RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL PENGERING AMPAS PRESSAN KELAPA SAWIT BERKONVEYOR DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16 TERKONEKSI KE KOMPUTER
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh: 1. FRIELDO ERISTA GINTING 2. HERIANTO LUMBAN GAOL 3. JOHANNES PAKPAHAN
NIM : 1105052064 NIM : 1105052069 NIM : 1105052073
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Puji dan sykur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini sesuai dengan waktu yang ditentukan oleh jurusan Teknik Mesin. Adapun laporan tugas akhir ini berjudul, “Rancang Bangun Sistem Kontrol Pengering Ampas Pressan Kelapa Sawit Berkonveyor Dengan Menggunakan Mikrokontroler ATMEGA16 Terkoneksi ke Komputer”. Ditulis sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa jurusan Teknik Mesin, program studi Teknik Konversi Energi untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spritual, informasi maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1.
M.Syahruddin, S.T.,M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan;
2.
Idham Khamil, S.T.,M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin;
3.
Ir.Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi;
4.
Aulia Salman, S.T.,M.T., Sekertaris Jurusan Teknik Mesin;
5.
Rihat Sebayang, S.T.,M.T., Kepala Laboratorium Teknik Konversi Energi;
6.
Marlon Tua P.Sibarani, S.T.,M.T., Sebagai Dosen Pembimbing;
7.
Ir.Silmi, M.T.,Sebagai Dosen Wali EN-6D;
8.
Seluruh Dosen Pengajar di Jurusan Teknik Mesin, dan khususnya Dosen Program Studi Teknik Konversi Energi;
9.
Teristimewa Kepada Orang Tua penulis, serta seluruh keluarga yang telah memberikan doa dan dukungannya selama ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan Pendidikan Diploma 3 Politeknik Negeri Medan;
10.
Kepada sahabat-sahabat penulis kelas EN-6D
11.
Seluruh rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi khususnya stambuk 2011 EN- 6A,EN-6B,EN6-C dan EN-6D.
v
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih ada kekurangan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan agar laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.
Medan, 27 September 2014 Hormat penulis,
Frieldo Erista Ginting NIM: 1105052064
vi
DAFTAR ISI
JUDUL ................................................................................................................. i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ....................................................................... ii LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iv KATA PENGANTAR ........................................................................................ v DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv INTISARI ........................................................................................................... xv ABSTRACT ........................................................................................................ xvi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1 1.1 Latar belakang........................................................................... 1 1.2 Batasan masalah ....................................................................... 2 1.3 Tujuan penulisan ...................................................................... 3 1.4 Manfaat penulisan .................................................................... 3 1.5 Metode pengumpulan data ....................................................... 3 1.6 Sistematika penulisan ............................................................... 4
BAB II
LANDASAN TEORI .................................................................... 5 2.1 Sistem kontrol .......................................................................... 5 2.1.1 Klasifikasi sistem pengendali ................................... 6 2.2 Mikrokontroler Atmega16 ....................................................... 9 2.2.1 Konfigurasi pena (pin) Atmega16 ............................ 9 2.2.2 Arsitektur ATMEGA16 ......................................... 11 2.2.3 Pengisian program pada Mikrokontroler AVR ............................................ 14
vii
2.3 Sensor suhu LM35......................................................... 14 2.4 Visual basic (VB) ........................................................... 16 2.5 Motor induksi satu fasa ................................................... 17 2.6 Heater.............................................................................. 18 2.7 Regulator tegangan ......................................................... 18 2.8 Resistor .......................................................................... 19 2.8.1 Resistor dengan kode warna ............................ 20 2.8.2 Kode Warna Resistor ...................................... 23 2.9 Dioda .............................................................................. 24 2.10 Kapasitor ....................................................................... 26 2.11 Transistor ...................................................................... 28 2.12 Kristal ........................................................................... 30 2.13 Relay ............................................................................. 31 2.13.1 Prisnsip kerja relay .........................................32 2.13.2 Jenis-jenis relay ............................................. 33 2.13.3 Jenis relay ..................................................... 33 2.13.4 Rangkaian dan simbol relay .......................... 34 2.14 Transformator ............................................................... 34 2.15 Diac ............................................................................... 38 2.16 Triac .............................................................................. 40 BAB III
PERANCANGAN ALAT DAN SISTEM KENDALI ........................................................................... 43 3.1 Perancangan rangkain sistem pegendali ......................... 43 3.1.1 Mikrokontroler ................................................ 44 3.1.2 Sensor suhu ...................................................... 45 3.1.3 Driver Relay ................................................... 46 3.1.4 Driver Motor .................................................... 47 3.1.5 Heater............................................................... 48 3.1.6 Catu daya ......................................................... 48 3.1.7 Komputer ......................................................... 49 3.2 Perancangan perangkat lunak sistem .............................. 50
viii
3.2.1 Flowchart (VB ) .............................................. 50 3.2.2 Flowchart mikrokontroler ................................ 52 3.2.3 Perancangan perangkat lunak bahasa Program C sebagai pengendali suhu, Tegangan dan kecepatan ............................... 53 3.3 Perpindahan panas .......................................................... 63 3.3.1 Arah aliran udara berlawanan........................... 64 BAB IV
PEGUJIAN DAN ANALISA ............................................ 66 4.1 Pengujian rangkaian minimum Sistem kontroler .............................................................. 66 4.2 Pengujian tegangan sensor suhu LM35 .......................... 67 4.3 Pengujian rangkaian driver relay dan motor ................... 68 4.4 Pengujian rangkaian catu daya ........................................69 4.5. Pengujian alat pengering ampas press kelapa sawit…………………………………................ 69
BAB V
PENUTUP............................................................................ 73 5.1 Kesimpulan ..................................................................... 73 5.2 Saran ............................................................................... 73
DAFTAR PUSTAKA
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Pengujian ragkaian minimum sistem mikrokontroler.................... 66 Tabel 2. Pengujian tegangan pada suhu ..................................................... 67 Tabel 3. Pengujian rangkaian driver relay dan motor ................................ 68 Tabel 4. Pengujian ragakaian catu daya ...................................................... 69 Tabel 5. Pengujian alat pengering ampas press kelapa sawit ...................... 70 Tabel 6. Pengujian kadar air ampas press kelapa sawit .............................. 71
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Diagram blok sistem kontrol loop terbuka ............................... 7 Gambar 2. Diagram blok sistem kontrol loop tertutup ............................... 8 Gambar 3. Mikrokontroler pin IC Atmega16 ............................................ 10 Gambar 4. Blok diagram fungsional Atmega16 ........................................ 13 Gambar 5. Sensor suhu LM35 .................................................................... 15 Gambar 6. Motor induksi satu fasa ............................................................. 17 Gambar 7. Heater......................................................................................... 18 Gambar 8. Regulator tegangan .................................................................... 18 Gambar 9. (a) Resistor, (b) Lambang resistor ............................................. 20 Gambar 10. Resistor komposisi karbon dengan ukuran daya 1/8, 1/4 dan 1/2 ...................................................................21 Gambar 11. Ukuran resistor dalam karbon milimeter ................................. 21 Gambar 12. Resistor metal filim dengan ukuran daya 1/8 w, 1/4,2 w ..................................................................... 22 Gambar 13. Ukuran resistor metal filim dalam milimeter .......................... 22 Gambar 14. Kode warna resistor ................................................................. 23 Gambar 15. (a) Dioda (b) Lambang dioda ................................................. 24 Gambar 16. Penyearah gelombang penuh siklus positif ( bias forward) .................................................................... 25 Gambar 17. Penyearah gelombang penuh siklus negatif ( bias reverse ) ..................................................................... 26 Gambar 18. Kapasitor ................................................................................. 28 Gambar 19. Transistor NPN dan PNP ........................................................ 28 Gambar 20. Macam – macam transistor ..................................................... 29 Gambar 21. Bentuk fisik kristal .................................................................. 30 Gambar 22. Lambang kristal ..................................................................... 31 Gambar 23. Relay yang banyak dipasaran ................................................. 32 Gambar 24. Skema relay elektromekanik ................................................... 32 Gambar 25. Relay jenis Single Pole Double Throw (SPDT) ..................... 34
xii
Gambar 26. Relay dengan contact lebih dari satu .................................... 34 Gambar 27. Trafo ( transformator ) adaptor .............................................. 36 Gambar 28. Trafo IF ( frekuensi menengah ) ............................................ 37 Gambar 29. Trafo OFF ............................................................................... 38 Gambar 30. DIAC ...................................................................................... 38 Gambar 31. Struktur DIAC dan lambang DIAC ...................................... 39 Gambar 32. Simbol skematik TRIAC ....................................................... 40 Gambar 33. Struktur dalam TRIAC ........................................................... 41 Gambar 34. Lambang TRIAC ................................................................... 41 Gambar 35. Kurva karakteristik TRIAC .................................................. 42 Gambar 36. Rangkaian pengendali ............................................................ 43 Gambar 37. Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ATmega16 …………………..…............... 44 Gambar 38. Rangkaian Sensor Suhu…………………………................... 45 Gambar 39. Rangkaian Driver Relay…………………………................... 46 Gambar 40. Rangkaian Driver Motor ………………………..................... 47 Gambar 41. Rangkaian pengendali Heater ……………...….................... 48 Gambar 42. Rangkaian Catu Daya………………………........................ 49 Gambar 43. Rangkaian Komputer …………………………...................... 49 Gambar 44. Flowchart VB ………………………………….................... 50 Gambar 45. Flowchart Mikrokontroler ……………................................ 52
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Gambar rangakaian rancangan conveyor engering serbaguna berbasis mikrokontroler ATmega16 dan foto alat pengering Lampiran 2.Sampel bahan perkebunan : ampas press kelapa sawit Lampiran 3. Datasheet mikrokontroler ATMEGA16 Lampiran 4. Datasheet sensor suhu LM35 Lampiran 5. Datasheet regulator tegangan AN7805 Lampiran 6. Name plate motor Lampiran 7. Spesifikasi Heater Lampiran 8. Rangkaian PCB Lampiran 9. Gambar perancangan dengan autocad Lampiran 10. Data kadar air hasil Lab
xiv
INTISARI
Pengeringan merupakan usaha untuk menurunkan kadar air sampai batas tertentu, proses pengeringan dari hasil perkebunan masih banyak yang menggunakan energi konvensional yaitu dengan bantuan sinar matahari. Alat pengering yang dirancang ini dibuat untuk mengatasi masalah dalam proses pengeringan untuk pembakaran, selain itu alat pengering dilengkapi dengan IC mikrokontroler ATMEGA16 dengan sitem pengendali suhu otomatis yang dilengkapi dengan sensor suhu LM35 yang ditampilkan ke komputer dan dengan variasi kecepatan dari 0 rpm – 40 rpm dengan waktu tunda yang berbedabeda. Sistem pengering ini di desain dengan arah aliran udara berlawanan dengan menggunkan heater sumber panas sehingga suhu disepanjang alat pengering tetap terjaga pada temperature 68-700C . Sampel bahan perkebunan yang digunakan pada sistem pengering ini adalah ampas press kelapa sawit yang digunakan sebagai bahan bakar biomassa dengan persentase kadar air hasil lab pada ampas basah adalah 33,03% dan pada ampas kering adalah 49,35%
Kata kunci : Mikrokontroler ATMEGA16, sensor suhu LM35.
xv
ABSTRACT
Drying is an attempt to lower the moisture content to a certain extent, the process of drying of plantation crops are still many who use conventional energy with the help of sunlight.
Designed dryers are made to address the problem in the drying process for burning, in addition to the dryer is equipped with a microcontroller IC ATMEGA16 with automatic climate control system is equipped with a temperature LM35 displayed to the computer and the speed variation of 0 rpm 40 rpm with a time delay varies.
Conditioning system is designed with airflow direction opposite to the heater using the heat source so that the temperature of the dryer disepanjan 0
maintained at temperatures 68-70 C. Samples of materials used in the plantation system this dryer is the dregs of palm oil press which is used as a biomass fuel with the percentage of water content in the pulp lab results is 33.03% and the dry residue was 49.35%
Keywords: Microcontroller ATMEGA16, LM35 Temperature Sensor.
xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Tanaman kelapa sawit adalah jenis tanaman palma yang berasal dari benua Afrika dan cocok ditanam di daerah tropis, seperti halnya dinegara kita. Pertama kali masuk ke Indonesia pada tahun 1848, ditanam di kebun raya bogor. Perkembangan tanaman kelapa sawit telah dikembangkan di beberapa daerah di Indonesia dan menjadi tanaman unggulan perkebunan. Hal ini dikarenakan kelapa sawit merupakan tanaman perkebunan dengan nilai ekonomis yang cukup tinggi dan merupakan salah satu tanaman penghasil minyak nabati yang memiliki banyak kegunaan. Saat ini Indonesia merupakan negara nomor satu penghasil CPO (Crude Palm Oil) terbesar di dunia. Kelapa sawit dapat tumbuh dengan baik pada daerah iklim tropis dengan curah hujan 2000 mm/tahun dengan suhu sekitar 22-32oC. Tanaman kelapa sawit sudah mulai menghasilkan pada umur 24-30 bulan. Buah yang pertama yang keluar masih dinyatakan sebagai buah pasir. Artinya, belum dapat diolah oleh pabrik kelapa sawit (PKS) karena kandungan minyaknya masih cukup rendah. Selain itu ampas kelapa sawit juga bisa digunakan sebagai bahan bakar biomassa. Pemanfaatan energi biomassa menjadi listrik di Indonesia hingga saat ini belum dikelola dengan maksimal. Hal ini terlihat dari sedikitnya pembangkit listrik berbahan bakar biomassa. Pabrik Kelapa sawit merupakan salah satu tempat yang dapat menghasilkan biomasa yang cukup besar dan kontinyu sepanjang tahun. Salah satu kekurangan biomassa sebagai bahan bakar adalah memiliki kadar air dan abu yang tinggi. Serat kelapa sawit yang dihasilkan dari mesin press di PKS digunakan sebagai bahan bakar di boiler. Serat ini memiliki kadarair sekitar 40 – 50 %. Mengingat bahan bakar ini digunakan secara langsung di pabrik maka waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkannya menjadi terbatas. Menurut Bpk Simanjuntak (2011), telah diperoleh gambaran tentang persentasi penghematan bahan bakar ini pada kadar air yang berbeda-beda.
1
Penelitian mengenai pengeringan bahan bakar padat yang menggunakan mesin pengering berkonveyor berbasis mikrokontroler seperti yang dilakukan pada ampas tebu oleh Shah (2008) dan batubara oleh Gao (2010) telah diketahui bahwa metode ini dapat mempersingkat waktu yang dibutuhkan secara signifikan bila dibandingkan dengan metode konvensional. Hingga saat ini belum dilakukan kajian lebih lanjut terkait dengan perbedaan metode pengeringan secara konvensional dengan mesin pengering berkonveyor berbasis mikrokontroler ATMEGA 16 pada serat kelapa sawit hasil press di Pabrik kelapa sawit. Untuk sistem kontrol ini sendiri merupakan rangkaian aplikasi pengabunggan antara elektronika yaitu sensor-sensor suhu, analong to digital conventer (ADC) dan mikrokontroler, dimana kesemuanya dioperasikan secara otomatis melalui input data-data yang dimasukkan kedalam mikrkontroler.
Oleh sebab itu penulis membuat Tugas akhir ini dengan judul: “RANCANG BANGUN KONTROL PENGERING AMPAS PRESSAN KELAPA SAWIT BERKONVEYOR BERBASIS MIKROKONTOLER ATMEGA 16 DENGAN TERKONEKSI KE KOMPUTER ( PC )
1.2 Batasan Masalah Pada laporan tugas akhir ini, agar pembahasan tepat pada sasaran maka rancang bangun tugas akhir ini membahas tentang: 1. Perancangan sistem kontrol alat pengering serbaguna dengan menggunakan mikrokontroler ATMEGA 16 2. Sampel yang digunakan yaitu: Ampas pressan Kelapa Sawit 3. Pada perancangan ini tidak dibahas mengenai perancangan rangka alat.
2
1.3 Tujuan Penulisan Adapun penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan tujuan: 1.
Mengetahui perbandingan waktu yang dibutuhkan untuk pengeringan dengan metode konvensional ATMEGA 16 sampai terjadinya laju jatuh tahap II (periode melambat) pada serat kelapa sawit hasil press di Pabrik kelapa sawit.
2.
Mengetahui kadar air akhir yang dihasilkan pada ampas press yang telah dikeringkan.
3.
Dapat mengontrol suhu dan kecepatan konveyor dengan rangkaian kontrol yang dirancang
1.4 Manfaat Penulisan Adapun manfaat dari laporan Tugas Akhir ini adalah Penulisan ini dilakukan untuk memberikan informasi tentang keefektifan metode pengeringan secaraa konvensional dan mikrokontroler pada serat kelapa sawit hasil press di Pabrik kelapa sawit, sehingga dapat menjadi sumber acuan dalam penyediaan biomassa sebagai bahan dasar listik di Indonesia.
1.5 Metode Pengumpulan Data Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data di antarnya: 1. Studi literature dengan mencari buku-buku yang ada di perpustakaan Politekni Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan perancangan tersebut, 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun dengan pihak-pihak yang dapat membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang perancangan alat tersebut, 3. Melalui website dan search engine yaitu google yang berhubungan dengan perancangan alat tersebut, 4. Membuat rancang bangun, melakukan pengujian dan pengambilan data.
3
1.6 Sistematika Penulisan Untuk memaparkan hasil perancangan, perakitan dan pengujian sistem yang akan dibuat, maka laporan ini akan disusun dalam sistematika yang diharapkan
mempermudah
dengan
memhami
materi-materi
yang
akan
disampaikan kepada pembaca. Laporan ini terdiri dari 5 (lima) bab yang masingmasing membahas mengenai pokok penting dalam perencanaan proyek ini. Babbab yang terkandung dalam laporan ini adalah:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, metode pengumpulan dan sistematika penulisan
BAB II
LANDASAN TEORI
Bab ini menjelaskan tentang teori dasar yang perlu diketahui untuk mempermudah dalam pemahaman sistem kerja dari alat ini, seperti komponen-komponen dasar, alat-alat kontrol proses pemindahan program dan lain-lain.
BAB III
PERANCANGAN ALAT PENGERING AMPAS PRESAN
KELAPA SAWIT Bab ini menjelaskan tentang tahap-tahap dalam pengerjaan pembuatan sistem kontrol, cara kerja sistem kontrol dan pemilihan alat komponen.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN
Bab ini menjelaskan tentang pengujian dan pengukuran pada peralatan yang direncanakan, apakah peralatan tersebut dianggap telah berjalan baik atau tidak.
BAB V
PENUTUP
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dalam perancangan sistem ini, serta saran yang akan disampaikan kepada pembaca.
4
