RANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PROSES - Digilib

ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
RANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN PROSES PAD A KOLOM PENUKAR ION
PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF
R. Sumarbagiono, Husen Zamroni, Nurokhim, Marwoto
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN
ABSTRAK
PENUKAR ION
RANCANGAN
SISTEM PENGENDALIAN
PROSES PAD A KOlOM
PENGOlAH
LlMBAH RADIOAKTIF. Penelitian dilakukan untuk menyusun rancangan sistem
pengendalian aliran fluida pada kolom penukar ion untuk mengolah limbah radioaktif cair aktivitas
rendah dan sedang. Aspek keselamatan menjadi pertimbangan didalam rancangan karena kolom
penukar ion mengandung radionuklida.
Pengendalian kolom penukar ion menggunakan metode pEmgendalian berumpan-balik (feedback
control) meliputi pengendalian buka-tutup aliran, laju aliran dan penyalaan pompa pengumpan.
Pengendalian dilakukan dengan menggunakan mikrokontroler sebagai pengendali proportional
regulating valve, valve dan relay power pompa. Sebagcli input umpan balik digunakan hasil
pengukuran sebuah flowmeter. Sistem juga menggunakan alat pengukur konduktivitas effluent
untuk mengetahui efektivitas operasi kolom penukar ion.
ABSTRACT
DESIGN OF THE PROCESS CONTROll
SYSTEM OF ION EXCHANGE COLUMN FOR
RADIOACTIVE WASTE TREATMENT.
A research has been conducted to develop a design of
the fluid flow control system of an ion exchange column for low and medium level liquid radioactive
waste treatment. Safety aspect to be a consideration because of fluid and column content
radionuclides. The control system uses feedback control method to control open-close flow valve,
flow rate, and feed-pump on/off. The system has a microcontroller that electrically control a
proportional regulating valve, an open/close valve and power of feeding pump. As a feedback input,
the system receives measurement results from an electronic flowmeter. Also, the system uses a
conductivity meter to predict effectivity of ion exhange operation.
PENDAHULUAN
Pusat
Teknologi
Limbah
mengolah
limbah
diresmikan
penggunaannya
lama
maka
radioaktif
perlu
limbah
cair aktivitas
proses
alternatif
Pada penelitian
isian
zeolit
sebenarnya
dan
pengendaliannya.
sesuai
dengan
rendah
sebelumnya
resin
proses
telah dibuat
untuk
mengkaji
memperhatikan
Pengendalian
model
kolom
alternatif
kolom
penukar
penukar
ion yang
229
kolom
ion
telah
dalam
meliputi
dibuat.
sudah
untuk
rendah
penukar
kolom
untuk
tersebut
cukup
pengolahan
ion dipelajari
aktivitas
implementasi
aspek keselamatan,
evaporator
penukar
cair
evaporator
Evaprator
pendamping
kolom
pra-rancangan
fasilitas
sedang.
usia operasi
radioaktif
teknis
dan
seba~jai
Sistem
limbah
rnemiliki
rendah
. Karena
dan sedang.
pengolahan
(PTLR)
aktivitas
pad a tahun
disiapkan
untuk
dengan
cair
Radioaktif
sebagai
dan sedang.
ion dengan
penukar
ion
hal ini keselamatan
pengendalian
Aspek
laju
keselamatan
bahan
yang
dalam
aliran
harus
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
menjadi
pertimbangan
didalam
raneangan
karena
kolom
penukar
ion mengandung
radionuklida.
METODE
Raneangan
sistem pengendalian
limbah radioaktif didasari
laju aliran pad a kolom penukar
pad a penelitian yang telah dilakukan
ion pengolah
sebelumnya
dan studi
literatur. Berkaitan dengan raneangan ini telah dilakukan penelitian model kolom penukar
ion dengan bahan isian zeolit dan rt3sin. Model kolom penukar ion terse but berupa kolom
berdiameter
10 em dan panjang 100 em. Limbah eair simulasi dialirkan
pad a laju alir
330ml/menit melalui kolom[2].
Berdasarkan
literatur, beberapa
negara telah menerapkan
kolom penukar ion dengan
kondisi seperti ditunjukkan pada Tabel1.
Tabel 1. Kondisi operasi kolom penukar ion
Butiran Resin
1-14
1-14
Anion
40-60%
0.5-2
50-80%
Powder
40-80%
Anion
0.25-3
1-13 .2
mm
atau
atau
atau
mrn
Resin
kation
kation
kation
10-1000
100-1000
Organik
0.6-0.8
5-150
1.1-1
0.5-1.8
IJm
kg/L
kg/L
kg/L
Media Inorganik
Organik
Pengendalian
pengendalian
laju alir pada kolom penukar ion diraneang menggunakan
berumpan-balik
adalah sistem pengendalian
antara keluaran
selisihnya
[4]
(feea'back contro0. Sistem pengendalian
metode
berumpan-balik
yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan
dan masukan
aeuan dengan membandingkannya
sebagai alat pengendaliannya[1].
juga disebut sistem pengendalian
Sistem pengendalian
lup tertutup (closed-loop
dan menggunakan
berumpan-balik
biasa
control system) yaitu sistem
kontrol yang sinyal keluarannya mernpunyai pengaruh langsung pada aksi pengendalian[1J.
Gambar 1 memperlihatkan
diagram blok sistem pengendalian lup tertutup.
230
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Prose
MasukanKontroler
Uku
Keluaran
•..
,...
•
~
Eleffil
Gambar 1. Diagram Siok Sistem Pengendalian Lup Tertutup[1].
Aspek
keselamatan
penukar ion mengandung
yang memungkinkan
menjadi
pertimbangan
radionuklida
rancangan
sehingga dipilih pengendalian
petugas mengendalikan
yang aman. Pengendalian
didalam
karena
kolom
secara elektronik
proses secara tidak langsung dalam jarak
kolom penukar ion meliputi pengendalian
laju aliran, buka-
tutup aliran dan pompa.
Sebagai pengendali dapat digunakan sebuah Mikrokontroler,
yaitu suatu peralatan
yang mempunyai semua komponen sistem sebagai pelengkap suatu prosesor dalam satu
keping IC (integrated circuit). Mikrokontroler
dikenal pula sebagai
mikrokontroler
dasarnya embedded microcontroller
keping tunggal (single-chip microcontroller)
yang ditanam
(embedded
microcontroller).
Pad a
merupakan mikrokomputer keping tunggal[3].
Secara garis besar sistem berbasis mikrokontroler dapat terdiri dari
CPU (Central Processing Unit)
RAM (Memori read/write: RAM internal, RAM eksternal)
ROM (Read only memory :ROM, EPROM. EEPROM, Flash EEPROM)
Input/output: keypad/keyboard,
peraga LED/LCD, ADC, DAC, komunikasi serial, dan
lain-lain
Program
Data (variabel dan konstanta).
Hubungan
mikrokontroler
dengan
piranti
lain
dalam
suatu
sistem
pengendalian
diperlihatkan gambar 2.
ROM berfungsi
sebagai
tempat
penyimpanan
program
dan konstanta,
seperti
data
konfigurasi, tabel kalibrasi, faktor skala, dan sebagainya. RAM digunakan sebagai lokasi
penyimpanan data yang akan diolah, data sementara atau data lainnya yang nilainya perlu
diubah-ubah.
Input/output
adalah bagian sistem yang menerima data masukan ataupun
231
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
keluaran. Data ini pad a umumnya berupa bilangan digital yang mungkin berasal dari hasil
konversi besaran analog atau munglcin pula bilangan terse but merupakan kondisi/keadaan
logik (logic state) suatu sistem.
Laju Alir
Pompa: Konduktivitas
nyala/mati
Output
CPU
RAM
ROM
ut
Gambar 2. Hubung!an mikrokontroler dengan piranti lain
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Rancangan Perangkat Keras
Pengendalian
aliran fluida pada kolom penukar ion dilakukan
oleh sebuah mikrokontroler.
Mikrokontroler
tersebut
secara elektronik
mengendalikan
satu buah katup
pengatur laju alir berupa proportional regulating valve, 2 buah openlclose
untuk menghidupkan
dan mematikan
pompa. Mikrokontroler
menerima
pengukur laju alir (flowmeter) sebagai umpan balik pengendalian.
juga menerima
indikator
rancangan
masukan
efektivitas
perangkat
dari alat pengukur
pertukaran
konduktivitas
ion yang terjadi
keras sistem pengendalian
ditunjukkan Gambar 3-7.
232
valve dan relay
masukan
Selain itu mikrokontroler
untuk ditampilkan
pad a kolom
dari
penukar
ion.
sebagai
Gambar
aliran fluida pada kolom penukar ion
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegialan PTLR Tahun 2006
o
G
uC
e
e
o
e
e
Reservoir Limbah Radioaktif
G~Flowmeter
Input Valve
G> Amp. untuk Flowmeter
Relay Input Valve
G)
Relay driver Input Valve
G> Conductivity meter
Pompa
•
Relay Driver Pompa
G~Amp. untuk Conductivity meter
G~ADC untuk Conductivity meter
G~Output Valve
Proportional Regulating Valve
G)
Driver Regulating Valve
6~Relay Driver Output Valve
~
DAC untuk Regulating Valve
EJ) Mikrokontroler
•
Kolom Penukar Ion
•
o
o
Gambar
Relay Power Pompa
3. Konsep Rancangan
ADC untuk Flowmeter
Relay Output Valve
Sistem Pengendalian
233
OUT
Kolom Penukar Ion
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
ISSN 0852 - 2979
FLOWMETER
CONDUCTIVITY
METER
Diameter
0,50 m
WASTE
I OUTPUT
Ii
VALVE
TANK
VOL. 1 M3
CONTROL
PANEL
E
a
..•.
<.>
INPUT
VALVE
iy""
./ )
"'PROPORTIONAL
REGULATING
VALVE
)
!,:
.', f"''''''''
, .." ....
..,..,[
'
Ii
31,
L"~
'~
II
EFFLUENT
FEED PUMP
TANK
VOL. 1 M3
Gambar 4. Sistem Pengendalian Kolom Penukar Ion
234
ISSN 0852 - 2979
Hasil Pene/Wan dan Kegialan PTLR Tahun 2006
30 em
CONTROL
PANEL
RS 232
E
u
<:)
'<t
Notes
o
o
TAMPAK DEPAN
E1>
TAMPAK SAMPING
(~'p
00
TAMPAK BAWAH
Gambar 5. Rancangan
Control Panel Box
PROPORTIONAL
VALVE
FLOW
METER
N
I-
-1
«
Z
I- 0
U
INPUT
VALVE
...J
0> a
G'
«0
z>
~7)~V~,)~
\1/ \"",,,/
\"-=:.:/
0"
8
is''
"-
o.
~
Q~
~ uU)e;
;;/0
5 ~~~
~
CONDUCTIVITY
METER
POWER
PUMP
OUTPUT
VALVE
Gambar 6. TerminallnputiOutput
235
2>
D
Control Panel
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiafan PTLR Tahun 2006
KEYPAD
BAGIAN TUTUP
KOMPONEN CONTROL PANEL
rUSE
COND<.:cn
\:11)'
1"0'/;;[1{
P';';MJ>
mr:~'UT
'.!t'.LVC
Gambar 7. Komponen di dalam Control Panel
Pengendali/Kontroler
Mikrokontroler dipilih sebagai pengendali dengan alasan antara lain:
Dapat diprogram (programable)
Ukuran fisik kecil namun memiliki fasilitas internal yang eukup banyak
Bisa dihubungkan
dengan kornputer sebagai slave atau beroperasi
(stand alone).
Harga relatif murah
Memberi kemudahan kepada pemakai (user friendly)
Konsumsi energi yang keeil.
236
seeara mandiri
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelilian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Pad a saat ini tersedia
beragam variasi dari embedded
microcontroller.
Mikrokontroler
keluarga 8051 Uuga disebut keluarga MCS-51) buatan Atmel dan mikrokontroler
AN2141
buatan Cypress merupakan salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan.
Pada rancangan sistem pengendalian
aliran fluida pad a kolom penukar ion digunakan
mikrokontroler DT51 yang merupakan pengembangan mikrokontroler keluarga MCS-51TM
yang sederhana,
komponen
handal,
utamanya
dan ekonomis.
mikrokontroler
DT-51 berbentuk
AT89S51.
mudah. Perangkat
kemudian
ke board DT-51 dan dijalankan.
(stand-alone)
minimum
DT-51 memungkinkan
aplikasi digital dengan
di-download
sistem
lunak pengendalian
pada sistem yang ada tanpa penggantian
dengan
pengembangan
dibuat pada komputer,
DT-51 dapat bekerja sendiri
atau penambahan
komponen.
DT51 telah dilengkapi dengan debugger DT51 0 sehin£lga kesalahan program lebih mudah
dilacak. Selain DT51 tipe standar terdapat juga DT51 versi PetraFuz yang merupakan
Fuzzy Logic Controller berbasis MCS-51. Pad a mikrokontroler
rutin
pengendalian
sehingga
memudahkan
dalam
ini telah disediakan rutin-
pengembangan
sistem
kontrol[5].
Gambar 8 menunjukkan tata letak komponen elektronik DT51.
Spesifikasi DT-51 adalah sebagai berikut[5] :
Berbasis mikrokontroler AT89S51 yang berstandar industri.
Serial port interface standar RS-232 untuk komunikasi
antara komputer dengan
board DT -51 .
8 Kbytes non-volatile memory (EEPROM) untuk: menyimpan program dan data.
4 port input output (I/O) dengan kapasitas 8 bit tiap port-nya.
Port Liquid Crystal Display (LCD) untuk keperluan tampilan.
Konektor
ekspansi
untuk menghubungkan
kompatibel dari Innovative Electronics.
237
DT-51 dengan
add-on board yang
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegialan PTLR Tahun 2006
h_1
I P<m~ I PlRla
~-D-O-Tl:-a.-p-D-or-I-I
0:
Dimensi: 10,3 em (P) x 8,4 em (L) x 1,9 em (T)
Gambar 8. Tata Letak DT51 [5].
Mikrokontroler
input/output,
DT51
diraneang
untuk
melakukan
pengendalian
buka-tutup
katup pengatur laju alir dan penyalaan pompa pengumpan.
katup
Mikrokontroler
juga menerima masukan dari pengukur konduktivitas dan input umpan balik dari sebuah
flowmeter. Karena katup pengatur laju alir bekerja dengan sinyal analog maka diperlukan
piranti Digital to Analog Converter (DAC) untuk mengubah data digital pengendali
dari
mikrokontroler
dan
menjadi
flowmeter Juga
Converter
berupa
(ADC)
mikrokontroler.
sinyal analog. Masukan dari alat pengukur
untuk
sinyal
analog
sehingga
mengubahnya
diperlukan
menjadi
data
konduktivitas
piranti
digital
Analog
yang
Pad a raneangan digunakan sistem analog input/output
12C ADDA. Alat ini dapat dihubun9kan dengan mikrokontroler
to Digital
bisa
dibaea
(ADC/DAC) DT51
DT51 menggunakan
12C-
bus. DT51 12C ADDA mengubah sinyal analog seperti tegangan atau arus ke data biner
dan sebaliknya[6J.
Spesifikasi DT51 12CADDA adalah sebagai berikut[6] :
Empat channel 8 bit Analog Input (Analog to Digital Converter/ ADC) yang dapat
diprogram sebagai single-ended atau differential inputs.
o
Input range: 0 - 2,5 volt (single ended), ±1 ,25V (differential)
o
Output Serial 12C-bu5
o
Conversion time: 90
~s (max)
Satu channel 8 bit Analog Output (Digital to Analog Converter/ DAC)
o
Input Serial12C-bus
238
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
o
Output range:
0- 2,5 volt
o
0
DT51 I2C ADDA
BY INNOVATIVE ELECTRONICS
~
...•
".,.,
Nm=!
iO~~~~
0 [J
M
•.•
-
...,..,
j
'5
O1N~
a
"'-
p
!i
~
CJ
Or;
~NOO
cnBJ~ CJ
[:j
oq;
[J
'"
z
0
o ,~ED6Bo~' 0
!1
5V
+
-
Copyright
2000
Gambar 8. Tata Letak DT51 12CADDA[6]
Untuk melakukan pengendalian terhadap katup input/output dan penyalaan pompa
pengumpan digunakan sinyal yang berasal dari port 10 mikrokontroler.
dan pompa
pengumpan
sehingga mikrokontroler
10. Tegangan
menghidupkan
hanya mempunyai
Katup input/output
2 kondisi yaitu hidup atau mati (biner)
dapat memberikan tegangan OV (mati) dan 5V (hidup) dari port
5V dari
port
10 tersebut
tidak
cukup
untuk
memicu
relay
yang
dan mematikan katup atau pompa sehingga dibutuhkan rangkaian Driver
Relay untuk menaikkan sinyal tegangan terse but menjadi 12V.
Piranti yang Dikendalikan
1. Katup Masukan (Input Valve) dan Katup Keluaran (Output Valve)
Untuk membuka dan menutup masukan dan keluaran sistem penukar ion digunakan
katup elektrik dari jenis yang sam a yang disebut open/close
electric valve. Sesuai
dengan namanya, katup jenis ini hanya mempunyai dua kondisi, yaitu kondisi terbuka
dan tertutup. Katup masukan dan keluaran akan selalu pada kondisi tertutup pad a saat
kolom penukar ion tidak beroperasi
sehingga
di~lunakan jenis katup yang disebut
normally closed valve. Pada katup jenis ini kondisi tertutup terjadi bila tidak ada catu
daya yang diberikan pad a selenoid/coil
katup dan terbuka bila selenoid mendapatkan
catu daya.
Mikrokontroler
sebagai perangkat
digital mempunyai
mengeluarkan
sinyal biner a (katup tertutup)yang
port output untuk kontrol yang
dinyatakan dengan output tegangan
OV dan biner 1 (katup terbuka) dinyatakan dengan tegangan 5V. Pada umumnya relay
yang digunakan
untuk memutus dan menyambung aliran listrik ke selenoid beroperasi
239
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
pad a tegangan diatas 5V sehing~la diperlukan rangkaian tambahan untuk mengkoversi
tegangan 5 V dari output mikrokontroler menjadi tegangan operasi relay. Rangkaian ini
disebut biasa disebut relay driver. Pad a saat mikrokontroler
memberikan
sinyal untuk
membuka Input/Output valve maka rangkaian relay driver akan memberikan tegangan
12VDC kepada selenoid Input/Output valve sehingga katup tersebut terbuka.
Spesifikasi Input/Output valve yang dapat digunakan adalah sebagai berikut :
Input/Output
Bahan
Control
Siqnals
Linear
Control
Catu
Repeatability
Wiringdaya
Response
TimeRanqe
Valve
Valve Type
-msec
Gommon
@ max pressure
12
Stainless
steel
1b
--85%
aliran
penuh
closed
- Vdc
dcVdc
power
supply
±5%
(in
operating
linear
control
o2-wav
Off
Open
:Normallv
katup
- Off:
tertutup;
40 msec
10Vdc
@: katup
0range)
pressure;
terbuka100
3.64"
[92,5]
1-1~
_._-...••
~J-J
2.50"
j~~n
I
[63.5J
[?-
=t:
--~
~4-
2.25;'
[57.~]
-1
Gambar 9. Contoh Input/Output Valve (sumber: Command Controls Corp.)
240
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahll/1 2006
Transistor Driven Relay
D1
+12Vo
n
12V
Ry
lli=
output
~ 1:120.n.
1N4001
D"'
..
1N4001
':' Gnd.
Fig.5
Gambar 10. Contoh skema Relay Driver (sumber:
http://www.uoguelph.ca/-antoon/gadgets/relays/relays.html)
2. Pompa Pengumpan (Feed Pump)
Pompa pengumpan kolom penukar ion dinyalakan dan dimatikan oleh rangkaian relay
yang dikendalikan
menyambung
oleh mikrokontroler.
Relay ini bekerja dengan cara memutus atau
aliran listrik ke pompa. Relay dan rangkaian Relay Driver untuk pompa
serupa dengan rangkaian relay yang digunakan pada katup masukan/keluaran,
diperlukan
relay yang mampu menyambungkan
pompa membutuhkan
tetapi
arus listrik yang lebih besar karena
daya yang lebih besar daripada daya yang diperlukan selenoid
katup.
3. Katup Pengatur (Regulating Valve)
Katup pengatur digunakan untuk mengatur laju alir fluida yang masuk ke dalam kolom
penukar ion. Untuk itu diperlukan
katup pengatur elektronik
yang beroperasi
pad a
kisaran laju alir operasi kolom. Katup ini bekerja seperti katup pengatur mekanik pad a
umumnya namun bukaan katup diatur dengan besarnya sinyal berupa tegangan listrik
yang diterima
selenoid
katup. Untuk mengendalikan
Katup Pengatur ini digunakan
sinyal tegangan analog yang berasal rangkaian DAC (Digital to Analog Converter) yang
berfungsi untuk mengkonversi
sesuai. Untuk keperluan
nilai output digital mikrokontroler menjadi tegangan yang
ini dapat dipilih DAC 8 bit yang ada pada alat DT51 12C
ADDA. DAC ini mampu membagi posisi bukaan katup menjadi 256 posisi bukaan mulai
dari keadaan tertutup hingga terbuka penuh.
Spesifikasi Regulating valve yang dapat digunakan adalah sebagai berikut :
24]
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Proportional Regulating Valve
closed
Valve Type
Bahan
Catu daya
Control Signals
Response Time
e)
r
LIMITED RANGE ADJUSTMEl-JT
( SC"'EW TYPE )
1.62"
[41.1]
L_
y -- - - REGhrri
r.
1. .)
[33,8]
T
3-" --FULJ
r.\~
I
-t
11 1
1
-t-...=:.~~_
r----1i
[44,5]
T
L_\~
,38
I~
1.75"
~
"12:-
[9,7]
3.50"
DIA. 2
[88.9J
L.28'·
MTG. HOLES
Gambar 11. Contoh Proportional Regulating Valve (sumber: Command Controls Corp.)
Umpan Balik Pengendalian
Untuk mengukur laju alir keluaran kolom penukar ion digunakan sebuah pengukur
laju alir (flowmeter).
Hasil pengukuran
alat ini akan dijadikan
acuan (feedback)
untuk
mengkoreksi pengaturan laju alir umpan. Output pengukur laju alir fluida ini berupa sinyal
tegangan
listrik analog sehingga
mikrokontroler.
perlu diubah menjadi digital agar dapat dibaca oleh
Konversi sinyal analog menjadi digital dikerjakan oleh rangkaian elektronik
ADC (Analog to Digital Converter).
ADDA
yang
Vimax/256
mampu
dimana
mengkonversi
Vimax
adalah
Dapat digunakan ADC 8 bit pad a piranti DT51 12C
sinyal
tegangan
pengukuran flowmeter.
242
analog
dari
maksimum
flowmeter
yang
dengan
bisa
ketelitian
dihasilkan
dari
ISSN 0852 - 2979
Hasi! Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Sebagai pengukur laju alir fluida dapat digunakan FPR 200 Flow Sensor buatan Omega
Engineering, Inc. yang menggunakan teknologi tangential turbine.[8]
Spesifikasi Pengukur Laju Alir :
FLOW
SENSOR
WITH
STEEL BODY
30
2%
mA
DC
infinite
0.5%
15
of
full
GPM
scale
scale
0.5
2252F
-of
PEEK
and
2
seconds
to2090%
acetal
200
PSI
clear
cover,
500STAINLESS
PSI SS cover
12-35VDC,
mA
316SS,
Epoxy,
Lexan®
and
F'VC
copolymer,
Buna,
Tipe
aximum
Current
esolution
etted
materials
on-wetted
materials
ow rate
accuracy
ax.
easuring
temperature
range
ower
requirements
epeatability
esponse
time
aximum pressure
Gambar 12. Contoh Flowmeter (sumber: http://www.omega.com)
Pengukur Konduktivitas (Conductivity Meter)
Dalam rancangan sistem pengendalian aliran fluida pada kolom penukar ion hasil
pengukuran konduktivitas effluent tidak dijadikan seba~Jai umpan balik pengendalian. Hasil
pengukuran
konduktivitas
menunjukkan
efektivitas
dibaca oleh mikrokontroler
proses
pertukaran
dan ditampilkan
ion yang
terjadi.
Pada
ke LCD untuk
pengembangan
selanjutnya hasil pengukuran ini dapat dijadikan umpan balik pengendalian.
Sebagai
pengukur
CDTX-45T
konduktivitas
fluida dapat digunakan
buatan Omega Engineering,
toroidal
Inc. yang dirancang
untuk memonitor
online konduktivitas larutan kimia atau air di dalam suatu proses[7].
243
conductivity
system
secara
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Spesifikasi Pengukur Konduktivitas[;'] :
Measuring Range
Main Input: 0 pS to 2000 mS % concentration, mg/L
total dissolved solids; loop current 4 to 20 mA
Sensor Temperature: -10 to 210°C (14 to 410°F)
Main Parameter Ranges: 0 to 2000 pS, 0 to 2 mS, 0
to 20 mS, 0 to 200 mS,
o to 2000 illS, 0 to 2 S
Repeatabilit
Sensitivi(
Non-Linearit
Stabifit
Temperature Drift
Warm-Up Time
Response Time
0.3% of span atau 0.1 pS, mana yang lebih besar
0.05% of span atau 0.1 pS, mana yang lebih besar
0.3% of span atau 0.1 pS, mana yang lebih besar
O. II % of span per 24 hr
Span or zero, 0.03% of span?C
7 s to rated performance
6 s to 90% of step input at lowest setting Max Sensorto-Analyzer Distance: 61 m (200'
Toroidal electrode
Sensor
Wetted Materials
Sensor Cable
Pressure Limit
Temoerature Ranae
Polypropylene or PEEKTM
6. 'f m (20') standard, maximum len
150 psig
o to 105°C (32 to 221°F
u __
sensor
pemasangan sensor
Gambar 12. Contoh Conciuctivity meter (sumber: http://www.omega.com)
B. Rancangan Perangkat Lunak
Sistem
menjalankan
pengendalian
suatu perangkat
kolom
penukar
ion menggunakan
lunak pengendalian.
mikrokontroler
Gambar 4 menunjukkan
bagan alir
perangkat lunak pengendalian den~Jan algoritma sebagai berikut :
1. 8aca data laju alir yang diinginkan (V1)
2. 8uka katup masukan (input valve) dan katup keluaran (output valve)
3. Hidupkan Pompa pengumpan
4.
Ukur Konduktivitas Effluent pad a output kolom penukar ion (C) dan tampilkan
244
yang
155N 0852 - 2979
Hasi/ Penelilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006
5. Ukur Laju alir keluaran kolom penukar ion (V2)
6. Jika nilai V1 tidak sarna dengan V2 maka lakukan
pengaturan regulating valve dan
penyalaan pompa
7. Ulangi dari langkah ke-5 hingga selesai
8. Jika selesai, tutup katup masukan (input valve) dan katup keluaran (output valve)
serta matikan pompa.
Atur
Regulating Valve
dan
Penyalaan
Pompa
tidak
Gambar 4. Bagan Alir Perangkat Lunak Pengendalian
245
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
KESIMPULAN
Dari rancangan Sistem Pengendalian
Proses pada Kolom Penukar Ion Pengolah
Limbah Radioaktif dapat diambil kesimpulan :
1. Aspek keselamatan menjadi pertimbangan didalam rancangan
ion mengandung
memungkinkan
radionuklida
sehingga dipilih pengendalian
petugas mengendalikan
karena kolom penukar
secara elektronik
yang
proses secara tidak langsung dalam jarak
yang aman ..
2. Pengendalian
kolom penukar ion meliputi buka-tutup aliran, pengendalian
laju aliran
dan penyalaan pompa.
3. Pengendalian
kolom penukar ion menggunakan
metode pengendalian
berumpan-
balik (feedback control).
4.
Pengendalian
mikrokontroler
kolom
penukar
ion
menggunakan
piranti
elektronik
sebagai pengendali satu buah katup pengatur (proportional
valve), dua buah katup input/output
(input/output
utama
regulating
valve) dan on/off relay pompa.
Sebagai input umpan balik digunakan hasil pengukuran sebuah flowmeter. Selain itu
digunakan pengukur konduktivitas effluent untuk memperkirakan
pertukaran ion yang
terjadi.
DAFT AR PUST AKA
1. Katsuhiko Ogata, Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 1, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1991
2. R. Sumarbagiono dkk., Pengaruh ukuran butir zeolit dan bed volume pada pengolahan
limbah radioaktif cair aktivitas rendah dan sedang menggunakan kolom penukar ion, Hasil
Penelitian Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif tahun 2003, P2PLRBATAN, Serpong 2003.
3. Wiranto Budi Santoso, PerkemlJangan Mikrokontroler, Pelatihan Aplikasi Mikrokontroler
dalam Instrumentasi Nuklir, P2PN BATAN, SerpongJ 2003
4. IAEAJ Application of Ion Exchan~JeProcesses for the Treatment of Radioactive Waste and
Management of Spent Ion ExchangersJ
Technical Report Series NoA08, IAEA ViennaJ
2002
5. -, Manual DT51 ver3.3J Innovative ElectronicsJ JakartaJ 2003
6. -, Manual DT51 12C ADDAJ Innovative ElectronicsJ JakartaJ 2003
7.
Toroidal Conductivity System,Omega Engineering, Inc'J http://www.omega.com/ppU
pptsc.asp?ref=CDTX-45T, 2006
8. -, Liquid Flow Transmitters With I/isuallndication, Omega EngineeringJ Inc'J
http://www.omega.com/ppUpptsc .asp?ref= FPR200& Nav=g ref02, 2006
-J
246
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahul1 2006
ISSN 0852 - 2979
Lampiran
CONDUCTIVITY
METER
OUTPUT
VALVE
Diameter
0,50 m
WASTE TANK
VOL 1 M3
CONTROL
PANEL
E
'"
•....
ci
a""
E
INPUT
VALVE
FEED
EFFLUENT TANK
VOL 1 M3
PUMP
0,75 m
Desain Pengendalian pada Instalasi Pengolah
Umbah Cair dengan Kolom Penukar Ion
Revisi : 00
28 Januari 2007
Dirancang oleh :
BTPLDD
DI9ambar olcl1 ;
If. Sumarbagiono,
MT
DipHiksa oleh :
Ir. Husen
PTLR BATAN
Zamroni
Diselujui olch :
Ir. Muljono
Darjoko,
SUo
Kcpala BTPlDD
247
Nasi! Penelilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006
E
u
E
o
'
fSSN
~L~~~.
"""
LO
,
,
,
1" Schedule 10
SS304 pipe
:
,,~~-
0852 - 2979
0.5" Pressure
Cont;1
Valve
~
Lmmm
o
,
l{)
j
Resin Loading ~o.
Window
E
/0 .
o
o
i
!
2" Schedule 10
SS304 pipe
.-/
6" Schedule 10
SS304 pipe
I
E
u
o
N
..-
2" Schedule 10
SS304 pipe
Resin Unloading
Window
oE
I'oE
I'-
E
o
LO
E
o
o
TAMPAK DEPAN
TAMPAK SAMPING
E
o
N
(")
Desain Kolom Penukar Ion
Revisi : 00
28 Januafi 2007
Dirancang oleh :
BTPLDD
7cm
Digambaf oleh
TAMPAK ATAS
If. Sumafbagiono,
MT
Diperiksa oleh .
11.Husen Zamroni
PTLR BATAN
248
DlselUjui oleh :
If. Muljono Dafjoko,
Kepala BTPLDD
SUo