PENGUKURAN KEKASARAN PERMUKAAN PELET UO
2MENGGUNAKAN ALAT ROUGHNESS TESTER SURTRONIC 25
Pranjono, Torowati, Banawa Sri Galuh, MM. Lilis Windaryati
Pusat Teknologi Bahan Bakar NuklirBadan Tenaga Nuklir Nasional Kawasan Puspiptek Serpong email : [email protected]
ABSTRAK
PENGUKURAN KEKASARAN PERMUKAAN PELET UO2 MENGGUNAKAN ALAT ROUGHNESS TESTER SURTRONIC 25. Telah Dilakukan Pengukuran Kekasaran Permukaan pelet UO2
Menggunakan Alat Roughness Tester Type Surtronic-25. Pada pelaksanaan pengukuran, digunakan 3 buah sampel standar sedangkan untuk pelet UO2 sebanyak 10 buah. Sebelum dilakukan pengukuran dilakukan
pengujian sampel standar sebagai referensi untuk mengetahui akurasi dan kestabilan alat. Tiga buah sampel standar yang digunakan adalah dengan nilai kekasaran 0,1 m ; 1,0 m dan 3,0 m. hasil pengukuran terhadap ketiga sampel standar tersebut adalah untuk sampel standar 0,1 diperoleh hasil rata rata 0,104 m dengan standar deviasi 0,003 m, untuk sampel standar 1,0 m diperoleh hasil rata rata pengukuran adalah 0,998 m dengan standar deviasi 0,003 m dan untuk sampel standar 3,0 m diperoleh hasil rata rata pengukuran adalah 2,969 m dengan standar deviasi 0,007 m. Pengukuran pelet UO2 dilakukan pada 3 titik
pengukuran, masing-masing dilakukan dengan 5 kali pengulangan.. Dari hasil pengukuran terhadap 10 pelet pada ketiga titik permukaan, nilai rata-rata kekasaran yang tertinggi adalah sebesar 0,730 m dengan standar deviasi 0,014 m . Nilai tertinggi kekasaran permukaan pelet ini, masih dibawah nilai kekasaran permukaan yang dipersyaratkan yaitu kurang dari 1,20 m.
Kata kunci : Kekasaran permukaan, pelet UO2, Surtronic 25.
ABSTRACT
SURFACE ROUGHNESS MEASUREMENT OF UO2 PELLET USING ROUGHNESS TESTER SURTRONIC 25. Roughness test on UO2 sintered pellet by using Roughness Tester Type Surtronic-25 had been carried out. In the measurement, three standard samples have been used and ten UO2 sintered pellets. Before conducting the measurement, standard samples were measured as reference to know the accuracy and stability of roughness tester. Three standard samples that had been used were sample with roughness value 0.1 m ; 1.0 m and 3.0 m. The results shows the average roughness for standard sample 0.1 m is 0.104 m with deviation standard 0.003 m, the average roughness for standard sample 1.0 m is 0.998 m with deviation standard 0.003 m and the average roughness for standard sample 3.0 m is 2.969 m with deviation standard 0.007 m. The roughness measurement of UO2 sintered pellet had been carried out on three measurement points, five times on each measurement. The result for ten pellets on three surface points, the highest roughness value average is 0.730 m with deviation standard 0.014 m. The highest roughness of sintered pellet surface is lower than the required roughness value which is lower than 1.20 m.
PENDAHULUAN
Instalasi Elemen Bakar Ekperimental (IEBE) didesain untuk memproduksi bahan
bakar tipe CIRENE, dan dalam
perkembangannya dilakukan pula penelitian dan pengembangan jenis bahan bakar tipe lainnya yaitu PHWR dan PWR. Secara garis besar pembuatan bahan bakar ketiga jenis tersebut di atas memiliki kesamaan dalam proses pembuatan pelet bahan bakar yaitu dengan melalui proses kompaksi dan sintering untuk mendapatkan pelet bahan bakar yang memenuhi persyaratan. Perbedaan dari ketiga jenis bahan bakar tersebut yang paling jelas terlihat adalah dimensi dari pelet UO2 yang dibuat. Secara umum persyaratan yang ditentukan agar sebuah pelet dapat digunakan sebagai bahan bakar adalah sama. Sedangkan persyaratan khusus biasanya ditentukan untuk penelitian dan pengembangan dari bahan bakar tersebut hingga diperoleh bahan bakar yang dapat digunakan di reaktor dengan menghasilkan efisiensi yang tinggi dan kinerja bahan bakar yang lebih baik.
Pelet UO2 tersebut dibuat dari serbuk UO2 melalui proses peletisasi. Teknik peletisasi yang ada di BEBE adalah cold
pressing yang diikuti dengan sintering dan
grinding. Cold pressing dilakukan dengan alat double acting press yang mempunyai cetakan pelet
berupa piston (punch) dan lobang metris (dies) dimana punch dan dies tersebut mempunyai ukuran yang sesuai dengan desain pelet elemen bakar.
Hasil dari cold pressing ini adalah berupa green pelet. Green pelet ini selanjutnya disinter dalam tungku sinter untuk mendapatkan sifat-sifat pelet yang memenuhi persyaratan operasi reaktor. Setelah proses
sintering selesai pelet sinter digerinda dengan
menggunakan mesin gerinda tanpa pusat
(centerless grinding machine ) ,
Sebagai akibat dari proses grinding terhadap pelet UO2 hasil sinter, hal ini akan berpengaruh terhadap nilai kekasaran permukaan dari pelet itu sendiri. Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir maka harus memenuhi persyaratan tertentu baik ditinjau dari sifat fisis maupun sifat kimianya. Salah satu persyaratan tersebut adalah terpenuhinya nilai kekasaran permukaan, dimana nilai kekasaran permukaan pelet
Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui besarnya nilai kekasaran permukaan pelet UO2 hasil sinter setelah pelet mengalami penyesuaian dimensi akibat proses grinding, disamping itu juga dilakukan pengukuran sampel standar untuk mengetahui unjuk kerja alat Roughness Tester. Cara yang dilakukan adalah dengan mengukur kekasaran permukaan standar roughness dilanjutkan dengan mengukur kekasaran permukaan pelet UO2 menggunakan alat Roughness Tester
Surtronic 25 dengan metode kontak langsung.
TEORI
Salah satu karakteristik geometris yang ideal dari suatu komponen adalah permukaan yang halus. Dalam prakteknya memang tidak mungkin untuk mendapatkan suatu komponen dengan permukaan yang betul betul halus. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, misalnya faktor manusia (operator) dan faktor-faktor dari mesin-mesin yang digunakan untuk membuatnya
Menurut istilah keteknikan, permukaan adalah suatu batas yang memisahkan benda padat dengan sekitarnya. Dalam prakteknya, bahan yang digunakan untuk benda kebanyakan dari besi atau logam. Oleh karena itu, benda-benda padat yang bahannya terbuat dari tanah, batu, kayu dan karet tidak akan disinggung dalam pembicaraan mengenai karakteristik permukaan dan pengukurannya.
Bentuk dari suatu permukaan pada dasarnya dapat dibedakan menjadi dua yaitu permukaan yang kasar (roughness) dan permukaan yang bergelombang (waviness). Permukaan yang kasar berbentuk gelombang pendek yang tidak teratur dan terjadi karena getaran pisau (pahat) potong atau proporsi yang kurang tepat dari pemakanan (feed) pisau potong dalam proses pembuatannya.
Permukaan yang bergelombang mempunyai bentuk gelombang yang lebih panjang dan tidak teratur yang dapat terjadi karena beberapa faktor misalnya posisi senter yang tidak tepat, adanya gerakan tidak lurus (non linier) dari pemakanan (feed), getaran mesin, tidak imbangnya (balance) batu gerinda, perlakuan panas (heat treatment) yang kurang baik, dan sebagainya. Dari kekasaran (roughness) dan gelombang
bentuk. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 1 berikut :
Gambar 1 Bentuk Permukaan Benda Padat
Roughness/kekasaran didefinisikan
sebagai ketidak halusan bentuk yang menyertai proses produksi yang disebabkan oleh pengerjaan mesin, sedangkan penggelombangan adalah komponen tekstur dimana kekasaran saling menumpuk. Hal ini disebabkan oleh faktor-faktor seperti penyimpangan mesin, getaran, berbagai penyebab regangan pada bahan dan pengaruh-pengaruh lainnya.
Nilai kekasaran dinyatakan dalam
Roughness Average (Ra). Ra didefinisikan
sebagai rata-rata aritmatika dan penyimpangan mutlak profil kekasaran dari garis tengah rata-rata.
Alat Surtronic 25
Alat Roughness Tester Type Surtronic
25 adalah suatu sistem disain modular
pengukur permukaan yang portable, dengan komponen-komponen terdiri dari traverse
unit, pick up yang dilengkapi dengan transducer dan dilengkapi juga dengan thermal printer.
Travers unit merupakan sistem utama
dari alat Roughness Tester komponen ini sebagai unit pengolah data. Pick up ialah suatu komponen penjelajah yang dilengkapi
transducer dengan jenis induktansi variabel,
dengan pemegang (holder) yang akan dihubungkan dengan traverse unit.
Pengolahan hasil pengukuran dengan menggunakan mikroprosesor yang hasilnya ditampilkan pada sebuah display dalam bentuk nilai numerik dari nilai kekasaran.
Gambar 2. Alat Roughness Tester Surtronic
25
TATA KERJA A. Bahan
Bahan yang digunakan adalah Pelet UO2 hasil sinter yang telah mengalami penggerindaan, sampel standar kekasaran (Roughness Specimen) berbentuk pelat logam dengan nilai kekasaran 0,1 µm, 1,0 µm, 3,0 µm.
B. Alat Yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam pengukuran adalah Roughness Tester Type Surtronic-25 buatan Taylor Hobson.
C. Langkah Kerja 1. Penyiapan Bahan
Permukaan pelet UO2 dibersihkan dengan tisu halus untuk menghilangkan debu dan lemak yang menempel pada permukaan sampel. Hal lain yang perlu diyakinkan bahwa tempat pengukuran terbebas dari getaran atau
vibrasi. Setelah itu memberi tanda pada
daerah atau lokasi pada pelet UO2 sebagai titik yang akan diukur kekasarannya. .
2. Penyiapan Peralatan
Serangkaian pick-up dipasangkan pada
traverse unit dan dihubungkan rangkaian pick-up dengan pick-up cable. Traverse unit
ditempatkan pada stand dan disambungkan kabel pick-up pada traverse unit, batere power 9 V dimasukkan sebagai sumber power
3. Pengukuran Sampel Standar
Sampel standar ditempatkan pada pada bidang datar. Traverse unit diatur dengan cara menaikkan atau menurunkan dengan memutar
holder stand. Stylus diposisikan pada posisi
tegak lurus dengan bidang datar dari sampel standar, pengukuran dilakukan dengan menekan tombol MEASURE, hasil dari pengukuran secara otomatis akan ditampilkan pada display yang ada pada traverse unit. Pengukuran dilakukan dengan pengulangan 15 kali.
4. Pengukuran Kekasaran Permukaan Pelet UO2
Pelet UO2 ditempatkan pada tempat penyangga serta diposisikan dengan arah horisontal mengikuti pergerakan stylus. Stylus diatur sampai menyentuh permukaan pelet UO2. Pengukuran dilakukan dengan menekan tombol MEASURE dan secara otomatis hasil dari pengukuran akan ditampilkan pada layar monitor. Analisa dilakukan dengan cara pengulangan 5 kali pada masing-masing titik pelet UO2.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari pengukuran terhadap standar kekasaran permukaan dengan berbagai nilai kekasaran dimulai dari Ra 0,1 m dan 1,0 m serta 3,0 m diperoleh hasil pengukuran yang dapat dilihat pada Tabel 1 sebagai berikut :
Tabel 1 Hasil Pengukuran Standar Kekasaran
Dari tabel 1 hasil pengukuran kekasaran permukaan terhadap standar didapat hasil yang bervariasi, untuk standar 0,1 m nilai pengukuran terendah adalah 0,101 m adapun nilai pengukuran tertinggi adalah 0,108 m. Nilai nilai pengukuran tersebut masih dalam batas keberterimaan sesuai dengan nilai yang dijinkan dalam sertifikat standar yang dikeluarkan oleh laboratorium Rubert.Co dimana didalam sertifikat untuk nilai standar 0,1m nilai kekasaran hasil pengujiannya adalah 0,105 m dengan batas minimum 0,101 m dan batas atas adalah 0,108 m. Rata rata hasil pengukuran terhadap sampel standar 0,1 m adalah 0,104 m dengan standar deviasi 0,003 m, pengukuran dilakukan dengan pengulangan 15 kali. Hasil pengukuran terhadap standar kekasaran permukaan 1,0 diperoleh nilai terkecil 0,991m dan terbesar adalah 1,00 m, hasil pengukuran tersebut masih dalam batas keberterimaan sesuai sertifikat dimana hasil pengukurannya 0,997 m dengan batas bawah 0,989 m dan batas atas adalah 1,005 m. Hasil pengukuran dengan 15 kali pengulangan terhadap sampel standar 1,0 m diperoleh rata rata pengukuran 0,998 m dengan standar deviasi 0,003 m. Pengukuran terhadap sampel standar 3,0 m dengan pengulangan pengukuran 15 kali diperoleh rata rata hasil pengukuran adalah 2,969 m dengan standar deviasi 0,007 m. Nilai hasil pengukuran tersebut masih dalam batas keberterimaan sesuai dengan sertifikat, dimana untuk standar 3,0 nilai nilai yang tertuang dalam sertifikat adalah 2,975 m dengan batas bawah 2,964
m dan batas atas 2,986 m. Keseluruhan hasil pengukuran terhadap 3 buah sampel standar masih dalam batas keberterimaan dengan demikian alat Roughness Tester
Surtronic 25 yang digunakan untuk
pengukuran pelet UO2 hasilnya dapat dipertanggung jawabkan.
Pengukuran pelet UO2 dilakukan pada 3 titik pengukuran dengan posisi putaran 1200. Setiap pelet diukur dengan pengulangan 5 pada setiap titiknya. Adapun hasil pengukuran kekasaran permukaan pelet UO2 dapat dilihat pada tabel 2 sebagai berikut.
Tabel 2 Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan Pelet UO2
Hasil pengukuran tersebut diatas kemudian dibandingkan dengan batasan maksimum yang diijinkan sebesar 1,2 µm. Grafik hasil pengukuran pelet dapat dilihat pada grafik sebagai berikut
Gambar 2. Grafik Pengukuran Kekasaran Permukaan Pelet UO2
Dari tabel 2 terlihat bahwa pada ketiga titik pengukuran dari setiap pelet mempunyai nilai yang berbeda. Hal ini dapat terjadi oleh beberapa faktor seperti penyimpangan mesin, getaran, tebal gerak makan terhadap pelet yang digerinda, dan juga dapat terjadi akibat kekerasan pelet. Hasil pengukuran kekasaran permukaan tertinggi pada pelet nomor urut 1 (satu), yaitu rata rata 0,730 µm dengan standar deviasi 0,014 µm. Nilai ini masih dibawah nilai kekasaran permukaan pelet UO2 yang diijinkan yaitu kurang dari 1,2 µm.
KESIMPULAN
Dari hasil pengukuran kekasaran permukaan pelet UO2 dan sampel standar dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Alat Roughness Tester type Surtronic
25 yang dipakai untuk mengukur
kekasaran permukaan pelet UO2 mempunyai akurasi dan presisi yang baik.
2. Nilai kekasaran permukaan pelet UO2 tertinggi adalah 0,730 m dengan standar deviasi 0,014 m, dari aspek kekasaran permukaan pelet UO2 yang dibuat di laboratorium Instalasi Elemen Bakar Eksperimental memenuhi persyaratan spesifikasi yang diijinkan yaitu kurang dari 1,20 µm.
DAFTAR PUSTAKA
1. Sasongko Heru, Petunjuk Pelaksanaan Kendali Mutu Laboratosrium Fabrikasi Bahan Bakar Nuklir, EBE-PEBN-BATAN.
2. Surtronic 25 User Guide, Taylor Hobson Precision, UK, 2006.
3. Agus Sartono, Pembuatan Pelet UO2 Sinter untuk PIN bahan Bakar Uji Tipe PWR, Hasil Hasil Penelitian EBN, ISSN 0854 – 5561, 2009.
4. Tri Yulianto, Kajian Kemungkinan Modifikasi Peralatan Fabrikasi Untuk Fabrikasi Elemen Bakar Jenis HWR dan LWR, Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN, Jakarta, 1996
5. Whitehouse, D.J., The Equation of The Mean Line of Surface Texture Found by Electric Wave Filter, Rank Taylor Hobson, 1965.
6. ASME B46.1, Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay), Three Park Avenue, New York, 2009.
7. Pranjono, Pengukuran Kekasaran Permukaan Tutup Kelongsong Zirkaloi Menggunakan Alat Roughness Tester Surtronic 25, Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir, PTBBN-BATAN, Serpong, 2013
TANYA JAWAB Pertanyaan
1. Mengapa pellet UO2 harus diukur kekerasan permukaannya?
2. Apakah proses penggerindaan yang mempengaruhi kekasaran permukaan? Jawaban
1. Karena berkaitan dengan perpindahan panas maupun berpengaruh pada kegagalan fatique.
2. Yang berpengaruh terhadap kekasaran permukaan adalah gerak makan gerinda, kecepatan putar, dan juga kekerasan pellet yang digerinda.
