PENGEMBANGAN SISTEM MONITORING TEKANAN PADA PRODUKSI BIOGAS
HASIL DAN DISKUSI
Penelitian ini diawali dengan pembuatan rangkaian catu daya, dilanjutkan dengan pembuatan rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal, karakterisasi rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal, pembuatan rangkaian mikrokontroler, interface ke LCD, pembuatan program pencatat data, dan pengujian alat.
Realisasi catu daya
Catu daya yang telah dibuat mempunyai tiga tegangan keluaran yaitu 4,98 V, 11,87 V dan -12,02 V. Tegangan 4,98 V digunakan untuk mikrokontroler ATMega8535 (Vref), sedangkan tegangan 11.87 V dan -12,02 V digunakan untuk sensor MPX2100GP (Vccs) dan OP-07 (Vcc+ dan Vcc-) pada penguat instrumentasi.
Realisasi rangkaian sensor dan pengkondisi sinyal
Sensor tekanan yang digunakan adalah MPX2100GP. Sensor ini memerlukan tegangan catu (Vccs) sebesar 12 V. MPX2100GP mempunyai 4 kaki, yaitu kaki 1 dan 3 berfungsi sebagai ground (GND) dan Vccs, kaki 2 sebagai tegangan keluaran positif (V+) dan
Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 | 433
kaki 4 sebagai tegangan keluaran negatif (V-). Untuk mengaktifkan sensor, kaki 1 dihubungkan dengan ground catu daya sedangkan kaki 3 dihubungkan dengan tegangan catu daya 11,87 V. MPX2100GP mempunyai dua input tekanan, yaitu P1 dan P2. Pada penelitian ini digunakan input P1 yang dihubungkan dengan selang. Ujung selang yang lain dihubungkan dengan tabung gas yang diukur tekanannya [10].
Penguat instrumentasi dibuat menggunakan tiga buah 07 dan tujuh resistor. OP-07 pertama dan kedua dirancang sebagai penguat non inverting, sedangkan OP-OP-07 ketiga dirancang sebagai penguat diferensial. Penguat instrumentasi mempunyai dua kaki masukan dan satu keluaran. Untuk mengatur besarnya penguatan, dilakukan konfigurasi terhadap nilai resistor yang dipasang. Setelah beberapa percobaan, diperoleh nilai resistor yang tepat yaitu R1 = R4 = 10 kΩ, R2 = R5 = 10 kΩ, R3 = R6 = 10 kΩ, dan Rg = 2 kΩ.
Karakterisasi rangkaian sensor
Berdasarkan datasheet, sensor MPX2100GP mempunyai keluaran linier yaitu perubahan tegangan sebesar 0,4 mV/kPa. Karakterisasi sensor perlu dilakukan untuk mengetahui perbandingan sebenarnya antara tegangan keluaran sensor terhadap tekanan yang diberikan pada P1.
Gambar 4. Perbandingan tegangan sensor terhadap tekanan [11]
Gambar 4 menunjukkan grafik hubungan antara tekanan yang diberikan pada P1 dengan beda potensial kaki 2 dan kaki 4 sensor (V+ - V-). Karakterisasi sensor dilakukan dengan memberikan tekanan pada P1 dan mengukur beda potensial keluaran kaki 2 dan kaki 4. Tekanan yang diberikan bervariasi mulai dari 0 sampai 100 kPa. Tegangan yang digunakan sebagai masukan untuk ADC adalah tegangan keluaran dari sensor yang dikondisikan oleh penguat instrumentasi (Vout). Karakterisasi rangkaian dilakukan dengan memberi tekanan bervariasi pada input P1 sensor MPX2100GP dan mengukur tegangan keluaran pada penguat
y = 0,408x + 1,023 R² = 0,992 -5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 0 20 40 60 80 100 120 T e g a n g a n ( m V ) Tekanan (kPa)
Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV ISSN 1411-4771
434 | Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012
instrumentasi (Vout). Hasil karakterisasi rangkaian sensor yang terkondisi ditunjukkan oleh Gambar 5.
Gambar 5. Grafik perbandingan tekanan dan tegangan pada rangkaian sensor yang telah dikondisikan
Realisasi mikrokontroler
Mikrokontroler ATMega8535 mempunyai ADC internal 10 bit yang berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal analog diambil dari tegangan keluaran sensor yang sudah dikondisikan, dihubungkan dengan Port A0 (ADC 0). Sinyal digital yang dihasilkan berupa nilai antara 0 sampai 1023. Mikrokontroler dihubungkan dengan LCD 16x2 untuk menampilkan nilai pengukuran. Proses utuk membaca tegangan analog, mengubahnya menjadi sinyal digital, dan menampilkannya di LCD diatur oleh program yang dimasukkan pada mikrokontroler. Program ini dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Basic pada Software Basic Compiler (BASCOM) AVR.
Interface ke LCD
Program interface ke LCD yang dibuat dengan software BASCOM AVR terdiri dari bagian konfigurasi mikrokontroler, konfigurasi LCD, deklarasi variabel, pengambilan nilai ADC, konversi nilai ADC menjadi nilai tegangan dan tekanan menggunakan persamaan karakteristik sensor, dan menampilkan nilai tekanan dan tegangan pada LCD.
Gambar 6. Tekanan terukur pada LCD
y = 0,049x - 0,081 R² = 0,999 -1 0 1 2 3 4 5 6 0 20 40 60 80 100 120 T e g a n g a n ( V ) Tekanan (kPa)
Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 | 435 Interface ke PC
Interface manometer digital dengan komputer dilakukan dengan koneksi RS-232. Program yang digunakan dibuat dengan software Visual Basic 6.0, yang memiliki fasilitas MSComm untuk menjalankan koneksi dengan port serial. Proses yang terjadi pada program ini meliputi inisialisasi MSComm, pengambilan nilai ADC, konversi nilai ADC menjadi tegangan, konversi nilai tegangan menjadi tekanan, menampilkan nilai tegangan dan tekanan pada program, serta melakukan pencatatan secara otomatis dengan menyimpan hasil pengukuran pada file teks. Nilai tekanan terukur dicatat dalam tiga file teks, yaitu tekanandetik.txt, tekananmenit.txt dan tekananjam.txt. Setiap file penyimpanan diberi nama sesuai dengan selang waktu pencatatan datanya, yaitu setiap detik, setiap menit dan setiap jam. Untuk mengatur selang waktu pencatatan data, digunakan komponen Timer yang telah disediakan oleh software Visual Basic 6.
Gambar 7. Tampilan program pencatat data hasil pengukuran
Pengujian alat
Pengujian manometer digital dilakukan dengan membandingkan nilai tekanan terukur pada manometer digital dan nilai tekanan terukur pada manometer analog. Selang masukan manometer digital dihubungkan dengan tebung gas yang dilengkapi manometer analog. Manometer analog yang digunakan sebagai pembanding adalah pressure gauge merk Tekiro. Tekanan dalam tabung diatur bervariasi sampai 100 kPa dengan cara mengisikan udara ke dalam tabung menggunakan pompa, kemudian tekanan terukur pada manometer analog dan manometer digital dicatat sebagai data perbandingan alat. Data yang dicatat dimulai dari 20 kPa, sesuai dengan skala terkecil dari manometer analog.
Prosiding Simposium Fisika Nasional XXV ISSN 1411-4771
436 | Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012
Tabel 1. Perbandingan tekanan terukur pada manometer analog dengan manometer digital
Tekanan Manometer Analog (kPa) Tekanan Manometer Digital (kPa)
20 18.578 30 29.705 40 39.441 50 49.078 60 59.013 70 67.854 80 79.379 90 89.81 100 99.447 KESIMPULAN
Manometer digital menggunakan sensor MPX2100GP yang menghasilkan perbedaan tegangan berdasarkan tekanan yang diberikan. Tegangan keluaran sensor dikuatkan oleh rangkaian penguat instrumentasi menjadi tegangan antara 0 sampai 5 V. Perbandingan tegangan keluaran penguat instrumentasi dengan tekanan secara konfigurasi differential menghasilkan persamaan karakteristik V = 0,049 P – 0,081, dengan V adalah tegangan dan P adalah tekanan.
Manometer digital yang dibuat telah diimplementasikan sebagai alat ukur tekanan gas dalam tabung tertutup, dengan karakteristik span 100 kPa, sensitivitas 1 kPa, dan akurasi 98,05 %.
Manometer digital yang dibuat dilengkapi dengan program pencatatan data secara otomatis, kontinyu dan real time menggunakan komunikasi serial dengan komputer. Data hasil pengukuran disimpan pada file tekanandetik.txt, tekananmenit.txt dan tekananjam.txt sesuai dengan selang waktu tiap detik, menit, dan jam. Program ini juga dilengkapi dengan grafik pengukuran yang menunjukkan waktu pengukuran dan nilai tekanan terukur tiap detik.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi Republik Indonesia (Kemenristek RI) yang telah mendanai penelitian ini melalui skema hibah penelitian Insentif Riset Terapan, Sistem Inovasi Nasional (SINas) Tahun 2012.
DAFTAR PUSTAKA
1. BTMP, 2010. Pengukuran Aliran. Pelatihan Kalibrasi Flowmeter.
2. A.J. Fuadi, I. Sugriwan, 2011. Analisa Kebutuhan Energi Uap Pada Proses Produksi Crude Palm Oil (CPO) di PT Ladangrumpun Suburabadi PKS Angsana Kabupaten Tanah Bumbu Kalimantan Selatan. Laporan Kerja Praktik. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru.
Palangkaraya, 19-20 Oktober 2012 | 437
4. Motorola Inc. 2008. MPX2100 Series: 100 kPa On-Chip Temperature Compensated & Calibrated Silicon Pressure Sensors. Semiconductor Technical Data.
5. A.P. Malvino, 1985. Prinsip-Prinsip Elektronika Edisi Ketiga Jilid 2. Penerbit Erlangga. Jakarta.
6. D.L. Terrel, 1996. Op-Amps: Design, Applications, and Troubleshooting. Elsevier Science and Technology. Oxford UK.
7. Iswanto. 2008. Design dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroller ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Penerbit Gava Media. Yogyakarta.
8. MCS Electronics. 2011. Bascom-AVR Help.
9. B. Buchanan, 2011. VB (Serial Comms),
http://www.soc.napier.ac.uk/~bill/pdf/Io_ch26.PDF
10. I. Sugriwan, M.S. Muntini, Y.H. Pramono, 2010, “Perancangan Sistem Instrumentasi untuk Mengukur Derajat Layu pada Pengolahan Teh Hitam”. Tesis Magister Jurusan Fisika FMIPA ITS Surabaya
11. A.J. Fuadi, I. Sugriwan dan A.E. Fahruddin. 2012. Manometer Digital Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Menggunakan Sensor MPX2100GP. Skripsi. Universitas Lambung Mangkurat. Banjarbaru.
DISKUSI SEMINAR