1

Rekayasa Bioproses(Kode MKA: 114151462)(Kode MKA: 114151462)

Pertemuan Ke-9Pengendalian Bioproses

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 1

Dosen: Ir. Sri Sumarsih, MP.E-mail: Sumarsih_03@yahoo.com

Weblog: Sumarsih07.wordpress.com

DeskripsiPengendalian bioproses:

Prinsip pengendalian bioprosesPemantauan bioprosesInstrumentasi/sensor bioprosesPengendalian dan optimasi

Nama Program Studi - UPN[V]Yk 2

g pKomputerisasi pengendalian

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

M t k k d li bi d Menetapkan kendali bioproses pada rancangan bioproses

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 3

Prinsip pengendalian bioprosesBi k

ISI MATERI

Tujuan pengendalian bioproses: memanipulasi peubah-peubah di dalam sistem pengendalian bioproses

Bioproses merupakan reaksi biokimiawi kompleks serta fenomena perpindahan yang kompleks pula. Pengukuran parameter sulit

Kelompok peubah dalam bioproses: Peubah yang dikontrolPeubah gangguanPeubah yang dimanipulasiPeubah acuan

2

Masalah Rancang Bangun dalam Sistem

Pengendalian Bioproses

Apa yang harus diukur dalam pengendalian?Apa yang harus dimanipulasi?Manakah peubah pengendali yang

dipasangkan dengan keluaran yang diukur?Haruskah gangguan diukur?Bagaimana mengukur parameter?Bagaimana mengukur parameter?Bagaimana membuat keputusan kondisi

operasi terbaik?

Pemantauan bioproses

Pemantauan langsung (on-line) bioproses:Pengukuran parameter fisikokimia (pH, O2, CO2)Pengukuran parameter fisikokimia (pH, O2, CO2)Hasil pengukuran langsung diketahui setiap saat

Pemantauan tidak langsung (off-line):Untuk mengevaluasi proses/ analisis akhir prosesPengukuran substrat, metabolit,produk, biomassaPerlu pengambilan contoh & perlu waktu untuk analisis laboratorium

Dasar pengendalianMedia

sensor

udara

Akuisisi data

Model bioprosesKOMPUTER

Instrumentasi/sensor bioprosesPenggunaan sensor penterjemah : pengubah sinyal biokimiawi menjadi sinyal listrik- dayaelektrokimia

Misal Potensiometrik atau elektroda amperometrik, detektoroptoelektronik, field effect transistor, termistor, dsb. Cara penerapan bisa langsung atau tidak langsung

Contoh alat: Sensor BOD menggunakan elektroda oksigenSensor CO2 menggunakan elektroda potensiometrik atauamperometrikSensor aliran udara menggunakan rotameter/flow meterSensor pengukur panas menggunakan termometer/termistorSensor pengendali busaSensor pengendali pHSensor pengukur oksigenSensor enzim, dsb

3

Sensor penterjemah Sensor BOD

Solid State Relay

TangkiNaOH

TangkiHCl

Komputer Mikro

TitikMulai

Sensor pH

Relay

Voltage Gain

Low Pass Filter

Impedance

Matching

Add do offset

Sensor pH

Pompa HCl

Pompa NaOH

Sirkuit Pengkondisi Sinyal

pH

Pengaturtekanan

Saringan udara

Flow meter

Impedance h

Low pass Voltage Add do

Sirkuit pengkondisi sinyal

Stepp

motor

Sensor O2

Sens

Pemutusaliran

Tangki udara

matching pass filter gain offset

Pm

Coil switches

Titikmulai

Pot elektronik

Pengaturkecepatan Stepper

motor

distributor udara

Bioreaktor

Sumberdaya

KomputermikroSistem Pengontrol

Udara Sens

Pompaudara

4

Pengendalian dan optimasi

Jenis pengendalian:p g1. Manual (sederhana, penting pd start-up &

shut-down)2. Otomatik (klasik): analog atau on-off rangkaian pengendalian/ pengendalian umpan balik

pengendalian lingkungan bioreaktorpengendalian media selpengendalian media selpengendalian aktivitas selpengendalian ketersediaan pemasok sel dan media

3. Komputerisasi

Komputerisasi pengendalian

Komputer digunakan untuk melengkapipengendalian mutu, penghematan waktu kerjaoperator, dokumentasi otomatik, mengefisienkan akuisisi data, pemantauanlingkungan bioproses, pengendali otomatik

Variasi Jenis komputer pengendali: o Pengendali digital langsung (DDC= Direct o Pengendali digital langsung (DDC Direct Digital Control)o Pengendali Supervisoryo Pengendali Set Point (SPC=Supervisory Set Point Control)o Pengendali Modern

Tugas pengendalian otomatik Pengukuran dan PengendalianPeubah dalam Bioreaktor Baku

Pengukuran Pengendalian Peubah

Kecepatan pengadukanSuhu lingkungan

SIRCTIRC

Laju aliran gasTekananpH mediaTekanan oksigen terlarutpO2Volume cairanTingkatan busaAnalisis gas keluar• O2• CO2

FIRCPIRCQIRCQIRCWIRC

LC

QIRQIR

• CO2Keseimbangan gas• Pasokan O2• Evolusi CO2

UIRUIR

Keterangan: I: ditunjukkan, R: dicatat, C: dikendalikan: A:alarm, Q: mutu, U: hitung, L: rendah, H: tinggi………..Sumber: Luttman, 1992

5

Contoh Struktur pengendalian otomatik Contoh Struktur otomatis pengendalian bioreaktordengan komputerisasi

RangkumanPengendalian bioproses:Prinsip pengendalian bioproses:Memanipulasi peubah-peubah di dalam sistem pengendalian bioproses

Pemantauan bioproses:Pemantauan langsung (on-line) dan tidak langsung(off-line)

Instrumentasi/sensor bioproses:Penggunaan sensor penterjemah untuk pengubah sinyalbiokimiawi menjadi sinyal listrik- daya elektrokimia

Nama Program Studi - UPN[V]Yk 19

Pengendalian dan optimasi:Manual (start up/shut down, otomatik (analog/on-off)

Komputerisasi pengendalian:Pengendali Direct Digital Control, Supervisory, Set Point Control, dan pengendalian modern

TUGAS KELOMPOK

Sebagai latihan

Dari hasil pengerjaan tugas 6, susun kendali pada rancangan

Tugas ke 7:

p gbioproses yang telah dibuat

6

ReferensiWajib

Sri Sumarsih, 2007. Materi kuliah Rekayasa Bioproses. on , y pline dalam Weblog: Sumarsih07.Wordpress.com (juga dapat diakses melalui www.google.com dengan kata kunci bioproses UPNVY).

Tambahan Mangunwidjaya, D. dan Suryani, A. 1994. Teknologi Bioproses, Penebar Swadaya. Jakarta.

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 21