Rancang Bangun Sistem Monitoring Dengan Metode SPC (Statistical Process Control) Secara On-Line Pada Plant Bioreaktor Anaerob Kontinyu Oleh: ARIYANTO NRP. 2406 100 090 Dosen Pembimbing: Katherin Indriawati ST, MT NIP. 19760523 200012 2 001 JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011
LATAR BELAKANG Monitoring dibutuhkan untuk mengetahui kondisi dari proses Besaran fisis didalam bioreaktor anaerob kontinyu lebih mudah berubah dibandingkan bioreaktor batch. Metode Statistical process control merupakan metode yang dapat digunakan untuk memonitor suatu proses secara statistik.
PERMASALAHAN bagaimana merancang dan membuat sistem monitoring secara on-line dengan menggunakan metode SPC pada plant boireaktor anaerob.
TUJUAN Menghasilkan sistem monitoring secara online dengan menggunakan metode SPC pada plant bioreaktor anaerob kontinyu yang dapat memberikan informasi tentang kondisi operasi bioreaktor.
BATASAN MASALAH Variabel yang diukur adalah ph dan laju aliran biogas. Metode SPC yang digunakan adalah grafik kontrol individual. Pengukuran laju aliran biogas menggunakan prinsip perubahan ketinggian dalam 1 jam.
Diagram Alir Penelitian
Pembuatan sensor ph Menggunakan Metode Potensiometrik Alat dan bahan Jembatan Garam Rangakaian Minimum sistem Catu daya Elektroda Rangkaian Filter
Cara Kerja sensor ph Jembatan Garam 3 Rangakaian Minimum sistem 6 Catu daya 1 2 4 Elektroda 5 Rangkaian Filter
Pembuatan Sensor LajuAliran Gas Alat dan bahan 1. Sensor Ultrasonik 2. Gelas ukur 250 ml 3. Bak penampung air 4. Selang plastik Cara kerja sensor 1. Semua peralatan disusun seperti pada gambar 2. Kondisi awal gelas ukur terisi penuh oleh air 3. Selang plastik salah satu ujungnya dimasukkan kedalam gelas ukur dan ujung satunya tersambung dengan bioreaktor 4. Sensor ultrasonik dipasang menghadap permukaan air dari bak penampung. 5. Biogas hasil biorektor akan mengalir melalui selang plastik menuju gas kolektor/gelas ukur. 6. Pada gelas ukur udara akan mendorong air, sehingga air akan mengalir menuju bak penampung dan volume bak pun akan bertambah 7. Sensor ultrasonik akan membaca perubahan ketinggian permukaan air bak tiap 1 jam, dan menghitung volumenya dengan mengalikan luasan dari bak penampung. volume bak penampung akan dibandingkan dengan volume gelas ukur.
Flow chart Program Mikrokontroler
FlowChart Program Labview
User Interface dari Labview
Graphics of process dari Labview
Block diagram monitoring
Karakteristik Statis sensor ph Linieritas - linear dengan nilai R² = 0.9728 -Range : 5 9 - Sensitivitas : 3 ADC/0,1pH - Span Output = Omax Omin = 9 5 = 14 - Span input = 401 289 = 112
Data Validasi sensor ph ph meter ph labview Error 7.2 7.3 0.1 0.01 7.1 7.2 0.1 0.01 7.1 7.2 0.1 0.01 7 7.1 0.1 0.01 7 7.1 0.1 0.01 7.1 7.2 0.1 0.01 7.1 7.2 0.1 0.01 7.1 7.1 0 0 7.1 7.2 0.1 0.01 7.1 7.4 0.3 0.09 7 7.2 0.2 0.04 7.1 7.2 0.1 0.01 7.1 7.1 0 0 7.1 7.3 0.2 0.04 7.2 7.4 0.2 0.04
Karakteristik Statis sensor Laju biogas Linieritas - Linear dengan nilai R² = 0.9955 - Range : 0-250 ml/jam - Sensitivitas : 2,12 ml/jam per 0.1 mm - Span Output = Omax Omin = 250 0 = 250 ml/jam - Span input = 1.17 0 = 1.17 cm.
Data validasi sensor jarak volume gelas ukur (ml/menit) Volume bak penampung (ml/menit) V= 14.9cm * 14.3cm * Xcm error error2 10 10.65 0.65 0.42706 20 23.43 3.43 11.8177 30 34.09 4.09 16.7379 40 44.74 4.74 22.5121 50 57.52 7.52 56.6843 60 68.18 8.18 66.9516 70 76.70 6.70 44.9597 80 85.22 5.22 27.3319 90 93.75 3.75 14.0685 100 100.14 0.14 0.0204 110 108.66-1.33 1.7803 120 119.31-0.68 0.4634 130 132.10 2.10 4.4242 140 140.62 0.62 0.3921
Perhitungan nilai RMSE sensor laju aliran
Karakteristik Dinamis sensor ph Sensor ph akan mengalami time konstan pada waktu 1500 s
Karakteristik Dinamis sensor ph Sensor laju aliran biogas akan mengalami time konstan pada waktu 40 ms
Sistem Monitoring DenganSPC Data laju aliran biogas No Laju Biogas (ml/jam) No Laju Biogas (ml/jam) 1 21.6 16 20 2 16.77 17 10.8 3 11 18 10.38 4 12 19 8.82 5 13 20 10.69 6 33.54 21 10.2 7 10 22 9.53 8 12 23 11.49 9 21.6 24 5.66 10 27 25 10.8 11 24 26 10.2 12 13.84 27 18.3 13 9 28 15.73 14 5.66 29 18.3 15 6 30 14.82
Probability Density Function 0.48 0.44 0.4 0.36 0.32 0.28 f(x) 0.24 0.2 0.16 0.12 0.08 0.04 0 6 8 10 12 14 16 18 20 x 22 24 26 28 30 32 Histogram Pearson 5 Distribusi dari data laju aliran biogas adalah Pearson 5. Penentuan distribusi dengan menggunakan software Easyfit Distribusi diatas masih mendekati distribusi normal
Penentuan Nilai Batas x = 14.09 σ = 6.53 UCL = x + 3σ LCL = x - 3σ Batas atas = UCL = 33.70 Batas bawah = LCL = -5.51
Penentuan Nilai Batas USL = ph 7,5 LSL = ph 6,5 Batas atas = 7,5 + 0,1 = 7,6 Batas bawah = 6,5-0,1 = 6,4
Grafik kontrol untuk ph Grafik kontrol untuk ph tidak terjadi out of control meskipun pada percobaan ph bioreaktor diberi gangguan dengan substrat dengan ph 5,6
Grafik kontrol untuk laju aliran biogas Pada grafik kontrol terlihat bahwa, laju gas semula berada dirange kendali, setelah diberi gangguan, dengan cara memasukkan gas kedalam gas kolektor hingga melebihi batas atas. Sehingga akan terjadi out of control, dan direspon oleh indikator alarm dengan lampu menyala.
Indikatoralarm menyalasaatterjadiout of control