ABSTRAK KEKUATAN. P menggunakan ABSTRACTT

Transkripsi

1 RANCANGANN DAN PENGUJIANN KEKUATAN MEKANIK TABUNG PENSTABIL IRADIASI SILIKON Dedy Haryanto, Edy Karyanta*, Putut Hery Setiawan * Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN, Puspiptek Serpong,Tangerang * Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN, Puspiptek Serpong,Tangerang ptrkn@batan.go.id ABSTRAK RANCANGAN DAN PENGUJIAN KEKUATAN MEKANIKK TABUNG PENSTABIL IRADIASI SILIKON. Perbedaan diameter dalam kapsul dan diameter silikon cukup besar sehingga posisi silikon didalam kapsul mejadi tidak stabil. Maka perlu dilakukan rancangan dan pengujian tabung penstabil silikon yang bertujuan untuk menstabilkann silikon dalam arah vertikal maupun horisontal didalam kapsul serta kekuatan mekanik tabung penstabil. Dengan posisi yang stabil silikon akan tetap berada didaerah iradiasi sehingga akan menghasilkann fluks neutron silikon serata mungkin. Penentuan dimensi dalam perancangan tabung penstabil mengacu dimensi kapsul dan silikon. Pengujian kekuatan mekanik terhadap rancangan tersebut perlu dilakukan untuk mengetahui kelayakannya. Pengujian dilakukan secara simulasi menggunakan software CATIA Versi 5 Release 19 menghasilkan stress terbesar 1, 77x10 6 N/m 2 masih jauh lebih kecil dari yield strength material yang digunakan yaitu sebesar 4,0 x 10 8 N/m 2. Hasil pengujian menunjukan bahwa stress yang timbul masih berada pada daerah elastis material. Mengacu dari hasil pengujian maka rancangan tabung penstabil aman digunakan dan layak untuk dipabrikasi. Kata kunci : Tabung penstabil, Silikon, Kekuatan mekanik. ABSTRACTT DESIGN AND TESTING MECAHNICAL STRENGTH OF SILICON IRRADIATION STABILIZER TUBE. The big difference of silicon diameter and capsule inner diameter so that position of silicon in capsule become unstable. Hence requiree to be done design and testing of silicon stabilizer tube with aim to stabilize silicon in horizontal and vertical direction in capsule. With position of the stable of silicon at irradiation area so that silicon neutron flux as of plane possibly can be yielded. Determination of dimension in design of stabilizer tube reference at silicon and capsule dimension. Testing of mechanical strength to the design require to be done to know the qualification. Testing was done simulation apply software CATIA Version 5 Release 19 result is yield stress 1.77x10 6 is the biggest N/m 2 a long way off smaller than yield strength material which applied thatt is equal to 4.0 x 10 8 N/m 2. Result of testing of showing that stress occurs in elastic area of material. Reference from testing result hence design of stabilizer tube is safe to be applied and competent for manufacturing. Key words : stabilizer tube, Silicon, Mechanical Strength. PENDAHULUAN P roses iradiasi silikon dilakukan diteras reaktor RSG-GAS menggunakan kapsul sebagai penampung silikon yang sudah disediakan untuk fasilitas tersebut. Saat proses iradiasi dilakukan posisii silikon didalam kapusl harus tetap stabil berada di bagian tengah kapsul dan pada posisi 300 mmm dibagian tengah dari ketinggian kapsul baik ketika kapsul dalam proses penurunan keteras, didalam teras reaktor dan ketika proses menaikkan kembali kapsul. Perbedaan diameter Buku I hal 14

2 PROSIDING SEMINAR 1 dalam kapsul dan diameter silikon yang sangat besar menyebabkann penstabilann posisi silikon menjadi tidak mungkin terjadi sehingga silikon dapat bergerak kesembarang arah, akibatnya proses iradiasi yang dilakukan menjadi tidak seperti yang diinginkan. Hasil iradiasi silikon yang dilakukan diharapkan fluks neutron serata mungkin. [1] Silikon yang akan diiradiasi lihat pada Silikon Dengan adanya kendalaa tersebut maka dilakukan rancangann model tabung penstabil yang bertujuan untuk menstabilkan posisi silikon didalam kapsul iradiasi. Rancangan model tabung penstabil tersebut terbuat dari material Aluminium (Al98/Mg1) dan terdiri dari beberapa bagian yang disatukan cara pengelasan. Terdapat celah sebesar 1 mm antara diameter dalam tabung penstabil dan diameter silikon, celah ini dimaksudkan untuk pendinginan silikon oleh air pendingin ketika proses iradiasi sedang berlangsung. Susunann kapsul, tabung penstabil dan silikon ketika akan dilakukan proses iradiasi seperti terlihat pada 2. pengujian tersebut akan menjadi acuan untuk kegiatan pembuatan tabung penstabil silikon. DISKRIPSI RANCANGAN Rancangan tabung penstabil silikon material Al98/Mg1 terdiri dari beberapa bagian meliputi; tutup bagian atas, tabung penstabil, tutup bagian bawah, bantalan bagian atas dan bantalan bagian bawah. Bagian-bagian rancangan tabung penstabil tersebut mempunyai fungsi yang berlainan. 1. Tutup bagian atas Tutup bagian atas berfungsi untuk menjaga kestabilan tabung penstabil bagian atas, pada tutup tersebut terdapat beberapa lubang untuk mensirkulasikan air pendingin reaktor, betuk dan ukuran tutup bagian atas terlihat pada 3. Bagian ini berbentuk plat n ketebalan 5 mm dan terpasang pada tabung penstabil pengelasan Keterangan : 1. Pengunci tutup kapsul 2. Tutup kapsul 3. Bantalan atas silikon 4. Tabung penstabil silikon 5. Silikon 6. Bantalan bawah silikon 7. Tabung kapsul 2. Susunan silikon didalam tabung penstabil dan kapsul iradiasi Makalah ini bertujuan mendapatkan rancangan yang tepat dan dapat di satukan kapsul iradiasi yang telah ada serta diketahui kekuatan mekanik rancangan tersebut. Untuk memenuhi tujuan tersebut maka dilakukan perancangan n mengacu dimensi kapsul iradiasi, pembuatan gambar model 3-dimensi dan pengujian model tersebut menggunakan software CATIAA V5 R19 [2]. Hasil pengujiann dapat diketahui besar von mises stress akibat pembebanan yang terjadi pada rancangan. Hasil rancangan dan 3. Tutup atas tabung penstabil silikon Tabung penstabil Tabung penstabil dirancang berdiameterr dalam 127 mm dan berdiameter luar 131 mm, diameter tabung ini mempunyai celah 1 mmm diameter silikon. Tabung berfungsi sebagai penampung silikon, pada dinding bagian atas dan bawah tabung terdapat beberapa lubang untuk mensirkulasikan air pendingin reaktor yang digunakan sebagai pendingin silikon juga. Bentuk dan dimensi tabung ditunjukkan pada 4. Alas tabung Merupakan tutup bagian bawah yang disatukan tabung penstabil, berbentuk plat n ketebalan 5 mm berfungsi sebagai landasan bagi bantalan bagian bawah, silikon. Bukuu I hal 15

3 dan bantalan bagian atas didalam tabung penstabil. Terdapat banyak lubang diameter 10 mm berfungsi untuk mensirkulasikann air pendingin reaktor ke silikon, bentuk dan dimensi ditunjukkan Bantalan bagian atas dan bantalan bagian bawah Kedua bantalann terletak pada ujung bagian atas dan bawah silikon, bantalan berbentuk pipa diameter luar sebesar 126 mmm dan diameter dalam sebesar 115 mm. Kedua bantalan berfungsi untuk menjaga posisi silikon tetap pada ketinggian 300 mmm dibagian tengah kapsul dan tabung penstabil silikon. Pada kedua bantalan juga terdapat beberapa lubang untuk mensirkulasikan air pendingin reaktor. Rancangan kedua bantalan tersebut terlihat pada Rancangan tabung penstabil 6. Bantalan atas dan bawah silicon Bagian bagian tabung penstabil dirakit menjadi tabung penstabil cara pengelasan, dimana pengelasan menggunakan las argon filer aluminium. Bagian yang dilas adalah tutup bagian atas dan bawah dilekatkan padaa bagian ujung atas dan bawah tabung terlihat pada Alas tabung penstabil silikon Buku I hal 16

4 PROSIDING SEMINAR 1 Pengujian kekuatan mekanik padaa tabung penstabil ini bertujuan untuk mengetahui stress yang timbul akibat pembebanan oleh silikon yang akan diiradiasi. Proses pengujian menggunakan software CATIAA Versi 5 Release 19 memerlukan data masukan berupa jenis material beserta sifatdensity, sifatnya meliputi young s modulus, thermal expansion dan yield strength serta poisson ratio. Material yang digunakan pada rancangan tabung penstabil yaitu Al98/Mg1 (Aluminium Magnesium) dimana material tersebut mempunyai ketahanan yang sangat baik dan mempunyai kekuatan yang tinggi. Sifat-sifat mekanik material tersebut adalah sebagai berikut : Tabel 1. Sifat-sifat mekanik Al98/Mg1 [3]. Mechanical properties Besaran Yield strength 4,0 x 10 8 N/m 2 Tensile strength MPa Density 2690 kg/m 3 Young s modulus 70 GPa Thermal Expansion 2,3 x 10-5 /K Heat conductivity W/mK Poisson ratio 0,35 7. Tabung penstabil silicon Penyusunan bantalan bawah silikon, silikon dan bantalann atas silikon dapat dilakukan setelah proses perakitan tutup atas dan bawah terhadap tabung penstabil selesai dilakukan, penyusunan seperti terlihat pada Susunan silikon dan tabung penstabil didalam kapsul TATA KERJA Tahapan yang dilakukan dalam melakukan pengujian kekuatan mekanik pada rancangan tabung penstabil adalah sebagai berikut ; 1. Pembuatan rancangan dan gambar model 3- dimensi. Dalam tahapan ini rancangan dan model 3-dimensi tabung penstabil dibuat menggunakan software CATIA Versi 5 Release 19, gambar yang dihasilkan dalam bentuk 3-dimensi sehingga pengujian dapat dilakukan terhadap model tersebut. Model tabung penstabil dilengkapi mechanical properties dan thermal properties dari material sebagai data masukan. 2. Pembebanan. Data pembebanan berupa berat silikon diasumsikan tersebar merata pada bagian tutup bawah tabung penstabil silikon. Arah pembebanan searah sumbu-z kearah bawah. 3. Restrain. Restrain pada tutup atas tabung penstabil, hal ini untuk mensimulasikan keadaan tabung ketika sudah berisii silikon dan pada posisi menggantung saat akan dimasukkan kedalam kapsul iradiasi. 4. Pengujian kekuatan mekanik. Menggunakan model 3 dimensi yang telah diperoleh asumsi saat tabung penstabil terisii silikon diangkat untuk dimasukan ke kapsul iradiasi. Melalui pengujian tersebut dapat diketahui. Bukuu I hal 17

5 besaran von mises stress. Besaran tersebut dibandingkan yield strength material yang digunakan tabung penstabil untuk menentukan kelayakan rancangan tabung penstabil tersebut. HASIL DAN PEMBAHASAN Rancangan tabung penstabil silikon Survey terhadap dimensi kapsul dan teras reaktor dimana akan dilakukan iradiasi perlu dilakukan. Hasil survey dimensi kapsul sangat diperlukan sebagai dasar dari pembuatan rancangan tabung penstabil silikon. Penentuan dimensii dalam perancangan tabung penstabil silikon dilakukan berprinsip bahwa tabung penstabil tersebut dapat menstabilkan posisi silikon saat proses iradiasi akan dilakukan yaitu ketika penurunan kapsul yang berisi silikon kedalam teras reaktor. Direncanakan silikon masih dapat bergeser sesedikit mungkinn didalam tabung penstabil dan tabung penstabil tersebut dapat masuk ke dalam kapsul iradiasi. Pada rancangan ditetapkan celah antara diameter silikon dan diameter dalam tabung penstabilll sebesar 1 mm. Celah tersebut diperlukan untuk mempermudah memasukkan silikon ke dalam tabung dan efek dari adanya celah tersebut silikon masih dapat bergeser. Selain memperhatikan penstabilan terhadap pergerakkan arah horisontal, dalam perancangan juga harus memperhatikan penstabilan arah vertikal, dimana untuk arah vertikal silikon dipertahakankan berada sepanjang 300 mmm pada bagian tengah kapsul. Karena area sepanjang 300 mm pada bagian tengah kapsul merupakan area iradiasi lebih jelasnya dapat dilihat pada Rancangan posisi silikon didalam kapsul Pengujian kekuatan mekanik tabung penstabil silikon Pengujian kekuatan mekanik tabung menggunakan software CATIA Versi 5 Realese 19, melalui pengujian tersebut dapat diketahui besar stress yang terjadi akibat pembebanan. Beban berupa berat silikon yang ditampung dalam tabung penstabil, dan besaran beban tersebut merupakan dataa masukan disamping sifat-sifat mekanik dari material yang digunakan oleh tabung penstabil. Besaran berat silikon dapat dihitung setelah diketahui densitas dan volume silikon yang menjadi beban tabung. Densitas silikon sebesar 2330 kg/m 3 dan volume silikon sebesar 0,004 m 3 sehingga berat silikon sebesar 93,2 N merupakan besar beban yang menegenai alas tabung penstabil kearah bawah (Z negatif). Hasil proses pengujian cara simulasi menggunakan CATIAA seperti terlihat pada 10a dan 10b dibawah ini. 10a. Hasil pengujian von mises stress pandangan isometrik Buku I hal 18

6 PROSIDING SEMINAR 1 10b. Hasil pengujian von mises stress tampak dari atas Hasil pengujian menunjukkan stress terjadi di beberapa bagian dari alas tabung penstabil. Stress yang timbul sebagian besar terjadi disekeliling lubang-lubang pada alas. Hal tersebut dapat dipahami karena adanya beberapa lubang pada alas tabung akan mengurang kekuatan mekanik alas tabung dalam menahan beban berupa berat silikon. Stress yang timbul maksimal 1,77x10 6 N/m 2 masih jauh lebih kecil dari yield strength material aluminium yang digunakan yaitu sebesar 4,0 x 10 8 N/m 2. Dengann demikian stress yang terjadi pada alas masih dalam sifat elastis material seperti terlihat pada 11, sehingga ketika beban ditiadakan maka stress akan hilang dan alas tidak mengalami perubahan bentuk. KESIMPULAN Tabung penstabil silikon sangat diperlukan untuk menstabilkan posisi silikon dalam arah vertikal dan horisontal di dalam kapsul dalam kegiatan iradiasi silikon di teras Reaktor Serba Guna (RSG-GAS). Rancangan model tabung penstabil mengacu pada dimensi kapsul yang sudah tersedia. Pengujian kekuatan mekanik hasil rancangan menggunakan software CATIAA versi 5 Release 19 mendapatkan hasil stress terbesar 1,77x10 6 N/m 2, dimana stress tersebut masih dalam rentang sifat elastis material. Dengan demikian rancangan tersebut aman untuk digunakan dan layak untuk dipabrikasi. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada kepada Kementrian Riset dan Teknologi yang telah membiayai penelitian program Insentif tahun 2010 kepada Tagor malem Sembiring sebagai peneliti utama, serta kepada para personil yang terlibat pada penelitian tersebut atas dukungan moril yang telah diberikan sehingga terwujudnya makalah ini 11. Grafik stress-strain Al98/Mg1 Berdasarkan hasil pengujian tersebut maka rancangan tabung penstabil silikon untuk mendukung proses iradiasi silikon dalam teras reaktor memenuhi persyaratan dari segi kekuatan mekanik. Selanjutnya dapat dilanjutkan proses pembuatan tabung penstabil berdasarkan rancangan dilakukan. dan hasil pengujian yang telah DAFTAR PUSTAKA 1. TAGOR M.S., Analisis Awal Penerapan Metode Neutron Transmutation Doping di RSG-GAS, Jurnal Tri Dasa Mega, ISSN X, Volume 10, No. 3, Oktober, 2009., PTKRN BATAN. 2. Mhd. DAUDD PINEM,S.T., CATIA Si Jago Desain Tiga Dimensi, Kawah Media, Jl. H. Montong No. 57, Ciganjur-Jagakarsa, Jakarta Selatan ARDI ZAENU SYIFA, Nonferrous Metals and Alloys : Production, General, Properties, and Aplications, ardizaenusyifa.blogspot.com. Bukuu I hal 19

7 TANYAA JAWAB Eko Priyono Apakah tabung penstabil diisii terlebih dahulu kemudian dirancang ataukah sebaliknya? Dedy Haryanto Tabung penstabil dirancang terlebih dahulu dalam gambar 3 Dimensi kemudian diuji secara simulasi menggunakan software CATIA R.19 V.5 Suwarto Apakah tabung penstabil mekanik sudah dibuat atau baru rancangan? Dedy Haryanto Rancangann dan pengujian secara simulasi terlebih dahulu setelah hasil pengujian menunjukkan stress yang aman utnuk digunakan maka tabung penstabil dibuat modelnya menggunakan alat yang ada dipasaran. Kondisi sekarang model tabung penstabil telah ada. Sutrisno Apakah rancangan tersebut sudah dihitung netroniknya? Dedy Haryanto Rancangann telah dihitung secara netronik sehingga didapatkan batas- batas dimensi yang harus dipenuhi dalam perancangan. Buku I hal 20