17
ISSN 0216- 3128
Subari Santoso, dkk.
RANCANGBANGUN SISTEM OTOMATIS FRAKSI Nd DARI PASIR MONASIT. Subari Santoso, R. Subagiono daDDjoko SP. PuslitbangTeknologiMajuBATANYogyakarta
PEN AMPUN G
)
Abstrak RANCANGBANGUN SISTEM OTOMATIS PENAMPUNG FRAKSI Nd DARI PASIR MONASIT. Telah dilakukan rancangbangun rangkaian interface dan rangkaian mekanik sistem Otomatisasi Penampung Fraksi Nd dari pasir monasit Menggunakan IBM-Pc. Rangkaian interface terdiri dari rangkaian pengalamat. perantara data paralel PPI-8255, rangkaian penguat arus dan 3 buah motor stepper. Data hasil pengukuran diolah menggunakan perangkat lunak Turbo Basic dan ditampilkan sesuai dengan permintaan pemakai alai. Pengendalian penampung fraksi dilakukan dengan menggunakan 3 buah motor stepper yang dapat menggerakkan tempat cuplikan (bentuk lingkaran) dengan tepat sesuai dengan waktu yang ditentukan. Pengujian terhadap gerak motor stepper memberikan hasil yang linear dan sistem penampung fraksi dapat menampung 75 buah tempat cuplikan dan menambah efisiensi dari sistem sebelumnya. Abstract DESIGN AND CONTRUCTION OF A MECHANICAL AUTOMATIC SAMPLE CHANGER APPARATUS FOR SEPARA TION OF Nd FROM MONASIT SAND. A mechanical automatic sample changer apparatus for separation of Nd with ion exchange which controlled by IBM-PC has been designed and contructed. Automation is pelformed by contrally three stepper motor to regulate the moving of sample changer (circular plate shape) accurately according to the time interval set up. The system consists of a Paralel Pheriperal Interface 8255. a motor driver, a motor stepper and an interface to IBM-PC as well as a software program to operate the system. The testing of the eagle of moving sample changer shows a linearity. the cOllstnlcted sample changer have 75 sample holder which mealls all illcrease ill efficiency of work.
PENDAHULUAN
N
eOdimiUm (Nd) merupakan salah satu unsur yang terdapat dalam mineral logam jarang clan tanah jarang yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang industri, seperti industri metalurgi, baja, elektronik, gelas optik, superkonduktor, tabling TV wama, magnit permanen clan lain-lain. Unsur ini di Indonesia banyak terkandung dalam pasir monas it yang merupakan basil samping dari penambangan pasir timah clan menurut basil analisis kadamya sekitar 6,87%. Untuk mendapatkan Nd dengan kemumian tinggi (99,99%) perlu dilakukan proses pemurnian dengan metode keloID kromatografi penukar ion, karena dengan menggunakan metode yang lain seperti, pengendapan, ektraksi pelarut hanya dapat diperoleh kemumian 80%-90%. Adapun tahapan proses yang dikerjakan untuk memperoleh basil ini adalah pasir monasit didijesti dengan H2SO4, basil dijesti diencerkan dengan air kemudian disaring. Larutan basil dijesti diendapkan dengan NaOH clan dicuci dengan air panas. Endapan logam tanah jarang hidroksida yang diperoleh dioksidasi dengan KBrO3, pengendapan Ce pada pH=I, kemudian pemisahan La clan Nd dengan pengendapan pada pH=8. Proses selanjutnya dilakukan untuk Presiding
Pertemuan
memperoleh bahan mumi Nd dari bahan baku konsentrat Nd(OHh dengan metode kromatografi penukar ion. Metode pemisahan unsur-unsur logam tanah jarang dengan keloID kromatografi penukar ion didasarkan pada keluaran fraksi-faksi unsur secara berurutan sesuai dengan jari-jari ion logam yang terhidrasi. Pada penelitian ini digunakan resin penukar ion Dowex 50W-X8 dengan eluen EDTA(I). Untuk menepatkan ketelitian waktu penggantian penampung eluat digunakan system kendali komputer, karena pemanfaatan teknologi komputer diberbagai bidang berkembang dengan pesat, seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan clan teknologi. Kelebihan-kelebihan komputer sebagai alat ukur clan otomatisasi berbagai proses menjadikan banyak diterapkan dalam industri (5.6). Juga untuk memperoleh basil yang lebih baik clan pekerjaan menjadi lebih efektif maka telah dibuat sebuah alat sistem mekanik penampung fraksi Nd yang dikendalikan oleh personal komputer dilengkapi dengan perangkat lunak untuk pengendalian perangkat keras sesuai dengan kehendak pemakai alat(2).
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
ISSN 0216.3128
18
Subari Salltoso, dkk.
sebesar 2,4 Volt dengan arns sebesar 5 mili Ampere. Sinyal digital ini masih sangat keeil untuk menggerakkan motor stepper, oleh karena itu perlu ditambahkan rangkaian penguat arus yang mampu memberikan tegangan minimal 4,7 Volt clan arus minimal sebesar 800 mA untuk setiap fasenya. Sinyal digital yang sudah dikuatkan ini dengan kombinasi tertentu akan memutar motor
TATA KERJA DAN PERCOBAAN Prinsip Kerja Perangkat Keras. Rancang bangun sistem otomatisasi penampung fraksi Nd dari pasir Monasit terlihat pada Gambar 1.
stepperpada sudut 14,4 0 sehinggapada satu lingkaran dapat menampung 25 penampung fraksi. (3,4)
Setelah pergerakan sistem penampung fraksi dilakukan rata-rata 90 menit sid 2 jam program akan mengurangi kembali data waktu yang telah dimasukkan sesuai dengan lama proses pernisahan ( sekitar 2 bulan terns menerus).
Gambar 1. Perancangan Sistem Otomatisasi Penampung Fraksi Nd dan pasir Monasit. Prinsip kerja sistem Otomatisasi Penampung Fraksi Nd dan pasir monasit adalah sebagai berikut : Perangkat lunak mendeteksi setting point untuk penampung fraksi 1,2,3, clan4, berupa selang waktu yang ditentukan untuk menampung fraksi masing-masing kolom yaitu Jam: menit : detik. Selang waktu tersebut ditampilkan clan dikurangi satu detik, jika mencapai nilai Dol (jam: menit : detik) program akan mengirimkan data digital untuk gerakan motor melalui rangkaian antarmuka yang berisi sistem pengalamat clan PPI 8255. Data digital akan menggerakkan motor stepper melalui rangkaian penguat aIDS. Sistem gerakan motor stepper dilakukan dengan memberikan data eksitasi motor stepper pada alamat yang digunakan oleh PPI 8255, daDakan diperoleh keluaran data digital
Prinsip Kerja Perangkat Lunak. Perangkat lunak terdiri dari program: Menu Utama, Tes Gerakan, (gerakan langsung clan metode diatur), Menu Akuisisi, clanProgram Menu Keterangan. Pada Program Menu utama terdapat 4 pilihan menu yaitu : Menu Tes Gerakan untuk menguji gerakan system perangkat keras yang terdiri dan 75 buah tabung penampung fraksi dengan data selang waktu, jurnlah gerakan clanarab gerakan, Menu Akuisisi berfungsi untuk menjalankan system penampung fraksi dengan data selang waktu yang diinginkan, Menu Keterangan adalah menu penjelasan perangkat lunak clan keras yang telah dibuat daD penjelasan secara umum perangkat yang ada clanMenu Selesai adalah Menu keluar system(2). Peta alir Program Menu Utama seperti terlihat Gambar 2.
Bersihkan /ayar dan 11IembU4( Ta11lpilan Menu Utama
Menu Akuisisi
Menu tel gerakan langsung &.diatur
Menu Keterangan
Menu Kel!J3.f
Gambar 2. Peta Alir Menu Utama c Prosiding
Pertemuan
dan Presentasi
tabung
IImiah Penelitian
Dasar
IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi
Nuklir
19
ISSN 0216- 3128
Subari Santoso, dkk.
Keluarlcan Putaran
data
Untuk
Tiap penampunl
~
angt .-7' ?
ya
Tidak
tidnk
kcluarkan data
jumlah geralean+\ hitungan di no! lean
putar untuk pcnampung dirnalesud
lida Ie
yo
Gambar 3. Peta alir Menu Tes Gerakan Menu res gerakan menyecliakan 2 pilihan yaitu gerakan langsung clan gerakan cliatur, pacla gerakan langsung perangkat lunak mengatur sencliri arah clan jumlah gerakan 3 penampung fraksi seclangkan pacla menu cliatur selang waktu, arah gerakan clan jumlah gerakan cliatur pemakai. Peta alir Program Menu Tes Gerakan seperti terlihat Gambar 3.
Perallcallgall
A/at Mekallik.
Perancangan alar mekanik ini bertujuan agar tabling-tabling cuplikan untuk pemisahan unsur Nci clari pasir monasit clapat bergerak secara mekanis sehingga muclah penanganannya. Pacla perancangan ini cliusahakan agar alar mekanis clapat bekerja secara efektif clan ekonomis. Gambar rancangan alar mekanis terlihat pacla Gambar 4. Presiding
Pertemuan
Tiap motor motor stepper clibuatkan box tersencliri sehingga masing-masing motor stepper clapat clitempatkan sesuai clengan posisi yang cliinginkan, serra clapat clipindahkan clengan muclah. Pembuatan ukuran piringan berclasarkan beberapa pertimbangan misalnya besarnya tabling, jarak antar tabling, keseimbangan clan sebagainya. Masingmasing motor stepper memutar piringan 25 tabling clengan ukuran volume 20 cc. Setiap box motor stepper clilengkapi clengan terminal masukan sehingga kabel penghubung clengan muclah clilepas clan clipasang sesuai clengan kebutuhan.
Sistel1l Perallgkat
Alltarl1luka
Sistem Perangkat antarmuka yang telah dirancang terdiri dari pengatur masukan clan keluaran digital, clalam interface cligunakan PPI
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta. 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
-
20
ISSN 0216 3128
(Pheriperal Paralel Interface) 8255 yang memiliki 3 buah pintu I/O, yaitu : Port A; Port B clanPort C yang dapat digunakan sebagai port kontrol. Interface penampung fraksi Nd dari pasir monasit yang telah dibuat memanfaatkan register Port A (PAO-Pa7) clan Port B (PBO-PB3) masing - masing untuk mengendalikan 2 motor stepper clan 1 motor stepper untuk menyangga plat piringan dengan 25 penampung fraksi, sehingga dari kedua Port tersebut dapat menampung 75 penampung fraksi. Dalam rangkaian antar muka juga dilengkapi dengan rangkaian pernilih alamat, rangkaian penguat arus, motor stepper clanrangkaian mekanik penunjang seperti saklar On/Off 220VAC clan saklar pernilih penampung eluat On/Off 5 VDC. T...,JddUCII I'cmpo Oasis
Subari Salltoso, dkk.
dilakukan dengan cara memberikan busur sudut pada motor stepper yang telah diberi jarum penunjuk. Seclangkan pengukuran sudut pada beban minimum clan beban maksimum dilakukan dengan cara memberikan busur sudut pada piringan yang digunakan sebagai tempat tabung clan penunjuk sudut dilakukan pada tepi piringan dengan jarum penunjuk. Data pengukuran sudut yang diperoleh ditunjukkan tabel 1. Dari tabel tsb. terlihat bahwa hubungan antara sudut yang diinginkan clan sudut yang sebenarnya adalah linear yang berarti bahwa sudut yang sebenarnya tidak terlalu berbeda dengan sudut yang diinginkan. Grafik sudut yang diinginkan clan sudut yang diperoleh ditunjukkan Gambar 5. Beban maksimum yang dimaksud adalah berat tempat penampung tabung yang diisi dengan tabung clan cairan eluen. Tabell. Rata-rata basil pengukuran sudut motor stepper beban MaX.& min.
KPKI
KPK
IBM.PC
Gambar 4. Rancangan alat mekanis
TPE MT
= Kolom Penukar Kation = =
PENGUJIAN
Sudut yang diinginkan
I. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. II. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.
14.4 28.8 43.2 57.6 72.0 86.4 100.8 115.2 129.6 144.0 158.4 172.8 187.2 201.6 216.0 230.4 244.8 259.2 273.6 288.0 302.4 316.8 331.2 345.6 360.0
PIO
TPE3
Keterangan KPK
No.
Tabung Penampung Eluat Motor Stepper
DAN ANALISA DATA.
Untuk mengetahui kualitas sistem interface telah dilakukan pengujian linieritas gerakan motor stepper, clan kestabilan sistem dalam penampungan fraksi.
Pembaltasall
Pengujiall Motor Stepper. Tanggapan yang diuji adalah besar sudol yang dihasilkan o\eh motor stepper terhadap masukan yang diberikan. Pengukuran sudol Prosiding
Pertemuan
Sudutbeban max (periode= 0.03 del) 14.5 28.9 43.4 57.5 72.1 86.5 101.0 115.4 130.0 144.0 158.5 173.0 187.5 201.7 216.1 230.5 244.9 259.3 273.5 288.0 302.4 317.0 331.3 346.0 360.0
Sudutbeban mm (perioda =0.03 detik) 14.4 28.7 43.3 57.5 72.0 87.3 101.5 115.4 130.0 144.0 158.5 173.0 187.1 202.0 216.0 230.3 244.6 259.1 273.8 288.0 302.3 317.0 331.1 345.8 360.0
Hasi/ Pellgujiall.
Masih memerlukan penyempumaan perangkat lunak untuk mengatasi waktu yang diperlukan untuk pergantian tabung penampung fraksi (gerak motor stepper) adalah tidak termasuk dalam pcrhitungan. Selang waktu yang dihitung
daD Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
daD Teknologi Nuklir
21
ISSN 0216 - 3128
Subari Santoso, dkk.
adalah selang' waktu yang dirnasukkan oleh pemakai alat, sedangkan waktu gerak motor 14,20 memerlukan waktu tersendiri yaitu 8 x 0.03 detik = 0.24 detik. Waktu tersebut adalah waktu tunda antar data digital agar motor stepper dapat bergerak Gambar
3.
GraIik
Pengukuran
dengan tepat pada sudut perpindahan tabung. Jika dibandingkan terhadap waktu proses penampungan selama 1 jam sid 2 jam atau 90-120 menit maka ralat waktu masih dapat ditolerir clan diperoleh kesalahan yang relatifkecil. SOOu!
400 300 200 100 0 1
2
3
-Sudu!
4
5
6
7
yang dinginkan
6
9
10 11 12 13 14 15 16 17 16 19 20 21 22 23 24 25
-Sudu!
--Sudul
beban Max
Beban Min.
Gambar 5. Grafik sudut putaran motor dengan beban maksimum.
KESIMPULAN Berdasarkan dari basil pengujian, clan pengolahan data dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Telah dilakukan rancangbangun sistem otomatis penampung fraksi Nd dari pasir monasit clan dapat meningkatkan efisiensi kerja didukung perangkat lunak untuk memudahkan sistem operasional. 2. Perangkat lunak yang telah dibuat mempunyai kemampuan untuk mengaktifkan interface guna melakukan proses penampungan fraksi, memanggil sistem penggerak motor stepper untuk perpindahan tabling sesuai dengan waktu tunda yang dimasukkan secara tepat clan menampilkan informasi proses yang sedang berjalan. 3. Pengujian terhadap sudut perputaran pada tempat cuplikan yang dibentuk oleh motor stepper memberikan basil yang linear clan maksimum cuplikan yang dapat dimuat sebanyak 75 cuplikan untuk 3 buah penggerak motor stepper sehingga menambah efisiensi dari sistem sebelumnya.
DAFT AR PUST AKA 1. Prakash, S., Advenced Chemistry of Rare Earth, S. Chand & Co (PVT), New Delhi, 1975 2. Kadir, Abdul, Trik dan Teknik Pemrograman Turbo Basic, Andi Offset, Yogyakarta, 1987
3. Subari Santoso, dkk., Pembuatan Sistem Kontrol Aliran Eluen Pada Proses Pengendapan Bertingkat Menggunakan IBMPC, Prosiding Pertemuan Ilmiah XV HFI Jateng & DIY, Semarang 31 Agustus 1996. 4. Subari Santoso, Rancangbangun Eluiter clan Sistem Kendali Konduktometer, Presentasi Ilmiah 16 Desember 1996. 5. Lewis C. Eggebrecht "Interfacing to the IBM Personal Computer" Howard W. Sarns & Co. Inc. Second Edition, Fifth Printing, Sarns, Indiana 46032 USA, 1992. 6. IAEA, Interfacing in Nuclear Experiment Part 2 Basic Experriment, IAEA, Chiang May University
TANYAJAWAB Sunardjo ? Bagaimana cara merubah gerakan mekanik menjadi sistem elektronik yang diterapkan pada penelitian ini ? mohon dijelaskan. Subari Santoso
.
Garakan sistem mekanik tabung penampung fraksi diatur daTi pengiriman data digital PC melalui interface pm"alel
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
-
11
ISSN 0216 3128
Subari Santoso, dkk. °5
input/Output don dikuatkan oleh rangkaian penguat ams rangkaian Darlington transistor BC 141 don TiP 3055. Data digital diatur oleh perangkat lunak yang dibuat, sehingga dapat mengatur posisi penampung fraksi secara akurat karena kemampuan motor stepper yang dapat bergerak 1,8 derajat setiap step. Wisnu A.A. ).>- Seberapa akurasi rancangbangun sistem otomatisasi ini baik dari segi perputaran maupun pengisian tabung. ).>-Program komputer yang digunakan untuk program ini memakai apa ?
Subari Santoso .
.
',m:; Akurasi perputaran antar tabung dtipat dihitung dengan regresi linear, dan data yang terlihat pada tabel 1 terhitung koefisien regresi r = 0,999 don deviasi standar = 0,315. sedangkan untuk pengisian tabung masih tersisa 2 mili liter dan fasilitas 20 ml hanya diisi 18 ml setiap tabung yang tersedia. Program yang digunakan
adalah
Turbo
Basic, ado 4 file program yang dibuat 1 file di compile ke file EXE don 3 file dicompile ke file Chain. Ke empat program disimpan dalam suatu sub directori don ditampilkan dalam bentuk icon pada layar Windows sehingga hanya clik yang diperlukan untuk menjalankan program.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
