PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN TEMPERATUR PADA JAKET TABUNG BIOREAKTOR ANAEROB Oleh : Syafrial Nurdiansyah NRP 2406 100 037 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA NIP 19650309 19902 1 001 Ir. Ronny Dwi Noriyati, M.Kes NIP 19571126 198403 2 002 PROGAM STUDI S-1 TEKNIK FISIKA JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
Latar Belakang Temperatur lingkungan merupakan variabel yang mempengaruhi kecepatan pertumbuhan mikroorganisme. Mikroorganisme dapat tumbuh dengan baik pada suhu lingkungan sekitar 35 0 C. Temperatur lingkungan yang memiliki perbedaan signifikan antara siang hari dan malam hari akan mempengaruhi kecepatan pertumbuhan mikroorganisme. Maka untuk menjaga kecepatan pertumbuhan mikroorganisme tersebut dibutuhkan suatu sistem pengendalian temperatur agar temperatur pada bioreaktor anaerob stabil, sehingga pertumbuhan mikroorganisme tidak terganggu.
Perumusan Masalah Bagaimana merancang sistem pengendalian temperatur pada jaket tabung bioreaktor anaerob untuk menjaga stabilitas kecepatan pertumbuhan mikroorganisme.
Tujuan Akan dilakukan perancangan sistem pengendalian temperatur pada jacket tabung bioreaktor anaerob untuk menjaga stabilitas kecepatan pertumbuhan mikroorganisme bioreaktor anaerob.
Batasan Masalah Model bioreaktor anaerob berasal dari laboratorium automatik INPG French. Model koefisien kecepatan pertumbuhan mikroorganisme fungsi temperatur udara sekeliling. Jaket pada tabung bioreaktor merupakan sebuah selimut tabung yang menyelimuti sebagian dari tabung bioreaktor. Temperatur jacket tabung bioreaktor anaerob dijaga pada suhu tertentu melalui manipulasi aliran udara panas yang dibangkitkan oleh sebuah heater listrik. Sistem pemanas akan diberi tegangan dari luar sesuai dengan panas yang dibutuhkan oleh jaket. Hasil perancangan akan disimulasikan dengan menggunakan bahasa pemograman simulink.
Dinamika Proses Bioreaktor Anaerob
Pemodelan Metematis Bioeraktor Anaerob
Koefisien Laju Pertumbuhan Mikroorganisme Sebagai Fungsi Temperatur Persamaan diatas merupakan persamaan Arrhenius (Femat, 2003). Pada rumus di atas laju pertumbuhan mikroorganisme merupakan fungsi dari temperatur.
Metodologi Penelitian
Perancangan Jaket Tabung Bioreaktor Anaerob
Dimana : Pemodelan Tabung Diasumsikan tidak ada panas yang masuk kedalam tabung, maka Q = 0. Sehingga persamaan menjadi :
Blok model dinamika tabung dalam Simulink
Pemodelan Jaket dan Heater Dimana :
Blok model dinamika jaket dan heater pada simulink
Kontrol on-off dan Aktuator Pada Jaket Aktuator yang digunakan pada sistem pengendalian ini adalah relay. Relay disini digunakan untuk memutus dan menyambung aliran tegangan pada heater. Apabila temperatur jaket dibawah 35 0 C, maka kontroller akan mengirimkan sinyal on (logika 1) dan relay akan menyambungkan tegangan ke heater sehingga heater akan aktif dan aliran panas akan mengalir kedalam jaket. Apabila temperatur jaket diatas 35 0 C, maka kontroller akan mengirimkan sinyal off (logika 0) dan relay akan memutus aliran tegangan dengan heater sehingga heater akan mati dan tidak ada aliran air panas yang masuk kedalam jaket. function y=temperatur(x) if x<35, y=1; elseif x>=35, y=0; end
Uji Open Loop Sistem Pengendalian Temperatur Uji open loop ini merupakan uji komponen-komponen dari sistem yang telah digabung menjadi satu namun tanpa sistem kontrol. Pada pengujian ini akan diberi sinyal input step temperatur pada 40 0-20 0 C. Grafik respon uji open loop heater
Grafik respon uji open loop pada jaket Grafik respon uji open loop pada permukaan dalam dinding tabung
Uji Close Loop Sistem Pengendalian Temperatur Uji close loop merupakan uji simulasi dengan menggunakan sistem kontrol on-off. Dimana pada uji ini akan diberikan sinyal uji step pada 20 0-50 0 C. Grafik respon uji step close loop heater
Grafik respon uji step close loop pada jaket Grafik respon uji step close loop pada pemukaan dalam dinding tabung
Kesimpulan Telah dirancang sistem pengendalian temperatur pada jaket tabung bioreaktor anaerob secara simulasi. Untuk uji signal generator yang dilakukan pada sistem pengendalian dengan memberikan keadaan temperatur tertinggi dan terendah di Surabaya, diperoleh hasil sebagai berikut : kalor yang dihasilkan heater untuk menjaga agar temperatur jaket tetap stabil adalah sebesar 3.665x10 4 kal, temperatur jaket sebesar 120 0 C, dan temperatur pada permukaan dalam dinding tabung stabil pada 35 0 C. Berdasarkan hasil uji step open loop pada temperatur 40 0-20 0 C, kalor yang dihasilkan oleh heater sebesar 2.22x10 4 kal, jaket menghasilkan keluaran temperatur sebesar 73.19 0 C, dan temperatur keluaran pada permukaan dalam dinding tabung semakin tinggi melebihi set point (35 0 C) yaitu sekitar 40 0 C. Sedangkan pada uji step close loop pada temperatur 50 0-20 0 C, kalor yang dihasilkan oleh heater sebesar 2.19x10 4 kal, temperatur keluaran dari jaket adalah sebesar 72.4 0 C dan temperatur keluaran pada permukaan dalam dinding tabung stabil pada 35 0 C.
TERIMA KASIH