NG SEMINA AR PROSIDIN PENEL LITIAN DAN N PENGELO OLAAN PER RANGKAT NUKLIR Pusat Tekno ologi Aksele erator dan Proses P Baha an Yogyakarta a, 27 Juli 201 11
RANC CANGAN N DAN PEN NGUJIAN N KEKUAT TAN MEK KANIK TABUN NG PENST TABIL IRA ADIASI SIILIKON Dedy Haaryanto, Edy Karyanta*, Putut P Hery Setiawan S * Pusat Teknnologi Reaktorr dan Keselam matan Nuklir-B BATAN, Puspiptek Serpongg,Tangerang * Pussat Rekayasa Perangkat Nuuklir – BATAN N, Puspiptek Serpong,Tange S erang E-maill: ptrkn@bata an.go.id
ABSTRAK RANCANGA R AN DAN PE ENGUJIAN KEKUATAN N MEKANIK K TABUNG PENSTABIL L I IRADIASI S SILIKON. Perbedaan dia ameter dalam m kapsul dan diameter silikon cukup p b besar sehing gga posisi sillikon didalam m kapsul mejjadi tidak sta abil. Maka pe erlu dilakukan r rancangan d pengujian tabung penstabil siliko dan on yang bertu ujuan untuk menstabilkan n s silikon dalam m arah vertikkal maupun horisontal h did dalam kapsu ul serta kekua atan mekaniik t tabung pensstabil. Deng gan posisi yang y stabil silikon akan n tetap bera ada didaerah i iradiasi sehin ngga akan menghasilkan m n fluks neutro on silikon se erata mungkin n. Penentuan d dimensi dala am perancan ngan tabung g penstabil mengacu m dim mensi kapsu ul dan silikon n. P Pengujian k kekuatan me ekanik terha adap rancan ngan tersebu ut perlu dila akukan untu uk m mengetahui kelayakann nya. Pengujjian dilakuk kan secara simulasi m menggunakan s software CA ATIA Versi 5 Release 19 1 menghas silkan stress terbesar 1,77x106 N/m m2 m masih jauh lebih l kecil da ari yield stren ngth materia al yang digun nakan yaitu ssebesar 4,0 x 108 N/m2. Ha asil pengujia an menunjukkan bahwa sttress yang tiimbul masih berada pad da d daerah elasstis materiall. Mengacu dari hasil pengujian maka m rancan ngan tabung p penstabil am man digunaka an dan layakk untuk dipab brikasi. K Kata kunci : Tabung pen nstabil, Siliko on, Kekuatan n mekanik.
ABSTRACT T DESIGN AN D ND TESTING G MECAHN NICAL STRE ENGTH OF SILICON IR RRADIATION N S STABILIZER R TUBE. The e big differen nce of silicon n diameter an nd capsule in nner diamete er s that posiition of silico so on in capsule become unstable. u He ence require e to be done d design and testing of sillicon stabilizzer tube with h aim to stab bilize silicon in horizonta al a vertical direction and d in capsule. c With h position of the stable off silicon at irrradiation area s that silico so on neutron flux as of plane p possib bly can be yielded. y Dete ermination of o d dimension in n design of stabilizer tu ube referenc ce at silicon and capsulle dimension n. Testing of mechanical m strength to the design n require to o be done to know the Testing wass done simullation apply software q qualification. s CAT TIA Version 5 Release 19 r result is yielld stress 1.7 77x106 is the e biggest N/m /m2 a long way w off smalller than yielld s strength matterial which applied thatt is equal to 4.0 x 108 N/m N 2. Resultt of testing of o s showing that stress occurs in elasticc area of material. Refe erence from testing resu ult h hence design n of stabilize er tube is safe fe to be applied and comp petent for ma anufacturing.. K words : stabilizer tu Key ube, Silicon, Mechanical M Strength. S
PENDA AHULUAN
P
rosees iradiasi siliikon dilakukaan diteras reakktor RSG G-GAS denngan mengggunakan kappsul sebagaii penampung silikon yang sudah s disediaakan untuk fasilitas terssebut. Saat proses iraddiasi Buku I hal h 14
dilakukan posisii silikon didalam kapusl harrus tetap staabil berada dii bagian tenggah kapsul dan pada possisi 300 mm m dibagian tenngah dari keetinggian kap psul baik ketiika kapsul dallam proses peenurunan ketteras, didalam m teras reaktoor dan ketikaa proses meenaikkan kem mbali kapsul. Perbedaan diameter d
IS SSN 1410 – 81 178
Dedy Harya anto, dkk
P PROSIDING G SEMINAR R PENELIITIAN DAN N PENGELOLAAN PERA ANGKAT N NUKLIR P Pusat Teknologi Akselerator dan Prroses Bahan n Y Yogyakarta, 27 Juli 2011 1
dalam kapsul dan diameter d silikkon yang sanngat besar menyebabkan m n penstabilann posisi silikkon menjadi tidak munggkin terjadi sehingga silikkon dapat bergerak keesembarang arah, akibattnya proses iradiasi yanng dilakukann menjadi tiidak seperti yang diinginkkan. Hasil iraddiasi silikon yang y dilakukkan diharapkkan fluks neutron serrata mungkiin.[1] Silikon yang y akan diirradiasi lihat pada p Gambarr 1.
Gambarr 1. Silikon Dengan adaanya kendalaa tersebut maka m dilakukkan rancangann model tabunng penstabil yang y bertujuaan untuk menstabilkan m posisi silikkon didalam m kapsul iradiiasi. Rancangaan model tabuung penstabbil tersebut terrbuat dari matterial Aluminiium (Al98/M Mg1) dan terddiri dari beberrapa bagian yang y disatukaan dengan caara pengelasann. Terdapat ceelah sebesar 1 mm anttara diameterr dalam tabuung penstabbil dan diaameter silikkon, celah ini dimaksuudkan untuk pendinginan silikon oleh air pendinggin ketika proses irradiasi seddang berlanggsung. Susunann kapsul, tabuung penstabil dan silikon ketika akann dilakukan proses iraddiasi seperti terlihat t pada Gambar G 2.
Keteranngan : 1. Pengunci tutup kapsuul 2. Tutuup kapsul 3. Banntalan atas silikonn 4. Tabbung penstabil silikkon 5. Silikkon 6. Banntalan bawah silikkon 7. Tabbung kapsul
Gambarr 2. Susunaan silikon didalam tabuung penstabill dan kapsul irradiasi Makalah ini bertujuann mendapattkan rancanggan yang tepaat dan dapat di satukan denngan kapsul iradiasi yanng telah ada serta diketaahui kekuataan mekanik rancangan tersebut. Unntuk memenuuhi tujuan tersebut maka m dilakuukan perancaangan dengann mengacu dimensi kappsul iradiasi, pembuatan gambar modeel 3-dimensi dan pengujiian model terrsebut mengggunakan softw ware CATIA A V5 R19[2]. Hasil H pengujiann dapat diketaahui besar von v mises strress akibat peembebanan yang y terjadi pada rancanngan. Hasil rancangan dan Dedy Ha aryanto, dkk.
pen ngujian terseebut akan m menjadi acuan n untuk keg giatan pembuaatan tabung peenstabil siliko on. DIS SKRIPSI RA ANCANGAN Rancanggan tabung penstabil silikon den ngan materiall Al98/Mg1 terdiri dari beberapa b bag gian meliputi; tutup bagian atas, tabung pen nstabil, tutup bagian b bawahh, bantalan bag gian atas dan n bantalan bagian baw wah. Bagian n-bagian ran ncangan tabunng penstabil tersebut mem mpunyai fun ngsi yang berllainan. 1. Tutup bag gian atas Tutupp bagian attas berfungsii untuk menjaga keestabilan tabuung penstabill bagian atas, pada tutup tersebuut terdapat beberapa b lubang untuuk mensirkullasikan air peendingin reaktor, bettuk dan ukurran tutup bag gian atas terlihat pada Gambar 3. Bagian ini beerbentuk plat dengann ketebalan 5 mm dan teerpasang pada tabungg penstabil denngan pengelassan
Gaambar 3. Tutupp atas tabung penstabil silik kon 2. Tabung pe enstabil Tabuung pensstabil diirancang berdiameterr dalam 127 mm dan berd diameter luar 131 mm m, diameter taabung ini mem mpunyai celah 1 mm m dengan diam meter silikon. Tabung berfungsi sebagai s penam mpung siliko on, pada dinding baagian atas dan bawah tabung untuk beberapa lubang terdapat mensirkulassikan air penndingin reaktor yang digunakan sebagai penndingin siliko on juga. Bentuk dann dimensi tabuung ditunjukk kan pada Gambar 4. ng 3. Alas tabun Meruupakan tutup bagian bawaah yang disatukan dengan d tabungg penstabil, beerbentuk plat dengann ketebalan 5 m mm berfungsii sebagai landasan baagi bantalan bbagian bawah h, silikon
IS SSN 1410 – 81 178
Buku u I hal 15
PROSIDIN NG SEMINA AR PENEL LITIAN DAN N PENGELO OLAAN PER RANGKAT NUKLIR Pusat Tekno ologi Aksele erator dan Proses P Baha an Yogyakarta a, 27 Juli 201 11
dann bantalan bagian b atas didalam tabuung pennstabil. Terdaapat banyak lubang denngan mm beerfungsi diaameter 10 unntuk meensirkulasikann air pendinngin reaktor ke siliikon, bentukk dan dimennsi ditunjukkkan Gaambar 5.
antalan 4. Bantalan bagian attas dan ba bagian bawah gian atas Keedua bantalann terletak padda ujung bag dan n bawah silikoon, bantalan bberbentuk pipaa dengan diaameter luar seebesar 126 mm m dan diameteer dalam seb besar 115 mm m. Kedua banttalan berfung gsi untuk meenjaga posisi silikon tetap pada ketingg gian 300 mm m dibagian teengah kapsul dan tabung penstabil p siliikon. Pada kedua banttalan juga terdapat beb berapa lubanng untuk mensirkulasik kan air pen ndingin reakktor. Rancanggan kedua bantalan b tersebut terlihat pada Gambarr 6.
Gambarr 4. Rancangaan tabung pensstabil
Gaambar 6. Bantaalan atas dan bbawah silicon n Bagian––bagian tabuung penstabil dirakit meenjadi tabung penstabil denngan cara pen ngelasan, dim mana pengelassan menggunaakan las argon n dengan fileer aluminium m. Bagian yanng dilas adalaah tutup bag gian atas dann bawah dileekatkan padaa bagian uju ung atas dan bawah b tabung terlihat pada Gambar 7.
Gambarr 5. Alas tabunng penstabil silikon s
Buku I hal h 16
IS SSN 1410 – 81 178
Dedy Harya anto, dkk
P PROSIDING G SEMINAR R PENELIITIAN DAN N PENGELOLAAN PERA ANGKAT N NUKLIR P Pusat Teknologi Akselerator dan Prroses Bahan n Y Yogyakarta, 27 Juli 2011 1
Pengujian kekuatan m mekanik padaa tabung pen nstabil ini beertujuan untuuk mengetahu ui stress yan ng timbul akiibat pembebannan oleh silik kon yang akaan diiradiasi. Proses pengujian menggunakan sofftware CATIA A Versi 5 Rellease 19 mem merlukan datta masukan berupa b jenis m material beserrta sifatsifa fatnya meliputi young’s modulus, density, theermal expansiion dan yield sstrength sertaa poisson rattio. Material yang digunaakan pada raancangan tab bung penstabbil yaitu Al998/Mg1 (Alu uminium Maagnesium) dim mana materiall tersebut mem mpunyai kettahanan yangg sangat baaik dan mem mpunyai kek kuatan yang tinggi. t Sifat-sifat mekanik material tersebut adalah sebagai s berikuut : Tab bel 1. Sifat-sifat mekanik A Al98/Mg1 [3]. Mechanical properties p
Besaran
Yield strength
44,0 x 10 N/m2
Tensile strength
1150-430 MPa
Density
22690 kg/m3
Young’s modulus
770 GPa
Thermal Expansion
22,3 x 10 -5 /K
Heat conductivity
1180 - 193 W/mK
Poisson ratio
00,35
8
TA ATA KERJA Gambarr 7. Tabung peenstabil silicoon Penyusunan bantalan bawah silikkon, silikon dan bantalann atas silikon dapat dilakuukan setelah proses peraakitan tutup atas a dan baw wah terhadapp tabung penstabil p sellesai dilakukkan, penyusuunan seperti teerlihat pada Gambar G 8.
Gambarr 8. Susunan silikon dan tabung penstabil didalam kapsul k Dedy Ha aryanto, dkk.
Tahapann yang dilakukkan dalam meelakukan pen ngujian kekuuatan mekannik pada raancangan tab bung penstabill adalah sebaggai berikut ; 1. 1 Pembuatann rancangan ddan gambar model m 3dimensi. Dalam D tahapaan ini rancangan dan model 3-ddimensi tabuung penstabill dibuat menggunakkan softwaree CATIA Versi V 5 Release 199, gambar yaang dihasilkan n dalam bentuk 3-ddimensi sehinngga pengujiaan dapat dilakukan terhadap moodel tersebut.. Model penstabil dilengkapi tabung dengan dan properties mechanicaal thermal properties dari mateerial sebagaai data masukan. 2. 2 Pembebanan. Data pem mbebanan beru upa berat silikon diasumsikan teersebar meraata pada bagian tutuup bawah tabuung penstabill silikon. Arah pem mbebanan seaarah sumbu-zz kearah bawah. 3. 3 Restrain. Restrain padda tutup atas tabung penstabil, hal ini unntuk mensim mulasikan keadaan taabung ketika sudah berisii silikon dan pada posisi mennggantung saat akan dimasukkaan kedalam kaapsul iradiasi. 4. 4 Pengujian kekuatan meekanik. Mengg gunakan h dengan model 3 diimensi yang teelah diperoleh asumsi saat tabung peenstabil terisii silikon diangkat untuk u dimasukkan ke kapsul iradiasi. Melalui pengujian tersebut dapat diketahui d
IS SSN 1410 – 81 178
Buku u I hal 17
PROSIDIN NG SEMINA AR PENEL LITIAN DAN N PENGELO OLAAN PER RANGKAT NUKLIR Pusat Tekno ologi Aksele erator dan Proses P Baha an Yogyakarta a, 27 Juli 201 11
beesaran von mises m stress. Besaran B terseebut diibandingkan dengan d yield strength s mateerial yaang digunakan tabung penstabil unntuk m menentukan k kelayakan ranncangan tabuung peenstabil tersebbut. HASIL L DAN PEMB BAHASAN Ranca angan tabung penstabil silikon Survey terhaadap dimensi kapsul dan teeras reaktor dimana akan dilakukann iradiasi peerlu dilakukkan. Hasil suurvey dimenssi kapsul sanngat diperlukkan sebagai dasar dari d pembuaatan rancanggan tabung penstabil p siliikon. Penenttuan dimensii dalam perancangan taabung penstabil silikon dilakukan denngan berprinssip bahwa tabuung penstabbil tersebut dapat mensstabilkan poosisi silikon saat proses iradiasi akan dilakukan yaitu ketika penurunan kapsul yangg berisi silikkon kedalam m teras reaktoor. Direncanakkan silikon maasih dapat bergeser b seseddikit mungkinn didalam tabuung penstabbil dan tabunng penstabil tersebut daapat masuk ke dalam kappsul iradiasi. Pada rancanngan ditetapkkan celah antara a diametter silikon dan diameteer dalam tabuung penstabilll sebesar 1 mm. m Celah tersebut dipeerlukan untukk mempermuudah memasuukkan silikonn ke dalam tabung t dan efek e dari addanya celah tersebut t silikkon masih daapat bergeseer. Selain memperhatikkan penstabilan terhadapp pergerakkkan arah hoorisontal, dalam memperhatiikan perancaangan jugaa harus penstabbilan arah vertikal, v dimaana untuk arah a vertikall silikon diperrtahakankan berada b sepanjang 300 mm m pada bagiaan tengah kappsul. Karena area a sepanjaang 300 mm pada bagiann tengah kappsul merupaakan area iradiiasi lebih jelassnya dapat dilihat pada Gaambar 9.
Gaambar 9. Ranccangan posisi silikon didalaam kapssul Pe engujian kekuatan k mekanik tabung pe enstabil silik kon Pengujian kekuatann mekanik tabung meenggunakan software s CAT TIA Versi 5 Realese 19,, melalui peengujian terseebut dapat diketahui d bessar stress yang terjadi akibat pemb bebanan. Beeban berupa beerat silikon yaang ditampun ng dalam tab bung penstabbil, dan besaaran beban tersebut meerupakan dataa masukan disamping sifat-sifat meekanik dari maaterial yang ddigunakan oleh h tabung pen nstabil. Besaaran berat sillikon dapat dihitung settelah diketahuui densitas dann volume silik kon yang meenjadi beban tabung. Dennsitas silikon sebesar 233 30 kg/m3 dann volume silikkon sebesar 0,004 0 m3 seh hingga berat silikon s sebesaar 93,2 N meerupakan bessar beban yanng menegenai alas tabung penstabil p keaarah bawah (Z Z negatif). H Hasil proses peengujian den ngan cara sim mulasi mengguunakan CATIA A seperti terlihat pada Gambar G 10aa dan Gamb bar 10b dib bawah ini.
G Gambar 10a. Hasil H pengujiaan von mises stress pandanngan isometriik Buku I hal h 18
IS SSN 1410 – 81 178
Dedy Harya anto, dkk
P PROSIDING G SEMINAR R PENELIITIAN DAN N PENGELOLAAN PERA ANGKAT N NUKLIR P Pusat Teknologi Akselerator dan Prroses Bahan n Y Yogyakarta, 27 Juli 2011 1
Gambar 100b. Hasil pengujian von misses stress tamppak dari atas Hasil pengujiian menunjukkkan stress terjjadi di bebeerapa bagian dari alas taabung penstaabil. Stress yang timbul sebagiann besar terjjadi disekeliiling lubang-llubang pada alas. a Hal terseebut dapat dipahami d kareena dengan adanya a beberrapa lubang pada alas tabuung akan menngurang kekuaatan mekanik alas tabung dalam menahhan beban berrupa berat silikon. Streess yang tim mbul maksim mal 1,77x1006 N/m2 masiih jauh lebih kecil dari yiield strengthh material aluuminium yangg digunakan yaitu sebesar 4,0 x 108 N/m N 2 . Dengann demikian strress yang teerjadi pada alas a masih daalam sifat elaastis materiaal seperti terlihhat pada Gam mbar 11, sehinngga ketika beban b ditiadaakan maka strress akan hillang dan alass tidak mengaalami perubahaan bentuk.
KE ESIMPULAN N penstabil Tabung sangat silikon dip perlukan unttuk menstabiilkan posisi silikon dallam arah vertiikal dan horisontal di dalam m kapsul dallam kegiatan iradiasi silikkon di teras Reaktor Serrba Guna (RSG-GAS). Ranncangan modeel tabung pen nstabil menggacu pada ddimensi kapsu ul yang sud dah tersedia. Pengujian kekkuatan mekan nik hasil ran ncangan mengggunakan soft ftware CATIA A versi 5 Release 19 mendapatkan hhasil stress terbesar 1,7 77x106 N/m2 , dimana sstress tersebu ut masih dallam rentang sifat elastis material. Dengan dem mikian ranccangan tersebut aman untuk dig gunakan dan laayak untuk dippabrikasi. UC CAPAN TER RIMA KASIH Ucapann terimakasihh kami sam mpaikan kep pada kepada Kementrian Riset dan Teeknologi yan ng telah mem mbiayai peneliitian program Insentif tah hun 2010 kepada Tagorr malem Seembiring seb bagai peneliti utama, serta kepada para personil yan ng terlibat pada penellitian tersebu ut atas duk kungan moriil yang telahh diberikan sehingga s terw wujudnya maakalah ini DA AFTAR PUSTAKA
Gambarr 11. Grafik sttress-strain All98/Mg1 Berdasarkann hasil penngujian terseebut maka rancangan r tabbung penstabbil silikon unntuk mendukkung proses iradiasi silikkon dalam teeras reaktor memenuhi persyaratan p daari segi kekuaatan mekanik. Selanjutnyya dapat dillanjutkan prooses pembuaatan tabungg penstabiil berdasarrkan rancanggan dan haasil pengujiaan yang teelah dilakukkan.
Dedy Ha aryanto, dkk.
1. TAGOR M.S., M “Analisis Awal Peenerapan Metode Neuutron Transm mutation Doping di RSG-GAS”, Jurnal Tri Dasa Megaa, ISSN 1411-240X, Volume 10, N No. 3, Oktober, 2009., PTKRN BAT TAN. 2. Mhd. DAUD D PINEM,S.T T., “CATIA Si Jago Desain Tigaa Dimensi”, K Kawah Mediaa, Jl. H. Montong Noo. 57, Ciganjjur-Jagakarsa, Jakarta Selatan 126330 3. ARDI ZAEN NU SYIFA, ”Nonferrous Metals and Alloys : Production,, General, Pro operties, pot.com and Aplicatioons”, ardizaennusyifa.blogsp
IS SSN 1410 – 81 178
Buku u I hal 19
PROSIDIN NG SEMINA AR LITIAN DAN N PENGELO OLAAN PER RANGKAT NUKLIR PENEL Pusat Tekno ologi Aksele erator dan Proses P Baha an Yogyakarta a, 27 Juli 201 11
TANYA A JAWAB Eko Prriyono Apakkah tabung penstabil p diisii terlebih dahhulu kemuudian dirancanng ataukah sebaliknya? Dedy y Haryanto Taabung penstabbil dirancangg terlebih dahhulu daalam gambar 3 Dimensi kemudian diuji d seccara simulaasi menggunnakan softw ware CA ATIA R.19 V.55 Suwarrto Apakkah tabung peenstabil mekaanik sudah dibbuat atau baru rancangaan ?
Buku I hal h 20
Dedy D Haryan nto Rancangann dan pengujjian secara simulasi terlebih dahulu d setelaah hasil peengujian menunjukkaan stress yyang aman utnuk digunakan maka tabunng penstabill dibuat modelnya dengan mengggunakan allat yang ada dipassaran. Kondiisi sekarang g model tabung penstabil telah adda. Su utrisno Apakah ranccangan terseebut sudah dihitung netroniknya ? Dedy D Haryan nto Rancangann telah dihituung secara netronik sehingga didapatkan d bbatas- batas dimensi yang haruus dipenuhi dalam peran ncangan.
IS SSN 1410 – 81 178
Dedy Harya anto, dkk
