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 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.

Pembuatan Simulator Sistem Pengendalian Temperatusuhu Pada Dinding Bioreaktor Anaerob berbasis Komputer Personal (PC)

Tujuan

Rumusan dan Tujuan Permasalahan

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

Batasan Masalah

Kajian Pustaka

Hubungan antara pertumbuhan mikroba µ dengan suhu (T)

Pertumbuhan Mikroba

Kajian Pustaka

Operational Conditions for Acceptable Activity of Methane-forming Bacteria and Methane Production

Bioreaktor Anaerob

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

Desain Sistem Pengendalian suhu Secara Umum

Desain Sistem Pengendalian suhu

Diagram Kotak Sistem Pengendalian suhu

Desain Sistem Pengendalian suhu 3D

Disain Umum Sistem Pengendalian

Perancangan Hardware

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

Langkah-langkahnya ialah sebagai berikut:

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 Gambar Keterangan

5 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 Gambar Keterangan

6 Desain tabung bioreaktor anaerob: Menggunakan tabung cat dengan bahan dari plastik kode 7 (Polyacrylonitrile-butadienestyrendan/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

Simulator Sistem Pengendalian suhu

Hasil Perancangan Hardware

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

No Parameter Pengujian Keterangan

1 Peletakan posisi sensor Twall

2 Waktu Pengukuran a) Pagi hari: 06.00 – 08.00 b) Siang hari: 12.00 – 14.00 c) Sore hari: 15.00 – 17.00 d) Malam hari: 20.00 – 03.00

Pengujian dilakukan dengan cara merubah parameter pengujian seperti pada tabel di bawah ini.

Keterangan grafik: T_wall naik secara perlahan seiring waktu karena adanya inputan panas dari heater T_chamber berubah perlahan naik seiring meningkatnya suhu di dinding tabung T_ambien relatif stabil pada kisaran angka 31.46 C

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

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

)

Data Uji open loop sistem pengendalian suhu

t (second)

Uji Open loop Sistem Pengendalian suhu

Twall

Tchamber

T~

Uji open loop dilakukan dengan cara memanaskan tabung bioreaktor dengan heater (220 Volt; Tmax:100 Celcius)

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)

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

Ʈ = 14 detik

h=5 cm (pk: 12.30 pm)

Ʈ = 6 detik

Keterangan grafik: 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)