RANCANG BANGUN SIMULATOR SISTEaM aPENGENDALIAN SUHU PADA DINDING BIOREAKTOR ANAEROB BERBASIS KOMPUTER PERSONAL (PC) Disusun Oleh:
ALFA ROBY NRP: 2406 100 014 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA
Latar Belakang
SOLUSI?
30-35 Celcius suhu optimal untuk pertumbuhan Bakteri
Rumusan dan Tujuan Permasalahan Rumusan Masalah Bagaimana merancang heater pada dinding bioreaktor anaerob yang dapat dikontrol secara otomatis. Bagaimana merancang sistem pengendalian suhu pada heater di dinding bioreaktor anaerob. Bagaimana mengimplementasikan sistem pengendalian suhu pada dinding bioreaktor anaerob secara online.
Tujuan
Pembuatan Simulator Sistem Pengendalian Temperatusuhu Pada Dinding Bioreaktor Anaerob berbasis Komputer Personal (PC)
Batasan Masalah 1. Bioreaktor dianalogikan sebagai tangki yang berisi air yang diam (tidak ada sirkulasi) 2. Perpindahan panas terjadi secara konduksi 3. Variabel suhu pada jaket dijaga pada 35oC melalui manipulasi aliran panas yang dibangkitkan oleh heater listrik 4. Sistem pemanas yang berupa heater(filamen pemanas)akan diberi tegangan dari luar sesuai dengan panas yang dibutuhkan oleh jaket 5. Sensor suhu yang dipergunakan adalah IC
LM35
6. Perancangan sistem pengendalian suhu hanya dilakukan pada jaket yang
menutupi sebagian permukaan dinding bioreaktor anaerob
Kajian Pustaka Pertumbuhan Mikroba Hubungan antara pertumbuhan mikroba µ dengan suhu (T)
Bioreaktor Anaerob
Kajian Pustaka
Operational Conditions for Acceptable Activity of Methane-forming Bacteria and Methane Production
Objek suhu pengendalian
Kajian Pustaka Heater Ketika arus listrik mengalir pada sebuah konduktor, maka konduktor tersebut dapat mengubah energi listrik yang melaluinya menjadi panas (heater listrik)
Persamaan energi listrik:
W=VQ Karena V=IR (hukum Ohm) dan
Q=It Maka
W=I2Rt atau
W=V2t/R Dimana R adalah hambatan dari konduktor
Diagram Alir Metodologi
Disain Umum Sistem Pengendalian Desain Sistem Pengendalian suhu Secara Umum
Diagram Kotak Sistem Pengendalian suhu
Desain Sistem Pengendalian suhu
Desain Sistem Pengendalian suhu 3D
Perancangan Hardware
Langkah-langkahnya ialah sebagai berikut: No
Gambar
Keterangan
1
Desain rangkaian minimum sistem: a. IC Mikrokontroler Atmega 16 b. Kristal 11,0592 Mhz c. Resistor 10K, switch spdt, kapasitor 22p, header, port DB 15 male+female, port DB 9 male+female, kapasitor 100n, kapasitor 1 µF, resistor 10 ohm,1 ohm, 1 Kohm, LED, resistor variabel 10Kohm, PCB, timah
2
Sensor IC LM35: a. IC LM35 untuk pengukuran T_wall b. IC LM35 untuk pengukuran T_chamber c. IC LM35 untuk pengukuran T_lingkungan
Perancangan Hardware
No
Gambar
Keterangan
3
RS to USB Adapter
4
Rangkaian relay: a. 2 relay 12V kaki 8 b. 2 transistor TIP 3055 c. Regulator 7805 d. Octocopler e. Resistor 10K
Perancangan Hardware No 5
Gambar
Keterangan Desain Heater: Heater yang digunakan ialah berupa elemen pemanas, dengan spesifikasi: a. suhu Max: 100 Celsius b. Tegangan input AC: 220V c. Luas penampang heater = panjang x keliling= 5πd = 392.5 cm2.
Perancangan Hardware No
6
Gambar
Keterangan
Desain tabung bioreaktor anaerob: Menggunakan tabung cat dengan bahan dari plastik kode 7 (Polyacrylonitrilebutadienestyrendan/ABS) Keterangan: K bahan= 0.17 W/mK@23C Volum tabung = ± 25 liter Volum air = ± ¾ Volum tabung = 18.75 liter nilai ambang atas suhu kerja= 70-100 C
Hasil Perancangan Hardware
Simulator Sistem Pengendalian suhu
Pengujian Sistem Pengendalian suhu Secara Online No
Pengujian
Kesimpulan
1
Sensor IC LM35
Ketiga sensor memiliki: a) Range: -55 to +150°C b) Akurasi: ± 1.6019 (sensor1); ± 1.6762 (sensor2); ± 2.1036 (sensor3) c) Linearitas: 10 mV/oC
2
Sistem Mikrokontroler Uji port B (port B.4 & port B.3) dengan program On/Off; serta uji hunbungan tegangan Vin/Vout pada port ADC (ADC5, ADC6, ADC7) menunjukkan mikrokontoler bekerja dengan baik
3
Sistem Akuisisi Data
Dengan menggunakan ADC 10 bit, resolusi yang dimiliki 0,00488 Volt/ 1 bit data. Hasil pengujian menunjukkan perbedaan antara tegangan keluaran dan tegangan masukan sebesar 0.01-0.04 Volt.
data
Pengujian Sistem Pengendalian suhu Dinding Bioreaktor Pengujian dilakukan dengan cara merubah parameter pengujian seperti pada tabel di bawah ini.
No
Parameter Pengujian
1
Peletakan posisi sensor Twall
2
Waktu Pengukuran
Keterangan
a) b) c) d)
Pagi hari: 06.00 – 08.00 Siang hari: 12.00 – 14.00 Sore hari: 15.00 – 17.00 Malam hari: 20.00 – 03.00
Uji Open loop Sistem Pengendalian suhu Data Uji open loop sistem pengendalian suhu
Uji open loop dilakukan dengan cara memanaskan tabung bioreaktor dengan heater (220 Volt; Tmax:100 Celcius)
38
Twall
37 36
Tchamber
35
Keterangan grafik:
33
T_wall naik secara perlahan seiring waktu karena adanya inputan panas dari heater
32 31 30
T~
29
t (second)
28 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 153 161 169 177 185
T (C)
34
T_chamber berubah perlahan naik seiring meningkatnya suhu di dinding tabung T_ambien relatif stabil pada kisaran angka 31.46 C
Uji Close Loop Ʈ = 88 detik
h=5 cm (pk: 06.30 pm) Keterangan grafik: T_chamber : 27-29 Celsius T_ambien : 25-27 Celcius T_wall dengan suhu awal 32 C mencapai set point dengan: Time constant Ʈ = 88 detik Offset = 0 rise time (63,2 SP)= 102detik
h=5 cm (pk: 13.30 pm) Ʈ = 14 detik Keterangan grafik: T_chamber : 31.5-34 Celsius T_ambien : 31-34 Celcius T_wall dengan suhu awal 34.5 C mencapai set point dengan: Time constant Ʈ = 14 detik Offset = 0
h=5 cm (pk: 12.30 pm) Keterangan grafik:
Ʈ = 6 detik
T_chamber : 34-36 Celsius T_ambien : 30-32 Celcius T_wall dengan suhu awal 34 C mencapai set point dengan: Time constant Ʈ = 6 detik Offset = 0
h=13.5 cm (pk: 03.00pm) Ʈ = 88 detik Keterangan grafik: T_chamber : 34-36 Celsius T_ambien : 28-32 Celcius T_wall dengan suhu awal 38 C mencapai set point dengan: Time constant Ʈ = 88 detik Offset = 0
h=21 (pk: 01.00 am) Ʈ =446 detik
Keterangan grafik: T_chamber : 31-34 Celsius T_ambien : 21-25 Celcius T_wall dengan suhu awal 29 C mencapai set point dengan: Time constant Ʈ = 446 detik Offset = 1 rise time (63,2% SP)= 436 detik
kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan yaitu: • Telah berhasil dibuat sistem pengendalian suhu pada permukaan dinding bioreaktor anaerob yang dapat menjaga Twall sebesar 35 °C. • Semakin jauh posisi letakan sensor Twall terhadap sumber pemanas, maka semakin besar nilai waktu penetapan ts yang dibutuhkan untuk mencapai nilai set point 350 C. • Sistem pengendalian suhu membutuhkan waktu antara 6-446 detik untuk mencapai set point bergantung pada kondisi lingkungan dan posisi peletakan sensor dengan offset sebesar 1°C. • Posisi letakan sensor yang dirokemendasikan adalah H ≤ 5 cm dari sumber panas (heater)
