Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat Nuklir PRPN – BATAN, 14 November 2013 - 405 - PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA PADA BELT CONVEYOR DENGAN TEKNIK SERAPAN RADIASI GAMMA Rony Djokorayono, Indarzah Masbatin Putra, dan Usep Setia Gunawan PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310 ABSTRAK PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA PADA BELT CONVEYOR DENGAN TEKNIK SERAPAN RADIASI GAMMA. Telah dikonstruksi sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma dan bersifat non kontak dengan material yang diukur beratnya. Sistem timbangan ini digunakan untuk menimbang berat batubara yang dipindahkan dari kapal tongkang ke coal bunker PLTU Suralaya menggunakan belt conveyor. Ketelitian ukur timbangan yang dipersyaratkan adalah ± 0,5%, serapan radiasi gamma oleh batubara pada belt conveyor diukur oleh detektor sintilasi dengan aktif area 5 cm x panjang 1,5 meter. Sistem timbangan ini mempunyai koefisien korelasi linier 1 bila dibandingkan dengan sistem timbangan load cell. Kata kunci: timbangan massa batubara ABSTRACT THE ENGINEERING OF A COAL MASS MEASUREMENT SYSTEM ON A BELT CONVEYOR USING GAMMA RADIATION ABSORPTION TECHNIQUE. The non contact measurement coal mass flow on the belt conveyor has been constructed by using gamma absorption technique. This system is measuring the weight of coal transported from tongkang ship to coal bunker of PLTU Suralaya using belt conveyor. The accuracy for the measurement of weight scale is ± 0,5%, the gamma radiation absorption will be measured by scintilation detector in 5 cm x 1,5 meters of active area. This system has linier the correlation coefficient equal to 1 compared by the load cell weighing. Keywords: coal mass flow 1. PENDAHULUAN Pada awalnya timbangan massa batubara pada belt conveyor menggunakan load cell. Karena wilayah kerja peralatan timbangan massa batubara berada pada daerah korosif dan berdebu, maka kerusakan komponen Instrument proses menjadi lebih cepat, terutama terhadap sensor- sensor yang memerlukan kontak mekanik seperti metoda load cell. Metoda yang sesuai dengan lingkungan yang korosive adalah menggunakan metoda pengukuran yang sederhana dan terlindung dari lingkungan sekitar pabrik atau menggunakan metoda pengukuran non contact terhadap material proses. Metoda yang
15
Embed
PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/30_rony.pdf · radiasi yang diterima detektor (I) mempunyai satuan kg/m2, bila diplot dalam bentuk
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 405 -
PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA PADABELT CONVEYOR DENGAN TEKNIK SERAPAN RADIASI GAMMA
Rony Djokorayono, Indarzah Masbatin Putra, dan Usep Setia Gunawan
PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
PEREKAYASAAN SISTEM TIMBANGAN MASSA BATUBARA PADA BELTCONVEYOR DENGAN TEKNIK SERAPAN RADIASI GAMMA. Telah dikonstruksi sistemtimbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gammadan bersifat non kontak dengan material yang diukur beratnya. Sistem timbangan inidigunakan untuk menimbang berat batubara yang dipindahkan dari kapal tongkang kecoal bunker PLTU Suralaya menggunakan belt conveyor. Ketelitian ukur timbangan yangdipersyaratkan adalah ± 0,5%, serapan radiasi gamma oleh batubara pada belt conveyordiukur oleh detektor sintilasi dengan aktif area 5 cm x panjang 1,5 meter. Sistemtimbangan ini mempunyai koefisien korelasi linier 1 bila dibandingkan dengan sistemtimbangan load cell.
Kata kunci: timbangan massa batubara
ABSTRACT
THE ENGINEERING OF A COAL MASS MEASUREMENT SYSTEM ON A BELTCONVEYOR USING GAMMA RADIATION ABSORPTION TECHNIQUE. The non contactmeasurement coal mass flow on the belt conveyor has been constructed by usinggamma absorption technique. This system is measuring the weight of coal transportedfrom tongkang ship to coal bunker of PLTU Suralaya using belt conveyor. The accuracyfor the measurement of weight scale is ± 0,5%, the gamma radiation absorption will bemeasured by scintilation detector in 5 cm x 1,5 meters of active area. This system haslinier the correlation coefficient equal to 1 compared by the load cell weighing.
Keywords: coal mass flow
1. PENDAHULUAN
Pada awalnya timbangan massa batubara pada belt conveyor menggunakan load
cell. Karena wilayah kerja peralatan timbangan massa batubara berada pada daerah
korosif dan berdebu, maka kerusakan komponen Instrument proses menjadi lebih cepat,
terutama terhadap sensor- sensor yang memerlukan kontak mekanik seperti metoda load
cell. Metoda yang sesuai dengan lingkungan yang korosive adalah menggunakan metoda
pengukuran yang sederhana dan terlindung dari lingkungan sekitar pabrik atau
menggunakan metoda pengukuran non contact terhadap material proses. Metoda yang
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 406 -
sesuai dengan kondisi lingkungan yang korosif seperti di PLTU batubara adalah
menggunakan metoda serapan radiasi gamma. Metoda ini sederhana, tidak perlu
bersentuhan dengan material yang diukur beratnya atau densitynya, mudah dikemas
sedemikian rupa sehingga tidak terpengaruh korosif. Untuk menimbang massa batubara
yang terdapat diatas belt conveyor, cukup menempatkan pemancar radiasi gamma jenis137Cs dengan aktivitas rendah sekitar 50 mCi diatas belt conveyor dan sebuah detektor
sintilasi dengan aktif area sepanjang 1,5 meter yang ditempatkan dibawah belt conveyor,
kemudian keluaran detektor dihubungkan ke subsistem lokal display yang dilengkapi
dengan signal transmitter dengan standar 4-20 mA. Untuk menentukan total berat
dibutuhkan sensor kecepatan yang dipasang dibawah belt conveyor. Setelah digabung
dengan keluaran detektor scintilasi maka total berat batubara yang dipindahkan dari
kapal tongkang ke coal bunker dapat ditentukan dan ditampilkan pada layar monitor LCD
atau LED.
2. TEORI
Prinsip Kerja timbangan massa batubara pada belt conveyor berdasarkan serapan
radiasi gamma oleh material batubara yang terdapat pada belt conveyor dapat dijelaskan
sebagai berikut. Perangkat timbangan massa yang menggunakan radiasi gamma,
sebaran radiasinya diatur sedemikian rupa oleh kolimator sehingga penyebaran radiasi
gamma tegak lurus dengan belt conveyor. Material batubara mengalir diantara sumber
radiasi gamma dan detektor sintilasi. Radiasi gamma yang diterima detektor sintilasi,
proporsional terbalik dengan berat material persatuan luas dari irisan beam radiasi
gamma pada material batubara. Hasil serapan radiasi gamma pada material batubara
yang terdapat pada belt conveyor diukur oleh detektor sintilasi. Intensitas radiasi gamma
yang diterima detektor bersatuan berat material per satuan luas atau biasa disebut Basis
Weight. Basis Weight dikalikan dengan lebar belt dan dikalikan lagi dengan kecepatan
belt conveyor sehingga akan menghasilkan kecepatan massa aliran dan jika
diintegrasikan dengan waktu akan menghasilkan total berat Flow material batubara.
Prinsip kerja sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik
serapan radiasi gamma sesuai referensi [3] dapat dilihat pada Gambar 1.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 407 -
Sedangkan Blok Sensor sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor
dengan teknik serapan radiasi gamma pada Gambar 2.
PEMANCAR
GAMMA137
Cs
DETEKTORDENGANPANJANG 1,5 M
BATU BARA PADABELT CONVEYOR
Kg/m2 Kg/m Kg/hT/h
KgTon
LEBARBELT (M)
KECEPATANM/HOURS
WAKTUHOURS
LOADING KAPASITASLOADING
INTEGRATEDMASS
Gambar 1. Prinsip kerja sistem timbangan massa batubara pada beltconveyor dengan teknik serapan radiasi gamma
Gambar 2. Blok sensor sistem timbangan massa batubara pada beltconveyor dengan teknik serapan radiasi gamma
Io
I
PEMANCAR GAMMA137
Cs, 50 mCi
MATERIAL BATUBARA
BELT CONVEYOR
DETEKTOR SCINTILASISENSITIF RADIASI GAMMA
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 408 -
Prinsip pengukuran sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor denganteknik serapan radiasi gamma berdasarkan rumus referensi [1] dan [2] sebagai berikut :
I = Io e x (1) (1)
dimana
Io = intensitas radiasi sebelum melalui material batubara
I = intensitas radiasi setelah diserap material batubara dan material belt conveyor
= koefisien absorpsi massa
= densitas material batubara yang dilalui sinar gamma
x = tebal lapisan material batubara (x1) dan material belt conveyor (x2)
Karena tebal belt conveyor dianggap tetap, maka intensitas radiasi yang diterima
detektor ( I ) hanya akan bergantung dari serapan material batubara. Koefisien absorpsi
massa merupakan konstanta sehingga secara integrasi elektronik nilai intensitas
radiasi yang diterima detektor (I) mempunyai satuan kg/m2, bila diplot dalam bentuk
grafik semi logaritmik menjadi Gambar 3.
Dari grafik pada Gambar 3 dapat dijelaskan bahwa semakin banyak tumpukan
batubara diatas belt conveyor maka semakin kecil intensitas radiasi gamma yang
diterima oleh detektor sintilasi. Agar nilai tampilan di lokal display sesuai dengan
besarnya tumpukan batubara pada belt conveyor maka diperlukan proses inversi yaitu
dengan cara menetapkan suatu bilangan konstannta dikurangi dengan hasil pengukuran.
Ln I(kg/m2)
Ln I = Ln (I o e x )
X ( tebal material) batubara pada belt conveyor
Gambar 3. Hubungan linier antara intensitas gammadengan tebal material batubara
0 4 8 10 12
200
400
600
800
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 409 -
Setelah diinvers (dikonversi) oleh sistem elektronik microprosessor (komputer) maka
grafik akan menjadi
Dari grafik pada Gambar 4 dapat dijelaskan bahwa semakin banyak tumpukan
batubara diatas belt conveyor maka makin besar nilai basis weight yang ditampilkan
pada lokal display sensor basis weight.
3. METODA
Cara dalam melakukan percobaan untuk membuat prototip sistem timbangan massa
batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma diantaranya, dengan
menyiapkan sebuah prototipe O-frame selebar 2 meter dan tinggi 120 cm, diatasnya
diberi pemancar gamma 50 mCi dan dibawahnya diletakkan sebuah detektor sintilasi
panjang 150 cm dengan diameter 5 cm. Jarak antara pemancar gamma dan detektor 85
cm. Prototip O-frame dipasang pada belt conveyor batubara di unit coal handling BC-03
PLTU Suralaya Merak Banten. Untuk mengukur kecepatan belt conveyor dipasang
sebuah rotary encoder yang dihubungkan dengan roda penggerak yang ditempelkan
pada belt conveyor. Signal keluaran detektor sintilasi dan sensor kecepatan belt conveyor,
masing masing dimasukan ke lokal display LED 7 Segmen dan oleh mikrokomputer yang
terdapat di lokal display kedua signal diolah menjadi bentuk signal standar 4-20 mA yang
selanjutnya signal keluaran arus detektor sintilasi dan kecepatan belt conveyor
Ln I(kg/m2)
X (tebal material) batubara pada beltconveyor
Gambar 4. Invers hubungan linier antara intensitas gammadengan tebal material batubara
0 4 8 10 12
200
400
600
800
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 410 -
dihubungkan ke elektronik data logger serta komputer total weight. Blok sistem diatas
dapat dilihat pada gambar 5. Setelah sistem timbangan massa batubara dipasang pada
belt conveyor, proses selanjutnya adalah proses kalibrasi, menggunakan referensi load
cell terkalibrasi yang telah disediakan oleh pihak PLTU Suralaya. Realisasi proses
kalibrasi dilakukan dengan mengambil rentang waktu cuplikan, ketika belt conveyor berisi
material batubara dan digerakan dengan kecepatan tetap sekitar 4,04 meter per detik.
Sebagai contoh saat jam menunjukan 14.00 dicatat nilai total weight pada kalibrator load
cell, bersamaan waktunya juga dicatat nilai pengukuran prototip sistem timbangan massa
batubara pada dengan teknik serapan radiasi. Kemudian pada jam 16:00 dicatat lagi
nilai total weight pada kalibrator load cell, bersamaan waktunya juga dicatat nilai
pengukuran prototip sistem timbangan massa batubara pada dengan teknik serapan
radiasi. Pencatatan pengukuran tersebut dilakukan untuk beberapa sampel. Dari hasil
pencatatan kedua data total weight hasil pengukuran dibuatkan regresi liniernya, nilai
parameter hasil persamaan regresi linier dimasukan kedalam pemrograman. Sehingga
nilai pengukuran yang ditunjukan oleh load cell kalibrator dengan nilai pengukuran yang
ditunjukan oleh perangkat prototip sistem timbangan massa batubara dengan teknik
serapan radiasi, akan sama nila total beratnya.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Blok sistem timbangan batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasigamma
Blok sistem timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik
serapan radiasi gamma secara garis besarnya tersusun dari mekanik O-frame, sebuah
sistem deteksi radiasi gamma berupa detektor sintilasi diameter 5 cm dan panjang 1,5
meter, sebuah sumber pemancar gamma jenis 137Cs aktivitas 50 mCi, elektronik data
logger yang terdapat didalam komputer total weight dan hardware software komputer.
Blok sistemnya dapat dilihat pada Gambar 5.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 411 -
Prinsip kerjanya, pemancar gamma 137Cs yang terdapat di atas belt conveyor
memancarkan radiasi gamma ke arah detektor menembus tumpukan batubara yang
terdapat di atas belt conveyor. Sedangkan radiasinya sebagian terserap oleh material
batubara, intensitas radiasi setelah diabsorpsi oleh material batubara kemudian diterima
oleh detektor sintilasi. Dari hasil pengukuran oleh detektor memberikan keluaran signal
analog arus antara 4-20 mA sesuai dengan intensitas radiasi gamaa yang diterima oleh
detektor. Kemudian signal analog diumpankan ke elektronik data logger serta ditampilkan
ke LED 7 segmen. Elektronik data logger juga menerima signal analog dari sensor
kecepatan, yang bervariasi antara 4-20 mA sesuai dengan kecepatan belt conveyor.
Kemudian oleh elektronik data logger yang terdapat di komputer total weight , signal-
signal analog tersebut dikonversi menjadi data digital dengan kecepatan konversi masing
masing signal sebesar 30 µsec. Setelah terkumpul data digital ditransmisikan ke komputer
Total Weight melalui komunikasi serial RS-232 dengan kecepatan 9600 bps dan data
digital hasil pengukuran kecepatan belt conveyor serta pengukuran intensitas radiasi
gamma (Basis Weight) oleh komputer total weight di kalkulasi menjadi nilai mass flow
rate serta total weight.
LOKAL DISPLAY SENSOR SPEEDOUTPUT 4-20 mA
PEMANCAR GAMMA 137Cs
LOKAL DISPLAY SENSOR BASIS WEIGHTOUTPUT 4-20 mA
KOMPUTERTOTAL
WEIGHT
SENSOR GAMMA (BASIS WEIGHT)
SENSORKECEPATAN
Gambar 5. Blok sistem timbangan massa batubara pada beltconveyor dengan teknik serapan radiasi gamma
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 412 -
Hasil kegiatan perekayasaan sistem timbangan batubara pada belt conveyordengan teknik serapan radiasi gamma
Hasil kegiatan perekayasaan sistem timbangan massa batubara pada belt
conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma telah dipasang dan diujicoba di Belt
conveyor BC-03 unit Coal Handling PLTU Suralaya atas pembiayaan mitra kerja, yang
tersusun dari O-frame mekanik, sebuah sumber radiasi gamma 137Cs, sebuah detektor
sintilasi aktif area 1,5 meter, sebuah lokal display pengukur intensitas gamma (Basis
Weight), sebuah lokal display pengukur kecepatan belt conveyor, elektronik data logger
dan Software & Hardware komputer total weight. Hasil kegiatannya dapat ditunjukan
dalam Gambar 6 sampai Gambar 9.
Packaging local display ,persiapan pengiriman kePLTU Suralaya
Packaging sensor timbanganmetoda serapan gamma,persiapan pengiriman ke PLTUSuralaya
Gambar 6. Packaging lokal display dan sensor timbangan dengan metodaserapan gamma untuk dipasang di PLTU Batubara Suralaya
Instalasi awal terminallokal display sensortimbangan metodaserapan gamma
Gambar 7. Instalasi awal lokal display untuk sensor timbangan dengan metodaserapan gamma sebelum di pasang di PLTU Batubara Suralaya
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
Gambar 8. Saat melaksanakan instalasi O-frame mekanik, pemancar gamma, dandetektor timbangan metoda serapan gamma di belt conveyor BC-03 coal handling
PLTU Suralaya, Merak, Banten
Detektor timbangan batubara pada beltconveyor dengan metoda serapan gamma
Pemancar gamma 137Cs
Lokal display timbangan metodaserapan gamma
Belt Conveyor batubara
Gambar 9. Hasil konstruksi O-frame mekanik, pemancar gamma, dan detektortimbangan metoda serapan gamma terpasang di belt conveyor BC-03 coal handling
PLTU Suralaya Merak Banten
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 414 -
Data pengukuran
Pengukuran massa batubara diatas belt conveyor dilakukan di unit coal handling
PLTU Suralaya, Belt conveyor (BC-03) pada hari jumat tanggal 15 pebruari 2013. Hasil
pengukuran dibandingkan dengan load cell yang telah dikalibrasi dan disegel oleh
Direktorat Metrologi Departemen Perdagangan. Data hasil pengukuran ditabelkan pada
tabel 1 sebagai berikut :
Waktu Hasil Pengukuran TimbanganKalibrator metoda Load Cell
Hasil Pengukuran Timbangandengan metoda serapan
gamma06:38 s/d 06:49 199.0 TON 196,9 TON
06:52 s/d 07:01 161.1 TON 160.6 TON
07:03 s/d 09:01 1859.4 TON 1837.8 TON
09:13 s/d 10:38 1439.8 TON 1455.6 TON
10:38 s/d 11:12 288.1 TON 282.7 TON
Ada faktor kesalahan dalam pembacaan yang dilakukan secara manual, kadangkadang waktu membaca tampilan timbangan load cell (kalibrator) dan timbanganmetoda serapan gamma waktunya tidak bersamaan, seharusnya dilakukan secaraserentak
Dari data yang terdapat pada tabel 1, agar nilai pengukuran timbangan dengan
metoda serapan radiasi gamma, nilai tampilannya sesuai dengan kalibrator metoda load
cell memerlukan persamaan linier Y = 0,997 X – 0,119 yang harus dimasukan ke dalam
proses pemrograman, dimana Y adalah hasil pengukuran timbangan load cell (kalibrator)
dan X adalah hasil pengukuran timbangan dengan metoda serapan radiasi gamma
dimana nilai X minimal 2.0. Sedangkan koefisien korelasi yang didapat dari data pada
tabel 1 adalah r = 1,00 .
Tabel 1. Pengukuran massa batubara yang berada di atas belt conveyordengan teknik serapan radiasi gamma dibandingkan dengan
kalibrator Load Cell yang telah dikalibrasi
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 415 -
5. KESIMPULAN
Telah dirancang dan dikonstruksi sistem timbangan massa batubara pada belt
conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma, serta diujicoba di Belt conveyor BC-03
unit Coal Handling PLTU Suralaya.. Dari hasil pengukuran dan pengujian sistem
timbangan massa batubara pada belt conveyor dengan teknik serapan radiasi gamma
memerlukan koreksi dengan persamaan linier Y = 0,997 X – 0,119.
6. UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih kami ucapkan kepada managemen PRPN Batan yang telah memberi
ijin untuk pengujian lapangan perangkat timbangan batubara pada belt conveyor dengan
serapan radiasi gamma serta managemen PLTU Suralaya terutama bapak Trisno yang
telah memberi kesempatan untuk penempatan alat di unit coal handling, juga kepada
managemen PT.Gammatech selaku mitra dari PT. Indonesia Power yang telah
memfasilitasi dengan pihah teknis unit coal handling.
7. DAFTAR PUSTAKA
1. IAEA (International Atomic Energy Agency) 1965, Radioisotope Instruments in
Industry and Geophysic, Viena.
2. B.D. Sowery, On-line Nuclear Techniques in the Coal Industry, Division of Mineral and
Process Engineering, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization,
NSW 2234, Australia, 27 February 1991.
3. Berthold Radiation Measuring Instruments for Industry, Gmbh & Co.KG, D-7547 Bad