tanah. Penggunaan pupuk organik dalam jangka

panjang dapat meningkatkan produktivitas lahan dan dapat mencegah terjadinya

degradasi lahan.

Proses pembuatan pupuk organik dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya

dari proses pengomposan. Menurut Rosmarkam dan Yuwono (2002), kegiatan

pengomposan pada dasarnya merupakan upaya untuk mengaktifkan kegiatan

microorganisme yang berada pada bahan organik agar mampu mempercepat

proses dekomposisi bahan organik. Suhu atau temperatur sangat berpengaruh

terhadap kinerja mikroorganisme dalam merombak bahan organik selama proses

3

pengomposan berlangsung. Menurut Warsidi (2010), ada hubungan langsung

antara peningkatan suhu dengan konsumsi oksigen. Semakin tinggi temperatur,

semakin banyak konsumsi oksigen dan semakin cepat pula proses dekomposisi.

Temperatur yang berkisar antara 30oC - 60

oC menunjukkan aktivitas

pengomposan yang cepat.

Menurut Talaumbanua (2018), teknologi yang ada pada saat ini belum mencukupi

dalam melakukan pengendalian terhadap aktivitas microorganisme yang mampu

mempercepat proses pengomposan bahan organik secara kontinyu, dan

berkesinambungan. Teknologi saat ini hanya sebatas menerapkan pengolahan

limbah secara tradisional. Untuk itu dibutuhkan terobosan dalam teknologi

pengolah limbah secara terpadu dan bekerja secara otomatis.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah:

1. Bagaimana rancang bangun yang sesuai untuk sistem kendali suhu

otomatis dalam pembuatan pupuk cair dengan bahan baku TKKS?

2. Bagaimana hasil kerja sistem kendali tersebut?

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

Tujuan utama penelitian ini adalah membuat alat kendali suhu dalam

pengomposan bahan organik menjadi pupuk cair yang bekerja secara otomatis.

Tujuan khusus penelitian ini adalah:

1. Mendapatkan kinerja pengolah pupuk cair dari limbah padat kelapa sawit

4

yang sedang dirancang.

2. Mendapatkan pupuk cair dari proses pengomposan bahan organik, suhu

serta unsur N terbaik.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini yaitu:

1. Alat kendali otomatis pupuk kompos yang dibuat khusus untuk proses

dekomposisi dengan aktuator lampu pijar.

2. Pengujian alat dilakukan selama 30 hari di Laboratorium Daya dan Alat

Mesin Pertanian, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertnian Universitas

Lampung.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Limbah

Limbah merupakan kotoran atau buangan dari sisa aktivitas manusia yang

menyebabkan pencemaran berupa zat atau bahan yang dianggap tidak memiliki

manfaat bagi masyarakat. Limbah dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu limbah

organik dan limbah anorganik. Limbah organik merupakan limbah yang memiliki

unsur hidrokarbon (hidrogen dan karbon) yang mudah diuraikan oleh

mikroorganisme. Sedangkan limbah anorganik adalah limbah yang tidak

memiliki unsur hidrokarbon dan sulit terurai oleh mikroorganisme (Doraja,et all.,

2012).

Salah satu penghasil limbah organik terbanyak berasal dari perkebunan kelapa

sawit . Peningkatan luas perkebunan kelapa sawit telah mendorong berdirinya

industri-industri pengolahan hasil perkebunan kelapa sawit, diantaranya pabrik

minyak kelapa sawit (PMKS) yang menghasilkan crude palm oil (CPO). PMKS

adalah industri pengolahan hasil perkebunan kelapa sawit yang sarat dengan

residu pengolahan. PMKS hanya menghasilkan 25% - 30 % produk utama,

berupa 20% - 23% CPO dan 5% - 7% inti sawit (kernel). Sementara sisanya

sebanyak 70% - 75% adalah residu hasil pengolahan berupa limbah (William,

2011).

6

2.2. Tandan Kosong Kelapa Sawit

Limbah padat tandan kosong kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan dari

proses pengolahan kelapa sawit. Setiap pengolahan 1 ton tandan buah segar akan

dihasilkan tandan kosong kelapa sawit sebanyak 22% - 23% atau 220 kg - 230 kg.

JIka di sebuah pabrik memiliki kapasitas pengolahan sebesar 100 ton/jam dengan

waktu operasi selama 6 jam, maka akan dihasilkan sebanyak 132 ton tandan

kosong kelapa sawit dalam waktu 1 hari (Suherman, 2014). Menurut Fauzi, dkk.

(2002) hasil limbah pengolahan kelapa sawit berupa tandan kosong kelapa sawit

dapat dimanfaatkan menjadi pupuk organik karena mempunya kandungan unsur

hara yang dibutuhkan oleh tanaman. Sebanyak 23% limbah tandan kosong kelapa

sawit hasil dari pengolahan kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai alternatif

pupuk organik, selain itu juga akan memberikan manfaat lain dari sisi ekonomi.

Petani perkebunan sawit dapat menghemat penggunaaan pupuk sintesis sampai

dengan 50% dari pemanfaatan pupuk organik. Menurut Ditjen PPHP (2006)

limbah kelapa sawit memiliki potensi yang dapat dimanfaatkan sehingga

mempunyai nilai ekonomi yang tidak sedikit. Seperti terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Jenis, Potensi, dan Pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit Jenis Potensi per Ton TBS

(%)

Manfaat

Tandan Kosong 23,0 Pupuk, kompos, pulp kertas, papan

partikel, energi

Wet Decanter

Solid

4,0 Pupuk, kompos, makanan

Ternak

Cangkang 6,5 Arang, karbon aktif, papan

Partikel

Serabut (fiber) 13,0 Energi, pulp kertas, papan

Partikel

Limbah Cair

Air Kondesat

50,0 Pupuk, kompos

Air umpan broiler

Sumber: tim PT. SP (2000) cit Ditjen PPHP (2006)

7

2.2.1. Permasalahan Pengolahan Tandan Kosong Kelapa Sawit

Pada tandan kosong kelapa sawit terdapat bahan-bahan organik yang sulit terurai,

oleh karena itu diperlukan usaha untuk dapat mempersingkat waktu

pengomposan. Hal yang dapat dilakukan untuk mempersingkat waktu

pengomposan, antara lain seperti perlakuan fisika (pengurangan ukuran,

pemanasan) dan perlakuan kimia (penambahan asam atau basa). Selain itu usaha

lain untuk mempersingkat waktu pengomposan adalah dengan cara penambahan

unsur hara, penambahan inokulum perombak lignin dan selulosa, perbaikan

aerasi, pengaturan kelembaban (Darmosarkoro dan Rahutomo, 2007).

2.2.2. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit

Tandan kosong kelapa sawit mempunyai potensi yang cukup besar sebagai bahan

pembenah tanah dan sumber hara bagi tanaman. Potensi ini berdasarkan pada

kandungan yang terdapat pada tandan kosong kelapa sawit yang merupakan bahan

organik dan memiliki kadar hara yang cukup tinggi. Salah satu pemanfaatan

tandan kosong kelapa sawit yang dapat dilakukan adalah dengan cara

mengaplikasikannya secara langsung sebagai mulsa atau dibuat menjadi kompos

(Darmosarkoro dan Rahutomo, 2007). Kandungan hara tandan kosong hasil

penelitian dari Pusat Penelitian Kelapa Sawit dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Analisa Kandungan Hara Tandan Kosong Kelapa Sawit

C

(%)

N

(%)

P

(%)

K

(%)

C/N

(ppm)

Mg

(%)

B

(%)

Cu

(%)

Zn

(%)

42,8 0,80 0,22 2,90 9,4 0,30 10 23,0 51,0

Sumber: Darmosarkoro dan Rahutomo (2007)

8

Pertumbuhan dan produktivitas tanaman kelapa sawit dalam skala besar

membutuhkan unsur hara yang besar untuk mendukungnya. Hal ini menyebabkan

anggaran untuk pemupukan menjadi besar, selain itu pengolahan perkebunan

kelapa sawit saat ini diharuskan memperhatikan kelestarian lingkungan dan trend

isu global perusahaan modern menuju zero waste. Salah satu langkah untuk

menuju pengolahan zero waste adalah pemanfaatan limbah kelapa sawit berupa

tandan kosong kelapa sawit (TKKS) sebagai sumber hara dan digunakan sebagai

bahan pembenah tanah baik untuk perkebunan maupun pertanian. Tandan kosong

kelapa sawit (TKKS) dapat dimanfaatkan sebagai kompos, karena mempunyai

kandungan unsur hara yang terbilang lengkap seperti unsur hara makro dan mikro,

namun jumlahnya relatif kecil dan bervariasi tergantung dari bahan baku, proses

pembuatan, bahan tambahan, tingkat kematangan dan cara penyimpanan. Untuk

meningkatkan kualitas kompos dapat dilakukan dengan penambahan

mikroorganisme yang bersifat menguntungkan (Simamora dan Salundik, 2006).

2.2.3. TKKS sebagai Pupuk Organik

Menurut Sarwono (2008), tandan kosong kelapa sawit adalah limbah organik

yang kaya akan unsur hara N, P, K, dan Mg. Dalam setiap ton tandan kosong

kelapa sawit mengandung hara N 1,5%; P 0,5%; K 7,3%; dan Mg 0,9% yang

dapat digunakan sebagai pengganti pupuk pada tanaman kelapa sawit. Sedangkan

menurut Ditjen PPHP (2006), tandan kosong kelapa sawit memiliki fungsi ganda

yaitu sebagai penambah hara dalam tanah, juga meningkatkan kandungan bahan

organik tanah yang sangat diperlukan bagi perbaikan sifat fisik tanah.

Peningkatan bahan organik tanah dapat menjadikan struktur tanah semakin

9

mantap dan kemampuan tanah menahan air bertambah baik. Perbaikan sifat fisik

tanah tersebut berdampak positif terhadap pertumbuhan akar dan penyerapan

unsur hara.

2.3. Pupuk Organik

Pupuk organik adalah pupuk yang berasal dari hasil dekomposisi bahan-bahan

organik, baik tumbuhan kering (humus) maupun limbah dari kotoran ternak yang

diurai (dirombak) oleh mikroba sampai dapat menyediakan unsur hara yang

dibutuhkan tanaman dalam fase pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Pupuk

organik sangat penting sebagai penyangga sifat fisik, kimia, dan biologi tanah

sehingga dapat meningkatkan efisiensi pupuk dan produktivitas lahan (Supartha,

2012). Pupuk organik dapat meningkatkan anion-anion utama untuk pertumbuhan

tanaman seperti nitrat, fosfat, sulfat, borat, dan klorida serta meningkatkan

ketersediaan hara makro untuk kebutuhan tanaman dan memperbaiki sifat fisika,

kimia dan biologi tanah (Lestari, 2015).

2.3.1. Proses Pengomposan

Pengomposan adalah suatu proses penurunan perbandingan (rasio) antara

karbohidrat dan nitrogen. Tanaman pada umumnya hanya bisa menyerap unsur

hara dari zat yang mempunyai rasio C/N yang hampir sama dengan tanah. Tanah

mempunyai perbandingan C/N berkisar 10% - 20%. Sementara itu, rasio C/N

pada bahan kompos lebih dari 50%. Agar bahan kompos bisa diserap oleh

tanaman, maka bahan kompos tersebut harus dihancurkan atau diuraikan menjadi

tanah (Soeryoko, 2011). Semakin tinggi nisbah C/N bahan, maka waktu yang

10

dibutuhkan dalam proses pengomposan menjadi lebih lama. Kecepatan

dekomposisi bahan organik ditentukan oleh bahan C/N rasio, komposisi bahan,

ukuran maupun kondisi linngkungan yang meliputi kemasaman, suhu, dan aerasi

(Yunindanova, 2009).

2.3.2. Metode Aerob

Metode aerob dalam proses pengomposan berlangsung menurut reaksi berikut.

C6H12 + 6O2 = 6HCO2 + 6H2O

Sekitar 60% - 80% C organik dibebaskan menjadi CO2 pada proses ini. Kadar air

mengalami penurunan selama proses pengkomposan berlangsung dengan

terbentuknya uap air, sehingga mengakibatkan terjadinya penyusutan volume

sampah. Pengoksidasian senyawa C menjadi CO2 oleh aktivitas mikroorganisme

pengurai, akan membebaskan sejumlah energi berupa panas pada tumpukan

kompos. Apabila terdapat cukup senyawa C yang mudah terdegradasi (gula,

Karbohidrat, selulosa, dan hemiselulosa) dalam tumpukan yang teraerasi dan

terisolasi dengan baik, peningkatan temperatur akan terjadi dalam beberapa hari.

Keuntungan pengomposan metode aerob antara lain meliputi :

a. Waktu pengomposan dapat berlangsung 10-20 kali lebih singkat

dibandingkan metode anaerob.

b. Tidak menghasilkan bau tidak sedap.

c. Kompos yang dihasilkan higienis (bebas dari mikroorganisme patogen dan

benih gulma) dengan adanya panas hasil samping dekomposisi aerob yang

mampu membunuh patogen dan hama, mencegah inkubasi serangga serta

memecah senyawa organik toksik. (Mulyani, 2014).

11

2.3.3. Metode Anaerob

Metode anaerob pada proses pengomposan berlangsung dalam kondisi konsentrasi

O2 kurang dari 15%. Pada umumnya proses anaerob terjadi secara spontan saat

persediaan O2 dalam tumpukan sampah organik berkurang. Obligatanaerob

adalah jenis bakteri yang berperan dalam proses ini. Proses pengomposan secara

anaerob berlangsung dengan reaksi sebagai berikut.

Bahan organik + H2O + nutrien kompos + sel baru + CO2 + CH4 + NH3+

H2S + energi

Pada metode anaerob bahan baku pengomposan sebaiknya hancurkan sampai

menyerupai bubur dengan jenis bahan baku yang yang digunakan tidak begitu

bervariasi. Hal ini untuk menghindari mikroorganisme mengalami shock. Saat

kondisi optimum, proses ini dapat memungkinkan bakteri penghasil metana

bekerja dengan baik. Dengan kondisi seperti pH 7-7,2, temperatur 50-55° C, dan

nisbah C:N:P bahan baku 150:50:1. Proses anaerob akan menghasilkan bau tak

sedap akibat terbentuknya asam-asam organik (asam asetat, asam butiran, asam

valerat, puttrecine), NH₃ dalam jumlah signifikan, dan H₂ S. Kondisi ini juga

akan menghasilkan phytotoxic (senyawa yang bersifat toksis bagi pertumbuhan

tanaman). Waktu pengomposan juga dapat berkisar antara 1,5 - 2 bulan (Mulyani,

2014).

2.4. Sistem Kendali

Sistem kendali atau sistem kontrol tersusun dari sekumpulan komponen-

komponen dan peralatan - peralatan elektronik yang sanggup menangani

kestabilan, akurasi, dan mengeliminasi transisi status yang berbahaya dalam

12

proses produksi. Setiap komponen pada sistem kontrol proses tersebut

memegang peranan pentingnya masing-masing, tidak peduli ukurannya.

Misalnya, jika sensor tidak ada atau rusak atau tidak bekerja, maka sistem kontrol

proses tidak akan tahu apa yang terjadi dalam proses yang sedang berjalan (Ogata,

1991).

Salah satu penelitian yang menggunakan sistem kendali dilakukan oleh

Telaumbanua (2015). Penelitiannya merancang suatu permodelan sistem kendali

untuk mengendalikan iklim mikro dan nutrisi secara otomatis. Dari penelitian

tersebut didapatkan hasil bahwa aktuator lampu pijar menunjukkan keakurasian

sebesar 98,98 %, kecepatan pengendalian melalui pengukuran langsung selama 1

menit 32 detik dengan kinerja alat yang stabil. Aktuator pompa larutan nutrisi

menunjukkan keakurasian sebesar 96,12 %, kecepatan pengendalian melalui

pengukuran langsung terhadap nutrisi 2,3 mS/cm dengan setting point 2,1 mS/cm

selama 14 detik dengan kinerja alat yang stabil. Pada penelitian tersebut

menunjukkan bahwa nilai keakurasian, kecepatan respon pengendalian, serta

stabilitas alat merupakan parameter keberhasilan suatu rancangan sistem kendali.

2.5. Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan suatu Central Processing Unit (CPU) yang diikuti

dengan memori dan sarana input output serta dibuat dalam bentuk chip. CPU ini

tersusun dari dua bagian utama. Pertama adalah unit pengendali dan kedua

adalah unit aritmatika dan logika. Unit pengendali bertugas untuk mengambil

instruksi -instruksi yang tersimpan di dalam memori, memberi kode instruksi-

instruksi tersebut dan melaksanakannya. Unit pengendali memproduksi sinyal

13

pengendali yang bertugas untuk menyamakan operasi serta mengatur aliran

informasi. Sedangkan unit aritmatika dan logika bertugas untuk melakukan

proses - proses perhitungan yang dibutuhkan selama program itu berjalan. Bahasa

basic dan BASCOM - AVR yang dirilis oleh MCS – ELECTRONIC adalah

bahasa penyusun pemrograman yang digunakan. Kemudian bahasa ini juga

digunakan untuk mendownload program. Keunggulan penggunaan bahasa

pemrograman ini adalah programnya sudah mendukung bahasa basik, bahasa

yang lebih manusiawi karena bahasa basic lebih mudah dipahami, berbeda dengan

bahasa assembler ( Bagus, 2012 ).

Menurut Susnea dan Mitescu (2005), mikrokontroler merupakan sebuah sistem

mikroprosesor yang terdiri dari CPU, RAM, ROM, I/O, Clock dan peralatan

internal lainnya yang saling terhubung satu sama lain dan terorganisasi dengan

baik oleh pabrik pembuatnya serta dikemas dalam satu chip yang siap pakai.

Secara umum mikrokontroller bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah

sistem elektronik yang tadinya banyak memerlukan komponen-komponen

pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat di sederhanakan dan akhirnya

terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Pada umumnya terdapat 3

jenis mikrokontroler yang paling banyak digunakan, salah satunya adalah

mikrokontroler jenis AVR.

Advanset Versatile Rich (AVR) merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang

mempunyai keunggulan dibandingkan mikrokontroler lainnya. Kecepatan

eksekusi program yang lebih cepat merupakan salah satu keunggulan dari

mikrokontroler AVR, sebab sebagian instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock,

14

ini lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler MSC51. Selain itu,

mikrokontroler AVR juga memiliki memori program yang disusun menjadi 16 bit,

yang membuat kecepatan akses dalam memori program lebih mudah, dan lebih

cepat dari mikroposesor 8-bit (Mitescu, 2005).

ATmega2560 atau sering dikenal dengan sebutan Arduino Mega 2560,

merupakan salah satu dari jenis mikrokontroller AVR yang banyak digunakan

dalam otomatisasi. Menurut Djuandi, F. (2011), yang membuat arduino digemari

banyak orang adalah karena sifatnya open source, baik untuk hardware maupun

software-nya Berbagai papan Arduino menggunakan tipe Atmega yang berbeda-

beda tergantung dari spesifikasinya, sebagai contoh Arduino Uno menggunakan

Atmega328 sedangkan Arduino Mega 2560 yang lebih canggih menggunakan

Atmega2560.

(http://www.indo-ware.com)

Gambar 1. Arduino Mega 2560

Kelebihan penggunaan arduino dibandingkan board mikrokontroller jenis lain,

yaitu: 1) lebih murah, 2) sangat mudah dipelajari dan digunakan, 3) bersifat open

http://www.indo-ware.com/

15

source baik dari hardware maupun software. Arduino dikatakan open source

sebab memiliki sebuah platform dari physical computing. Platform adalah

sebuah alat komunikasi dari hardware, bahasa pemrograman, dan IDE

(Integrated Development Environment) yang canggih. IDE adalah sebuah

software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi

kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller Arduino, selain

itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak, dan

sebagainya) untuk bisa disambungkan dengan Arduino (Djuandi F, 2011).

Arduino Mega 2560 terbentuk dari prosessor yang dikenal dengan Mikrokontroler

ATMega 2560. Mikrokontroler ATMega 2560 memiliki beberapa fitur /

spesifikasi yang menjadikannya sebagai solusi pengendali yang efektif untuk

berbagai keperluan. Spesifikasi dari Arduino Mega 2560 dapat dilihat pada Tabel

3.

Tabel 3. Spesifikasi Arduino Mega 2560

Komponen Spesifikasi

Chip mikrokontroller ATmega2560

Tegangan operasi 5V

Tegangan input (yang

direkomendasikan via jack DC)

7V - 12V

Tegangan input (limit, via jack DC) 6V - 20V

Digital I/O pin 54 buah, 6 diantaranya menyediakan

PWM output

Analog Input pin 16 buah

Arus DC per pin I/O 20 mA

Arus DC pin 3.3V 50 mA

Memori Flash 256 KB, 8 KB telah digunakan untuk

bootloader

SRAM 8 KB

EEPROM 4 KB

Clock speed 16 Mhz

Dimensi 101.5 mm x 53.4 mm

Berat 37 g

(Sumber :Arduino Mega 2560 Datasheet.pdf)

16

Diza (2017) melakukan penelitian monitoring suhu dan kelembaban

menggunakan Mikrokontroler ATMega328 pada proses dekomposisi pupuk

kompos. Dari hasil pemantauan tersebut, suhu mengalami fluktuasi mulai dari

awal pembuatan hingga pupuk matang. Pada awal pembuatan suhu sekitar 55℃,

hingga hari ke-15 suhu masih tinggi dan belum stabil. Namun setelah melewati

hari ke-15 suhu berangsur turun hingga berkisar 35℃. Hal ini menunjukkan

bahwa mikroorganisme sangat aktif bereaksi pada proses dekomposisi. Hasilnya

mikrokontoler berjalan dengan baik mengendalikan suhu dengan error ± 3 %.

Kemudian hasil yang didapat oleh sensor kelengasan tanah setelah melakukan

pemantuan, didapat bahwa kelembaban pada awal proses dekomposisi paling

tinggi yaitu sebesar 72% kemudian berangsur turun hingga 53%. Pada hari

pupuk kompos matang, kelembaban stabil di 60% hingga 50% yang mana hal ini

menandakan bahwa proses dekomposisi berjalan dengan baik. Error yang

dihasilkan oleh sensor kelengasan tanah sebesar ± 3,3%.

Wahyono (2017) menggunakan mikrokontroler untuk mengendalikan

temperatur dan kelembaban pada kumbung jamur tiram. Hasil dari

penggunaan mikrokontroler ini mampu mengendalikan temperatur dan

kelembaban dalam kumbung jamur secara real time dengan baik berdasarkan

perubahan nilai temperatur dan kelembaban ruang. Pada penelitian ini

menghasilkan selisih rerata temperatur minimum dan setting point pada tahap

1, 2, dan 3 yaitu sebesar 0,90 oC; 0,59

oC; dan 0,01

oC. Selisih rerata

temperatur maksimum dan setting point pada tahap 1, 2, dan 3 yaitu sebesar

5,19 oC; 0,48

oC; dan 0,90

oC. Selisih rerata kelembaban minimum dan

setting point pada tahap 1, 2, dan 3 yaitu sebesar 15,72 %; 0,16 %; dan 0,84

17

%. Selisih rerata kelembaban maksimum dan setpoint pada tahap 1, 2, dan 3

yaitu sebesar 4,90 %; 3,91 %; dan 4,86 %.

Prabowo (2017) menggunakan mikrokontroler untuk mengendalikan suhu dan RH

pada kumbung jamur merang. Hasilnya mikrokontroler dapat mengendalikan

suhu di dalam kumbung dengan keakurasian mencapai 87,78% dan koefisien

keragamannya mencapai 97,88%. Sedangkan sensor kelengasan tanah memiliki

keakurasian sebesar 83,33% dengan koefisien keragamannya sebesar 94,66%.

Hal ini menunjukan bahwa sensor berjalan dengan cukup baik dalam mengontrol

suhu dan RH pada kumbung jamur merang.

2.6. Sensor dan Aktuator

Sensor merupakan komponen yang bisa mengubah suatu nilai berupa isyarat atau

energi fisik ke nilai fisik yang lain menjadi satuan analog, sehingga dapat dibaca

oleh suatu rangkaian elektronik. Hal fisik yang mampu mendorong sensor untuk

menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet,

cahaya, pergerakan, dan sebagainya. Dalam aspek sistem kendali dan robotika,

sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah

yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Sedangkan aktuator

adalah sekumpulan alat yang berfungsi untuk memberikan aksi luaran untuk

mempertahankan atau mengubah sebuah sistem ( Ogata, 1991 ).

Sensor merupakan komponen elekronika yang digunakan dalam melakukan

sebuah pengamatan terhadap suatu rangsangan dan kemudian mengubahnya ke

dalam bentuk isyarat sehingga didapat data pengukuran. Rangsangan yang

18

dihasilkan dapat berupa akustik, elektrik, magnetik, optik, termal, maupun

mekanik. Berdasarkan jenis isyarat keluarannya, sensor dapat dibedakan menjadi

dua jenis yaitu sensor analog dan sensor digital. Sensor analog menghasilkan

isyarat berupa sinyal analog sedangkan sensor digital menghasilkan isyarat berupa

sinyal digital ( Kadir, 2015). Dalam proyek Arduino sensor dan aktuator

memiliki keterkaitan, karena sensor merupakan komponen yang digunakan untuk

memberi masukan data ke Arduino, sedangkan aktuator merupakan komponen

yang merupakan hasil keluaran dari Arduino ( Saftari. F, 2015).

Sensor temperatur LM35 merupakan satu diantara seri sensor temperatur dengan

presisi celcius yang diproduksi oleh National Semiconductor. Sensor LM35 ini

berbentuk integrated circuit (IC) yang mempunyai prinsip kerja untuk mengubah

besaran temperatur menjadi tegangan. Sensor ini sangat cocok digunakan untuk

mengukur temperatur pada tempat yang basah dan sulit untuk dijangkau.

Gambar 2. Sensor suhu LM35

Probe sensor LM35 memiliki 3 kabel yang masing-masing kabelnya memiliki

fungsi yaitu kabel merah untuk tegangan masukan +5 volt, kabel kuning untuk

tegangan keluaran sensor, sedangkan kabel hitam sebagai ground. Spesifikasi

probe sensor LM35 yang digunakan adalah sebagai berikut

19

1. Menggunakan sensor temperatur LM35DZ sebagai komponen utama.

2. Dapat digunakan di dalam air.

3. Memiliki semua kelebihan dari sensor LM35DZ, seperti terkalibrasi dalam

satuan celcius, faktor skala linear10mV/0C, rentang pengukuran 00C-

1000C, dan tegangan sumber 4VDC - 30VDC.

Tabel 4. Rujukan Penelitian

No Nama Judul Metode Kesimpulan

1 (Nugroho,

W. A. et al,

2011)

Rancang Bangun

Alat Pengontrol

Suhu pada Proses

Pengomposan

Sampah Berbasis

Mikrokontroller

Mikrokontroller

mengendalikan suhu

pada pengomposan

sampah

Sistem kendali

dapat

mengendalikan

suhu

pengomposan

dengan baik

2 (Abdulah,

R. et all,

2016)

Design An

Automatic

Temperature ontrol

Art Tudung Saji

Using Arduino

Microcontroller

Sistem kendali

mengatur suhu yang

berada pada tudung

saji dengan aktuator

2 lampu

Sistem kendali

berhasil

mengendalikan

suhu pada

tudung saji

dengan baik

3 ( Diza, V.

et all,

2017)

Monitoring Suhu

dan Kelembaban

Menggunakan

Mikrokontroller

ATMega328 pada

Proses

Dekomposisi

Pupuk Kompos

Melakukan

pemantauan suhu

dan kelembaban

dengan bantuan

mikrokontroller yang

terbagi menjadi

beberapa tahap

pengujian seperti

pengujian sensor,

pengujian motor

servo, dan pengujian

RTC

Mikrokontrolle

r bekerja

dengan baik

untuk

mengendalikan

suhu dan

kelembaban

pada proses

dekomposisi

pupuk kompos

4 (Mardiyato

, A. et all,

2017)

Rancang Bangun

Sistem Monitoring

Plan Pengontrol

Proses Secara Real

Time Pada

Pembuatan Pupuk

Organik

Sistem monitoring

bekerja secara real

time dan mampu

berperan dalam

mendeteksi proses

untuk menghasilkan

pupuk organik

Sistem ini

bekerja dengan

baik dan dapat

mengukur

obyek yang

diinginkan

dengan baiik

20

5 (Shirsath,

D. O. et all,

2017)

IOT Based Smart

Greenhouse

Automation Using

Arduino

Desain rumah kaca

sistem pemantauan

& pengendalian

berdasarkan

penggunaan IOT

Arduino. Sistem ini

mengendalikan suhu

dan kelembaban

pada rumah kaca.

Sistem kendali

mampu

bekerja dengan

baik dalam

mengendalikan

suhu dan

kelembaban

pada rumah

kaca

6 (Sihombin

g, P. et all,

2017)

Automated

Hydroponics

Nutrition Plants

Systems Using

Arduino Uno

Microcontroller

Based On Android

Mikrokontroller

mengendalikan

aliran nutrisi dengan

cara menghidupkan

dan mematikan

pompa nutrisi

Aliran nutrisi

mampu

dikendalikan

dengan baik

oleh

mikrokontrolle

r

7 (Sihombin

g, P. et all,

2017)

Microcontroller

Based Automatic

Temperature

Control for Oyster

Mushroom Plants

Sensor SHT10

diletakan disekitar

jamur tiram agar

sensor bisa membaca

suhu yang

dihasilkan,

kemudian

mikrokontroller akan

menghidupkan dan

mematikan pompa

air.

Sistem kendali

mampu

mengendalikan

suhu dan

kelembaban

pada

pertumbuhan

jamur tiram

dengan baik

8 (Wahyono,

R. E.. et al,

2017)

Pengendalian

Temperatur dan

Kelembaban dalam

Kumbung Jamur

Tiram ( Pleurotus

sp ) Secara

Otomatis Berbasis

Mikrokontroller

Saat suhu berada di

atas setting point,

mikrokontroller akan

mengaktifkan

exhaust fan dan

nozzle untuk

melakukan

pengkabutan air.

Ketika kelembaban

berada di bawah

setting point, maka

sistem kendali

menyalakan lampu

pijar dan nozzle

melakukan

pengkabutan air

hingga berada pada

setting point.

Sistem kendali

dapat bekerja

dalam

mengendalikan

temperatur dan

kelembaban

dalam

kumbung

jamur

berdasarkan

perubahan

nilai

temperatur dan

kelembaban

yang

dihasilkan

21

9 (Prabowo,

A. H. et all,

2017)

Rancang Bangun

Sistem Kendali

Otomatis Budidaya

Jamur Merang

untuk Mengetahui

sebaran Suhu dan

RH pada Kumbung

Berbasis

Mikrokontroller

Sistem akan bekerja

sesuai kondisi

temperatur dan

kelembaban yang

ada pada kumbung

jamur

Sistem kendali

berjalan

dengan baik

dalam

mengendalikan

suhu dan

kelengasan

tanah pada

kumbungn

jamur merang

10 (Atmojo, S.

H. T. et all,

2019)

Rancang Bangun

Pemantauan Proses

Dekomposisi

Pupuk Kompos

Berbasis LOW

COST dan MULTI

POINT Modul

Board

Sistem kendali akan

mendeteksi suhu dan

kelembaban pada

box composter dan

mendeteksi kadar air

pada pupuk

Sistem ini

dapat

meningkatkan

populasi

mikroba pada

box composter

11 (Telaumba

nua, T. et

all, 2019)

Rancang Bangun

Sistem Pengaduk

dan Pembuat

Pupuk Cair Limbah

Kelapa Sawit dan

Nanas Otomatis

dengan Metode

Aerob, Semiaerob,

dan Anaerob

Sistem kendali

mengatur motor

pengaduk di setiap

metode

pengomposan dan

mengatur sirkulasi

udara pada

pengomposan

semiaerob

sistem berjalan

dengan baik

dalam

mengatur

pengadukan

pupuk dengan

menghasilkan

akurasi dan

respon sistem

yang baik dan

stabilitas yang

stabil.

III. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan Juli 2019 sampai dengan Oktober

2019 di Laboratorium Daya dan Alat Mesin Pertanian (LDAMP), Jurusan

Teknik Pertanian dan Laboratorium Ilmu Tanah, Jurusan Agroteknologi,

Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

3.2. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tang, obeng, solder, gergaji,

spectro direct, labu Kjeldahl, laptop, software arduino, fritzing dan eagle. Bahan

yang digunakan adalah limbah TKKS yang sudah dicacah dengan ukuran 2 cm

(seperti pada Gambar 63.), lampu pijar 60 watt jenis philips , H2SO4, LM35DZ,

liquid cristal display (LCD), pin deret, kabel warna (kabel jumper), 1 box untuk

modul, airpump AC jenis Amara AA-9904 dengan daya 8 watt, kran air, tong

(chamber) 50 L, relay, power supply, kabel, staker, terminal, RTC, dan SD Card.

3.3. Kriteria Desain

Penelitian ini mengenai rancang bangun kendali suhu otomatis dalam proses

pengomposan bahan organik menjadi pupuk cair. Alat kendali ini dirancang untuk

23

dapat bekerja secara kontinyu dalam mengendalikan suhu pada proses

pengomposan limbah TKKS. Nilai pembacaan diperoleh dari sensor LM35DZ

yang diletakan di tengah media limbah. Tujuan peletakan sensor di tengah media

limbah agar mendapatkan suhu rerata dari media limbah yang diolah.

Penambahkan lampu pijar pada setiap tong pengomposan , diharapkan dapat

mempercepat proses dekomposisi. Sistem akan mengamati proses perubahan

suhu pada pengolahan limbah secara kontinyu. Jika terjadi kenaikan atau

penurunan suhu, maka lampu akan hidup dan mati secara otomatis. Penelitian ini

juga mempunyai target yang ingin dicapai dalam perancangan alat kendali

otomatis, yaitu untuk memudahkan dalam pembuatan pupuk cair (mol) dan

mengurangi jumlah limbah TKKS yang melimpah di masyarakat, serta

mendapatkan akurasi alat sebesar > 90%.

3.4. Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian ini dimulai dengan mengonsep rancangan alat terlebih dulu,

selanjutnya melakukan perakitan rangkaian alat kendali otomatis (sensor suhu

LM35DZ water proff, RTC, LCD, relay, dan SD Card dihubungkan ke

mikrokontroller arduino mega2560). Setelah selesai, masuk ke pembuatan

program alat kendali dengan menggunakan software arduino 1.6.12. Kemudian

dilakukan pengujian alat dengan cara menghubungakan sistem kendali dengan

laptop menggunakan kabel USB khusus arduino. Kalibrasi dan validasi sensor

dilakukan setelah alat selesai diuji dan tidak ada masalah pada saat pengujian

berlangsung.

24

Prosedur selanjutnya masuk ke pemotongan TKKS menjadi ukuran kecil

dengan panjang 2 cm (dapat dilihat pada Gambar 53). Selanjutnya menyiapkan

air kelapa dan air cucian beras masing-masing sebanyak 6.000 ml dan 9.000

ml. Setelah semua bahan siap, kemudian dilakukan pemasangan komponen

alat kendali seperti power supply, piting lampu, dinamo pengaduk, kotak panel,

dan pompa udara. Potongan TKKS dimasukan ke tiap tong pengompos

sebanyak 200 gram dan ditambahkan masing-masing 1.000 ml air kelapa dan

1.500 ml air beras ke tiap tong pengompos setelah proses pemasangan

komponen selesai dan komponen sudah terhubung ke mikrokontroller.

Pengambilan data dilakukan selama 30 hari dan dianalisis. Prosedur penelitian

dapat dilihat pada Gambar 3.

25

Gambar 3. Diagram Alir Penelitian

Mulai

Pemotongan TKKS dengan ukuran 2 cm

agar mempermudah proses pengadukan

dan mempercepat proses dekomposisi

Penyiapan air kelapa sebanyak 6000 ml

dan air cucian beras sebanyak 9000 ml

Pemasangan komponen-komponen alat

kendali, seperti power supply, kran

otomatis, dinamo pengaduk, kotak panel,

sensor suhu, pompa udara, piting lampu,

dan lampu pijar

Pemasukan potongan TKKS ke dalam

tong masing-masing 200 gram

Penambahan air kelapa sebanyak 1000

ml dan air cucian beras sebanyak 1500

ml ke masing-masing tong yang

berisikan potongan TKKS

Pengambilan Data

Analisis Data

Sesuai Kriteria

Selesai

Mengonsep perancangan alat

Perakitan rangkaian alat

kendali otomatis

Pembuatan program alat

kendali

Pengujian hasil rakitan

Sesuai

Kalibrasi dan validasi sensor

Ya

Tidak

Ya

Tidak

26

3.5. Perancangan Alat

Perancangan alat meliputi pembuatan skematik sistem kendali, skematik sensor

dan aktuator, pemasangan power supply, serta pemasangan semua komponen ke

mikrokontroler hingga menjadi satu rangkaian alat kendali yang utuh. Setelah itu

dilanjutkan dengan verifikasi rangkaian dengan cara pengecekan ulang seluruh

komponen, jika terdapat kesalahan atau komponen tidak terhubung, maka

dilakukan perbaikan. Tahap kalibrasi merupakan proses untuk menyesuaikan

hasil keluaran dari suatu perangkat pengukuran dengan suatu standar yang sudah

ada baik itu nasional, internasional maupun sumber-sumber yang sudah

mendapatkan sertifikasi (Prasetyo, 2017).

Pada penelitian ini dilakukan uji sensifitas sensor LM35DZ water proof dengan

melihat kecepatan respon dari sensor ketika membaca suhu di dalam tong dengan

respon menghidupkan dan mematikan lampu sebagai aktuator. Serta melakukan

uji kinerja alat dalam pembuatan pupuk cair.

Penggunaan software Arduino IDE v.1.6.12 seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 4 bertujuan untuk membantu penulisan program yang akan dibuat.

Program yang akan dibuat dicek kebenarannya dengan cara verifikasi pada

software Arduino IDE, jika software tidak memberikan peringatan, maka program

sudah benar dan dapat dijalankan, namun jika software memberikan peringatan

yang ditandai dengan adanya highlight pada pembuatan program, maka terdapat

kesalahan pada program yang sedang dibuat. Program yang telah terverifikasi

selanjutnya melakukan upload program untuk mengirim penulisan pemrograman

tersebut ke mikrokontroler. Mikrokontroler melakukan aksi sesuai dengan

27

penulisan program yang dibuat. Apabila terjadi kesalahan selama melakukan

aksi, maka dilakukan modifikasi dalam penulisan programnya.

Gambar 4. Tampilan layar software Arduino IDE.

(Sumber : Prasetyo, 2017)

28

Keterangan:

1. LCD 4. Arduino Mega2560 7. Arus AC 220V

2. RTC 5. Sensor Suhu 8. Relay

3. Micro SD 6. Motor/Dinamo Pengaduk 9. Lampu Pijar

Gambar 5. Rangkaian Sistem Kendali Untuk 1 Unit

Rangkaian sistem kendali pada Gambar 5 menunjukan bahwa yang menjadi input

sistem yaitu sensor LM35DZ dan Real time clock. Output dari sistem kendali

tersebut adalah lampu dan dinamo. Sebagai sumber daya dari sistem kendali

menggunakan daya dari listrik AC..

7

29

Gambar 6. Diagram proses perancangan alat

MULAI

Skematik Sistem Kendali

Skematik dan Perancangan

Sensor dan Aktuator

Power Supply3 Buah

dihubungkan pada

Mikrokontroller

Sensor Lm35Water

Proofdihubungkan kepinA0,

A2, A4, A6, A10 dan A12

Relay Module 4 channel 2 buah

dan Relay Module 2 channel 2

buah dihubungkan ke

mikrokontroler pada pin digital

2,3,4,5,6,9,10,11,12,22,23,24

Relay danPower Supply

dihubungkan ke Dinamo

Pengaduk

LCD dihubungkan ke

mikrokontroler pada pin A8,

dan A9

RTC dipasang pada pin digital

13 dan 14

SD Card dipasang di pin

50,51,52 dan 53

Verifikasi rangkaian

Seluruh rangkaian

terhubung ke

mikrokontroler

Penulisan Program

Uji program

Terverifikasi software

Arduino IDE

Kalibrasi alat dan validasi

SELESAI

TIDAK

YA

YA

Tidak

30

Tidak

Ya

Sse

Gambar 7. Diagram proses kalibrasi dan validasi

Mulai

Menyiapkan air, termometer, dan sensor

suhu untuk proses kalibrasi

Memanaskan air dan mencatat nilai suhu

pada rentang 25°C - 65°C

Data suhu yang didapat diolah

menggunakan analisis regresi linier pada

MS. Exel

Didapat persamaan kalibrasi sensor suhu

Sensor suhu divalidasi dengan suhu

kalibrator ( 28ºC - 40ºC)

Dicari besaran error dengan uji RMSE

dan RRMSE

Nilai keluaran

sensor sesuai dengan

alat ukur standar

Selesai

31

3.5.1. Perancangan Struktural

Alat kendali suhu dirancang secara otomatis untuk mengendalikan temperatur saat

proses dekomposisi semiaerob, agar sesuai dengan kriteria desain yang

diharapkan. Proses perancangan ini meliputi beberapa tahap, yaitu tahap

perakitan perangkat keras bagian sensor atau penginderaan, perakitan perangkat

keras bagian pengolah data hasil penginderaan, dan perlakuan aksi atau aktuator

terhadap data hasil keluaran. Perakitan perangkat keras sistem kendali dibuat

sebuah diagram blok yang menghubungkan komponen-komponen seperti Gambar

8.

Masukan

Set Point

+

Gambar 8. Diagram blok tertutup sistem kendali suhu limbah TKKS

Masukan

set point Keluaran

Gambar 9. Diagram blok terbuka sistem pengaduk pada pengadukan limbah

Pada perakitan bagian perangkat keras penginderaan, modul sensor suhu

dihubungkan ke mikrokontroler, kemudian diletakan di tengah media limbah yang

bertujuan untuk mendapatkan suhu rerata pada media limbah yang diolah. Sensor

akan membaca suhu pada media limbah setiap jamnya.

Mikrokontroler

Lampu

pijar atau

pemanas Reaktor

Sensor suhu

Suhu (keluaran)

Mikrokontroller Motor

Pengaduk + - - +

32

Alat kendali pembuat pupuk ini pada umumnya terdiri dari beberapa bagian, yaitu

kotak alat kendali, tong, dinamo pengaduk, power supply dan sensor LM35DZ

water proof. Masing-masing bagian alat pembuat pupuk ini dipasang berdasarkan

rancangan desain dan fungsional dari perhitungan secara teoritis

Kerangka alat pembuat pupuk dibuat dengan besi siku berukuran tebal 3 mm.

Kerangka alat ini juga memiliki tinggi sebesar 180 cm dengan lebar 200 cm.

Bagian atas alat berbentuk segitiga berbahan seng dengan ukuran 200 cm x 100

cm. Tong yang digunakan untuk tempat proses dekomposisi memiliki volume

sebesar 50 L. Dinamo pengaduk diletakan di atas tong. Daya yang digunakan

untuk menggerakan dinamo adalah power supply. Power supply yang digunakan

sebanyak 3 buah dengan daya 3A. Kotak sistem kendali terbuat dari kotak panel

dengan ukuran 30 cm x 20 cm x 10cm. Di dalam kotak sistem kendali terdapat

kemponen seperti Arduino mega2560, Real Time Clock (RTC), SD card reader

and writer, Liquid Cristal Display (LCD), serta relay.

Mikrokontroler dihubungkan dengan sensor LM35DZ water proof, Real Time

Clock (RTC), Liquid Crystal Display ( LCD ) dan aktuator. Aktuator yang

digunakan yaitu lampu pijar, dan pengaduk. Desain rancangan alat pembuat

pupuk dapat dilihat pada Gambar 10.

33

Keterangan:

a. Limbah organik c. Aktuator suhu

b. Sensor suhu LM35DZ

Gambar 10. Alat dekomposisi limbah padat kelapa sawit

3.5.2. Perancangan Fungsional

Penelitian ini merancang sebuah alat kendali yang berfungsi untuk mengendalikan

secara otomatis suhu pada proses pengomposan atau dekomposisi limbah TKKS

menjadi pupuk organik cair. Alat ini mampu menampung bahan pengomposan

sebanyak 50 liter, tetapi dalam penelitian ini bahan yang digunakan dalam

pengomposan sebanyak 2,7 liter. Bahan pengomposan terdiri dari cacahan TKKS

dan air kelapa dan air beras. Penambahan air kelapa dan air cucian beras

berfungsi sebagai sumber nutrisi mikroorganisme. Menurut Kalsum (2013), air

beras mengandung unsur hara seperti karbohidrat, protein, nitrogen, pospor,

180 cm

200 cm

a

b

c

34

kalium, dan karbon. Senyawa ini yang dibutuhkan mikroorganisme dalam proses

pertumbuhan.

Prinsip kerja alat ini yaitu saat suhu dalam tong meningkat, maka secara otomatis

sensor akan membaca, kemudian sensor akan memberikan informasi tersebut ke

arduino. Lalu arduino akan memberikan perintah ke relay untuk mematikan atau

menghidupkan lampu yang sudah terpasang pada setiap tong. Pemakaian relay

dalam alat ini sebagai saklar. Hal ini berlangsung secara kontinyu. Alat ini

mempunyai beberapa komponen yang memiliki fungsi kerja masing - masing

yaitu sensor LM35DZ water proof, mikrokontroler, modul Micro SD Card, Liquid

Crystal Display (LCD), relay, dan Printed Circuit Board (PCB).

a. Sensor Suhu LM35DZ water proof

Jenis sensor ini pada prinsipnya sama dengan sensor temperatur LM35 pada

umumnya, baik dari segi tegangan kerja, keluaran sensor dan range kerja sensor.

Sensor ini mempunyai kelebihan yang tahan terhadap air dan banyak

diaplikasikan di lingkungan yang dituntut cenderung lembab atau basah.

Sehingga tidak menyebabkan arus pendek pada rangkaian listrik yang digunakan.

Tegangan kerja sensor ini dalam range antara 4 VDC sampai dengan 20 VDC.

Keluaran tegangan (analog) sensor ini linear terhadap suhu yang diukur.

Perubahan nilai tegangan perderajat celcius yaitu 10mV terhadap ground. Sensor

ini dapat mengukur suhu dari 0-100 derajat celcius. Bentuk sensor LM35DZ

water proof dapat dilihat pada Gambar 11.

35

1 2

(http://www.emmeshop.eu)

Gambar 11. Sensor LM35DZ water proof

b. Mikrokontroler

Komponen ini berfungsi untuk menerima dan mengolah data yang dikirimkan

oleh sensor. Data yang telah diolah akan diteruskan ke komponen lain untuk

disimpan, ditampilkan, dan dieksekusi oleh aktuator. Bentuk mikrokontroler

dapat dilihat paga Gambar 12.

2 Keterangan :

5 1. Mikrokontroler

Atmega2560

1 2. Pin Digital

3. Pin Analog

4. Power Port

5. USB Port

(http://www.arduino.cc)

Gambar 12. Mikrokontroler arduino mega 2560

c. Micro SD card

Micro SDcard berfungsi sebagai data longger yang merekam seluruh aktifitas data

berlangsung selama pengoperasian alat. Data yang terekam micro SD card

Keterangan:

1. Probe

2. Pembaca suhu

3 4

http://www.emmeshop.eu/

http://www.arduino.cc/

36

disimpan dalam format file *.txt. Bentuk micro SD dapat dilihat pada Gambar 13.

(https://www.makerlab-electronics.com)

Gambar 13. Micro SD Card

d. Liquid crystal display (LCD)

Liquid crystal display (LCD) berfungsi untuk menampilkan informasi waktu dan

nilai suhu yang telah diolah mikrokontroler secara real time. Data yang

ditampilkan dapat diperbarui setiap satu menit. Bentuk dari LCD dapat dilihat

pada Gambar 14.

(Sumber : Datasheet LCD (C-max))

Gambar 14. Contoh bentuk fisik Liquid Cristal Display (LCD) 2x16

e. Relay

Relay merupakan komponen output yang paling sering digunakan pada beberapa

peralatan elektronika dan di berbagai bidang lainnya. Relay berfungsi untuk

menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik yang dikontrol dengan

https://www.makerlab-electronics.com/

37

memberikan tegangan dan arus tertentu pada koilnya. Proses pemutusan dan

penyambungan arus listrik diatur oleh mikrokontroler. Bentuk relay dapat dilihat

pada Gambar 15.

(https://www.cytron.io)

Gambar 15. Relay module

f. Printed circuit board (PCB)

Printed Circuit Board atau biasa disingkat PCB adalah sebuah papan yang

digunakan untuk mendukung semua komponen-komponen elektronika yang

berada diatasnya, papan PCB juga memiliki jalur-jalur konduktor yang terbuat

dari tembaga dan berfungsi untuk menghubungkan antara satu komponen dengan

komponen lainnya. Bentuk PCB dapat dilihat pada Gambar 16.

(https://www.amazingsynth.com)

Gambar 16. Printed Circuit Board (PCB)

https://www.cytron.io/

https://www.amazingsynth.com/

38

g. Real time clock ( RTC)

Real Time Clock ( RTC) berfungsi memberikan waktu selama pengoperasian alat,

kemudian diolah oleh mikrokontroler dan disimpan pada micro SD card. Bentuk

dari RTC dapat dilihat pada Gambar 17.

Gambar 17. Real Time Clock (RTC) module

h. Pompa Udara

Pompa udara berfungsi untuk mengalirkan oksigen ke dalam tong pengomposan

agar mikroorganisme yang berada pada tong memperoleh oksigen yang cukup

dalam merombak bahan organik. Pada penelitian ini, pompa udara yang

digunakan adalah pompa udara tipe Amara AA-9904, dengan spesifikasi seperti

terlihat pada tabel 5.

Tabel 5. Spesifikasi pompa udara

No Keterangan Jumlah

1 Tegangan operasi 220-240 V

2 Daya 8 watt

3 Pressure > 0,015 Mpa

4 Output 4x3 L/min

39

(www.aquatee-fishland.com)

Gambar 18. Pompa udara

i. Lampu Pijar

Lampu merupakan sebuah benda yang berfungsi sebagai penerang, tetapi pada

peneletian ini lampu berfungsi sebagai pengatur suhu dalam tong pengomposan.

Lampu yang terpasang pada alat adalah lampu pijar tipe Philips dengan

spesifikasi: (1) tegangan operasi 220-240 V, dan (2) daya sebesar 60 watt.

Gambar 19. Lampu pijar

http://www.aquatee-fishland.com/

40

j. Motor pengaduk

Motor pengaduk berfungsi sebagai penggerak aktuator besi pengaduk dalam

proses pengadukan bahan organik pupuk cair. Pada penelitian ini menggunakan

motor pengaduk tipe gearbox 570, dengan tegangan operasi sebesar 6-12 V, daya

sebesar 65 watt, dan kecepatan putaran sebesar 9.000 rpm.

(www.amazon.in.com)

Gambar 20. Motor Pengaduk

3.6. Mekanisme Kerja

Pada penelitian ini alat kendali suhu dibuat untuk dapat bekerja secara kontinyu.

Limbah TKKS yang sudah di cacah dengan ukuran 2 cm dimasukan ke dalam

masing-masing tong yang berjumlah 6 unit. Kemudian masukan air kelapa

sebanyak 1000 ml dan air cucian beras sebanyak 1500 ml ke dalam masing-

masing tong yang berisikan cacahan TKKS. Pengaduk yang ada pada tong akan

41

mengaduk limbah setiap 6 jam sekali selama 5 menit, hal ini berlangsung secara

kontinu selama 30 hari. Proses pengadukan bertujuan untuk menghomogenkan

cacahan TKKS dengan air kelapa dan air cucian beras agar proses dekomposisi

terjadi secara merata. Penambahan air kelapa dan air cucian beras pada proses

dekomposisi bertujuan untuk mempercepat aktivitas mikroorganisme sehingga

proses dekomposisi akan selesai dalam waktu yang singkat .

Terdapat sebuah sensor yang diletakan di dalam tong pengomposan, yaitu sensor

suhu tipe LM35DZ water proof. Sensor akan membaca suhu yang didapat selama

proses dekomposisi berlangsung. Pembacaan sensor dilakukan secara kontinu

selama 30 hari, kemudian LCD akan menampilkan suhu yang diperoleh dari

sensor dan disimpan pada micro SD card. Proses penyimpanan data oleh micro

SD Card dilakukan setiap 4 jam sekali. Nilai hasil pembacaan suhu ini akan

dijadikan faktor utama untuk pemberian aksi dari mikrokontroler ke relay agar

lampu “hidup” atau “mati”.

3.7. Analisis Data

Pada tahap ini data direkam oleh mikrokontroler setiap 4 jam sekali. Setelah

direkam, data disimpan kedalam Micro SD card dengan format *.txt. Selanjutnya

data dipindahkan ke Microsoft Excel untuk dilakukan analisis, kemudian disajikan

dalam bentuk tabel atau grafik dan mengacu pada uji kinerja alat, sensitifitas alat,

koefisien determinasi (R2), dan koefisien kolerasi.

3.7.1. Koefisien Korelasi

Koefisien korelasi ialah pengukuran statistik kovarian atau asosiasi antara dua

42

variabel. Besarnya koefisien korelasi berkisar antara +1 s/d -1. Koefisien korelasi

menunjukkan kekuatan (strength) hubungan linear dan arah hubungan dua

variabel acak. Jika koefisien korelasi positif, maka kedua variabel mempunyai

hubungan searah. Artinya jika nilai variabel X tinggi, maka nilai variabel Y akan

tinggi pula. Sebaliknya, jika koefisien korelasi negatif, maka kedua variabel

mempunyai hubungan terbalik. Artinya jika nilai variabel X tinggi, maka nilai

variabel Y akan menjadi rendah (dan sebaliknya).

3.7.2. Koefisien Determinan

Koefisien determinasi (R2) pada intinya digunakan untuk mengukur seberapa besar

kemampuan variabel bebas dalam menerangkan variabel terikat. Nilai koefisien

determinasi terbesar adalah 1 dan terkecil adalah 0. Hasil prediksi model

dianggap baik apabila nilai R2 = 1 atau R

2 ≈ 1. Jika nilai R

2 = 0 atau R

2 ≈ 0,

berarti garis regresi tidak dapat digunakan untuk membuat perkiraan variabel

bebas (x). Hal ini karena variabel-variabel bebas yang dimasukkan dalam

persamaan regresi tidak mampu menjelaskan atau tidak berpengaruh terhadap

variabel terikat (y). Nilai R2 dicari dengan membuat grafik scatter nilai

observasi versus nilai prediksi pada Microsoft Excel. Pada grafik,

ditambahkan treadline lalu dipilih tipe regresi linier dan menampilkan nilai R2

(Saputra, 2016).

3.7.3. Koefisien Root Mean Square Error dan Relatif Root Mean Square Eror

RMSE merupakan suatu cara untuk mengukur besarnya kesalahan pendugaan dari

43

suatu model yang dikembangkan. Pada penelitian ini, uji RMSE di dapat dari

pengakaran total kuadratis rata-rata simpangan antara data keluaran kalibrator

dengan nilai keluaran sensor. Selain RMSE, penelitian ini juga menghitung

besaran RRMSE yang dihasilkan. Menurut Qodari (2015), RMSE merupakan

metode pendugaan error yang baik karena memberikan gambaran tentang

kekonsistenan dari sebuah data yang dikembangkan. Dan menurut Saputra

(2016), semakin kecil nilai RMSE yang dihasilkan dari data yang didapat, maka

data tersebut mampu memberikan hasil yang relatif lebih konsisten untuk semua

variabel bebas yang dimasukkan. Uji RMSE menggunakan rumus :

RMSE = √

∑

2

..............................( 3.1 )

Keterangan :

n = jumlah data

Oi = nilai keluaran kalibrator

Pi = nilai keluaran sensor

RRMSE ∑

∑

....................................... ( 3.2 ) (Willmot, 2005).

3.8. Uji Kinerja Alat

Pengujian alat berupa keakurasian aktuator, rerata waktu pengendalian, respon

sistem, dan kestabilan aktuator. Keakurasian menunjukan bahwa seberapa dekat

nilai keluaran dari suatu alat dengan setting point yang diinginkan. Nilai

keakurasia dapat dihitung menggunakan selisih dari nilai ketidakakurasian. Dapat

dilihat pada persamaan (3.3) (Telaumbanua, 2015).

44

Keakurasian = 1-

∑

x 100% ..........................(3.3)

Keterangan:

SP = Nilai setting point

NAi = Nilai aktual ke-i

n = Jumlah data

Rerata waktu pengendalian menunjukkan kecepatan kinerja alat mampu

mengendalikan suatu nilai untuk mencapai setting point yang ditentukan. Cara

perhitungannya dengan menggunakan Persamaan (3.4).

RWP = ∑

…………………………………………. (3.4)

Keterangan:

RWP = Rerata waktu pengendalian (menit)

Aon i = Aktuator hidup ke-i (menit)

Delay = Waktu Tunggu (menit)

n = Jumlah data

Gambar 21. Rerata waktu pengendalian alat pengompos

32

34

36

38

40

42

44

32

34

36

38

40

42

44

5

25

45

65

85

10

5

12

5

14

5

16

5

18

5

20

5

22

5

24

5

26

5

28

5

30

5

32

5

34

5

36

5

Suh

u

Suh

u

Waktu (menit)

suhu sp bwh sp ats

a

(a)

Aon

Aon

45

Stabilitas menunjukkan daya tahan suatu alat mampu menghasilkan kinerja

yang tetap atau tidak mengalami perubahan. Ketidakstabilan pada sistem

kendali ini berpengaruh terhadap pengendalian nilai suhu pada proses

dekomposisi limbah TKKS. Jika suhu yang dikendalikan menyimpang terlalu

jauh melewati batas, maka syarat untuk digunakan sebagai acuan dalam

mempercepat dekomposisi limbah tidak terpenuhi.

Uji kinerja selanjutnya yaitu respon sistem. Respon sistem menunjukkan

kecepatan kinerja alat terhadap adanya gangguan dan waktu. Respon sistem

dibedakan menjadi dua, yaitu respon transient dan respon steady state seperti

pada Gambar 22. Respon transient digunakan untuk mengukur waktu saat

sistem pertama kali digunakan (pada titik 0) hingga mencapai steady state.

Respon steady state digunakan untuk mengukur waktu saat sistem sudah

berada pada keadaan stabil hingga waktu tidak terhingga (Ogata, 1985).

Gambar 22. Kurva respon transient dan steady state

3.9. Analisis Kadar Nitrogen

Pengomposan limbah TKKS dilakukan selama 30 hari. Hasil yang didapat dari

46

proses pengomposan TKKS berupa pupuk cair organik. Pupuk cair yang sudah

didapat, kemudian dibawa ke Laboratorium untuk diukur kandungan nitrogennya.

Jumlah sampel pupuk cair yang akan diukur sebanyak 6 sampel, dimana dari

keenam sampel yang didapat, lima sampel mendapatkan perlakuan otomatisasi

sedangkan untuk satu sampel lainnya tidak menggunakan perlakuan otomatisasi

dan sampel yang tidak diberi perlakuan otomatisasi ini dijadikan acuan untuk

menentukan sampel mana yang memiliki kandungan nitrogen terbaik. Dari tiap

sampel yang didapat, mempunyai suhu pengomposan yang berbeda-beda ,seperti

pada sampel 1 memilki suhu kontrol sebesar 38ºC, dan suhu kontrol pada sampel

2 – 5 berturut-turut sebesar 43ºC, 48ºC, 53ºC, dan 58ºC.

Cara untuk mengukur kandungan nitrogen pada pupuk adalah sampel hasil

dekomposisi diambil sebanyak 10 mL, lalu dimasukkan ke dalam labu Kjeldahl,

kemudian ditambahkan dengan 10 mL H2SO4 pekat dan satu sendok spatula tablet

Kjeldahl. Selanjutnya didestruksi (dipanaskan) sampai mendidih dan larutan

menjadi jernih. Setelah didestruksi larutan dibiarkan beberapa saat sampai dingin.

Selanjutnya larutan jernih yang telah didestruksi diencerkan sampai volume 100

mL. Sampel yang telah diencerkan kemudian diambil masing-masing sebanyak

10 mL dan dimasukkan ke dalam 3 buah vial (tempat sampel berukuran 10 mL

yangbentuknya menyerupai botol) untuk dianalisis menggunakan alat spectro

direct (Warsito, 2016).

V. KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Alat kendali suhu otomatis berbasis mikrokontroler Arduino ATmega2560 dengan

dimensi (tinggi 180 cm, panjang atap 200 cm, dan lebar atap 100 cm), kapasitas

limbah yang dapat ditampung sebesar 50 liter dengan energi listrik yang

diperlukan dalam mengoperasikan sebesar 31,5 kwh dalam 30 hari telah dirancang

sesuai dengan kriteria rancang yang diberikan berdasarkan variabel suhu dan

waktu RTC. Simpulan yang didapat dari penelitian ini adalah

1. Hasil dari pengujian alat sebagai berikut:

a. Tingkat keakurasian aktuator 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-turut sebesar

98,88%, 97,55%, 97,83%, 97,76%, dan 98,23%, sedangkan nilai

akurasi keseluruhan sebesar 98,05%.

b. Rerata waktu pengendalian aktuator 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-turut

selama 300,76 detik, 303,68 detik, 301,98 detik, 302,28 detik, dan

301,83 detik, sedangkan rerata waktu keseluruhan selama 302,11 detik.

c. Stabilitas alat menghasilkan kinerja yang stabil.

d. Respon sistem saat mencapai batas setting point pada aktuator 1

selama 90 menit. Dan untuk aktuator 2, 3, 4, dan 5 masing-masing

selama 145 menit, 260 menit, 325 menit, dan 595 menit.

81

e. Jumlah konsumsi listrik yang digunakan di setiap aktuator sebesar 6,6

kwh, 6,3 kwh, 6,1 kwh, 6,2kwh, dan 6,3 kwh.

2. Hasil yang diperoleh dari uji N total dari sampel 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-

turut sebesar 0,03%, 0,06%, 0,06%, 0,08%, 0,04%, dan 0,05%. Dari hasil

ini didapatkan nilai kadar N terbaik sebesar 0,08% dengan suhu 49ºC

sampai 53ºC.

4.2. Saran

Saran yang didapat untuk memperbaiki penelitian selanjutnya adalah

1. Melakukan uji kenerja menggunakan metode pengomposan yang berbeda.

2. Memperbaiki posisi motor pengaduk agar bekerja lebih stabil.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, R., Rizman, Z. I., Dzulkefli,N. N. S. N., Ismail, S., Shafie, R., And

Jusoh, M. H. 2016. Design An Automatic Temperature ontrol Art

Tudung Saji Using Arduino Microcontroller. ARPN Journal of

Engineering and Applied Sciences. 11(16). 1819-6608.

ADB. 2008 . Appendix VII : Technology Overview – Palm Oil Waste

Management http://www.adb.org/Documents/Reports/Consultant/36557-

INO/36557-INO-TACRAppendix VII. pdf accessed on 27th November,

2008.

Atmojo, R. S. T. 2019. Rancang Bangun Pemantauan Proses Dekomposisi

Pupuk Kompos Berbasis LOW COST dan MULTI POINT Modul Board.

(Skripsi). Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas

Lampunng. 52 hlm.

Bagus Hari, S. 2012. Pemrograman Mikrokontroler dengan Bahasa C. ANDI.

Yogyakarta.

BPS. 2017. Ekspor minyak kelapa sawit menurut Negara tujuan utama, 2000-

2015. https://www.bps.go.id/statictable/2014/09/08/1026/ekspor-minyak-

kelapa-sawit-menurut-negara-tujuan-utama-2000-2015.html. diakses

pada tanggal 4 Februari 2019.

Darmosarkoro, W. dan Rahutomo, S. 2007. Tandan Kosong Kelapa Sawit

Sebagai Bahan Pembenah Tanah. Jurnal Lahan dan Pemupukan Kelapa

Sawit Edisi1. Pusat Penelitian Kelapa Sawit, 3(3):167-180.

Ditjen perkebunan. 2009. Stastistik Perkebunan Indonesia 2008-2010

:KelapaSawit (Oil Palm). Jakarta: Sekretariat Departemen Pertanian

Direktorat Jendral Perkebunan. 65 hlm.

Ditjen PPHP. 2006. Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit.

Subdit Pengelolaan Lingkungan Diretorat Pengolahan Hasil

Pertanian. Jakarta: Departemen Pertanian. 134 hlm.

83

Diza, V. K. 2017. Monitoring Suhu dan Kelembaban Menggunakan

Mikrokontroler ATMega328 pada Proses Dekomposisi Pupuk Kompos.

Jurnal Online Teknik Elektro, 2(3): 91-98.

Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. Elexmedia. Jakarta.

Doraja, P. H., Shovitri, M., dan Kuswytasari, N. D. 2012. Biodegradasi Limbah

Domestik dengan Menggunakan Inokulum Alami dari tangki Septik.

Jurnal Sains dan Seni ITS, 1: 44-47.

Fauzi, Y., Widiastuti, Y.E., Setyawibawa, I., dan Hartono, R. 2002. Kelapa

Sawit, Budidaya, Pemanfaatan Hasil dan Limbah, Analisi dan

Pemasaran. Penebar Swadaya. Jakarta. 61 hlm.

Igwe, J. C. and Onyegbado, C. C. 2007. A Review of Palm Oil Mill Effluent

(Pome) Water Treatment, Global. Journal of Environmental Research,

1(2): 54-62.

Kadir, A. 2015. From Zero to a Pro Arduino. ANDI. Yogyakarta.

Kalsum, U. 2011. Efektifitas Pemberian Air Leri Terhadap Pertumbuhan dan

Hasil Jamur Tiram Putih (Pleurotus ostreatus). Jurnal. Fakultas

Pertanian Universitas Trunojoyo Madura.

KBBI. 2017. Kamus Besar Bahasa Indonesia. https://kbbi.web.id/stabil.

Diakses pada tanggal 11 November 2019.

Lestari, A. P. 2015. Manfaat Jerami Padi (Oman dan Damen). (online)

http://www.hipwee.com. diakses pada tanggal 04 februari 2019.

Mardiyanto, A., Akhyar, dan Suherman. 2017. Rancang Bangun Sistem

Monitoring Plan Pengontrol Proses Secara Real Time Pada Pembuatan

Pupuk Organik. Jurnal Seminar Nasional, Jurusan Teknik Elektro,

Politeknik Negeri Lhokseumawe.

Mulyani, H. 2014. Kajian Teori dan Aplikasi Optimasi Perancangan Model

Pengomposan. CV. Trans Info Media. Jakarta.

Murbandono, H. L. 2000. Membuat Kompos (edisi refisi). Penebar Swadaya :

Jakarta

Nugroho, W. A., Prasetyo, J., dan Luthfi, M. 2011. Rancang Bangun Alat

Pengontrol Suhu pada Proses Pengomposan Sampah Berbasis

Mikrokontroller. Jurnal Rekayasa Mesin, Jurusan Teknik Pertanian,

Universitas Brawijaya, 2(1): 29-37.

https://kbbi.web.id/stabil

http://www.hipwee.com/

84

Nurfitriana, A. 2013. Karakteristik Dan Uji Potensi Bionutrien PBAG yang

Diaplikasikan Pada Tanaman Padi. http://repository.upi edu. diakses

11 Februari 2019.

Ogata, K. 1991. Modern Control Engineering (Fifth Edition). Person Education.

New Jersey.

Qodari, A. 2015. Kapan Menggunakan MAE dan MSE.

https://arifqodari.wordpress.com/2015/09/22/kapan-menggunakan-

mae-dan-mse/. Diakses pada tanggal 2 Februari 2019.

Reddy, N., and Yang, Y. 2005. Biofibers From Agricultural by Products For

Industrial Applications. TRENDS in Biotechnology ,23(1): 22-27.

Rosmarkam, A. dan Yuwono, N. W. 2002. Ilmu Kesuburan Tanah. Kanisius.

Yogyakarta.

Saftari, F. 2015. Proyek Robotik Keren dengan Arduino. Elex Media

Komputindo. Jakarta.

Sarwono, E. 2008. Pemanfaatan Janjang Kosong Sebagai Substitusi Pupuk

Tanaman Kelapa Sawit. Jurnal APLIKA, 8 (1): 19-23.

Saputra, T.W. 2016. Prediksi Umur Tanaman, Berat Segar, Total Luas Daun dan

Tinggi Tanaman Menggunakan Teknik Pengolahan Citra Multi Kamera.

(Tesis). Program Pascasarjana, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas

Gajah Mada. Yogyakarta. 110 hlm.

Saputro, J.H. 2013. Analisa Penggunaan Lampu LED pada Penerangan Dalam

Rumah. Jurnal Teknik Elektro, 15(1).

Shirsath, D.O., Kamble, P., Mane, R., Kolap, A., and More, R.S. 2017. IOT

Based Smart Greenhouse Automation Using Arduino. International

Journal of Innovative Research in Computer Science & Technology

(IJIRCST), 5(2): 2347-5552.

Sihombing, P., Karina, N.A., Tarigan, J.T., and Syarif M.I. 2017. Automated

Hydroponics Nutrition Plants Systems Using Arduino Uno

Microcontroller Based On Android. Journal of Physics: Conference

Series, 1742-6596.

Sihombing, P., Astuti, T.P., Herriyance, and Sitompul, D. 2017. Microcontroller

Based Automatic Temperature Control for Oyster Mushroom Plants.

Journal of Physics: Conference Series, 1742-6596.

Simamora, S. dan Salundik. 2006. Meningkatkan Kualiatas Kompos. Agromedia

Pustaka. Jakarta.

85

Soeryoko, H. 2011. Kiat Pintar Memproduksi Kompos. Andi Offset.

Yogyakarta.

Sreekala, M. S., Kumaran, M. G., and Thomas, S. 1997. “Oil palm fibers:

Morphology, chemical composition, surface modification and mechanical

properties,”. J. Applied Polymer Sc, 66: 821-835.

Suherman, I., Awalludiun, A., dan Itnawita. 2014. Analisi Kualitas Kompos dari

Campuran Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Kotoran Ayam

Menggunakan EM-4. http://jom.unri.ac.id. diakses pada tanggal 4

februari 2019.

Susnea I. dan Mitescu, M. 2005. Microcontrollers in Practice. Springer. New

York.

Telaumbanua, M. 2015. Model Pengendalian Iklim Mikro dan Nutrisi Otomatis

Pada Pertumbuhan Sawi (Brassica rappa var. parachinensis L.) Secara

Hidroponik. (Disertasi). Program Pascasarjana, Fakultas Teknologi

Pertanian, Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. 264 hlm.

Telaumbanua, M., Dermiyati, dan Suharjo, R. 2019. Rancang Bangun Sistem

Pengaduk dan Pembuat Pupuk Cair Limbah Kelapa Sawit dan Nanas

Otomatis dengan Metode Aerob, Semi Aerob, dan Anaerob. Jurnal

Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung, 8(4): 234-

242.

Prabowo, A. H. 2017. Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Berbasis

Mikrokontroler untuk Mengendalikan Temperatur dan RH pada

Kumbung Jamur Merang (Volvariella volvaceae L.). (Skripsi). Jurusan

Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung. Bandar

Lampung. 70 hlm.

Wahyono, R.E. 2017. Rancang Bangun Sistem Kendali Otomatis Temperatur

dan Kelembaban Kumbung Jamur Tiram (Pleurotus sp) Berbasis

Mikrokontroler. (Skripsi). Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian,

Universitas Lampung. Bandar Lampung. 101 hlm.

Warsito, J. 2016. Pembuatan Pupuk Organik dari Limbah Tandan Kosong

Kelapa Sawit. Jurnal Akad. Kim, Jurusan Pendidikan Kimia, Universitas

Tadulako, Palu, 5(1): 8-15.

Wilmot, M., Leonardi-Bee, J., Bath, P. M. W. 2005. High Blood Pressure in

Acute Stroke and Subsequent Outcome : A Systematic Review.

Hypertension, 43:18-24.

Yunindanova. 2009. Tingkat Pematangan Kompos Tandan Kosong Kelapa Sawit

dan Penggunaan Berbagai Jenis Mulsa terhadap Tumbuhan dan

Produksi Tanaman Tomat (Lycopersiconesculentun Mill) dan Cabai

http://jom.unri.ac.id/

86

(Capsicum annum L.). (Skripsi). Fakultas Pertanian, Institut Pertanian

Bogor. Bogor. 76 hal.

Zhang, W. 2011. Limbah Kelapa Sawit. Online at:

http://williamzeva.blogspot.com/2011/01/limbah-kelapa-sawit.html.

diakses tanggal 4 februari 2019.

http://williamzeva.blogspot.com/2011/01/limbah-kelapa-sawit.html

RANCANG BANGUN KENDALI SUHU OTOMATIS ...digilib.unila.ac.id/61244/3/SKRIPSI TANPA BAB...

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN KENDALI SUHU OTOMATIS ...digilib.unila.ac.id/61244/3/SKRIPSI TANPA BAB...