ISSN 1411-1349
Volume 1 Nomor 1 Juli 1999
PERANCANGAN SISTEM KONVEYOR UNTUK MBE 500 keV/10 mA W. Maksum. Suprapto, Djasiman. Sudiyanto PPNY-BATAN
JL Bobonarl
P.O. Box 1008. Yogyakarta 55010
ABSTRAK PERANCANGAN SlSTEM KONVEYOR UNTUKMBE 500 ~VlJO mA. Teloh di/akukan peraneangan ststem /conveyor unrukMBE (Mestn Berkas Elektron) energt 500 ~V don arus 10 mA. Da/am teknik radiasi dengan menggunalam MBE dimerlukan suatu ststem pemhawa obyek atml bahan yang akan diradiasi ~ dolam ruang MBE. ststem tnt dtsebut la:mveyor.Peraneangan ststem la:mveyorini melipud penentuan ~eepatan don lebar konveyor. Dosts yang diserap oleh bahan yang diradiasi adolah fUngsi
.
arus berkas elek1ron (1).~cepatan bahan ditradiasi (v) don lebar bahan ditradtast (W). S/stem konveyor dilengkapt dengan matu ban berjalan yang digerakkan oleh motor listrik yang ~eepatannya dopat diubah sesuai dengan dosis yang ditentukan don motu ststem interjQee sehingga pengoperasiannya dapat di~ndalikan dart ruang /control. Dari hasil peraneangan stsrem konveyor dopat dikonstruksi satu ststem konveyor unruk MBE 500 ~ VII 0 mA. yang dapat digunakan untuk pengangkutan diiradiasi. baik bahan lembaran atau bahan terbuka dimasukan da/am kotak. tertutup.
ABSTRACT DESIGN OF A CONVEYOR SYSTEM FOR 500 ~ VII 0 mA ELEClRON BEAM MACHINE. A design of Conveyor System of500 ~ VII 0 mA Electron Beam Machine was carried out. In an iradiadon technique using Electron Beam Machine. a conveyor system i.e. an equitment for conveying samples. is required The design included determinadon of the speed and width of the system. The dosis absorbed by samples depent on the elecdon beam cu"ent (1). samples speed (V) and width (W). The system was equiped with moving trails notated by an electric motor that its speed could be controlled according to be the dose and an InterjQce so that It could be operatedfrom a control room. From the design. the conveyor system could be constructed and operated In a 500 ~ VIJ0 mA Electron Beam Machine. for either sheet (maked) or contained samples (closed)
PENDAHULUAN
P
enelitian dan pengembangandati aplikasi MBE (Mesin Berkas Elektron) dalarn proses iradiasi telah dilakukan pada beberapa dekade yang Ialu di negara-negara maju. Aplikasinya dalarn bidang industri telah menghasilkan bahan-bahan polimer baru, konversi pennukaan suatu bahan, sterilisasi peralatan kedokteran clan iradiasi bahan-bahan makanan (I). Aplikasi dati MBE dalarn bidang industri memerlukan suatu sistem yang disebut sistem konveyor, dimana sistem ini mengangkut bahan yang akan diiradiasi baik yang berupa bahan lembaran atau bahan-bahan yang dimasukkan di dalarn suatu wadahlkotak. Perancangan sistem konveyor yang dilakukan ini disiapkan untuk MBE 500 keY/I0 IDA,dirancang clanakan dibuat memakai pipa-pipa rol yang dirangkai dengan ban beIjalan. Salah satu dati rol digerakkan oleh sebuah motor listrik DC clan agar supaya kecepatan ban beIjalan dapat divariasi, maka putaran motor DC tersebut direduksi dengan rangkaian roda gigi tranmisi
(reduction gear) sehingga putar rol konveyor menjadi 1/10 clan 1/24 nya. Ukuran dati sistem konveyor mempunyai ketinggian 800 mm daD lebar 1300 rom, yang direncanakan cukup untuk tempat clan membawa lembaran bahan (papan tripleks utuh). Pipa-pipa rol berukuran 75 rom, pada kedua ujungnya mempunyai sumbu pores (AS) berdiamter 19 mm yang disangga oleh blok bantalan lager KSM P204, kemudian dipasang di a185kerangka penyangga dati bahan baja siku L70.70.7. Ban beIjalan yang dipasang dirancang beIjajar 4 jalur yang digerakkan oleh dua pipa rol di ujung yang dirangkai dengan motor listrik, dapat diatur regang-kendomya dengan mengubah posisi salah satu pipa rol tersebut dengan memakai bout mur baut pengikat. Diharapkan pipa-pipa rol yang berada di tengah karena adanya gesekan ban beIjalan akan ikut beIjalan meskipun tanpa beban. Sistem konveyor yang dirancang untuk MBE 500 keY/I0 mA diharapkan dapat dikendalikan kecepatan gerakannya dati roans kendali. Untuk keperluan tersebut maka sistem
PERANCANGAN SISTEM KONVEYOR UNTUK MaE 500 keV/20 mA 01'1.Maksum. dkk.)
51
ISSN 1411-1349
Volume 1 Nomor 1 Juli 1999 conveyor dilengkapi dengan sistem interface yang merupakan sistem pengendaJi selama konveyor dioperasikan.
iradiasi permukaan bahan yang berbentuk lembaran). yang ditentukan oleh persamaan (2,3)
PRINSIP DASAR PERANCANGAN
dengan
Dalam merancang sebuah sistem konveyor untuk Mesin Berkas EJektron Ada beberapa parameter yang harus diperhitungkan seeara seksama. yaitu dosis yang diserap oJehbahan yang diradiasi daD ukuran medan iradiasi atau lebar pemayaran. Dosis Scrap Aplikasi MBE dalam bidang industri. salah satu parameter yang sangat pealing adalah dosis yang diserap oJeh bahan yang diiradiasi. Besamya dosis scrap tersebut adalah fungsi dari besamya arus berkas elektron. keeepatan bahan yang diiradiasi daD lebar pemayaran. Secara matematis besamya dosis ini dapat ditulis dalam bentuk (2,3) D =f>~R(100TJ/)/(v W) (Mrad) (1) dengan
I adalah arus berkas elektron (mA) h adalah koefisien penggunaan MBE (0.3
-0.9)
v adaJah kecepatan bahan yang diradiasi (em/detik) W adalah Jebarpemayaran (em) f>~R adalah energi yang bilans sesuai dengan besarnya tegangan pemereepat. Berdasarkan persamaan (1) di atas,jika arus berkas eJektron tetap (direncanakan sebesar JO mA), sedangkan parameter lainnya adalah suatu tetapan, maka besamya dosis serap yang diperlukan hanya ditentukan oleh besamya kecepatan bahan yang diiradiasi (atau kecepatan gerak konveyor) daD lebar pemayaran (atau lebar bahan yang diiradiasi). Lebar Pemayaran Perancangan sistem konveyor selain memperhitungkan besamya kecepatan bahan yang diiradiasi atau kecepatan konveyor, perlu juga diperhitungkan besamya lebar pemaYaran berkas elektron, yang berhubungan dengan lebar dari sistem konveyor. Lebar pemayaran tersebut akan mempengaruhi ketidakseragarnan rapat arus berkas elektron pada permukaan bahan yang diiradiasi. Pad a umumnya MBE modern diraneang mempunyai panjang zona iradiasi atau Jebar pemayaran
500 mm
- 2.000mm
S
=
6x 10.3 Iv W]
(2)
S adaJahkuantitas iradiasi (m2/menit) v adalah kecepatan bahan yang diradiasi (cmldetik) W adalah Jebar pemayaran (em). Berdasarkan persamaan (2) di atas dapat diketahui bahwa kuantitas iradiasi (m2/menit)yang dikehendaki pada kecepatan gerak bahan yang diiradiasi (atau kecepatan gerak konveyor) tertentu.
maka Jebar pemayaran sangat menentukan kuantitasiradiasi.
TATA KERJA Sistem konveyor untuk MBE 500 keV/I0 mA yang dirancang daD akan dikonstruksi memerlukan ketelitian di dalam pengeJjaan. baik sistem penggerak (rangkaian roda gigi transmisi). pipa-pipa roJ maupun kerangka penyangga. Disamping itu masih Adabeberapa pekeJjaan akhir nantinya yaitu meliputi uji komponen. uji sistem atau operasional. penghalusan dan pengecatao. Sistem Penggerak Pada tahap raneang bangun MBE 500 keV/I0 mA sistem penggerak konveyor disiapkan dengan membuat sendiri roda gigi transmisi (reduction gear). sedangkan motor listrik sebagai tenaga penggerak disiapkan motor DC atau AC dimana putaran motor bebas. Yang disiapkan untuk konveyor ini adalah motor listrik DC 800 rpm; 24 volt; 8,8 A. sehingga untuk rangkaian daJam menggerakkan pipa-pipa rol memerlukan roda gigi transmisi. daDdirancang dengan perbandingan 1/10 serta 1/24.
i:Z~
-
-
,:10
'W
Gambar 1. Skema Reduction Gear
daD mampu
memberikan ketidakseragaman rapat arus 5 %. Lebar pemayaran dari berkas elektron menentukan besamya kuantitas iradiasi (untuk Presiding Pertemuan dan Presentasi IImiah TeknologiAkselerator dan Aplikasinya Vol.1No.1 Juli 1999:51-55
Roda gigi z
= 20 dan z =40 bisa
digerakkan
secara bergantian, tergantung keperluan putaran 52
ISSN 1411-1349
Volume 1 Nomor1 Juli 1999
rol. Bahan untuk 4 buah roda gigi dati baja wang sedangkan pulley dad bahan aluminium. Penempatan roda gigi transmisi berada di luar kerangka penyangga ciao ditutup dengan rumah atau box, sedangkan penyetelannya dalam pemasangan bisa diatur dari luar. Adapun ke 4 roda gigi transmisi mempunyai ukuran sebagai berikut : a. Roda gigi z = 20 M = 1,5 D = 33 tebal 10 b. Rodagigi z = 40 M = 1,5 D = 63 teballO c. Roda gigi z = 100 M = 1,5 D = 153teballO d.Rodagigiz=120 M=I,5 D=183teball0 Selanjutnya 2 buah pulley yang disiapkan mempunyai perbandingan ukuran 1 : 4, satu buah dipasang menjadi satu sumbu dengan motor listrik sedangkan yang satu lagi dipasang satu sumbu dengan roda gigi penggerak. Sebetulnya apabila dana tersedia, akanlebih baik sistem penggerak dari konveyor ini memakai motor listrik clan roda gigi transmisi yang siap pakai dengan perbandingan 1 : 30; 1 : 50 atau 1 : 60 yang dijual di pasaran. Pipa-pipa Rol Ada dua macam diameter pipa-pipa rol konveyor, yaitu pipa-pipa rol dikedua ujung mempunyai diameter lebih kecil dibanding diameter pipa-pipa rol yang di tengah. Hal itu dimaksudkan agar pada saat rol konveyor berputar, dimana pipa rei ujung digerakkan oleh putaran motor listrik, makapipa-pipa rei di tengah akan Brut berputar karena adanya gesekan antara pipa dengan ban beljalan yang dipasang beJjajar sebanyak 4 jalur. Ukuran pipa-pipa rei di tengah berdiamater 75 rom, panjang 1330 mm ditambah 2 x sumbu berdiameter 19mm panjang 60, mw panjang total pipa rei adalah 1450 rom. Pipa air (BWG) . merupakan bahan yang cukup bagus untuk rol konveyor karena lapisan luamya sudah ditambah dengan bahan tahan oksidasi (karat). Begitu pula pada waktu MBE beroperasi besamya arus berkas elektron diharapkan tidak akan membawa perubahan pada pipa rei termasuk oksidasi.
c€I
>-
Gambar 2. Bagan pipa rei konveyor tengah.
Kekuatan pipa-pipa rei yang disangga kedua sumbulporos ujung, bisa dihitung dengan mengambil salah satu sumbu
Gambar 3. Bagan pipa-pipa rei konveyor ujung. Karena pipa rol disangga oleh dua sumbu, dengan sendirinya kekuatan pipa = 57 kg. Rangkaian Roda Gigi Dengan Sumbu Ada banyak sistem sambungan di bidang mekanik yang dikelompokkan menjadi dua besar yaitu sambungan tetap clan sambungan lepas, meliputi sambungan Ias, paku keling, rantai, baut mur, roda gigi, pasak spie. Untuk perangkaian antara sumbu dengan roda gigi transmisi serta pulley pada konveyor MBE ini memakai sistem sambungan pasak spie, sehingga batang sumbu yang ada harus dibuat alur memanjang, sedangkan IOOangroda gigi clanpulley hams dibuat alur. Hal ini dimaksudkan agar sistem penggerak mudah dipasang ciaodilepas. Namun dari segi pembuatan alur memerlukan ketelitian ciao kepresisian yang cukup baik, agar sistem penggerak menjadi tepat tidak teljadi kesalahan karena adanya toleransi.
0
a
~-
)
Gambar 4. Bagan Alur Pada Lubang clan Sumbu.
PERANCANGAN SISTEM KONVEYOR UNTUK MBE 500 keV120mA 01'1.Maksum, dkk.)
53
ISSN 1411-1349
Volume 1 Nomor 1 Juli 1999
Kerangka Penyangga Kerangka penyangga konveyor MBE merupakan bagian utama yang menentukan bagian lain berkedudukan tetap daDpasti, sehingga secara aturan konstruksi mekanik kerangka penyangga sangat diperlukan kekuatannya, terutama dalam memilih bahan daD merangkai menjadi satu unit penyangga. Dalam arti lain bahwa kerangka penyangga harus mampu menerima beban ditambah dengan beratnya sendiri. Begitu pula tidak timbul kelengkungan apabila dipindah di tempat lain. Bahan yang dipakai untuk kerangka penyangga konveyor MBE 500 keV ini adalah baja siku L 70.70.7 daD baja siku 50.50.5, dengan memakai sistem sambungan mati yaitu las listrik. Karena bentuk luar kerangka adalah persegi empat panjang, meskipun sudah kuat masih diperkuat lagi dengan bentangan melintang.
Gambar 5. Kerangka Penyangga.
Di alas kerangka penyangga dipasang sejumlah hick lager SKM P 204, sehingga diperlukan 2 IOOanguntuk satu blok bantalan lager yang pengerjaannya dilakukan dengan pengeburan ditempat, artinya tidak bisa dilakukan pengeburan pada mesin bur standar. Karena jumlah kerangka penyangga yang disiapkan pads tahap awal ini ada 3 unit dengan panjang 2,75 meter, 6 meter dan 2,75 meter, semuanya memerlukan 88 blok bantalan lager, maka jumlah lubang dibuat 176 bush berdiameter 13 rom.
Gambar 6. Kerangka Penyangga.
Presiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol.1 No.1 Juli 1999: 51-55
Dengan bentuk kerangka penyangga tersebut akan mampu menyangga tanpa harus diganjal lagi, namun akan lebih baik apabila ditambah dengan haul tanam pads lantai tetapi mudah dilepas untuk penggeseran clanpenyetelan.
Ban Berjalan daD Pemasangannya Pads konveyor MBE 500 keV/IO mA dirancang 4 jalur ban berjalan yang berada pads pips rol dengan ukuran lebar 150 mm dan tebal 5 rom, bahan ban berjalan dari kalp berserabut kasar sejenis V belt (strength). Untuk pengaturan pemasangan agar tegangan ban berjalan dapat diatur, salah satu pips rei ujung diikat dengan mur baut penyetel yang posisi dudukannya berada pads tiang kerangka penyangga clan ujung lainnya dipasang tetap. Dengan ikatan seperti ini, ban berjalan tidak akan mudah berubah.
Gambar 7. Ban Berjalan.
BASIL DAN PEMBAHASAN Sesuai dengan uraian di alas, sistem konveyor merupakan salah satu komponen utama dari suatu Mesin Berkas Elektron jika mesin tersebut diaplikasikan dalam bidang industri. Berdasarkan perumusan (1) di alas, kecepatan bahan yang diiradiasi yang sarna dengan kecepatan gerak konveyor sangat menentukan besamya dosis yang diserap oleh bahan yang diiradiasi. Aplikasi MBE dalam bidang pengeringan dari suatu pelapisan permukaan bahan (curing of coatings) diperlukan dosis 1 Mrad sarnpai sekitar 8 Mrad, sedangkan untuk sterilisasi diperlukan dosis sarnpai sekitar 2,5 Mrad. Jika MBE yang dirancang tersebut akan diaplikasikan untuk pengeringan pelapisan dan sterilisasi, maka pada dosis 8 Mrad, arus berkas elektron I = 10 mA, 1')= 0,9, 5E/5R = 2,9 (untuk energi elektron 500 keY) daD W = 120 em, maka kecepatan bahan yang diiradiasi (atau kecepatan gerak konveyor) adalah v =(5E/5R) [(100 1')IYCDW)] 54
Volume 1 Nomor 1 Juli 1999
ISSN 1411-1349
= (2,9)[(100)(0,9XI0)/(8XI20)]
=2,72 cm/detik
Konveyor ini menggunakan motor penggerak jenis DC, karena dengan motor DC dapat dengan mudah diatur putarannya yaitu
3.
dengan cara mengatur arus atau tegangan catu daya
motor DC tersebut Pengaturan putaran motor berarti mengatur putaran roda gigi transmisi sehingga kecepatan bahan yang diiradiasi (kecepatan konveyor) diatur sesuai dengan kecepata n yang dikehendaki. Sehubungan dengan motor DC yang digun¥an mempunyai daya 200 Watt.8oo rpm, untuk meningkatkan daya angkut digunakan roda gigi transmisi (redudansi gear). Roda gigi transmisi ini disamping untuk memindahkan daya dari motor listrik juga digunakan untuk mereduksi putaran motor listrik dengan perbandingan 1/10 dan 1/24. Dengan mereduksi putaran motor listrik, maka kecepatan konveyor akan turun sesuai dengan perbandingan reduksi tersebut Untuk perbandingan reduksi 1/10,maka kecepatan konveyorturun menjadi 1/10
nya. -Akibatnya penurunan kecepatan dengan reduksi putaran melalui putaran roda gigi transmisi maka akan menambah kemampuan daya angkut (massa yang dapat diangut lebih besar). Hal ini
= 1/2 m V2
sesuai dengan persamaan energi E
KES IMP ULAN HasH rancang bangun konveyor MBE 500 keV/I0 mA secara sederhana mampu untuk dioperasikan, Damonmasih memerJukan perbaikan daD penyempurnaan, terutama sistem penggeraknya berupa meter listrik dengan roda gigi transmisi (reduction gear) perlu motor diadakan dengan cara membeli. Begitu pula berbagai ban berjalan baik berupa ban kalp, rantai perIn diadakan.
DAFTARPUSTAKA 1. MACHI, S., New Trends in Industrial Application of Electron Beam Machine, Japan Atomic Energy Research Institute, Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, Proceedings of The Workshops on The Utilization of Electron Beams, JAERI (1990), 15- 23 2. SUZUKI, M., Recent Advances in High Energy Electron Beam Machine, Nissin-High Voltage Co., Ltd., Proceedings of The
-
.
-.-
4. 5.
6.
7. 8.
Workshops on The Utilization of Electron Beams, JAERI (1990),49-59. ALBERTINSKY, B.I., High Voltage Electron Accelerators for Radiation Technology. The Main Characteristics, The Design of Accelerators and Their Applications, Leningrad, USSR. (1988). LIVINGSTON, M.S. & BLEWETT, J.P., Particle Accelerators, McGraw- Hill Book Company, New York, 1962. NARGOLWALLA, S.S., & PRZYBYLOWICZ, E.P., Activation Analysis with Neutron Generator, John Wiley & Sons, New York, 1973. ALBERTINSKY, B.I., High Voltage Electron Accelerators for Radiation Technology. The Main CharacteriStics, The Design of Accelerators and Their Elements, Training Course on Low Energy Accelerators and Their Applications, Leningrad, USSR. 1988. Nissin HIGH VOLTAGE CO.LTD., "Electron Beam Processing System", Tokyo, Japan (1992). ZHOU QIZHANG, "Electron Accelerators Manufactured in .China, UNDPIIAEAlRCA Regional Training Course on EB Irradiation Technology, Jia Ding, Shanghai, China (1991).
TANYAJAWAB 1jipto Sujitno Sistem conveyor untuk MBE 500 ke VI 10 mA yang dirancang dilengkapi dengan tempat bahan
.
baik bahan yang berupa /embaran maupun bahan yang terbungkus da/am kotak. Kalau bahan itu terbungkus dalam kalak apakah jllstru katalmya yang teriradiasi. mengingat range e/ektron yang begitupendek W. Maksum yang diiradiasi bahannya, bukan kotaknya karena kotak berJubangatasnya dalam lembar pendahuluan, baris 9 : bahan-bahan yang dimasukan dalam wadahlkotak Contoh kotak MBE Gj-2 PAIR
-
PERANCANGANSISTEMKONVEYORUNTUKMBE500 keV120mA rN. Maksum, dkk.)
55
