Oleh:
Dosen Pembimbingh: Dr. Melania Suweni muntini
Gaguk Resbiantoro
JURUSAN FISIKA Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya 2011
PENDAHULUAN
Latar Belakang Krisis bahan bakar fosil
Pengembangan Energi Terbarukan
Sistem Monitoring Produksi Biogas
Pengembangan Biogas
Rasio hasil dan bahan kecil (kurang efisien)
Pengembangan Teknologi Pendukung
Tujuan •Membuat alat ukur kadar CH4, CO2, O2, suhu, dan kelembaban udara yang terintegrasi. •Menentukan karakteristik masing-masing sensor. •Membuat miniatur sistem monitoring produksi biogas
Batasan Masalah •Sensor yang digunakan adalah
sensor TGS 2611, TGS 4161, KE-50, dan SHT11. •Sensor diintegrasikan menggunakan mikrokontroler. •Alat dapat menampilkan hasil pengukuran pada LCD dan komputer dengan komunikasi serial RS232.
•Software antarmuka yang digunakan adalah Borland Delphi 7 dan MySQL.
TINJAUAN PUSTAKA
Produksi Biogas BIOGAS
Digesti Anaerob
Hidrolisis (penguraian materi komplek lebih kecil) Fermentasi (zat terurai asam asetat, H2 , CO2 , dan asam lemak)
Zat Organik Metana ( kotoran Hewan )
Asitogenik (asam lemak asam asetat, H2 , dan CO2 ) Metanogenik (asam asetat, H2 , dan CO2 metana)
Kondisi optimum produksi biogas
Kondisi
optimum
Rasio C/N
20:1 s/d 40:1
Kelembaban
>75 %
Konsentrasi oksigen
< 5%
pH
5.5 – 9.0
Suhu
25 - 35oC
Komponen
Kandungan Biogas
Prosentase (%)
Metana (CH4)
40-70
Karbondioksida (CO2)
30-60
Hidrogen (H2)
1.0
Nitrogen (N2)
0.5
Hidrogen Sulfida (H2S)
0.1
Oksigen (O2)
0.1
Karbon Monoksida (CO)
0.1
Sistem Sensor Sensor Oksigen ( KE50 )
Sistem Sensor
Sensor Karbondioksida (TGS 4161)
Sensor Metana ( TGS 2611 ) Sensor Suhu dan kelembaban (SHT 11)
Sensor KE-50 dan TGS 4161 KE-50
Gas masuk melalui membran
Reaksi Elektrokimia
Terjadi beda potensial TGS 4161
Sensor TGS 2611 Metal oksida dipanaskan penyerapan oksigen Permukaan kristal mendonorkan elektron ke oksigen terjadi tegangan permukaan
Tegangan menghambat laju elektron timbul resistan Saat di udara bebas
Saat mendeteksi gas metana
Sensor SHT11 Polimer kapasitif (sensor kelembaban)
Penguat Operasional
Bandgap (sensor suhu)
Penguat operasional
ADC 14 bit data kelembaban 12 bit data suhu
Mikrokontroler Pin Input / Output
ADC
USART
Software Antarmuka Borland Delphi 7 Koneksi Delphi MySQL dengan dBExpress
MySQL
METODOLOGI
Tahapan Umum Penelitian
Pembuatan Hardware
Blok Diagram Hardware
Pembuatan Software START
Inisialisasi ADC, USART, I/O
START
START
Ambil Data ?
Ambil Data ? Tidak
Tidak
Ya
Input data sensor
Ya
Kirim perintah ambil ke mikrokontroler
Hubungkan ke database server
Input Data
Input Data
Tampilkan Data dan masukkan database
Tampilkan Data
Ambil data lagi ?
Ambil data lagi ?
Pengolahan data
Output besaran fisis terukur
Displai LCD karakter
Tidak Kirim ke PC ?
Ambil data lagi ?
Ya
Kirim data serial
Ambil data lagi ?
Ya
Ya Tidak
Tidak
Kirim perintah stop ke mikrokontroler
Putus hubungan ke server
End
End
Ya Tidak SELESAI
Software Mikrokontroler
Software Antarmuka
Kalibrasi
Proses Kalibrasi
Balai Hiperkes Surabaya Analyzer Star Gas GDS898OTC
SHT11 berupa chip yang sudah terkalibrasi
Prototipe Produksi Biogas
Skema Sistem Monitoring Produksi Biogas
HASIL dan PEMBAHASAN
Hardware Sistem Monitoring
Tampilan di LCD Karakter
Gambar Hardware Sistem
Software Sistem Monitoring
Tampilan Antaramuka
Tampilan Koneksi Database
Tampilan Database XAMPP
Waktu Pemanasan Sensor
Waktu Kestabilan 200 detik
Waktu Pemanasan 290detik
Waktu Pemanasan 170 detik
Kalibrasi Alat Persamaan Karakteristik alat ukur O2 :
Jangkauan Pengukuran alat ukur O2 : 0,34% - 33,87%
Persamaan Karakteristik alat ukur CO2 :
Jangkauan Pengukuran alat ukur CO2 : 250 – 9736 ppm
Persamaan Karakteristik alat ukur CH4 :
Jangkauan Pengukuran alat ukur CH4 : 442 – 9786 ppm
Waktu Tanggap Alat
Waktu Tanggap 311 detik
Waktu Tanggap 30 detik
Waktu Tanggap 20 detik
Prototipe Sistem Monitoring Produksi Biogas
Prototipe Sistem Monitoring Produksi Biogas
Data Monitoring jam
lembab
jam
O2
CH4
CO2
suhu
lembab
27
87.6
2:52:51 PM
12.37
4764
1938
26.3
88.6
1295
26.9
87.6
2:52:53 PM
12.37
4765
1922
26.3
88.6
2562
1297
27
87.6
2:52:54 PM
12.37
4765
1934
26.3
88.6
12.02
2562
1297
26.9
87.6
2:52:56 PM
12.37
4765
1948
26.3
88.6
2:56:52 PM
12.02
2562
1299
26.9
87.6
2:52:57 PM
12.37
4766
1941
26.3
88.6
2:56:53 PM
12.02
2562
1300
26.9
87.6
2:52:59 PM
12.38
4766
1920
26.3
88.6
2:56:55 PM
12.02
2562
1298
26.9
87.6
2:53:00 PM
12.38
4766
1923
26.3
88.6
2:56:56 PM
12.02
2562
1301
26.9
87.6
2:53:02 PM
12.38
4766
1939
26.3
88.6
2:56:58 PM
12.02
2562
1301
26.9
87.6
2:53:03 PM
12.38
4766
1942
26.3
88.6
2:56:59 PM
12.02
2562
1299
26.9
87.6
2:53:05 PM
12.38
4767
1925
26.3
88.6
2:57:01 PM
12.02
2562
1300
26.9
87.6
2:53:06 PM
12.38
4769
1911
26.3
88.6
2:57:02 PM
12.02
2562
1300
26.9
87.6
2:53:08 PM
12.38
4771
1920
26.3
88.6
2:57:04 PM
12.02
2562
1298
26.9
87.6
2:53:09 PM
12.38
4774
1930
26.3
88.6
2:57:05 PM
12.02
2562
1295
26.9
87.6
2:57:07 PM
12.03
2562
1291
26.9
87.6
2:53:11 PM
12.38
4776
1935
26.3
88.6
2:57:10 PM
12.03
2564
1291
26.9
87.6
2:53:12 PM
12.37
4779
1924
26.3
88.6
2:57:12 PM
12.03
2564
1289
26.9
87.6
2:53:14 PM
12.37
4783
1910
26.3
88.6
2:53:17 PM
12.37
4786
1917
26.3
88.6
2:53:19 PM
12.37
4786
1928
26.3
88.6
2:53:20 PM
12.37
4787
1937
26.3
88.6
O2
CH4
CO2
CH4
CO2
suhu
2:45:43 PM
11.28
824
241
26.5
86.9
2:56:46 PM
12.01
2561
1299
2:45:45 PM
11.28
824
266
26.5
86.9
2:56:47 PM
12.02
2561
2:45:46 PM
11.28
824
230
26.6
86.9
2:56:49 PM
12.02
2:45:48 PM
11.28
824
233
26.5
86.9
2:56:50 PM
2:45:49 PM
11.29
824
278
26.6
86.9
2:45:51 PM
11.28
824
241
26.5
86.9
2:45:52 PM
11.28
824
219
26.5
86.9
2:45:54 PM 2:45:55 PM
11.28 11.28
824 824
256 256
26.5 26.5
lembab
jam
O2
86.9 86.9
suhu
2:45:57 PM
11.29
824
228
26.5
86.9
2:45:58 PM
11.28
824
251
26.5
86.9
2:46:00 PM
11.29
824
268
26.5
86.9
2:46:01 PM
11.28
824
246
26.5
86.9
2:46:03 PM
11.29
824
242
26.5
86.9
2:46:04 PM
11.28
824
278
26.5
86.9
2:46:06 PM
11.29
824
254
26.5
86.9
2:46:07 PM
11.28
824
239
26.5
86.9
2:57:13 PM
12.03
2565
1278
26.9
87.6
2:46:09 PM
11.29
824
269
26.5
87
2:57:15 PM
12.03
2566
1266
26.9
87.6
2:46:10 PM
11.28
824
264
26.5
87
2:57:16 PM
12.03
2567
1260
26.9
87.6
2:46:13 PM
11.28
824
272
26.5
87
2:57:18 PM
12.03
2568
1261
26.9
87.6
2:53:22 PM
12.37
4787
1936
26.3
88.6
2:46:15 PM
11.28
824
261
26.5
87
2:57:19 PM
12.03
2568
1269
26.9
87.6
2:53:23 PM
12.37
4786
1921
26.3
88.6
2:46:17 PM
11.28
824
240
26.5
87
2:57:21 PM
12.03
2570
1277
26.9
87.6
2:53:25 PM
12.37
4786
1907
26.3
88.6
2:46:18 PM
11.28
824
281
26.5
87
2:57:22 PM
12.03
2570
1282
26.9
87.6
2:53:26 PM
12.37
4785
1905
26.3
88.6
2:46:20 PM
11.28
824
259
26.5
87
2:57:24 PM
12.03
2571
1287
26.9
87.6
2:53:28 PM
12.37
4783
1915
26.3
88.6
2:46:21 PM
11.28
824
243
26.5
87
2:57:25 PM
12.03
2572
1287
26.9
87.6
2:53:29 PM
12.37
4783
1929
26.3
88.6
Hari ke-19
Hari ke-20
Hari ke-21
Kesimpulan 1. Persamaan Karakteristik untuk : a. Sensor oksigen adalah b. Sensor Metana adalah c. Sensor Karbondioksida
: y = 85,1x – 4,532 mV : y = 1035 ln(x) – 5806 mV : y = e (0,83 - 0,00014x) mV
2. Jangkauan pengukuran masing-masing sensor : a. Sensor Oksigen : 0,34% - 33,87% b. Sensor Metana : 442 – 9786 ppm c. Sensor Karbondioksida : 250 – 9736 ppm d. Sensor Suhu : -40 – 123,8 oC e. Sensor Kelembaban : 0 – 100% 3. Sistem monitoring mampu memperbarui basis data setiap 5 menit sesuai waktu terbesar tanggap sensor yaitu sensor CO2.
4. Sistem monitoring menyimpan data produksi biogas sekali dalam sehari dengan 100 data sampling untuk mengetahui perubahan parameter selama proses produksi biogas.
TERIMA KASIH
