Dosen Pembimbingh: Dr. Melania Suweni muntini Oleh: 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 Pengembangan Biogas Sistem Monitoring Produksi Biogas Rasio hasil dan bahan kecil (kurang efisien) Pengembangan Teknologi Pendukung
Tujuan Membuat alat ukur kadar CH 4, CO 2, O 2, 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, H 2, CO 2, dan asam lemak) Zat Organik Metana ( kotoran Hewan ) Asitogenik (asam lemak asam asetat, H 2, dan CO 2 ) Metanogenik (asam asetat, H 2, dan CO 2 metana)
Kondisi optimum Kondisi optimum produksi biogas Rasio C/N 20:1 s/d 40:1 Kelembaban >75 % Konsentrasi oksigen < 5% ph 5.5 9.0 Suhu 25-35 o C Kandungan Biogas Komponen Prosentase (%) Metana (CH 4 ) 40-70 Karbondioksida (CO 2 ) 30-60 Hidrogen (H 2 ) 1.0 Nitrogen (N 2 ) 0.5 Hidrogen Sulfida (H 2 S) 0.1 Oksigen (O 2 ) 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 TGS 4161 Terjadi beda potensial
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 MySQL Koneksi Delphi MySQL dengan dbexpress
METODOLOGI
Tahapan Umum Penelitian
Pembuatan Hardware Blok Diagram Hardware
Pembuatan Software START START START Inisialisasi ADC, USART, I/O Ambil Data? Ambil Data? Input data sensor Ya Tidak Ya Tidak Pengolahan data Kirim perintah ambil ke mikrokontroler Hubungkan ke database server Output besaran fisis terukur Input Data Input Data Displai LCD karakter Tidak Tampilkan Data dan masukkan database Tampilkan Data Kirim ke PC? Ambil data lagi? Ya Ambil data lagi? Ambil data lagi? Kirim data serial Ya Tidak Ya Tidak Ambil data lagi? Kirim perintah stop ke mikrokontroler Putus hubungan ke server Ya Tidak SELESAI End End 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 Database XAMPP Tampilan Koneksi Database
Waktu Pemanasan Sensor Waktu Kestabilan 200 detik Waktu Pemanasan 290detik
Waktu Pemanasan 170 detik Kalibrasi Alat Persamaan Karakteristik alat ukur O 2 : Jangkauan Pengukuran alat ukur O 2 : 0,34% - 33,87%
Persamaan Karakteristik alat ukur CO 2 : Jangkauan Pengukuran alat ukur CO 2 : 250 9736 ppm Persamaan Karakteristik alat ukur CH 4 : Jangkauan Pengukuran alat ukur CH 4 : 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 O 2 CH 4 CO 2 suhu lembab 2:45:43 PM 11.28 824 241 26.5 86.9 2:45:45 PM 11.28 824 266 26.5 86.9 2:45:46 PM 11.28 824 230 26.6 86.9 2:45:48 PM 11.28 824 233 26.5 86.9 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 11.28 824 256 26.5 86.9 2:45:55 PM 11.28 824 256 26.5 86.9 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 2:46:09 PM 11.29 824 269 26.5 87 2:46:10 PM 11.28 824 264 26.5 87 2:46:13 PM 11.28 824 272 26.5 87 2:46:15 PM 11.28 824 261 26.5 87 2:46:17 PM 11.28 824 240 26.5 87 2:46:18 PM 11.28 824 281 26.5 87 2:46:20 PM 11.28 824 259 26.5 87 2:46:21 PM 11.28 824 243 26.5 87 jam O 2 CH 4 CO 2 suhu lembab 2:56:46 PM 12.01 2561 1299 27 87.6 2:56:47 PM 12.02 2561 1295 26.9 87.6 2:56:49 PM 12.02 2562 1297 27 87.6 2:56:50 PM 12.02 2562 1297 26.9 87.6 2:56:52 PM 12.02 2562 1299 26.9 87.6 2:56:53 PM 12.02 2562 1300 26.9 87.6 2:56:55 PM 12.02 2562 1298 26.9 87.6 2:56:56 PM 12.02 2562 1301 26.9 87.6 2:56:58 PM 12.02 2562 1301 26.9 87.6 2:56:59 PM 12.02 2562 1299 26.9 87.6 2:57:01 PM 12.02 2562 1300 26.9 87.6 2:57:02 PM 12.02 2562 1300 26.9 87.6 2:57:04 PM 12.02 2562 1298 26.9 87.6 2:57:05 PM 12.02 2562 1295 26.9 87.6 2:57:07 PM 12.03 2562 1291 26.9 87.6 2:57:10 PM 12.03 2564 1291 26.9 87.6 2:57:12 PM 12.03 2564 1289 26.9 87.6 2:57:13 PM 12.03 2565 1278 26.9 87.6 2:57:15 PM 12.03 2566 1266 26.9 87.6 2:57:16 PM 12.03 2567 1260 26.9 87.6 2:57:18 PM 12.03 2568 1261 26.9 87.6 2:57:19 PM 12.03 2568 1269 26.9 87.6 2:57:21 PM 12.03 2570 1277 26.9 87.6 2:57:22 PM 12.03 2570 1282 26.9 87.6 2:57:24 PM 12.03 2571 1287 26.9 87.6 2:57:25 PM 12.03 2572 1287 26.9 87.6 jam O 2 CH 4 CO 2 suhu lembab 2:52:51 PM 12.37 4764 1938 26.3 88.6 2:52:53 PM 12.37 4765 1922 26.3 88.6 2:52:54 PM 12.37 4765 1934 26.3 88.6 2:52:56 PM 12.37 4765 1948 26.3 88.6 2:52:57 PM 12.37 4766 1941 26.3 88.6 2:52:59 PM 12.38 4766 1920 26.3 88.6 2:53:00 PM 12.38 4766 1923 26.3 88.6 2:53:02 PM 12.38 4766 1939 26.3 88.6 2:53:03 PM 12.38 4766 1942 26.3 88.6 2:53:05 PM 12.38 4767 1925 26.3 88.6 2:53:06 PM 12.38 4769 1911 26.3 88.6 2:53:08 PM 12.38 4771 1920 26.3 88.6 2:53:09 PM 12.38 4774 1930 26.3 88.6 2:53:11 PM 12.38 4776 1935 26.3 88.6 2:53:12 PM 12.37 4779 1924 26.3 88.6 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 2:53:22 PM 12.37 4787 1936 26.3 88.6 2:53:23 PM 12.37 4786 1921 26.3 88.6 2:53:25 PM 12.37 4786 1907 26.3 88.6 2:53:26 PM 12.37 4785 1905 26.3 88.6 2:53:28 PM 12.37 4783 1915 26.3 88.6 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 : y = 85,1x 4,532 mv b. Sensor Metana adalah : y = 1035 ln(x) 5806 mv c. Sensor Karbondioksida : 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 o C e. Sensor Kelembaban : 0 100% 3. Sistem monitoring mampu memperbarui basis data setiap 5 menit sesuai waktu terbesar tanggap sensor yaitu sensor CO 2. 4. Sistem monitoring menyimpan data produksi biogas sekali dalam sehari dengan 100 data sampling untuk mengetahui perubahan parameter selama proses produksi biogas.
TERIMA KASIH