Seminar Pendayagunaan Teknologi Nuklir 2017 Badan Tenaga Nuklir Nasional Tangerang Selatan November 2017

batan

Badan Tenaga Nuklir Nasional

Tangerang Selatan 21-23 November 2017

TINJAUAN KEKUATAN KONSTRUKSI DAN PEMILIHAN MATERIAL PADA

PEMBUATAN FRAME PASS BOX MINICELL 01 LABORATORIUM

RADIOISOTOP DAN RADIOF ARMAKA PTRR - BAT AN

Syefudin Ichwan, Diandono. KY

Pusat Teknologi Radioisotop dan Radiofarmaka (PTRR), Badan Tenaga Nuklir Nasional (BA TAN). Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Sela/an, Indonesia, 1531-1

sy_ichwan@yahoo.colII

ABSTRAK

Laboratorium Radioisotop dan Radiofarmaka (LRR) yang berada di Pusat Teknologi Radioisotop dan Radiofarmaka (PTRR)-BATAN memiliki tiga buah minicell yang digunakan untuk memproses bahan radioaktif. Dinding minicell terbuat dari bahan timbal (Pb) berupa susunan "Ieadbrick" yang berfungsi menahan paparan radiasi agar tidak tembus keluar sehingga aman untuk operator. Minicell di LRR memiliki kekurangan yaitu tidak tersedia fasilitas akses interupsi proses, sehingga akan menyulitkan ketika dilakukan suatu interupsi pada saat proses berlangsung. Oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi pada minicell tersebut dengan membuat suatu lubang akses yang

disebut "frame passbox" yang berfungsi sebagai ja/an masuk "passbox" yang berisi a/at dan bahan dari luar minicell selama interupsi proses berlangsung. Pembuatan "frame passbox" harus dirancang secara cermat melibatkan tinjauan teknis seperti: skenario penahan kemungkinan robohnya "Ieadbrick" selama proses pembuatan "frame", dimensi "frame" yang disesuaikan dengan kebutuhan, pemilihan bahan dan pengujian kekuatan daya dukung "frame" terhadap beban berupa defleksi dan "buckling", sehingga dapat dihasilkan rancangan "frame passbox" yang sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan hasil perhitungan kekuatan baik defleksi maupun "buckling", didapatkan bahwa pemakaian bahan ST37 yang merupakan baja karbon rendah telah sesuai dengan persyaratan yang diperlukan.Selain ituda/am hal pabrikasi ST37 mudah dilas dan mudah didapatkan di pasaran.

Kata kunci: minicel!. leadbrick. passbox, beban mera/a, defleksi, buckling

ABSTRACT

Observation on the Strength Construction and Material Selection on the Passbox Frame

Minicell Fabrication

in Center for Radioisotope

and Radiopharmaceutical

Technology

SA TAN. Radioisotope and Radiopharmaceutical Laboratory (RRL) in the Center for Radioisotope and Radiopharmaceutical Technology BA TAN has three minicells used for processing of radioactive materials. The minicell wall is made from lead material, that is

a

lead brick affangement that will withstand radioactive exposure for operator safety. The minicell in RRL has

a

lack that is no inteffupt process access facility, so that it will be very difficult when an interruption needed during the process. Therefore it is necessary to modify the minicell by creating an access hole called

a

passbox frame which serves as the entrance of passbox that consist of tools and materials from the outside of the minicell during the process interruption. The passbox frame creation should be carefully designed involving technical reviews such as: scenarioof the probable collapse of the lead brick during the passbox frame creation, dimensions of the frame that are tailored by needs, material selection and testing of frame supporting strength against loads of deflection and buckling, so that the pass box frame design can be generated as needed. Based on the calculation of strength both of deflection and buckling, it was found that the use of ST37 material which is made by low carbon steel meets the necessary requirements. The ST37 is easily welded and commercially available.

PENDAHULUAN

L

aboratorium(LRR) merupakan failitas proses produksiradioisotop dan radiofarmaka radioisotop dan radiofarmaka yang berada di gedung baru PTRR. Oi dalam LRR terdapat sejumlah fasilitas utama dan penunjang proses, salah satunya adalah fasilitas minicell yang berfungsi untuk proses/sintesis radioisotop. Minicell secara umum dapat disamakan dengan hotcell, namun memiliki ukuran yang lebih ked!. Batasan aktivitas bahan radioaktif yang mampu diproses dalam minicell relatif lebih kedl, yaitu sekitar 3 Ci [1]. Minicell memiliki tingkat kebersihan udara yang lebih terkondisi yang dilengkapi dengan HEPA filter pada inlet saluran udaranya.

Minicell yang berada di LRR berjumlah 3 (tiga) unit yang digunakan untuk proses bahan radioaktif baik berupa radiiosotop maupun radiofarmaka, oleh karena fungsinya tersebut maka minicell didesain agar dapat menahan paparan radiasi maupun lepasan partikel radioaktif sehingga aman untuk operator maupun lingkungan sekitarnya. Minicell yang berada di LRR diproduksi oleh Comecer, perusahaan yang berasal dari Italia, dengan dimensi panjang 150 em, lebar 120 em dan tinggi 250 em, memiliki konstruksi dinding dengan bahan timbal dan berlapis plat logam serta dioperasikan menggunakan manipulator (tangan robot). Proses loading dan unloading berlangsung seeara robotic lelektromekanik.

Seiring berjalannya waktu, ditemui beberapa kekurangan pada minicell ini, yaitu kendala bahwa minicell tidak dilengkapi fasilitas interupsi proses, artinya minicell di desain untuk melakukan suatu proses produksi/sintesis dari awal sampai selesai tanpa adanya proses interupsi di tengah-tengah proses, sedangkan proses produksilsintesis yang dilakukan di LRR sering kali diperlukan interupsi proses ditengah, baik berupa penambahan bahan zat maupun pengukuran hasil reaksi, sedangkan untuk melakukan interupsi dan mengakses dari luar pada saat proses telah berlangsung merupakan hal yang mustahil/sangat sulit dilakukan dikarenakan proses tersebut melibatkan bahan radioaktif. selain itu terdapatinterfock yang terhubung dengan sistem didalam minicell, dimana pintu utama minicell tidak dapat dibuka ketika didalam minicell terdapat bahan radioaktif.

Oleh karena itu diperlukan modifikasi pada minicell dengan membuat lubang sebagai jalan masuk/akses yang digunakan untuk memasukan passbox ke dalam minicell. Passbox adalah sebuah fasilitas yang berfungsi sebagai ruang/daerah penyangga untuk mentransfer barang dari dan ke luar minicell, sehingga

94

mencegah terjadinya gangguan aliran udara dan tekanan udara didalam minicellPassbox umunya berbentuk kotak (box) dengan dua buah pintu (inlet dan outlet) yang beroperasi berdasarkan interlock sehingga kedua pintu tersebut tidak dapat dibuka seeara bersamaan untuk menghindari terjadinya kontaminasi silang [2].

Pembuatan lubang akses ini akan diperkuat dengan sebuah bingkai/frame yang "berfungsi untuk melindungi passbox tersebut agar tidak terjepit dan rusak oleh dinding minicell.

I minkel I

Gambar 1. lIustrasi lay outminicellJrame dan

passbox (tampak belakang)

METODOLOGI

Didalam melakukan modifikasi minicell ini perlu dilakukan reneana tahapan yang teliti dan seksama sebelum pelaksanaan modifikasi, selain karena modifikasi ini akan merubah spesifikasi alat, harga minicell yang cukup mahal juga menjadi alasan yang kuat agar modifikasi ini dilakukan dengan seksama sehingga berhasil sesuai dengan yang direncanakan.Oiperlukan pendekatan perhitungan yang memadai sehingga proses modifikasi benar-benar dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan dan hasil dari modifikasi tersebut harus dapat menjawab kendala awal yang menyebabkan perlunya dilakukan modifikasi.

Tahapan modifikasi adalah sebagai berikut:

a. Membuat penahan lead brick.

Minicell memiliki struktur utama berbahan timbal (Pb) sebagai material penahan radiasi terbaik yang memiliki berat jenis sebesar 11,34

g/em3[3], dinding timbal tersebut berupa susunan

segment-segment seperti susunan batu bata atau biasa disebut dengan istilah lead brick yang bertumpuk membentuk dinding timbal, pad a bagian sisi-sisinya (sisi luar/dalam) dihimpit oleh pelaUlembaran logam stainless steel dengan ketebalan 2 mm, yang berfungsi sebagai penahan kedudukan timbal dan pemberi bentuk luar (casing) minicell. Oengan kondisi demikian maka dalam melakukan modifikasi ini minimal

batan

Badan Tenaga N uklir N asional

Tangerang Selatan

21-23 November

2017

ada tiga bahan yang harus dipotong, yaitu dua sisi plat stainless steel dan satu buah lead brick, oleh sebab itu diperlukan persiapan teknik pemotongan dan persiapan peralatan yang diperlukan.

Pembuatan penahan sebagai langkah antisipasi robohnya lead brick pada saat pemotongan, penahan lead brick direneanakanberupa plat logam yang di pasang seeara horizontal pada dinding minicell dengan eara di baut. Panjang plat penahan tersebut dibuat lebih panjang dari ukuran lubang passbox, plat penahan ini akan bekerja menahan lead brick diatas plat tersebut, sehingga dapat menggantikan lead brick yang dipotong agar posisi lead brick diatasnya tidak roboh selama frame passbox belum dipasang. Plat ini akan dilepaskan setelah pembuatan frame selesai dilakukan.

b. Membuat frame passbox.

Proses modifikasi ini pada intinya adalah membuat lubang pada dinding minicell dan pembuatan frame passbox. Dalam pereneanaan pembuatan frame passbox diperlukan beberapa tahapan perhitungan, yaitu:

1. Mementukan dimensi frame passbox.

Ukuran frame direneanakan menyesuaikan dengan ukuran passbox yang direneanakan menurut kebutuhan (berdasarkan permintaan dari pengguna fuser). Frame berbentuk persegi yang dibentuk dari empat buah batang yang disatukan menggunakan las pada tiap ujungnya.

2. Menentukan bahan/material frame.

Bahan/material frame direneanakan menggunakan bahan metal (baja karbon) yang mudah dilakukan proses pengelasan dan mudah diperoleh dipasaran.

3. Analisa defleksi pada frame.

Bahan frame yang telah dipilih perlu dilakukan pemeriksaan besarnya defleksi yang terjadi pada batang frame horisontal akibat adanya pembebanan oleh lead brick diatasnya.

4. Analisa buckling pada frame.

Bahan frame yang telah dipilih juga perlu dilakukan pemeriksaan terhadap gaya buckling yang diijinkan (mampu diterima) oleh bahan tersebut pada batang frame vertikal yang diakibatkan oleh beban lead brick diatasnya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a) Membuat penahan lead brick.

Penahan lead brick ini direneanakan terbuat dari sebuah plat baja yang diikatkan pada dinding minicell menggunakan baut. Fungsi penahan ini adalah untuk menahan susunan lead brick diatas lubang akses agar tidak turun/longsor kebawah pada waktu pembuatan lubang akses di dinding minicell.

ba~m. 1---I I__ ..__~ !

X!

/ ' 1 ' ' : I r--Plat~(..·~·

-!:

-~

j I t pen an ! L __ :

J_m~

m~:

:.~~

Gambar 2. lIustrasi konstruksi plat penahan lead

brick

Dengan skenario plat penahan ini, maka harus dihitung terlebih dahulu kekuatan baut pengikatan plat penahan pada dinding minicell terhadap beban yang diterima, yaitu perhitungan kekuatan baut yang akan me nahan tegangan geser akibat pembebanan oleh lead brick diatasnyadan menjamin bahwa baut tidak mengalami bengkok atau patah. Plat penahan harus dapat menahan beban yang ada sehingga lead brick tidak akan roboh. Plat penahan direneanakan berbentuk plat logam dengan penampang persegi panjang.

Perhitungan kekuatan konstruksi plat penahan lead brick meliputi:

);- Perhitungan baut pad a plat penahan lead brick adalah sebagai berikut:

Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahui kebutuhan jumlah dan pemeriksaan ukuran baut yang direneanakan, baut yang digunakan adalah baut dengan diameter 5 mm.

• Tegangan geser (T) yang terjadi pada baut

adalah:

v

T

= -

_A [4]

A: luas penampang geser V: gaya geser total

Sehingga luas permukaan gesernya adalah:

A

=

nxr2,A

=

nx(2.5)2

1m2 A

= 19,625

mm2x

₁₀

6_mm A

=

1,9625x10-5m2

• Berat lead brick diatas frame adalah sebagai berikut:

Dimensi lead brick yang ditahan oleh baut memiliki panjang p=22 em, lebar 1=120em dan tebal t= 10 em.

Sehingga berat lead brick adalah: W

=

mxg [5] m

=

Vxp [5] V

=

P x Ix

t

P

= 11,34 (~)

em

[6]

Dimana:

W adalah berat lead brick (N) m adalah massa lead brick (Kg) p adalah massa jenis Lead (g/em3) V adalah Volume (m3)

• Massa (m) lead brick yang membebani frame adalah:

m

=

Vxp

m

= pxlxtxp

m

=

120 em x22 em x10 em x 11,34

C~3)

m

=

299367

g

m

= 299,376

Kg .,. Berat lead brick (W)

W

= 299,376

Kgx x

9,81

C~)

W

=

2936,88

N

Jadi berat lead brick yang ditanggung oleh baut pada plat penahan adalah sebesar 2936,88 N

Gaya geser yang bekerja pada baut adalah seluruh beban lead brick diatas baut yaitu sebesar W

=

2936,88

N

Sehingga tegangan geser yang terjadi sebesar:

2936,88 N

T

= 1,962Sx10-sm2

N

T

=

1496,499

-2

_m

Seeara umum besarnya tegangan geser adalah setengah dari tegangan luluh tarik bahan, sehingga tegangan tarik yang terjadi pada bahan baut tersebut adalah sebesar:

T

=

O,SO"yield atau O"yield

=

2x T[4]

Sehingga didapat tegangan yield bahan baut (ayield) sebesar: O"yield

=

2x T N O"yield

=

2

x

1496,499

-2

_m N O"yield

= 2992,998

-2

_m

Berdasarkan standar JIS dengan kode JIS B 1051, bahwa bahan baut yang memiliki kekuatan paling rendah memiliki tegangan tarik minimal sebesar 34 Kg/mm2[7][8]

kg 106mm2 _ 7kg

34--2

_mm X _m2 -

3,4x10

-2'_m

atau setara dengan 3,4x108 N/m2

Nilai tersebut masih jauh lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan yang terjadi akibat beban lead brick yang hanya sekitar 2992,998 N/m2, sehingga berdasarkan tegangan yang terjadi akibat beban lead brick tersebut,

96

maka penggunaan baut dengan ukuran diameter 5 mm (M5) dan spesifikasi bahan dengan kekuatan paling rendah masih mampu menahan beban lead brick diatasnya, sehingga mampu mengantisipasi robohnya lead brick pada saat pembuatan lubang pada dinding lead brick.

Walaupun menurut perhitungan tersebut penggunaan 1 buah baut telah mampu menahan beban yang ada, tetapi dalam pereneanaan selanjutnya di upayakan untuk menggunakan satu baut untuk tiap-tiap segmen lead brick, karena dalam pemotongan ini diasumsikan akan memotong dua bidang/segmen lead brick, maka digunakan dua buah baut, hal ini dikarenakan din ding minicell ini tidak pejal seutuhnya melainkan berupa susunan lead brick. Selain itu digunakan pula tambahan dua buah baut yang akan mengikat plat penahan dengan dinding minicell. Kedua baut ini tidak termasuk dalam perhitungan karena seeara teknis tidak menerima pembebanan oleh lead brick diatasnya, melainkan hanya berfungsi sebagai pengikat saja, seperti terlihat pad a Gambar 2.

b) Pembuatan frame.

Dalam proses pembutan frame diperlukan perhitungan-perhitungan yang bertujuan untuk menentukan kekuatan frameA<usen yang akan digunakan agar mampu menahan beban lead brick, selain itu frame juga berfungsi sebagai penghubung lubang akses dengan passbox. FrameA<usen direneakanan menggunakan baja karbon pejal berbentuk persegi empat, yang memiliki dimensi sama dengan lubang passbox (22em x 22em) dengan pengelasan pada keempat sudutnya. Batang frame direneanakan mempunyai penampang persegi dengan ukuran panjang 22 em, lebar 10 em dan tebal1 em.

·"1 :1Ccm \ ...:.. . ,; ; ,-,,- tun

Gambar 3. lIustrasi dimensi batang frame. Beberapa perhitungan yang perlu dilakukan pada pereneanaan frame adalah sebagai berikut:

1. Mementukan dimensi frame passbox.

Penentuan ukuran frame berdasarkan pada ukuran passbox yang akan digunakan.Frame berfungsi untuk menahan dinding lead brick yang akan dilubangi agar tetap stabil pada posisinya.

batan

Badan Tenaga Nuklir Nasional

Tangerang Selatan

21-23 November 2017

Ukuran lubang sesuai dengan besarnya passbox yang akan dipasang. Passbox digunakan untukakses masuk dan keluar alat maupun bahan keperluan proses didalam minicell. Alat dan bahan yang diperlukan untuk dimasukan kedalam minicell yaitu vial, kertas lakmus, pinset, jarum suntik, container dan beaker glass, ukuran alat terbesar yang akan masuk adalah beaker glass dengan diameter 11 em dan tinggi 15 em, serta baki plastik dengan ukuran 11x18x5 em, sehingga ukuran penampang passbox yang ditetapkan 20x20 em.

Adapun ukuran framepassbox akan menyesuaikan dari ukuran passbox tersebut dengan penambahan jarak/space pada ke em pat sisinya yang bertujuan untuk memudahkan proses instalasi passbox. Oleh karena itu maka dimensi frame passbox akan dibuat memiliki ukuran panjang (p) 22 em dan lebar (I) 22 em. Dilakukan penambahan panjang 2 em dan lebar 2 em untuk memudahkan proses pemasangan passboxserta dilakukan penambahan bahan perapatlsealer agar tidak terjadi keboeoran pada minicell.

2. Menentukan

bahan/material

frame

passbox.

Dalam perhitungan ini diasumsikan bahwa beban lead brick yang ditanggung oleh frame adalah seluruh volume lead brick diatas frame passbox atau sama dengan be ban yang ditanggung oleh baut pada plat penahan, tanpa memperhitungkan besarnya koefisien gesek antar lead brick. Dengan demikian asumsi yang digunakan seolah-olah seluruh lead brick yang berada diatas framepassbox terdistribusi seeara merata sepanjang frame.

Adapun berat lead brick diatas frame sam a dengan beban lead brick yang diterima oleh baut pada plat penahan yaitu sebesar: 2936,88 N, hal ini dikarenakan fungsi plat penahan bersifat sementara sampai pemasangan frame selesai dilakukan, selanjutnya digantikan oleh konstruksi frame.

~ Tegangan lentur pada batang atas frame (horizontal).

Besarnya tegangan lentur yang bekerja pada permukaan batang horizontal, yang menyebabkan batang tertekan ke bawah akibat dari beban lead brick adalah sebagai berikut: Diketahui:

besarnya beban lead brick (W) adalah 2936,88 N Luas penampang yang menerima gaya tekan adalah bidang bagian atas batang frame horizontal, yang memiliki dimensi panjang 22 em, dan lebar 10 em

Sehingga luas permukaan tekannya (A) adalah:

A=pxl

p adalah panjang frame I adalah lebar frame

A

=

22 em

x

10

em,

A

=

220 em2

Sehingga besarnya tegangan lentur (0) yang terjadi adalah: {J

=:,

dimana F

=

W[5] A 2936,88 N lxl04em2 293688 (J

=

----x----

=

---220 em2 1m2' 220

= 1334,945

N1m2

Maka besarnya tegangan lentur yang terjadi akibat pembebanan lead brick diatasnya adalah sebesar

1334,945

Nlm2•

Nilaidari tegangan lentur tersebut kemudian digunakan untuk menentukan jenis material. Berdasarkan katalog bahan didapatkan bahan yang memenuhi persyaratan tersebut, salah satunya adalah ST 37, yang merupakan baja karbon rendah. Bahan tersebut murah dan mudah didapatkan dipasaran serta mudah dilakukan pengelasan [9].

Adapun karakteristik bahan ST37 adalah sebagai berikut [9]: T§~~L1.:....:?p.I?.:>.in~§:>i...~§b§I1 ...:?!~L ...__.._.. _

Material

St 37

··· · · ·.· _ m._. . .__ . __ . _ _tegang~r:!Yi~/d 340 MPa

_~g,,!~g~~_!:!~!!!!!~~

__

540 MPa _

M<?.c:!.~.I.~s..~I§lS.!!.s.Lt9!)__mmmm••• m •••••••••••••••?!J_'.<19.~_~e9. __m

Berdasarkan Tabel 1 dapat diketahui bahwa bahan ST37 memiliki tegangan yield sebesar 340 Mpa = 340x106 N/m2, sehingga dinyatakan aman karena mempunyai tegangan yield lebih besar daripada tegangan lentur yang terjadi.

3. Analisa defleksi.

Setelah dilakukan pemilihan bahan berdasarkan tegangan yield bahan, maka perlu di lakukan pemeriksaan besarnya defleksi yang terjadi pada bahan tersebut terhadap besarnya pembebanan yang te~adi.

Defleksi adalah lendutan yang diakibatkan pemberian gaya tegak lurus sumbu batang yang mengakibatkan batang melengkung sejauh (5 dari

batan

Seminar Pendayagunaan

Teknologi Nuklir 2017

Badan Tenaga Nuklir Nasional

Tangerang Selatan 21-23 Novcmber 2017

~

SENPATEN

Gambar 4a. Diagram defteksidengan beban merata pada dukunganjepit.

Gambar 4b. Diagram defteksipada dukunganjepit.

Sehingga besarnya inersia luas dari batang frame atas adalah: 8,33x10-9 m4

~ Perhitungan besarnya defleksi (0) yang terjadi pada batang frame atas horizontal.

FxL3

0=---

_384xExI 2936,88 Nx(0,22 m)3

0=---384x2,1x1010 Pax8,33x10-9m4

31,27189

0=---671731,2

0= 4,655x10-sm

o

=

0,046 mm

Berdasarkan perhitungan tersebut maka dengan pembebanan sebesar F akan te~adi defleksi pada batang horizontal frame passbox sebesar 0,04 mm.

DefJeksi yang terjadi masih sangat kecil jika dibandingkan dengan panjang batang frame atas yang memiliki panjang 22 em, atau hanya sekitar 0,0181% terhadap panjang batang, sehingga defJeksi yang terjadi dapat dikategorikan aman [8]. DefJeksi pad a konstruksi tersebut tidak signifikan dan tidak akan berpengaruh terhadap passbox.

Konstruksi frame direneanakan dengan sistem pengelasan, frame terbuat dari empat batang yang dilas pada kedua sisi masing-masing batangnya. Sehingga jenis dukungan pad a masing-masing batang (vertikal dan horizontal) adalah both end fixed [11]

q q

(a) (b)

Gambar 5 (a). lIustrasi pembebananmeratapada batangframe horizontal (b). lIustrasi defteksiakibat pembebananmerata pada batangframe horizontal.

4. Analisa gaya buckling.

Gaya buckling adalah gaya yang bekerja pada suatu batang yang menyebabkan ketidak stabilan yang mengarah ke modus kegagalan, dengan kata lain buckling ditandai dengan suatu kejadian dimana batang mulai bengkok ketika diberikan gaya tekan sejajar sumbu batang [12].

Gaya tekan pada sisi atas akibat beban lead brick karena faktor gravitasi, pad a batang vertikal disisi kanan dan kiri frame yang akan menimbulkan resiko lengkungan (buckling). Hal ini dapat digambarkan sebgai berikut:

F,n nFb F

Sebelum menghitung defleksi yang terjadi, terlebih dahulu harus diketahui besarnya momen inersia luasan permukaan dari frame horizontal. Luasan disini berbeda dengan luasan pada saat perhitungan tegangan lentur, yaitu luas penampang potong batang yang memiliki dimensi panjang (b) 10 em, dan tinggi (h) 1em, sehingga didapat: I=bh3[111₁₂ 10 (cm)X1(cm)3

1=

12 1O-1(m)x(10-2)(m)3

1=---

₁₂ I

=

8,33x10-9 m4 98 (a) (b)

Gambar 6 (a). lIustrasipembebananbuckling pada

framevertical, (b). lIustrasibuckling yang te~adi pada

batangframe vertical

batan

Badan Tenaga Nuklir Nasional

Tangerang Selatan

21-23 November 2017

~

SENPATEN

Gambar 7. Giagram reaksi pada dukungan jepit Untuk dapat menghitung besarnya gaya buckling, maka terlebih dahulu harus dilakukan analisa pembebanan, untuk mengetahui besarnya gaya reaksi pada masing-masing batang vertical pada frame pass box.

a. Moment maksimum (Mmax)

Pad a konstruksi batang dengan beban merata dengan dukungan jepit seperti tampak pada Gambar 6, maka momen maksimum berada ditengah batang [4].

dim ana:

ql2

Mmax

= -

₈ [4]

q = beban terdistribusi (N/m)

I = panjang batang (m)

~ Beban terdistribusi merata (q) lead brick adalah: 2936,88 N q

=

22 em 2936,88 N 100em q

=

22

em xt;;l

q

=

13349,45N 1m sehingga: 13349,45 (~)(0.22)2(m2) Mmax

=

m Mmax

=

80,764

Nm

b. Besarnya reaksi pada batang vertical di kanan (Fa)dan kiri (Fb)

rFx= D

[4]

W-Fa-Fb=D Fa = W- Fb rMa= D [4] W.la- Fb. Ib= D W.la Fb

=

--Ib 2936,88 N.ll em Fb

=

--2-2-em---Fb

= 1468,44

N Fa

=

W - Fb Fa

= 2936,88 - 1468,44

Fa

= 1468,44

N

Dengan demikian diketahui bahwa besarnya gaya yang diterima oleh batang vertical A dan B dari be ban lead brick diatasnya adalah sama besar, yaitu 1468,44 N.

Pemeriksaan buckling perlu dilakukan terhadap batang frame vertical, hal ini bertujuan

agar dapat diketahui besarnya gaya buckling yang dapat diterima oleh bahan batang, sehingga konstruksi frame dalam kondisi aman.

Besarnya gaya buckling (F) adalah sebagai berikut:

,,2xExI

F

=

(KxL)2 ...•...•...•. [4]

E = Modulus elastisitas baja karbon ; 21Dx1D9N/m2

I = Momen inersia (m4)

K = Konstata ; D,5 (both end fixed) [11] L = panjang batang; 22 cm =D,2 m

Dengan I adalah momen inersia luasan yang menahan gaya buckling yaitu penampang batang pass box yang memiliki panjang penampang b= 1 cm, dan tinggi h= 22 cm.

~ Maka besarnya inersia I adalah:

bh3

I

= -

12 [4] lx223 10648,

I =---u-,l =--u'

= 8,8733

em4,

I

=

8,8733xl0-sm4

c. besarnya gaya buckling adalah:

1f2xExl

F=---(KxL) 2 (3,14)2 x(210xl09)x(8, 87733xl0-s) F

=

---(O,5xO,22)Z

183806,538

F

=

----0,11

F

= 1670968,857

N

Sehingga berdasarkan perhitungan buckling diatas, maka batang vertical framepassbox akan mulai bengkok jika mendapatkan gaya tekan (F) sebesar

1670968,857

N.

Berdasarkan hasil perhitungan sebelumnya, dimana batang vertical A dan B, mendapatkan gaya tekan sebesar 1468,44 N dari beban lead brick diatasnya, maka jika dibandingkan dengan besarnya gaya buckling sebesar

1670968,857

N, maka besarnya gaya tekan pada batang frame vertical masih jauh dari batas terjadinya buckling, sehingga konstruksi frame tersebut dinyatakan aman.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pertimbangan ukuran dan jenis insert yang biasa digunakan dalam proses menggunakan minicell, maka ukuran lubang passbox ditetapkan berupa bujur sangkar/persegi dengan ukuran panjang 22 cm dan lebar 22 cm.

Berdasarkan hasil perhitungan, maka penggunaan batang penahan berupa plat yang diikat dengan baut berjumlah dua buah dengan ukuran diameter baut 5mm (ukuran M5) secara teoritis telah mampu menahan beban leadbrick

batan

Seminar Pendayagunaan

Teknologi N ukIir 2017

Badan Tenaga Nuklir Nasional

Tangerang Selatan 21-23 November 2017

~SENPATEN

diatasnya, pada waktu pembuatan lubang akses passbox.

Pemilihan material/bahan frame pass box menggunakan baja karbon rendah jenis ST37 dengan cara pengelasan pada keempat sudutnya membentuk frame persegi, telah memenuhi semua parameter yang diperlukan, mulai dari syarat lendutan/defleksi maupun batasan gaya buckling yang diijinkan.

Dengan demikian maka secara teoritis ditinjau dari pemilihan bahan dan bentuk kosntruksinya, maka modifikasi pembuatan lubang akses passbox pada minicell dapat dilakukan dengan aman dan dapat berfungsi sesuai dengan yang direncanakan.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih penulis persembahkan kepada semua rekan-rekan yang telah mendukung dan memberikan masukan-masukan hingga terselesaikannya tulisan ilmiah ini, khususnya kepada para teknisi dan tenaga ahli pembangunan laboratorium radioisotop dan radiofarmaka.

DAFT AR PUST AKA

1. COMECER, "Laminar Flow Shielded Cell for Research Activities,n comecer.

https://- www.comecer.com/mip-Iaf-series-Iaminar-flow-sh ielded-cell-for -research-activities. 2. MACHFUD BOX, (2013), "Passbox,"

http://hvactechnic.blogspot.co.id/2013/11/pas sbox-dan-ai r-shower -pada-rumah-sakit. htmI. 3. "PeriodicTable."

http://periodictable.com/-Propertiesl A1Density .al.htmI.

4. GERE AND TIMOSHENKO, "MEKANIKA BAHAN", 4th edition. Erlangga, Jakarta. 5. GRANTA DESIGN LTD, (2003), "Materials

Data".: Cambridge University Engineering Department, Cambridge

6. R. SMITH, L. DEVELOPMENT, AND A. LONDON, (1966), "PRINCIPLES OF LEAD SHIELDING DESIGN", vol. 4, November, pp. 459-479,

7. "Mechanical Properties of Fasteners Made of Carbon Steel and Alloy Steel" tahun 2000 8. S. KIYOKATSU SUGA, (2004), "DASAR

PERENCANAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN MESIN", 11th edition, Pt.PRADNYA PARAMITA, JAKARTA.

9. M. EBRAHIMNIA, M. GOODARZI, M. NOURI, AND M. SHEIKHI, (2009), "Study of the effect of shielding gas composition on the mechanical weld properties of steel ST 37-2 100

in gas metal arc welding,n Mater. Des., vol.

30, no. 9,pp. 3891-3895.

10. A. P. Defleksi, "II.TEORI DASAR A. Pengertian Defleksi dan Hal-Hal yang Mempengaruhi," pp. 1-25.

11. X. ZHOU, Z. LlU, AND Z. HE, (2015), "Thin-Walled Structures General distortional buckling formulae for both fi xed-ended and pinned-ended C-section columns," Thin Walled Struct., vol. 94, pp. 603-611.

12. Z. JUHASZ AND A. SZEKRENYES, (2017), "The effect of delamination on the critical buckling force of composite platesO: Experiment and simulation, n Compos. Struct.,

vol. 168, pp. 456-464.