PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA TEMPERATUR PADA UNTAI UJI BETA TERINTEGRASI DENGAN FASILITAS HEATING-02 BERBASIS KOMPUTER

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA TEMPERATUR PADA UNTAI UJI BETA TERINTEGRASI DENGAN FASILITAS HEATING-02 BERBASIS KOMPUTER Ainur Rosidi, Kiswanta, G.Bambang Heru, Joko Prasetio W, Edy Sumarno Lab. Termohidrolika - Bidang Operasi Fasilitas - PTRKN - BATAN ptrkn@batan.go.id ABSTRAK PERANCANGAN SISTEM AKUISISI DATA TEMPERATUR PADA UNTAI UJI BETA TERINTEGRASI DENGAN FASILITAS HEATING-02 BERBASIS KOMPUTER. Telah dilakukan perancangan data akuisisi temperatur pada Untai Uji BETA (UUB) terintegrasi dengan HeaTiNG-02. HeaTiNG-02 merupakan fasilitas penelitian yang digunakan sebagai pendukung untuk eksperimen simulasi rewetting dalam celah sempit pada geometri plat sedangkan Untai Uji Beta adalah alat untuk mengatur debit dan temperatur air yang mengalir kedalam celah HeaTiNG-02. Untuk mengetahui perubahan fenomena perpindahan panas yang terjadi selama eksperimen maka dirancang sistem akuisisi data, perancangan tersebut menggunakan software lab view, modul NI-CDAQ 9188 dan modul NI-9213 TC. Hasil perancangan sistem akuisisi data yang dibuat dapat menampilkan hasil pengukuran kondisi temperatur data eksperimen secara realtime, akurat dan mampu merekam dalam bentuk file untuk memudahkan proses pengolahan data, dengan toleransi kesalahan 1,1% Kata Kunci : Perancangan, Sistem Akuisisi Data, Lab View ABSTRACT COMPUTER-BASED TEMPERATURE DATA AQUISITION SYSTEM DESIGN ON BETA TEST LOOP INTEGRATED WITH HEATING-02 FASILITY. Design has been done on the strand temperature data acquisition BETA Test (UUB) with integrated HEATING-02. Heating-02 is a research facility that is used as a support for the experimental simulation of rewetting in a narrow slit on the plate while the strand geometry Beta Test is a tool to regulate the flow and temperature of water flowing into the gap HEATING-02. To find the change of heat transfer phenomena that occur during the experiment the data acquisition system was designed, the design is using lab view software, module NI- CDAQ 9188 and module NI-9213 TC. The results of the data acquisition system design created to display the results of measurements of the temperature conditions of the experimental data in realtime, accurate and capable of recording in a file to facilitate data processing, the error tolerance of 1.1% Keywords: Design, Data Acquisition Systems, Lab View PENDAHULUAN R ewetting merupakan fenomena yang penting dalam kasus pendinginan. Pada saat suatu medium padat dipanaskan sampai mendekati temperatur lelehnya, maka proses pendinginan kembali (rewetting) dari medium tersebut harus dilakukan dengan mengalirkan fluida pendingin pada medium tersebut sehingga kondisi temperatur medium tidak melewati titik lelehnya (melting point) yang bisa berakibat terjadinya kecelakaan parah. Fenomena ini dapat ditemukan pada kasus pendinginan dalam celah sempit yang terbentuk antara teras dengan dinding reaktor nuklir (1). HeaTiNG-02 merupakan fasilitas penelitian yang digunakan sebagai pendukung untuk eksperimen simulasi rewetting dalam celah sempit pada geometri plat dan Untai Uji Beta (UUB) sebagai alat untuk mengatur debit dan temperatur air yang mengalir kedalam celah (2). Ainur Rosidi, dkk. ISSN Buku II hal. 535

2 Untuk mengetahui perubahan fenomena perpindahan panas yang terjadi selama eksperimen pada integrasi UUB dengan HeatiNG- 02, maka dirancang data akuisisi temperatur menggunakan software lab view melalui interface modul NI- CDAQ Metodologi yang digunakan adalah menentukan titik-titik pengukuran yang akan di pasang termokopel tipe-k pada alat eksperimen Untai Uji BETA dan HeaTiNG-02, konfigurasi sistem, pembuatan virtual instrument, penggabungan software dan hardware serta pemasangan dan pengujian. Hasil yang diharapkan pada pembuatan data akuisisi temperatur adalah untuk membantu mengamati fenomena perpindahan panas yang terjadi pada integrasi untai uji BETA dengan HeaTiNG-02. DESKRIPSI SISTEM AKUISISI DATA Termokopel yang digunakan untuk mengambil atau mengukur temperatur pada integrasi Untai Uji Beta dengan HeaTiNG-02 adalah tipe K, termokopel jenis ini terbuat dari perpaduan antara Cromel (positif) dengan Alumel (negatif) yang mempunyai range pengukuran sekitar 0 o C 1100 o C [3]. Alasan dipakainya termokopel jenis ini adalah ketersedian dipasar cukup banyak dan mampu untuk membaca temperatur maksimal pada eksperimen integrasi Untai Uji Beta dengan HeaTiNG-02 yang mencapai 1000 o C. Untuk memantau hasil pengukuran temperatur ini diperlukan sistem data akuisisi temperatur sebuah peralatan instrumentasi yang terdiri dari sensor temperatur dan Modul NI-9213 TC, agar temperatur bisa dibaca dan di rekam ke hardisk komputer maka di perlukan virtual instrument yang dibuat menggunakan software lab view. Sebuah sistem akusisi data atau biasa dikenal Data-Acquisition Sistem (DAS) merupakan sistem instrumentasi elektronik terdiri dari sejumlah elemen yang secara bersama-sama bertujuan melakukan pengukuran, menyimpan, dan mengolah hasil pengukuran. Secara aktual DAS berupa interface antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Lingkungan analog meliputi transduser dan pengondisian sinyal dengan segala kelengkapannya, sedangkan lingkungan digital meliputi analog to digital converter (ADC) dan selanjutnya pemrosesan digital yang dilakukan oleh mikroprosesor atau sistem berbasis mikroprosesor (4). Pengkondisi Sinyal (NI Channel Thermocouple Input Module) NI Channel Thermocouple Input Module adalah modul input untuk termokopel type K yang akan dimasukkan ke sistem akuisisi data untuk diolah dan ditampilkan hasil pengukurannya. Modul tersebut mempunyai saluran input sebanyak 16 kanal seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. NI Channel Thermocouple Input Module NI-9213 TC memiliki saluran autozero internal untuk mengkompensasi kesalahan offset. Spesifikasi NI-9213 TC menganggap autozero semua pada saluran adalah untuk setiap sampel, namun Anda dapat memilih untuk tidak menggunakan autozero pada saluran dalam perangkat lunak. Bila saluran autozero aktif, NI TC mengukur saluran autozero dan mengurangi hasil pengukuran dari pengukuran termokopel untuk setiap saluran (5). Data Acquisition Modul (NI CompactDAQ 9188 (cdaq-9188) Ethernet) Data akuisisi yang digunakan adalah NI CompactDAQ 9188 (cdaq-9188) Ethernet buatan National Instruments berbasis Ethernet dengan maksimum kecepatan perekaman data/detik. Secara lengkap konfigurasi modul NI CompactDAQ 9188 dan blok diagram adalah seperti Gambar 2. Gambar 2. Data Akuisisi NI CompactDAQ Software DAQ Software akuisisi data merupakan komponen sistem akuisisi data yang mempunyai peran untuk mengolah data yang telah diambil dari plant untuk kemudian diproses untuk dijadikan sistem monitoring, sistem data logger, sistem Buku II hal. 536 ISSN Ainur Rosidi, dkk

3 kendali plant. software yang dipakai dalam penelitian ini adalah software LabVIEW. LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) merupakan bahasa pemrograman dengan performansi dan fleksibilitas seperti bahas pemrograman yang lain yaitu C++, Fortran, Basic, dan lainlain. Secara umum, bahasa pemrograman menggunakan kode sebagai aplikasinya sehingga aplikasinya sehingga tidak perlu memperhatikan syntax (koma, periode, titik koma, tanda kurung kotak, tanda kurung kurawal, tanda kurung lengkung). LabVIEW menggunakan icon yang dihubungkan bersama untuk mempresentasikan fungsinya dan menjelaskan aliran data dalam program. Hal ini sejenis dengan membangun flowchart kode sesuai dengan yang diinginkan. Program LabVIEW biasa disebut Virtual Instruments (VI). VI dibangun oleh dua windows yaitu panel muka (front panel) dan blok diagram. Front Panel menyediakan interface untuk pengguna yang akan mensimulasikan panel untuk instrument seperti knop, tombol, dan saklar. Masukan pada front panel disebut kontrol. Keluaran yang terdiri dari grafik, LEDs, dan meter disebut indikator. Diagram merupakan source code yang dibuat dan berfungsi sebagai instruksi untuk front panel.dalam membuat suatu VI, perlu dipahami bagian-bagian penting yang digunakan untuk membangun suatu VI. Untuk membuat file simulasi baru dalam LabVIEW, pasti akan tertampil 2 windows yang muncul secara otomatis, yaitu windows front panel, dan windows block diagram. Windows front panel merupakan windows yang digunakan untuk menampilkan hasil dari program simulasi yang telah dibuat. Hasil dari program yang telah dibuat bisa berupa tampilan nilai, grafik, lampu, tombol stop maupun proses input output terhadap program yang dibuat. Sedangkan pada windows block diagram merupakan windows yang digunakan untuk membuat program yang telah dirancang algoritmanya [6]. Program flowchart virtual instrument yang telah dibuat dengan Software Lab View pada perancangan sistem akuisisi data ini digunakan untuk menghubungkan modul NI compactdaq 9188 dengan komputer dan untuk memantau hasil pengukuran temperatur selama eksprimen sehingga bisa dibaca dan direkam ke dalam hardisk komputer. TATA KERJA Dalam pembuatan sistem akuisisi data termperatur pada integrasi Untai Uji BETA dengan HeaTiNG-02 berbasis lab view ini yang pertama dilakukan adalah membangun sistem instrumentasi, dengan menghubungkan 2 Modul NI TC dengan NI CDAQ Kemudian menghubungkan kabel termokopel ke kedua modul NI TC seperti pada Gambar 4. Selanjutnya merancang virtual instrument dengan menggunakan perangkat lunak lab view dan menghubungkan modul NI CDAQ 9188 dengan komputer menggunakan kabel RJ 45. Pada perancangan sistem akuisisi data ini menggunakan modul NI TC dan NI CDAQ 9188 dikarenakan sistem pemrogramannya yang sederhana yaitu menggunakan sistem grafis, dan dapat dikembangkan sebagai kontrol jarak jauh karna modul ini memiliki fasilitas card wireless. Untuk lebih jelasnya spesifikasi dari NI 9213-TC dapat diuraikan pada tabel berikut : Tabel 1. Specifikasi modul NI 9213-TC [5] Parameter Jumlah Port kanal Resolusi ADC Tipe ADC Rentang Pengukuran Tegangan Rentang Pengukuran Suhu Arus input Gain error High- resolution mode Gain error High- speed mode Offset error High-resolution mode Keterangan 16 kanal termokopel 24 bit Delta- Sigma ± mv Sesuai dengan temperatur yang didefinisikan oleh NIST (Termokopel Jenis J, K, T, E, N, B, R, S ) 50 na 0.03% typ at 25 C, 0.07% typ at 40 to 70 C, 0.15% max at 40 to 70 C 0.04% typ at 25 C, 0.08% typ at 40 to 70 C, 0.16% max at 40 to 70 C 4 μv typ, 6 μv max Offset error High-speed mode 14 μv typ, 17 μv max Measurement sensitivity High-resolution mode tipe K <0.02 C High-speed mode tipe K <0.25 C Selanjutnya melakukan pengujian dan kalibrasi pada program yang telah dibuat, untuk mengetahui program yang dibuat sudah bekerja dengan baik dan sesuai, dengan langkah kerja sebagai berikut : 1. Meghubungkan kabel penghubung pada terminal JOFRA (OUT TC+ dan TC -) keinput DAS sesuai polaritasnya +/- dari CH0. 2. Menghidupkan JOFRA dengan menekan tombol ON lalu pilih menu output 3. Pilih menu type K dan memasukkan angka temperatur yang sesuai lalu enter 4. Mencatat hasil pengukuran temperatur pada layar monitor DAS 5. Mengulangi untuk setiap kanal DAS CH1 CH32 sampai selesai HASIL DAN PEMBAHASAN Ainur Rosidi, dkk. ISSN Buku II hal. 537

4 Untuk mengetahui apakah diagram virtual instrument yang dibuat dapat bekerja dengan baik maka dilakukan pengujian. Langkah langkah dalam melakukan pengujian sistem data akuisisi temperatur seperti disajikan Gambar 3. Gambar 3. Diagram Alir Proses Operasi Sistem Akuisisi Data Temperatur Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa program yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik. Pembuatan konfigurasi system data akuisisi temperatur Pada pemasangan rangkaian instrumentasi temperatur yang digunakan pada sistem ini terdiri dari input, proses, dan output. Input terdiri dari 32 buah sensor termokopel, proses menggunakan Modul NI-9213 TC, dan output menggunakan komputer. Pada fasilitas modul NI TC terdiri 16 kanal, ada 2 modul NI TC yang di hubungkan ke NI CDAQ 9188 maka jumlah portnya menjadi 32 kanal yang akan di pakai sebagai input termokopel. Konfigurasi termokopel sebagai berikut : 6 dipasang pada Heat Exchanger Untai Uji BETA 2 dipasang pada preheater Untai Uji Beta, dan 24 dipasang pada bagian uji HeaTiNG- 02. Susunan konfigurasi sistem akusisi data temperatur untai uji BETA terintegrasi dengan HeaTiNG-02 disajikan pada Gambar 4. Pada gambar 4 merupakan titik titik posisi yang akan dipasang termokopel, untuk gambar keseluruhan untai uji BETA terintegrasi dengan HeaTiNG-02 disajikan pada Gambar 5. Tampilan Sistem Data Akuisisi Temperatur Setelah rangkaian instrumentasi terhubung dengan baik, maka langkah berikutnya yaitu membuat diagram virtual instrument menggunakan software labview. Pada Gambar 6 menunjukkan tampilan front panel dari diagram virtual instrument pada Gambar 7. Gambar 4. Konfigurasi Sistem Akusisi Data Temperatur Buku II hal. 538 ISSN Ainur Rosidi, dkk

5 Gambar 5. Untai Uji Beta Terintegrasi Dengan Heating-02 Gambar 6. Tampilan front panel Sistem Akuisisi Data Temperatur Pada integrasi Untai Uji Beta dengan HeaTiNG-02 Keterangan panel tampilan pada front panel Bagian Setting DAS : 1. Channel Parameters, terdiri atas : - Physical Channel : untuk mencari device dan kanal yang terpasang - Minimum Value : untuk menentukan batas ukur suhu terendah ( C) - Maximum Value : untuk menentukan batas ukur suhu tertinggi ( C) 2. Timing Parameters : untuk menentukan banyaknya data sampling perdetik 3. Thermocouple Parameters : untuk memilih type termokopel yang dipakai Bagian Indikator : 1. Measurement : menampilkan gambar kurva temperature vs waktu pada saat pengukuran untuk semua kanal input. 2. Indikator digital : menampilkan data digital pengukuran temperature untuk masing-masing kanal : 16 kanal sesuai nomor kanalnya. Ainur Rosidi, dkk. ISSN Buku II hal. 539

6 3. Legend warna plot gambar kurva sesuai kanal input pengukuran 4. Time, indikator waktu start-end grafik pengukuran hh:mm:ss AM/PM. Bagian Kontrol DAS: RUN : untuk menjalankan program (mulai pengukuran) RUN CONTINUOSLY : untuk menjalankan program secara kontinyu Abort Execution : untuk membatalkan program tampilan DAS STOP pengukuran DAS Gambar 7. Diagram Virtual Instrument Sistem Akuisisi Data Temperatur Pada integrasi Untai Uji Beta dengan HeaTiNG-02 Diagram Virtual Instrumen Tampilan Sistem Data Akuisisi Temperatur Pada diagram virtual instrument sistem akuisisi data temperatur seperti yang disajikan pada Gambar 7. sistem bekerja dengan menerima sinyal input-an melalui pembacaan sensor, Data tersebut kemudian masuk dalam modul NI TC sebagai terminal proses di mana data ini selanjutnya diubah menjadi data digital kemudian dikeluarkan sebagai sinyal output. Hal ini diperoleh karena di dalam NI TC telah tertanam program khusus yang disusun dari beberapa subprogram-subprogram virtual instrument. Program ini mendukung proses pengolahan data analog input menjadi data digital output yang siap dikirim ke komputer. Pengujian Sistem Pantau Temperatur Setelah program dapat dijalankan, langkah terakhir yaitu melakukan kalibrasi sistem data akuisisi temperatur ini dengan menggunakan JOFRA sebagai sumber masukan temperatur. Proses kalibrasi dilakukan dengan cara memasukkan nilai temperature pada JOFRA yang telah dihubungkan dengan NI TC dimulai dari 0 o C sampai 1000 o C pada kanal 1 sampai dengan kanal 32. Hasil kalibrasi yang telah dilakukan pada sistem data akuisisi temperatur ditampilkan dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 8. Gambar 8. Grafik Kalibrasi Sistem Akuisisi Data Temperatur dengan menggunakan JOFRA Dari grafik kalibrasi yang disajikan pada Gambar 8. Nilai penyimpangan yang terlihat dari temperatur 0 o C sampai 1000 o C ada 2 kanal yang terjadi sedikit penyimpangan yaitu CH14 dan CH29 pada temperature 700 o C dan secara keseluruhan penyimpangan pada kanal 1 sampai dengan kanal 32 sangat kecil dan data hasil kalibrasi dilakukan perhitungan toleransi rata-rata dan didapatkan nilai 1.1 % karna masih dalam batas yang diperbolehkan maka sistem akuisisi data tempeatur ini bisa digunakan pada eksperimen pada integrasi untai uji BETA dengan HeaTiNG-02. Buku II hal. 540 ISSN Ainur Rosidi, dkk

7 KESIMPULAN Telah dilakukan perancangan Sistem Akusisi Data Temperatur pada integrasi Untai Uji Beta dengan HeaTiNG-02. Hasil yang diperoleh dapat menampilkan informasi temperatur secara interaktif, mudah dibaca, cepat, realtime dan akurat. Sistem akuisisi data ini juga bisa menyimpan data hasil akuisisi ke dalam harddisk dalam bentuk file dan dapat diolah lebih lanjut dalam bentuk tabel ataupun grafik untuk memudahkan analisis data hasil eksperimen pada integrasi Untai Uji Beta dengan HeaTiNG-02. Dari hasil pengujian dan kalibrasi diperoleh selisih toleransi 1.1 % dan masih dalam batas yang diperbolehkan. UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terimakasih kepada rekan-rekan di team termohidraulika BOFa-PTRKN dan Mahasiswa Tugas akhir dari Fakultas Teknik Mesin UIKA Bogor yang telah berkerja sama selama eksprimen dan pengujian. DAFTAR PUSTAKA 1. IGN Bagus Catrawerdama dkk, Analisis Pengaruh Temperatur Awal Plat Terhadap Karakteristik Rewetting Dalam Celah Sempit Vertikal Untuk Kasus Bilateral Heating, Prosiding Seminar Penelitian Dan Pengelolaan Perangkat Nuklir, Yogyakarta, HANDONO KHAIRUL dkk., Eksperimental Reflooding Pada Untai Uji BETA: Karakterisasi dan Eksperimen Awal, Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir VI, Serpong RACHMAN SOLEH dkk, Sensor Termokopel Tipe K Dengan Kompensasi Suhu Pengukuran Dan Tegangan Keluaran 10 mv/ o C, Prosiding PPI KIM LIPI, Serpong, SETIAWAN RACHMAD, Teknik Akuisisi Data, Graha Ilmu, Yogyakarata, Data Sheet NI 9213,National Instrument, L.K. WELL and J. TRAVIS, LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Even Easier, 2nd Edition, Prentice Hall, NJ, 1997 Ainur Rosidi, dkk. ISSN Buku II hal. 541