OPTIMASI GERAK KONVEYOR RADIASI PORTAL MONITOR PETI KEMAS DENGAN TEKNIK SERAPAN SINAR GAMMA

Transkripsi

1 OPTIMASI GERAK KONVEYOR RADIASI PORTAL MONITOR PETI KEMAS DENGAN TEKNIK SERAPAN SINAR GAMMA Sanda dan Alvano Yulian PRPN BATAN Kawasan Puspiptek Serpong Gd. 71 Lt. 2 Tangerang Selatan sanda@batan.go.id ABSTRAK OPTIMASI GERAK KONVEYOR RADIASI PORTAL MONITOR UNTUK MONITORING PETI KEMAS DENGAN TEKNIK SERAPAN SINAR GAMMA. Radiasi Portal Monitor (RPM) banyak digunakan di perlintasan perbatasan internasional yang diterapkan untuk mendeteksi perangkat nuklir, bahan nuklir dan penyebaran perangkat bahan radiasi yang muncul di perbatasan. Radiasi portal monitor merupakan peralatan deteksi radiasi pasif yang digunakan untuk screening suatu objek yang bergerak melintasi tempat yang telah ditentukan. Objek yang bergerak mempunyai kecepatan yang berbeda-bed., Kecepatan objek bergerak akan menentukan kualitas hasil scanning, sehingga dalam penelitian ini sangat diperlukan optimasi gerak konveyor dengan meninjau sudut kebebasan line scan camera terhadap sumber radiasi Cs 137 dengan kapasitas 500 mci dan gerak konveyor yang optimal. Dengan dihasilkan gerak optimal konveyor radiasi portal monitor, maka akan diperoleh jarak dan sudut kebebasan posisi line scan camera, sehingga operator dapat mempersiapkan lingkup kerjanya dengan mudah dan terhindarnya kegagalan scanning suatu objek. Kata kunci : Optimasi, konveyor, radiasi portal monitor, sumber radiasi, line scan camera. ABSTRACT OPTIMIZATION OF RADIATION PORTAL MONITOR CONVEYOR MOTION FOR MONITORING TECHNIQUES CONTAINERS WITH GAMMA RAY UPTAKE. Radiation Portal Monitor (RPM) is widely used in international border crossings that are applied to detect nuclear devices, nuclear materials and dissemination of the material that appears on the border. Radiation portal monitors are passive radiation detection equipment which is used for the screening of an object moving across a designated place. Moving objects have different speed. The speed of moving object will determine the quality of scanning, so in this study, it is necessary to optimise motion conveyor by considering line scan camera angles freedom against 137 Cs radiation source with a capacity of 500 mci and optimal motion conveyor. With the such optimal motion conveyor radiation portal monitor, one will get the distance and angle of freedom of the position of line scan camera, so the operator can easily prepare a scope of work and avoiding the failure of scanning any object. Keywords : Optimise, conveyor, radiation portal monitor, radiation source, line scan camera. 1. PENDAHULUAN Dengan semakin meningkatnya pembangunan dalam berbagai bidang berarti banyak sekali pemasukan dan pengeluaran barang (ekspor dan impor) baik di pelabuhan maupun tempat pengiriman barang. Sampai saat ini di Indonesia perangkat monitoring barang hanya ada empat, yaitu di pelabuhan Tanjung Priok, Tanjung Perak, Belawan Medan dan Batam [1]. Untuk tempat umum seperti stasiun kereta api, paket pos dan orang berjalan kaki di pelabuhan udara belum ada, sehingga masih banyak diperlukan perangkat monitor atau RPM untuk diaplikasikan di pelabuhan ekspor impor 463

2 dan tempat umum. Pemantauan objek yang masuk atau keluar khususnya berupa peti kemas didalam suatu pelabuhan harus berjalan lancar tanpa hambatan dalam proses pengiriman maupun penerimaan barang. Hal tersebut merupakan persyaratan dari operator pelabuhan, karena menyangkut keamanan bagi instansi pelabuhan dan negera. Pelabuhan ekspor impor yang memiliki banyak peti kemas sangat lemah pengawasannya bila tidak memiliki RPM, karena banyak barangbarang yang tidak terlihat disimpan didalam peti kemas, baik itu berupa barang-barang industri, seperti mesin, elektronik dan listrik, maupun barang berupa zat radioaktif atau bahan nuklir untuk keperluan industry, seperti pabrik baja atau industry pengolahan bahan makan dengan irradiator gamma. Perangkat RPM merupakan peralatan deteksi radiasi pasif yang digunakan untuk scanning suatu objek yang bergerak melintasi tempat yang telah ditentukan. RPM mampu mendeteksi bahan nuklir dan zat radioaktif yang terdapat di dalam peti kemas. Kemampuan deteksi RPM sangat tinggi, sehingga sekecil apapun bahan nuklir di dalam peti kemas dapat terdeteksi. Selama ini perangkat RPM diperoleh dari impor luar negeri, sehingga kita memiliki banyak ketergantungan dari luar negeri baik itu berupa substansi perangkat RPM maupun untuk pemeliharaannya. Memang ada bagian tertentu yang belum bisa kita buat sendiri, misalnya line scan camera (LSC) dan sumber radiasi, sedangkan untuk komponen lain masih bisa dilakukan di Indonesia, diantaranya sistem mekanik dan analisis terhadap kinerja LSC. Kinerja LSC sangat diperlukan, agar operator dapat mengetahui kemampuan perangkat RPM, sehingga tidak terjadi kesalahan ketika dilakukan scanning terhadap peti kemas. Salah satu cara untuk mengetahui kinerja perangkat RPM adalah dengan mengetahui gerak konveyor RPM dengan meninjau sudut kebebasan LSC dan gerakkon veyor yang optimal. Dalam makalah ini akan didapatkan optimasi gerak konveyor RPM. misalnya abrasi, beban impact. Belt merupakan komponen yang akan mengalami aus atau bisa juga sobek, akibat desain yang tidak baik. Dalam suatu rancangan, system conveyor belt harus menggunakan standar lebar belt yang digunakan secara internasional. Standar lebar belt dalam satuan millimeter dengan berbagai macam ukuran sebagai berikut 400, 500, 650, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 200, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000 dan Belt terbuat dari carcass dan karet seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Potongan belt secara skematik Pemuntahan atau pemindahan material angkut pada conveyor secara umum dibagi dua, yaitu 2.1. Pemindahan material angkut pada satu sisi keluar. Pemindahan material angkut pada satu sisi keluar terjadi dengan cara satu motor menggerakan pulley dalam satu arah, kearah kiri atau kanan operator sehingga objek yang dipindahkan dikirim kearah konveyor itu bergerak, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar DASAR TEORI Belt merupakan salah satu komponen utama pada perangkat system belt conveyor, karena belt yang membawa material (material buang) dan juga sebagai komponen yang bersentuhan langsung dengan material buang belt juga akan menerima segala perlakuan dari material buang, Gambar 2. Material angkut keluar pada satu sisi keluar 464

3 2.2. Pemindahan material angkut pada dua sisi keluar Pemindahan material angkut pada dua sisi keluar yang terjadi dengan cara dua motor menggerakan pulley dalam dua arah yang berbeda,satu kearah kiri dan yang lainnya kearah kanan, sehingga material angkut yang dipindahkan dikirim oleh konveyor bergerak pada dua sisi yang berbeda, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3. mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam dua kelompok, yaitu beban torsi konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya, namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilen, dan pompa displacement konstan. Beban dengan variabel torsi adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi, contoh beban dengan variabel torsi adalah pompa sentrifugal dan fan. Gambar 5., adalah motor induksi yang digunakan untuk menggerakan konveyor material angkut. Gambar 3. Material angkut keluar pada dua sisi keluar Sedangkan secara keseluruhan konstruksi portal monitor ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 5. Motor induksi penggerak konveyor material angkut. Gambar 4. Sumber radiasi, konveyor, line scan camera dan simulasi sampel. Pada gambar diatas menunjukkan susunan antara sumber radiasi dan LSC yang saling berhadapan dengan posisi satu sumbu, ditengahnya terdapat konveyor yang membawa objek material angkut (simulasi sampel) untuk discanning. Konveyor yang membawa material angkut digerakan oleh motor induksi. Motor bisa juga digunakan untuk memutar impeler pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, juga digunakan untuk mixer, bor listrik, kipas angin dan penggunaannya banyak di industri. Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk memahami beban motor. Beban Adapun torsi yang bekerja pada motor (T) sebesar : p T (1) n Dimana : P = daya motor, watt T = momen puntir, Nm n = putaran motor, rpm Pada motor indusksi kecepatan medan magnet putar tergantung pada jumlah kutub stator dan frekuensi sumber dayanya yang menghasilkan kecepatan putar sinkron yang ditentukan dengan persamaan : 120 f n (2) p Dimana : n s = putaran sinkron motor, rpm f = frekuensi, Hz p = kutum motor 465

4 Adanya sistem transmisi dari putaran menjadi gerak lurus untuk gerakan konveyor menghasilkan kecepatan gerak translasi, sebagai berikut : v dn (3) Dimana : v = kecepatan gerak translasi konveyor, m/s n = putaran motor, rpm Untuk sabuk penghubung antara pulley motor dengan pulley konveyor ditunjukkan pada Gambar 6. telah kehilangan energy tersebut akan ditangkap oleh LSC. LSC merupakan detektor semikonduktor yang dapat menangkap dengan baik sinar gamma atau sinar X. Didalam line scan camera ada beberapa detektor semokonduktor yang tersusun berjajar (array). Pada LSC, berkas foton yang ditangkap oleh detektor akan diubah menjadi sinyal-sinyal. Sinyal-sinyal yang keluar dari masing-masing detektor tersebut dijumlahkan untuk kemudian dialirkan ke rangkaian interface yang mengubah menjadi sinyal video. Gambar 7. Menunjukkan konstruksi LSC. Gambar 6. Sabuk V penghubung pulley yang diberi cover pelat Pada gambar diatas motor induksi menggerakan pulley V, pada pulley dipasang sabuk V, kemudian sabuk V menggerakan pulley V yang dihubungkan pada roller, kemudian roller inilah yang menggerakan konveyor, sehingga material angkut bisa dipindahkan kearah tujuan. Sedangkan pada LSC (dengan spesifikasi : XMH8800/4M-024 Line Scan Camera, range energy X ray = kev, Scintillator material = GOS, and active detector length = 617 mm ), interaksi yang terjadi adalah berkas foton yang mengenai suatu objek sebagian energinya akan hilang, hal tersebut dikenal dengan nama efek atenuasi. Efek atenuasi berkas foton oleh suatu objek tergantung dari jenis material atau densitas material, sehingga dengan deteksi efek atenuasi (berupa image), maka bantuk atau jenis dari suatu objek dapat diamati. Berkas foton atau sinar gamma yang Gambar 7. Konstruksi Line Scan Camera Penyebaran radiasi pada bagian muka window LSC bisa menyebabkan turun intensitasnya, hal ini terjadi karena radiasi bergerak lurus dari sumber radiasi, kemudian terhalang oleh peti kemas. Apalagi ketika material angkut discanning dalam keadaan bergerak, maka penyerapan sumber radiasi yang berupa titik pada LSC akan berpengaruh pada hasil pencitraan/gambar, sehingga perlu diketahui kecepatan optimal dari konveyor yang bisa menghasilkan pencitraan terbaik. Mengingat material sumber radiasi berbentuk titik, sedangkan LSC berbentuk batang yang berdiri vertikal, maka jarak antara kedua alat ini sangat menentukan hasil pencitraannya, disamping juga harus diketahui sudut kebebasan posisi LSC ( ), sebagaimana ditunjukkan pada Gambar

5 6. Jumlah kutub stator 4 Kemudian pengujian-pengujian dilakukan untuk mendapatkan nilai optimal yang diharapkan, diantaranya : 3.1. Pengujian optimasi LSC dengan sumber radiasi pada jarak 700 mm. Gambar 8. Pancaran radiasi yang terhalang petikemas dan diterima LSC. Pada pengujian dengan jarak 700 mm ini diatur sumbu LSC dan sumber radiasi satu sumbu (centre line) dengan harapan agar sumber radiasi diterima dengan baik oleh LSC, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 10. Dari gambar diatas, didapatkan hubungan Cosinus segitiga dengan gambar sebagai berikut Gambar 10. Pengujian LSC pada jarak 700 m Gambar 9. Hubungan Cosinus segitiga Dari gambar diatas BC adalah tinggi jendela LSC, AD = L adalah jarak antara jendela LSC dengan jendela sumber radiasi, sedangkan maksimalnya pancaran radiasi titik yang ditangkap oleh LSC ditunjukkan dengan sudut, sehingga hubungan Cosinus segitiga persamaannya dinyatakan sebagai berikut : Kemudian dilakukan pengujian fungsi LSC terhadap sumber radiasi titik dengan kondisi sumber radiasi dalam keadaan tertutup, dihasilkan pencitraan seperti ditunjukkan pada Gambar 11. BC 2 = BA 2 +AC2-2BA.ACCos (4) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil perhitungan dan pertimbangan optimasi gerak konveyor radiasi portal monitor diawali dari Table 1. Tabel 1. Data motor induksi NO DESKRIPSI NILAI 1. Daya motor 0,4 kw 2. Fasa 3 3. Tegangan 380 V 4. Frekuensi 50 Hz 5. Putaran 1380 rpm Gambar 11. Hasil pencitraan sumber tertutup pada jarak 700 mm. Gambar 11. menunjukkan hasil pencitraan yang gelap pada posisi satu sumbu antara sumber radiasi dengan titik pusat LSC, tapi ada pada bagian bawah dan atas layar pencitraan 467

6 yang tidak sama dengan posisi sumbu sumber radiasi dan LSC, yaitu kurang hitam. Untuk pengujian LSC terhadap sumber radiasi titik dengan kondisi sumber dalam keadaan terbuka, dihasilkan pencitraan seperti ditunjukkan pada Gambar 12. Gambar 14. Kecepatan putar motor f = 2,50 Hz Gambar 12. Hasil pencitraan sumber terbuka pada jarak 700 mm. Gambar 12 menunjukkan hasil pencitraan yang terang pada posisi satu sumbu antara sumber radiasi dengan titik pusat LSC, tapi ada pada bagian bawah dab atas layar pencitraan yang tidak sama dengan posisi sumber radiasi dan LSC, yaitu hitam Dari pengujian kerja LSC dan sumber radiasi Cs 137 dengan simulasi objek sebagai material angkut elektrik kontaktor yang ditentukan berdasarkan kecepatan gerak putar motor sebesar : 75 rpm, 67,5 rpm, 60 rpm, 52,5, 45 rpm, 30 rpm yang dihasilkan dari pencitraan sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 13 sampai dengan 24. Pada Gambar 13 dan 14, pencitraan objek dengan kecepatan putar motor f = 2,50 Hz baik bentuk lingkaran yang tidak sama pada sisi kirikanan dan ada benjolan pada sisi kiri. Gambar 15. Kecepatan putar motor f = 2,25 Hz Gambar 16. Kecepatan putar motor f = 2,25 Hz Gambar 13. Kecepatan putar motor f = 2,50 Hz Gambar 17. Kecepatan putar f = 2,00 Hz 468

7 Pada Gambar 15 dan 16, pencitraan objek dengan kecepatan putar motor f = 2,25 Hz baik bentuk lingkaran sisi kiri dan kanan tidak sama, tapi bentuk lingkarannya mulus. Pada Gambar 17 dan 18 pencitraan objek dengan kecepatan putar motor f = 2,00 Hz baik bentuk lingkaran sisi kiri dan kanan tidak sama, tapi bentuk lingkarannya agak mulus bentuk lingkaran sisi kiri dan kanan tidak sama, pada Gambar 19 lingkaran sisi kiri agak benjol, sedangkan pada Gambar 20, bentuk lingkaran sisi kanan yang benjol. Gambar 21. Kecepatan putar motor f = 1,50 Hz Gambar 18. Kecepatan putar motor f = 2,00 Hz Gambar 22. Kecepatan putar motor f = 1,50 Hz (mundur Gambar 19. Kecepatan putar moto f = 1,75 Hz Pada Gambar 21 dan 22 pencitraan objek dengan kecepatan putar motor f = 1,50 Hz baik bentuk lingkaran sisi kiri lebih besar daripada sisi kanan, dan pada lingkaran pada sisi kanan terdapat sedikit benjolan. Pada Gambar 23 dan 24 pencitraan objek dengan kecepatan putar motor f = 1,0 Hz baik bentuk lingkaran sisi kiri dan kanan sama, hanya lingkaran pada sisi kanan terdapat sedikit sekali benjolan. Gambar 20. Kecepatan putar motor f = 1,75 Hz Pada Gambar 19 dan 20 pencitraan objek dengan kecepatan putar motor f = 1,75 Hz baik Gambar 23. Kecepatan putar f = 1,0 Hz 469

8 sumber radiasi dan LSC sejauh 2500 mm dengan sumber tertutup dengan hasil pencitraan seluruh permukaan terjadi secara merata, yaitu hitam dan merata, ditunjukkan pada Gambar 26. Gambar 24. Kecepatan putar motor f = 1,0 Hz Dari kecepatan putar motor sebesar: 2,50Hz, 2,25Hz, 2,00Hz, 1,75Hz, 1,50Hz, dab 1,00 Hz., diperoleh kecepatan konversi putaran motor secara berturut-turut, yaitu 75 rpm, 67,5 rpm, 60 rpm, 52,5 rpm, 45 rpm dan 30 rpm. Dari hasil perhitungan putaran motor konveyor dari kecepatan tinggi sampai dengan kecepatan rendah, yaitu dari 2,50 Hz sampai dengan 1,00 Hz yang identik dengan 75 rpm sampai dengan 30 rpm, ternyata pencitraan lingkaran objek yang seragam lingkarannya terjadi pada kecepatan f = 1,00 Hz atau 30 rpm. Baik Gambar 13 sampai dengan Gambar 24 proses scanning dilakukan pada jarak 700 mm. Adapun kecepatan gerak konveyor dihasilkan dari kecepatan putar motor, yaitu 75 mm/detik, 67,5 mm/detik, 60 mm/detik, 52,5 mm/detik, 45 mm/detik dan 30 mm/detik. Gambar 26. Hasil pencitraan sumber tertutup pada jarak 2500 mm. Sedangkan hasil pencitraan pada jarak antara sumber radiasi dan LSC sejauh 2500 mm dengan sumber terbuka dengan hasil pencitraan seluruh permukaan terjadi secara merata, yaitu putih dan merata, ditunjukkan pada Gambar Pengujian LSC dan sumber radiasi dengan jarak 2500 mm, ditunjukkan pada Gambar 25. Gambar 27. Hasil pencitraan sumber terbuka pada jarak 2500 mm Sedangkan sudut kebebasan LSC yang dihitung dari jarak antara sumber radiasi dan LSC sejauh 2500 mm dan tinggi efektif window LSC 655 mm, maka didapatkan sebesar 14,93 o. 4. KESIMPULAN Gambar 25. Pengujian LSC pada jarak 2500 mm Untuk hasil pencitraannya pada jarak antara Hasil pengujian dan perhitungan gerak konveyor radiasi pertal monitor peti kemas dengan teknik serapan sinar gamma yang dilakukan pada jarak 700 mm pada kecepatan putar motor 1,0 Hz atau dari perhitungan 470

9 diperoleh 30 rpm atau gerak kecepatan konveyor 30 mm/detik ini menunjukkan hasil yang optimal, hanya hasil pencitraan yang terbentuk pada sebagian gambar atau masih terdapat dua warna hitam dan putih (tidak seragam), sedangkan pada pengujian pada jarak 2500 mm dan tinggi LSC 655 mm dan dihitung sudut bebas LSC terhadap sumber radiasi sebesar 14,93 o C dan pada kondisi ini hasil pengujian menunjukkan pencitraan yang seragam warnanya baik pada saat sumber ditutup berwarna hitam dan pada saat sumber dibuka berwarna putih, sehingga optimasi gerak konveyor radiasi portal monitor peti kemas dengan teknik serapan sinar gamma terjadi pada kecepatan gerak konveyor 30 mm/detik dengan jarak antara sumber radiasi dan LSC sejauh 2500 mm. 5. DAFTAR PUSTAKA 1. ANONYMOUS, Pelabuhan Perlu ilengkapi Alat Deteksi Radiasi, Republika.co.id Medan, Selasa, 22 Januari DWI JAMES, Perancangan system konveyor, FT UI, SHERIF S. NAFEE AND MAHMOUD I. ABBAS, A theoretical approach to calibrate radiation portal monitor (RPM) systems, Faculty of Science, Physics Departement, Alexandria University, Egypt, LI. PUJOL, J.A. GONZALEZ AND M.J. SUAREZ NAVARRO, Application of a pedestrian portal monitor at Madrid International Airport in Spain, Univ Politecn Madrid (UPM), Dept Civil Engn Hydraul & Energet,ETSI Caminos, Profesor Aranguren, s/n, Madrid, Spain 5. L.PIBIDA, M. UNTERWEGER AND L. KARAM, Development of gamma ray emiting test sources for portal monitors, Porceedings of the 15 th International Conference on Radionuclide Metrology and its Application, NIST, 100 Bureau Dr. Stop 8462, Gaithersburg, MD , USA, ALICE TOMANIN, PAOLO PEERANI AND GREET JANSENS MAENHOUT, On the optimization of the use of 3He in radiation portal monitors, Nuclear instruments & methods in physics research, University of Ghent, Engineering Faculty, B-9052 Gent-Zwijnaarde, Belgium and European Commission, Joint Research Centre, ITU-Ispra (VA), Italy, T. SCHROETTNER, P. KINDI AND G. PRESLE, Enhancing sensitivity of portal monitoring at varying transit speed, Applied radiation and isotopes Journal, Austria, SULARSO DAN KIYOKATSU SUGA, Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin, PT. Pradnya paramita, Jakarta, ANE PRASETYOWATI R, Pengendalian adaptif motor,ft UI, DISKUSI Henky P.R.: Mengapa harus dilakukan pengujian dengan sumber terbuka dan tertutup? Sanda: Dilakukan pengujian sumber terbuka dan tertutup untuk mengetahui fungsi LSC sejauh mana pencitraan itu terbentuk dengan jarak 700 mm dan 2500 mm dan kecepatan konveyor yang berbeda-beda tergantung dari beberapa frekwensi motornya, yaitu 2,50 Hz, 2,25 Hz, 2,0 Hz, 1,75 Hz, 1,50 Hz dan 1,0 Hz untuk gerak konveyor maju-mundur. Putaran pada 1,0 Hz menunjukkan hasil yang optimal. 471