Efektifitas Respon Sensor Proximity Induktif dalam Menyortir Pecahan Logam pada Model Conveyor
Alfian Djafar1*, Rizaldy Gunawan2, Hadhimas Dwi Haryono3, Doddy Suanggana4
1,2,3,4Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Kalimantan, Balikpapan Indonesia
*Koresponden email: [email protected]
Diterima: 11 November 2022 Disetujui: 29 November 2022
Abstract
Mining commodities such as coal, gold, copper, and other mining products are closely related to the use of conveyors. In the material handling process, metal shards follow into the bulk material. This incident can cause damage to the crusher teeth. Therefore, this study developed a conveyor with a metal impurity sorting system. To detect, the sensor used is an inductive proximity sensor. When Mining material moves from the head pulley to the tail pulley, the inductive proximity sensor detects metal shards. The proximity sensor detects metal shards to be input, and then the Arduino Uno orders the servo motor to move the sorting lever.
The independent variables used are mining materials and metal shards. The mining materials are used in the form of coal, sand, and rock. At the same time, the metal shards are iron (Fe), Copper (Cu), and Aluminum (Al). The dependent variable used is the response effectiveness of the metal sorter. Based on the study's results, the conclusion is that the proximity sensor can work well. The inductive proximity sensor can detect metal shards with a success rate of 92.59%. When the sensor detects metal impurities, instructions will be given to the servo motor and actuate the sorting lever. The success rate of the sorting lever that pushes and separates metal impurities from the mining material is 88.89%.
Keywords: inductive proximity sensor, sorter lever, metal shards, the mining material, the response effectiveness.
Abstrak
Komoditi hasil tambang seperti batu bara, emas, tembaga dan hasil tambang lainnya erat kaitannya dengan penggunaan conveyor. Pada proses pemindahan material, seringkali pecahan logam ikut pada bulk material.
Hal ini bisa menyebabkan terjadinya kerusakan pada gigi crusher oleh karena itu penelitian ini mengembangkan conveyor yang dilengkapi dengan sistem penyortir pecahan logam. Untuk mendeteksi logam, sensor yang digunakan adalah sensor proximity induktif. Ketika Material akan diangkut dari head pulley ke tail pulley, sensor proximity induktif akan mendeteksi pecahan logam. Sensor proximity induktif mendeteksi logam menjadi input, kemudian mikrokontroler Arduino Uno meneruskan perintah ke motor servo untuk menggerakkan tuas pemilah. Variabel independen yang digunakan berupa material tambang dan pecahan logam. Material tambang yang digunakan berupa batu bara, pasir, dan batuan. Sedangkan pecahan logam adalah besi (Fe), Tembaga (Cu), dan Aluminium (Al). Variabel dependen yang digunakan adalah efektivitas respons penyortir logam. Berdasarkan hasil penelitian, kesimpulan yang diperoleh adalah sensor proximity induktif dapat bekerja dengan baik. Sensor proximity induktif dapat mendeteksi pecahan logam dengan tingkat keberhasilan 92,59 %. Ketika sensor telah mendeteksi pecahan logam, instruksi akan diberikan ke motor servo dan menggerakkan tuas pemilah. Tingkat keberhasilan dari tuas pemilah mendorong dan memisahkan pecahan logam dari material tambang sebesar 88,89%.
Kata Kunci: sensor proximity induktif, tuas pemilah, pecahan logam, material tambang, efektivitas respon.
1. Pendahuluan
Peningkatan kemampuan dan kualitas untuk menunjang proses produksi yang ada di dunia industri perlu dilakukan. Peningkatan kualitas dan kuantitas diupayakan dengan penambahan jumlah peralatan, jumlah pekerjanya, serta peningkatan kemampuan operator dan kualitas dari peralatannya [1]. Peralatan yang dimaksud adalah mesin-mesin yang digunakan dalam membuat berbagai jenis produk [2]. Selain mesin-mesin produksi, mesin pemindah bahan juga dibutuhkan. Mesin pemindah bahan bertugas dalam memindahkan muatan di lokasi atau area, departemen, pabrik, lokasi, konstruksi, tempat penumpukan bahan, tempat penyimpanan, dan bongkar muatan [3]. Boleh dikatakan, muatan yang dipindahkan terbagi dua, muatan curah dan juga muatan satuan [4].
Salah satu mesin pemindah bahan yang biasanya digunakan adalah mesin conveyor. Conveyor sifatnya statis, khusus mengangkut produk atau material secara kontinyu pada jalur yang tetap [5]. conveyor beberapa komponen utama seperti penggerak dan pemindah daya. Penggerak yang umum digunakan adalah motor listrik, kemudian diteruskan oleh mekanisme pemindah daya. Pemindah dayanya berupa roda gigi, rantai atau pulley dan belt. Belt atau sabuk terletak di atas roller-roller penumpu akan bergerak memindahkan material yang terdapat di atas sabuk. sabuk bergerak secara translasi pada bidang datar atau miring tergantung dari jenis perencanaan struktur conveyor.
Komoditi hasil tambang seperti batubara, emas, tembaga dan hasil tambang lainnya erat kaitannya dengan penggunaan conveyor. Conveyor digunakan untuk mengangkut bulk material. Kemudian bulk material melewati beberapa proses pengolahan, salah satunya tahapan pada stone crusher. Stone crusher adalah mesin untuk menghancurkan batu-batu besar menjadi batu kecil (agregat)[6]. Pada proses ini, gigi crusher akan melakukan penggerusan pada material, namun terkadang terdapat benda-benda pengotor berupa logam yang dapat merusak gigi crusher. Solusinya untuk mencegah masalah ini adalah metal detector. Namun, ketika metal detector mendeteksi logam, sistem penggerak conveyor akan ikut berhenti.
Cara ini akan menyebabkan kegiatan produksi berhenti sementara hingga pecahan ogam disingkirkan. Hal ini mengakibatkan menurunnya tingkat efektifitas dalam hal produksi. Dengan kondisi tersebut, penerapan teknologi penyortir benda logam pada conveyor menjadi salah satu pilihan tepat yang dapat dilakukan.
Dengan berbagai macam penerapan, Pengembangan conveyor telah banyak dilakukan. Merujuk pada penelitian Arijaya, conveyor yang diperuntukkan untuk memilah barang. Sistem pemilah barang menggunakan Arduino Uno yang dilengkapi dengan sensor ultrasonik dan juga sensor load cell. Sensor ultrasonik digunakan untuk mengukur tinggi dan lebar barang, sedangkan sensor load cell mengukur berat barangnya[7]. Penggunaan conveyor untuk limbah dengan bahan uji coba berupa baut, kertas, tutup botol, kayu, aluminium, besi, daun, kertas karton, kaleng minuman, dan plastik kresek. Logam dan non logam akan dipilah. Komponen utama yang digunakan adalah sensor proximity sebagai pembaca limbah, motor servo sebagai pemisah dan arduino sebagai mikrokontroler. Ketika sensor proximity mendeteksi limbah logam, motor servo akan mendorong ke kanan, dan akan mendorong ke arah sebaliknya jika bukan non logam [8].
Mengacu pada penelitian sebelumnya, penelitian ini juga mengembangkan conveyor yang dilengkapi dengan sistem penyortir pecahan logam yang ikut pada material hasil tambang. Hasil tambang yang digunakan adalah batu bara, batu koral, dan pasir. Sedangkan untuk pecahan logam, digunakan besi, aluminium, dan tembaga. Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Uno R3. Arduino Uno R3 menggunakan ATmega 328, yang memiliki 14 pin digital input/output (I/O) [9]. Program yang digunakan adalah Arduino IDE, yang terdiri dari editor program, compiler, dan uploader [10].
Sensor proximity bisa sebagai penyortir logam dan juga non logam[11]. Sensor ini biasa disebut dengan sensor proximity induktif. Sensor proximity induktif mampu mendeteksi keberadaan objek logam karena menggunakan medan elektromagnet [12]. Selain itu, terdapat sensor proximity kapastif yang berfungsi mendeteksi benda organik atau anorganik[13]. Jadi, untuk penelitian ini, sensor yang digunakan adalah sensor proximity induktif. Ketika sensor proximity induktif mendeteksi logam, maka tuas pemisah akan bergerak dan membuang pecahan logam yang ada di atas conveyor. Tuas pemisah digerakkan oleh motor servo. Motor servo mampu bergerak dua arah, clock wise dan counter clockwise. Perpindahannya berupa sudut, biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu dan tidak kontinyu [14]. Untuk meneruskan kecepatan dari motor ke head pulley, digunakan transmisi pulley dan belt. Perhitungan kecepatan belt dipengaruhi oleh diameter pulley dan putaran[15-16] . Berikut persamaannya:
Vbelt=p. d1. N1 60
(1)
Dari persamaan (1), Vbelt adalah kecepatan belt (m/s), d1 adalah diameter drive pulley, dan N1 adalah putaran drive pulley per menit. Hasil yang ingin dari penelitian ini adalah efektifitas respon dari penyortir logam. Efektifitasnya mengacu seberapa besar tingkat keberhasilan sensor proximity induktif dalam mendeteksi pecahan logam, dan tuas pemilah memisahkan pecahan logam dari material tambang. Pengujian ini mengacu pada penelitian sebelumnya [17]. Adapun persamaan yang digunakan adalah:
Tingkat Keberhasilan =Jumlah Pengujian yang berhasil
Total Pengujian x100% (2)
2. Metode Penelitian
Alur penelitian dapat dilhat pada Gambar 1, prosesnya dimulai dengan studi literatur, pengumpulan data, identifikasi dan perumusan masalah, pembuatan alat hingga melakukan uji coba serta evaluasi hasil pengujian. Pembuatan alat mengikuti model yang telah dibuat sketsanya pada Gambar 2.
Gambar 2 menunjukkan bagian-bagian dari mesin conveyor yang dilengkapi penyortir pecahan logam.
Head pulley dan belt bertujuan untuk mengangkut bulk material. Sebagai penggerak, digunakan motor DC dimana putarannya diatur oleh PWM Controller.
Gambar 1. Diagram alir penelitian Sumber: Data penelitian (2022)
Untuk meneruskan daya dan putaran ke head pulley, digunakan transmisi pulley dan belt. Ketika Material akan diangkut dari head pulley ke tail pulley, sensor proximity induktif akan mendeteksi pecahan logam. Pendeteksian sensor proximity induktif menjadi input, kemudian mikrokontroler Arduino Uno meneruskan perintah ke motor servo untuk menggerakkan tuas pemilah.
Gambar 2. Sketsa awal penyortir pecahan logam pada mesin conveyor Sumber: Data penelitian (2022)
Untuk pengujian, penelitian ini memiliki beberapa variabel penelitian. Variabel kontrol pada penelitian ini adalah:
1. Tipe Struktur Konveyor : Conveyor tipe horisontal 2. Tipe Konveyor : Sabuk conveyor
3. Dimensi pecahan logam : 3×2,5×0,03 cm 4. Jarak Deteksi Sensor : 0 cm – 6 cm 5. Input Tegangan Sensor : 3,3 V
6. Sensor pendeteksi logam : Sensor proximity induktif 7. Aktuator tuas pemilah : motor servo
Variabel independen yang digunakan berupa material tambang dan pecahan logam. Material tambang yang digunakan berupa batu bara, pasir, dan batuan. Sedangkan pecahan logam adalah besi (Fe),
Tembaga (Cu), dan Aluminium (Al). Variabel dependen yang digunakan adalah efektivitas respon penyortir logam.
3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Persiapan Pengujian
Penentuan mekanisme penggerak belt conveyor dengan head pulley sebagai drive pulley yang mendistribusikan kecepatan dari motor DC menuju belt conveyor. Kecepatan motor DC dikendalikan dengan sistem PWM Controller, suplai tegangan sebesar 12V didapatkan dari baterai. Kecepatan putaran drive pulley diatur hingga 56,2 rpm, menyesuaikan dengan respon motor servo terhadap waktu deteksi sensor, juga material angkut yang dibawa oleh conveyor. Diameter drive pulley diketahui sebesar 0,036 m.
Sehingga, dengan menggunakan persamaan 1, besarnya kecepatan belt conveyor diketahui sebagai berikut:
Vbelt=p. d1. N1
60 Vbelt=p. 0,036.56,2
60 = 0,11 m/s
Setelah menentukan kecepatan, selanjutnya adalah membuat dan merakit alat sesuai dengan Gambar 2, hasil pembuatan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Model penyortir pecahan logam pada mesin conveyor Sumber: Data penelitian (2022)
3.2. Pelaksanaan pengujian
Pelaksanaan pengujian dilakukan dengan memasukkan pecahan logam ke material hasil tambang.
pecahan logam dan jenis material berdasarkan variabel independen. Gambar 4, 5, dan 6 menunjukkan pengujian yang dilakukan masing-masing menggunakan material batu bara, batu koral, dan pasir. Pengujian sebanyak tiga kali untuk setiap pecahan logam. Pengujian I, posisi pecahan logam berada di atas tumpukan material. Pengujian I bisa dilihat pada Gambar 4(a), 5(a) dan 6(a). Pengujian II yang ditunjukkan pada Gambar 4(b), 5(b), dan 6(b), pecahan logam tertimbun oleh tumpukan material. Pengujian terakhir, pecahan logam aluminium berada di tengah-tengah dari material seperti yang terlihat pada Gambar 4(c), 5(c), dan 6(c).
(a) (b) (c) Gambar 4. Pengujian efektivitas respon penyortir logam pada material batu bara
Sumber: Hasil penelitian (2022)
(a) (b) (c)
Gambar 5. Pengujian efektifitas respon penyortir logam pada material batu koral Sumber: Hasil penelitian (2022)
(a) (b) (c)
Gambar 6. Pengujian efektivitas respon penyortir logam pada material pasir Sumber: Hasil penelitian (2022)
Hasil pengujian efektivitas respon penyortir ketiga pecahan logam pada tiga material pada dapat dilihat pada Tabel 1. Jika penyortir bekerja dan logam terdorong, maka akan diberi tanda “Ya”, dan akan diberi tanda “tidak” apabila terjadi kondisi sebaliknya. Berdasarkan Tabel 1, material batu bara dan batu koral, baik pecahan logam Al, Cu, dan Fe, menunjukkan bahwa sensor proximity induktif dapat bekerja dengan baik sehingga sistem penyortirnya bekerja. Kemudian instruksinya diteruskan sehingga motor servo bekerja untuk menggerakkan tuas pemilah mendorong logam. Namun, percobaan variasi berupa material
Kendala dialami pada pengujian efektivitas penyortir logam pada material pasir dengan pecahan logam Al. Pada pengujian I, posisi logam yang berada di atas material pasir bisa dideteksi, tetapi tuas pemilah tidak bekerja sehingga pecahan logam Al ikut masuk ke dalam penampungan. Berbeda dengan batu bara dan batu koral, pasir lebih menumpuk dan membebani belt sehingga terjadi lendutan pada belt yang menyebabkan motor servo menjadi terbebani dan kecepatan putaran belt menurun. Akibat dari menurunnya kecepatan belt, waktu tunggu deteksi sensor untuk memerintahkan motor servo bergerak menjadi terganggu. Sehingga, ketika logam belum mencapai posisinya, tuas penyortir sudah terlebih dahulu bergerak dan mendorong material yang tercampur dengan pecahan logam.
Selain pengujian I, pengujian II dan III juga mengalami kendala. Sensor tidak dapat mendeteksi pecahan logam, posisi pecahan logam yang berada di atas tumpukan material mengakibatkan sensor tidak dapat mendeteksi keberadaan logam. Output tegangan sensor sebesar 2,911V dan 2.695V menandakan bahwa sensor tidak bekerja, sehingga tuas penyortir tidak dapat mendorong pecahan logam. Dengan menggunakan persamaan (2), besarnya tingkat keberhasilan sensor proximity induktif mendeteksi logam dapat diketahui. Dari 27 total pengujian, ada 25 pengujian yang berhasil, sehingga tingkat keberhasilannya adalah :
Tingkat Keberhasilan pendeteksian logam =25
27x100% = 92,59 %
Untuk tuas pemilah, dari 27 total pengujian, sebanyak 24 pengujian yang berhasil mendorong dan memisahkan pecahan logam dari material tambang. Adapun tingkat keberhasilan tuas pemilah adalah:
Tingkat Keberhasilan tuas pemilah =24
27x100% = 88,89 % Tabel 1. Data hasil pengujian efektifitas penyortir logam Material pecahan
logam
Pengujian Hasil Pengujian
I II III
Batubara
Al
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam Terdorong
Ya Ya Ya
Tegangan 0,023V 0,023V 0,023V Cu
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam Terdorong
Ya Ya Ya
Tegangan 0,022V 0,022V 0,022V Fe
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam Terdorong
Ya Ya Ya
Tegangan 0,015V 0,018V 0,019V
Batu Koral
Al
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam
Terdorong Ya Ya Ya
Tegangan 0,024V 0,022V 0,022V
Cu
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam
Terdorong Ya Ya Ya
Tegangan 0,019V 0,023V 0,033V
Fe
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam Terdorong
Ya Ya Ya
Tegangan 0,017V 0,018V 0,018V
Pasir
Al
Penyortir Bekerja
Ya Tidak Tidak Logam
Terdorong
Tidak Tidak Tidak Tegangan 0,027V 2,911V 2,695V Cu Penyortir
Bekerja
Ya Ya Ya
Logam Terdorong
Ya Ya Ya
Material pecahan logam
Pengujian Hasil Pengujian
I II III
Tegangan 0,024V 0,030V 0,029V Fe
Penyortir Bekerja
Ya Ya Ya
Logam Terdorong
Ya Ya Ya
Tegangan 0,010V 0,012V 0,010V Sumber: Hasil penelitian (2022)
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian, kesimpulan yang diperoleh adalah sensor proximity induktif dapat bekerja dengan baik. Sensor proximity induktif dapat mendeteksi pecahan logam dengan tingkat keberhasilan 92,59 %. ketika sensor telah mendeteksi pecahan logam, instruksi akan diberikan ke motor servo dan menggerakkan tuas pemilah. Tingkat keberhasilan dari tuas pemilah mendorong dan memisahkan pecahan logam dari material tambang sebesar 88,89%.
5. Referensi
[1] D. Cahyadi and G. F. Azis, “Perancangan Belt conveyor Kapasitas 30 Ton/Jam Untuk Alat Angkut Kertas,” SINTEK J. J. Ilm. Tek. Mesin, vol. 9, no. 1, Art. no. 1, Apr. 2015, Accessed: Nov. 06, 2022.
[Online]. Available: https://jurnal.umj.ac.id/index.php/sintek/article/view/299
[2] E. Supriyanto, “Manufaktur Dalam Dunia Teknik Industri,” J. Ind. Elektro Dan Penerbangan, vol.
3, no. 3, Art. no. 3, 2013, Accessed: Nov. 06, 2022. [Online]. Available:
https://jurnal.unnur.ac.id/index.php/indept/article/view/118
[3] P. Siagian, M. Mahyuddin, M. S. Sukardin, S. Katjo, J. S. Purba, and A. I. Yunus, Alat Pengangkat Bahan (Material Handling). Yayasan Kita Menulis, 2022.
[4] S. N. Utomo, R. Winarso, and Q. Qomaruddin, “Rancang Bangun conveyor Mesin Planer Kayu Dengan Sistem Penggerak Motor Stepper,” J. Crankshaft, vol. 2, no. 1, Art. no. 1, Apr. 2019, doi:
10.24176/crankshaft.v2i1.3075.
[5] A. Y. S.Pd.T S. Pd dan Ady Purnama, Dasar Perancangan Teknik Mesin untuk SMK/MAK Kelas X. Gramedia Widiasarana Indonesia, 2020.
[6] A. Purba and P. Simamora, “Perancangan Stone Crusher Untuk Memenuhi Kebutuhan AMP Dengan Kapasitas 20 Ton/Jam,” J. Teknol. Mesin UDA, vol. 2, no. 1, Art. no. 1, Jun. 2021.
[7] I. M. N. Arijaya, “Rancang Bangun Alat Konveyor Untuk Sistem Soltir Barang Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” J. Resist. Rekayasa Sist. Komput., vol. 2, no. 2, pp. 126–135, Oct.
2019, doi: 10.31598/jurnalresistor.v2i2.363.
[8] S. I. Lubis, U. Khair, and I. Lubis, “Rancang Bangun Prototype Alat Pemilah Limbah Logam Dan Plastik Otomatis Berbasis Arduino Uno,” ALGORITMA J. ILMU Komput. DAN Inform., vol. 5, no.
2, Art. no. 2, Nov. 2021, doi: 10.30829/algoritma.v5i2.11465.
[9] A. Djafar, M. G. Kentjana, R. Kristiyanto, and Y. Afudin, “Rancang Bangun Automatic Hand Washing Station Dengan Menggunakan Mikrokontrolller Arduino Uno R3,” EduMatSains J.
Pendidik. Mat. Dan Sains, vol. 6, no. 1, pp. 175–186, Jul. 2021, doi:
10.33541/edumatsains.v6i1.3020.
[10] S. J. Sokop, D. J. Mamahit, and S. R. U. A. Sompie, “Trainer Periferal Antarmuka Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” J. Tek. Elektro Dan Komput., vol. 5, no. 3, Art. no. 3, Apr. 2016, doi: 10.35793/jtek.5.3.2016.11999.
[11] P. Pujono, A. Setiawan, and D. Prabowo, “Rancang Bangun Mekanisme Pergerakan conveyor Pada Mesin Sortir Sampah Kaleng Dan Botol Plastik,” Bangun Rekaprima Maj. Ilm. Pengemb. Rekayasa Sos. Dan Hum., vol. 6, no. 2, Oktober, Art. no. 2, Oktober, Oct. 2020, doi:10.32497/bangunrekaprima.v6i2.
[12] B. Rahmadya, “Tempat Sampah Pintar Dengan Sistem TrashMoney Menggunakan Teknologi Implementasi Near Field Communication (NFC),” JAMIK J. Apl. Manaj. Inform. Komput., vol. 1, no. 2, Art. no. 2, Dec. 2021.
[13] Prita, L. C., Lestari, Y. S., Firdaus, F., Quthbirrobbaani, H., Ningsih, I. M., & Rahmawati, D, “Alat Pemilah Sampah Organik Anorganik dan Logam Secara Otomatis Menggunakan Sensor Proximity,” J. Indones. Sos. Teknol., vol. 2, no. 10, pp. 1815–1824, Oct. 2021, doi:
10.36418/jist.v2i10.248.
[14] A. Hilal and S. Manan, “Pemanfaatan Motor Servo Sebagai Penggerak CCTV Untuk Melihat Alat- Alat Monitor Dan Kondisi Pasien Di Ruang ICU,” Gema Teknol., vol. 17, no. 2, 2013, doi:
10.14710/gt.v17i2.8924.
[15] P. Yogatama, K. Kardiman, and R. Hanifi, “Perancangan Poros, Pulley dan V-belt pada Sepeda Motor Honda Beat FI 2014,” J. Ilm. Wahana Pendidik., vol. 8, no. 17, Art. no. 17, Sep. 2022, doi:
10.5281/zenodo.7077510.
[16] H. Mahmudi, “Analisa Perhitungan Pulley dan V-Belt Pada Sistem Transmisi Mesin Pencacah,” J.
Mesin Nusant., vol. 4, no. 1, Art. no. 1, Jul. 2021, doi: 10.29407/jmn.v4i1.16201.
[17] Y. Indra and P. Simanjuntak, “Rancang Bangun Alat Penyortir Sampah Non Organik Berbasis Arduino,” J. Tek. Inform. UNIKA St. Thomas, pp. 43–50, Jun. 2020, doi: 10.17605/jti.v5i1.680.
