24_ari
DESCRIPTION
aaTRANSCRIPT
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 324 -
PEMILIHAN DESAIN MEKANIK PADA LOADING-UNLOADING SUMBERRADIOAKTIF, PENGANGKAT RAK SUMBER DAN MEKANISME
TRANSPORTASI PRODUK UNTUK IRADIATOR GAMMA
Ari Satmoko, Petrus Zacharias, Sutomo, Hyundianto Arif Gunawan, dan Putut Hery S.
PRPN – BATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
PEMILIHAN DESAIN MEKANIK PADA LOADING-UNLOADING SUMBERRADIOAKTIF, PENGANGKAT RAK SUMBER DAN MEKANISME TRANSPORTASIPRODUK UNTUK IRADIATOR GAMMA. BATAN berkeinginan untuk membanguniradiator gamma guna menunjang kepentingan industri terutama untuk pengawetanproduk-produk pangan dan hasil pertanian. Desain iradiator dikembangkan dengankonsep mengacu pada iradiator kategori IV. Pengembangan dari desain konsep mekanikmenjadi desain dasar menawarkan berbagai alternatif teknik ataupun model. Alternatif-alternatif tersebut harus dievaluasi untung ruginya sehingga menghasilkan satu alternatifyang ditetapkan untuk desain. Untuk proses loading-unloading sumber radioaktif, desainpraktis meniru desain iradiator pada umumnya. Untuk meningkatkan efisiensi paparanradiasi, batang-batang sumber disusun ke dalam dua rak tipis sejajar. Masing-masing rakterdiri dari dua tingkat. Produk akan mengalami paparan dosis yang optimal pada saatmelewati lokasi yang diapit oleh kedua rak ini. Seling SS304 menjadi alternatif alatpenarik rak sumber ke atas. Untuk menghindari rotasi dan ayunan, rak dilengkapi denganguide berupa seling di kedua sisi. Seling guide ini dilengkapi dengan komponenpengencang dan juga spring untuk menjaga tegangan seling. Mekanisme transportasiproduk berfungsi untuk mendekatkan atau menjauhkan produk dari sumber radioaktif.Sistem gantung memiliki keunggulan lebih dibandingkan dengan sistem yang bertumpu dibawah karena struktur penyangga yang menggantung pada plafon atas mempunyai ruangyang lebih leluasa. Supaya efisien dan ekonomis, produk bergerak secara kontinu namundapat dihentikan pada lokasi-lokasi tertentu. Karena gerakan produk bersifat diskret,maka tipe konveyor yang cocok adalah power and free. Jalur konveyor didesain mengitarirak sumber dan melalui zona pusat di antara dua rak sumber supaya serapan dosisradiasi menjadi optimal dan merata. Untuk menghentikan carrier pada lokasi tertentu,stopper pneumatik disediakan. Pemuatan produk ke dalam konveyor danpembongkarannya dilakukan secara otomatis dengan menambahkan jalur feeder yangterdiri dari dua tingkat.
Kata kunci: iradiator, mekanik, pemilihan desain, desain konsep, sumber radioaktif
ABSTRACT
MECHANICAL DESIGN SELECTION ON RADIOACTIVE SOURCE LOADING-UNLOADING, SOURCE RACK HOIST AND PRODUCT TRANSPORT MECHANISMFOR GAMMA IRRADIATOR. BATAN has a program on gamma irradiator facility intendedfor industrial interests especially for preservatif foods and agriculytural products. Irradiatordesign is developped by referring to the irradiator category IV. To develop the conceptdesign into detailled design, many alternatives are disponibles such as its technologies,technics or methods. Its advanteges and disadvantges should be evaluated. It therfore
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 325 -
results in only one alternative that will be developped to be the detailled design. Forradioactive source loading-unloading process, the design refers practically to the existingmodel. To increase the radiation dose efficiency, source pencils are arranged into two thinparallel racks. Each rack consists of two stages. The product will receive an optimalradiation dose when it passes the location between both racks. SS304 wire is the bestalternative for lifting racks. To avoid rotation and swing phenomena, racks are providedwith guide in wire in both side of racks. These wires are equipped with tensioners and alsosprings to maintain its tension. The product transport mechanism has a function to makeproducts close or far away from the radioactive source. Overhead conveyor has moreadvantages since its supports hanging on the ceiling offer a more free space. In order tobe more efficient and economic, the products move continously but can be stopped atcertain locations. Since its discret characteristic, the convinient conveyor type is powerand free. The conveyor line is designed to around source racks and passes by the centerpoint between both of racks in order that the radiation dose becomes optimal and evenlyspread. To stop the product at certain locations, pneumatic stoppers are provided.Product loading into the conveyor and its unloading are performed automatically byproviding the two stages feeder way.
Keywords: irradiator, mechanic, design selection, concept design, radioactive source
1. PENDAHULUAN
Saat ini telah lebih dari 50 negara di dunia menggunakan irradiator gamma sebagai
pengawet makanan dan produk pertanian [1]. Beberapa negara Asia yang telah
menggunakannya adalah China, Korea, Jepang, Banglades dan Thailand. Di Indonesia,
BATAN memiliki beberapa fasilitas iradiator yang salah satunya diberi nama IRKA
(Irradiator Karet Alam). Desain bangunan dan ruang iradiasi dimaksudkan untuk
penelitian karet alam dan bukan tujuan komersil. Modifikasi yang telah dilakukan terhadap
ruang iradiasi memungkinkan IRKA dapat digunakan untuk melayani permintaan iradiasi
selain lateks, tapi dengan efisiensi yang sangat rendah.
Di indonesia, PT Rel-ion Sterilization Services menjadi satu-satunya perusahaan
swasta yang mengoperasikan iradiator gamma [2]. Iradiator ini dibangun di daerah
Cibitung, Bekasi, Jawa Barat dan dioperasikan semata-mata untuk tujuan komersil.
Permintaan iradiasi di Rel-ion begitu tinggi. Berbagai jenis produk dilayani untuk diiradiasi
mulai dari produk-produk pertanian hingga sterilisasi bahan atau peralatan medis.
Beberapa tahun belakangan ini, BATAN berkeinginan untuk membangun iradiator
gamma guna menunjang kepentingan industri terutama untuk pengawetan produk-produk
pangan dan hasil pertanian. Pada tahun 2013 desain dasar telah dikembangkan [3].
Desain iradiator dikembangkan dengan konsep mengacu pada iradiator kategori IV.
Ketika tidak digunakan, sumber radioaktif disimpan di dalam kolam air. Pada saat
digunakan, sumber diangkat ke atas permukaan kolam. Produk-produk yang diiradiasi
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 326 -
diangkut dan dibawa mendekati sumber radiasi. Selesai iradiasi, produk kembali
dibongkar dan siap dipasarkan.
Bermacam-macam alternatif desain tersedia untuk ditetapkan dan dikembangkan
dari desain konsep menjadi desain dasar. Dari berbagai alternatif ini, salah satu alternatif
diputuskan atau ditetapkan sebagai opsi desain. Kegiatan diawali dengan memahami
desain konsep yang diinginkan, mendata alternatif desain yang ada, mengevaluasi
keuntungan dan kerugian yang ditawarkan dari alternatif-alternatif tersebut dan akhirnya
memutuskan salah satu alternatif terbaik. Selanjutnya pilihan ini dapat dikembangkan
menjadi desain rinci. Dalam makalah ini pembahasan difokuskan pada pemilihan desain
mekanik terutama untuk proses loading-unloading sumber radioaktif, mekanisme naik
turun rak sumber dan transportasi produk iradiasi.
2. TEORI
Iradiator untuk industri menggunakan dua tipe sumber radiasi yaitu penggunaan
material radioaktif dan penggunaan mesin akselerator tegangan tinggi untuk
membangkitkan elektron. Iradiator yang akan didesain ini menggunakan Cobalt-60
sebagai bahan radioaktif. Bahan ini dibungkus dalam dua kapsul stainless steel sehingga
memberikan perlindungan dua lapis terhadap kemungkinan kebocoran.
Secara umum terdapat empat kategori berdasarkan desain fasilitas dan desain
akses serta proteksi radiasi material radioaktif [4]. Kategori I adalah iradiator di mana
sumber yang telah tersegel atau terisolasi benar-benar tersimpan dalam kontainer kering
yang terbuat dari bahan kuat. Sumber tersebut terproteksi sepanjang waktu. Akses
manusia mendekati lokasi sekeliling sumber tidak dimungkinkan karena keterbatasan
volume ruang sesuai dengan konfigurasi desain. Dalam kategori II, sumber yang tersegel
benar-benar tersimpan dalam kontainer kering yang terbuat dari bahan kuat. Sumber
benar-benar terproteksi ketika tidak digunakan. Pada saat digunakan, sumber terbuka
dalam sebuah volume radiasi yang dijaga tidak dapat diakses oleh manusia melalui
sistem kendali masuk. Dalam kategori III, sumber yang tersegel disimpan dalam kolam
penyimpanan yang diisi dengan air dan diproteksi sepanjang waktu. Akses manusia pada
sumber dan volume untuk pengiradiasian secara fisik dibatasi oleh konfigurasi desain dan
mode penggunaan yang tepat. Iradiator kategori IV merupakan iradiator dengan akses
manusia yang terkendali. Sumber yang telah tersegel disimpan dalam kolam
penyimpanan yang diisi dengan air. Sumber benar-benar terlindung saat tidak digunakan
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 327 -
dan pada saat digunakan sumber terbuka dalam sebuah volume radiasi yang dijaga tidak
dapat diakses oleh manusia melalui sistem kendali masuk.
Iradiator yang dibahas dan didesain dalam makalah ini merupakan iradiator Kategori
IV. Sumber gamma yang digunakan adalah Cobalt-60. Pada saat tidak digunakan sumber
ini disimpan dalam sebuah kolam berisi air. Pada saat akan digunakan, sumber diangkat
ke atas sehingga menjadi terbuka. Selama dioperasikan, manusia tidak boleh masuk ke
dalam ruang atau volume pengiradiasian.
3. METODE RANCANGAN
Kegiatan ini merupakan bagian dari kegiatan pengembangan desain dasar iradiator
gamma. Bermacam-macam alternatif desain tersedia untuk mengembangkan desain
konsep menjadi desain dasar. Dari berbagai alternatif ini, salah satu alternatif diputuskan
atau ditetapkan sebagai opsi desain. Metode penetapan desain diawali dengan
memahami desain yang diinginkan, mendata alternatif desain yang ada, mengevaluasi
keuntungan dan kerugian yang ditawarkan dari alternatif-alternatif tersebut dan akhirnya
memutuskan salah satu alternatif terbaik. Berbagai aspek dievaluasi seperti misalnya
efisiensi ruang, efisiensi ekonomi, kemudahan perawatan, dsb.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Iradiator menggunakan liner kolam berisi air bebas mineral sebagai tempat
penyimpanan sumber Cobalt-60 bertipe batang pensil. Air berfungsi sebagai perisai
radiasi. Dalam keadaan standby, sumber radioaktif disimpan di dasar kolam. Ketika akan
digunakan, sumber diangkat hingga ke atas permukaan kolam. Selanjutnya produk yang
akan diradiasi didekatkan pada sumber tersebut. Pembahasan desain mekanik meliputi
proses loading-unloading sumber radioaktif, mekanisme naik turun sumber dan sistem
transportasi produk.
4. 1. Proses loading-unloading sumber radioaktif
Proses loading-unloading sumber radioaktif meliputi proses memasukkan atau
mengeluarkan transfer cask ke dalam gedung iradiasi dan memindahkan batang-batang
sumber Cobalt-60 dari transfer cask ke rak penyimpan sumber dan atau ke rak sumber
sehingga siap digunakan. Transfer cask merupakan suatu wadah atau media untuk
transportasi sumber radioaktif dari tempat fabrikasi hingga tempat tujuan. Rak sumber
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 328 -
merupakan rak untuk menempatkan batang-batang sumber radioaktif. Rak sumber inilah
yang ditarik ke permukaan kolam sehingga batang sumber dapat digunakan untuk
meradiasi suatu produk. Sedangkan rak penyimpan sumber merupakan rak sementara
untuk menempatkan batang-batang sumber yang tidak digunakan untuk meradiasi.
Sumber-sumber Cobalt-60 bertipe batang pensil disimpan di dalam transfer cask
dan diangkut dengan truk mendekati gedung iradiator. Transfer cask didesain oleh
pabrikan yang menyediakan sumber radioaktif. Berbagai alternatif tersedia untuk
memasukkan transfer cask ke dalam gedung iradiasi seperti misalnya dengan
menyediakan akses pintu, melewati lorong labirin, dan melalui atap gedung. Atas
berbagai pertimbangan, teknik loading-unloading transfer cask diputuskan meniru desain
pada kebanyakan fasilitas iradiator gamma yang sudah ada (lihat Gambar 1). Akses
tranfer case disediakan melalui lubang di atap gedung iradiator. Dengan demikian desain
atap gedung iradiator harus dilengkapi dengan akses buka tutup. Untuk dapat membuka-
tutup atap beton, disediakanlah peralatan berupa pesawat angkat atau crane. Melalui
lubang atap ini, transfer cask dimasukkan dan ditempatkan di dasar kolam air. Transfer
cask bermassa antara 7-8 ton. Peralatan utama untuk loading-unloading tranfer cask
adalah crane yang berkapasitas 10 ton. Crane juga sekaligus digunakan untuk
mengangkat tutup atap beton, dengan demikian tutup atap juga harus didesain ke dalam
beberapa modul atau bagian yang masing-masing tidak boleh melebihi 10 ton.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 329 -
Gambar 1. Loading-unloading transfer cask melalui lubang atap
Untuk dapat digunakan, sumber Cobalt-60 bertipe batang pensil perlu dikeluarkan
dari transfer cask dan dipindahkan ke rak sumber. Rak sumber inilah yang diangkat ke
atas permukaan kolam untuk meradiasi. Seiring dengan waktu, aktivitas radiasi sumber
Cobalt-60 meluruh dan harus diganti dengan sumber baru. Pensil sumber yang tidak lagi
digunakan dapat disimpan sementara di rak penyimpanan sementara. Pemindahan
pensil-pensil sumber ini dari transfer cask ke rak sumber dan ke rak penyimpanan atau
sebaliknya dilakukan secara manual.
4. 2. Sistem perangkat naik-turun sumber radioaktif
Sumber bertipe batang pensil. Dalam kondisi baru, masing-masing batang sumber
memiliki aktivitas radiasi sebesar 10 kCi. Untuk mendapatkan aktivitas sebesar 200 kCi
diperlukan setidaknya 20 batang sumber. Konfigurasi posisi batang-batang sumber
sangat bervariasi mulai dari bentuk melingkar hingga lurus berjajar. Masing-masing
variasi konfigurasi memiliki karakteristik isodosis radiasi yang berbeda. Untuk
meningkatkan efisiensi dosis paparan radiasi, posisi batang-batang sumber ini diputuskan
berjajar dalam garis lurus. Penempatan posisi seperti ini membutuhkan rak tipis sebagai
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 330 -
wadah. Pemilihan desain ini diharapkan menghasilkan kurva isodosis yang relatif merata
dan luas. Volume produk yang diiradiasi menjadi optimal. Pengelompokan posisi sumber
radioaktif menawarkan banyak kemungkinan seperti misalnya dengan rak tunggal, rak
ganda ataupun empat rak. Dari berbagai alternatif akhirnya diputuskan sumber radioaktif
disebar ke dalam dua kelompok atau dua rak sejajar. Produk akan mengalami paparan
dosis yang optimal pada saat diapit oleh kedua rak sumber.
Tinggi batang pensil tidak lebih dari setengah meter. Akibatnya jangkauan paparan
radiasi juga tidak terlalu tinggi. Di sisi lain, tinggi ruangan sekitar 3 m. Dengan demikian
bila batang-batang sumber disusun dalam satu tingkat rak, maka banyak ruang atas yang
tidak terpakai. Oleh karena itu rak sumber didesain ke dalam dua tingkat sehingga dapat
menjangkau ruang yang lebih luas. Penyusunan dalam tiga tingkat tidak memungkinkan
karena keterbatasan ketinggian ruang. Dari uraian ini, desain rak sumber diputuskan
terdiri dari dua baris dan masing-masing baris terdiri dari dua tingkat. Ini berarti jumlah
batang sumber yang digunakan harus kelipatan dari 4 supaya menghasilkan kurva
isodosis yang simetris.
Dalam keadaan standby rak sumber berada di dasar kolam iradiator. Pada saat
akan dioperasikan, rak sumber diangkat hingga di atas permukaan kolam. Jika proses
iradiasi selesai, rak sumber diturunkan kembali ke dasar kolam pada posisi aman. Untuk
menaik-turunkan rak sumber ini diperlukan suatu mekanisme yang disebut sistem
perangkat naik turun sumber (lihat Gambar 2).
Gambar 2. Mekanisme naik turun sumber
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 331 -
Berbagai alternatif mekanisme naik turun sumber telah dievaluasi: sistem seling,
sistem rantai, sistem pendorong dengan tongkat pejal, sistem hidrolik, dsb. Masing-
masing alternatif memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Jarak dari posisi
standby ke posisi operasi sekitar 8 m. Karena jarak yang relatif tinggi ini, alternatif tongkat
pejal ataupun sistem hidrolik menjadi terkendala. Penggunaan komponen fleksibel
menjadi lebih menarik dibandingkan dengan komponen kaku sepanjang 8 m. Dari
berbagai alternatif penarik fleksibel, seling menjadi alternatif yang paling menjanjikan.
Rantai juga fleksibel namun menuntut perawatan rutin. Desain untuk mengangkat rak
sumber naik ke atas akhirnya diputuskan menggunakan seling SS304 yang tahan
terhadap lingkungan air.
Alternatif ide dengan menambah seling untuk menarik rak sumber ke bawah
mengantarkan pada desain seling loop tertutup. Namun desain tambahan seperti ini
memiliki kelemahan karena membutuhkan penambahan puli atau bearing di dasar kolam.
Di samping kesulitan mendapatkan komponen tambahan tersebut karena tuntutan
spesifikasi teknis yang tinggi akibat rendaman air dan paparan radiasi, desain tersebut
membutuhkan perawatan yang relatif sulit. Perbaikan kegagalan komponen di dasar
kolam, bila ini terjadi, mengharuskan pengosongan air kolam. Ini tentunya merupakan
proses yang sangat merepotkan. Oleh karena itu desain menetapkan penggunaan seling
hanya untuk menarik atau mengangkat rak sumber. Karena ada dua rak, masing-masing
rak mempunyai seling penarik. Seling penarik dililitkan pada drum penggulung dengan
bantuan motor listrik.
Penurunan rak sumber mengandalkan efek gravitasi. Gaya yang mendorong rak
sumber turun ke dasar kolam adalah berat rak itu sendiri. Motor tetap digunakan, namun
hanya menahan supaya kecepatan turun rak sumber tetap terkontrol. Kelemahan dari
desain ini adalah munculnya potensi macet rak sumber sebelum mencapai dasar kolam.
Potensi ini muncul karena ketiadaan gaya eksternal yang cukup untuk mendorong rak ke
dasar kolam. Dalam desain rinci selanjutnya, seberapa besar potensi kemacetan dengan
alternatif desain ini perlu dianalisis lebih lanjut. Apalagi di dalam air, efek gravitasi
berkurang. Desain rinci yang dikembangkan kemudian harus meminimumkan potensi
kemacetan rak sumber terutama ketika gerakan turun hingga dasar kolam. Bahkan desain
rinci juga harus mengantisipasi keadaan darurat bila rak sumber benar-benar macet.
Tarikan seling ke atas akan menyebabkan rak sumber cenderung berotasi. Untuk
menghindarinya, rak dilengkapi dengan guide di kedua sisi rak sumber. Pada awalnya ide
guide dipecahkan dengan menambah pipa yang menjulur dari dasar kolam hingga plafon
atap. Namun penggunaan bahan pipa menimbulkan masalah terutama untuk support.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 332 -
Pipa juga berpotensi mengalami deformasi yang dapat mengakibatkan perubahan bentuk
dan kegagalan fungsi guide. Oleh karena itu akhirnya desain diputuskan dengan
menggunakan seling di kedua sisi rak sumber. Kedua seling juga harus mempunyai jarak
yang konstan di sepanjang jalur gerakan rak sumber. Ujung-ujung seling ditambatkan
pada dasar kolam dan pada plafon beton. Tegangan seling ini harus dapat diatur
sedemikian rupa sehingga tidak terlalu kendor dan tidak terlalu kencang. Hal ini dapat
dilakukan dengan penambahan komponen pengencang. Seling yang kendor akan
menyebabkan rak sumber berotasi atau bahkan berayun. Sedangkan seling yang terlalu
tegang dapat menyebabkan deformasi pada struktur penyangga seling.
Seling dengan panjang lebih dari 10 m berpotensi mengalami dilatasi termik yang
dapat berakibat pada fenomena fatgiue. Di samping dapat mengakibatkan kegagalan,
fenomena fatigue juga dapat mengendurkan tegangan seling. Mempertimbangkan potensi
ini, penggunaan spring untuk menjaga tegangan seling layak untuk dievaluasi. Seling
sebagai guide gerakan juga harus mempertimbangkan fenomena gempa bumi. Jika
gempa terjadi, yang berfungsi sebagai pencegah rak sumber berayun adalah seling guide
ini. Di dalam desain rinci selanjutnya, kekuatan seling guide dan komponen
pendukungnya harus diperhitungakan terhadap kekuatan tarik operasional dan efek
gempa bumi sebesar 0,25g.
Kecepatan naik turun rak sumber tidak terlalu berperanan dalam perhitungan dosis
serapan. Dengan demikian kecepatan naik turun rak sumber bukan merupakan parameter
yang kritis. Hanya saja, rak sumber tidak boleh turun terlalu cepat karena bila menyentuh
dasar kolam secara tiba-tiba dapat menimbulkan efek benturan yang fatal. Dan ketika
naik terlalu cepat dapat menyebabkan gerakan liar rak sumber akibat efek inersia.
Setelah naik sesaat, rak sumber mengalami gerak jatuh bebas. Ketika terhentak, seling
akan mengalami gaya tarik yang sangat besar. Dengan demikian untuk menetapkan
kecepatan naik turun rak sumber yang ideal, salah satu parameter yang perlu dievaluasi
adalah efek kelembaman pada saat naik dan tiba-tiba motor dihentikan. Desain rinci yang
dikembangkan harus mampu mengevaluasi fenomena ini.
Motor mengendalikan gerakan naik turun sumber. Dengan demikian motor harus
dapat bergerak dalam arah berlawanan. Pada saat operasi, posisi rak sumber harus tepat
pada posisi yang diinginkan. Untuk itu motor dilengkapi dengan dua mode kecepatan.
Ketika masih jauh dari posisi yang dituju, motor bergerak cepat. Namun ketika sudah
mendekati posisi yang diinginkan, motor bergerak dengan kecepatan lambat. Dengan
mode lambat ini, kepresisian posisi rak sumber dapat ditingkatkan. Dari uraian ini,
sepsifikasi motor ditentukan sebagai berikut: bisa berputar bolak balik, mempunyai dual
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 333 -
kecepatan, dan tentunya mempunyai kekuatan torsi yang cukup. Spesifikasi teknis lain
akan ditentukan dalam desain rinci.
Kecepatan motor bervariasi tergantung dari desain dan pabrikan motor. Karena
relatif masih tinggi, kecepatan rotasi motor harus diturunkan. Berbagai sistem transmisi
dapat digunakan untuk menurunkan kecepatan sekaligus untuk meningkatkan torsi putar
seperti misalnya sistem sabuk, sistem rantai dan gearbox. Karena alasan praktis dan
hanya membutuhkan ruang yang kecil, gearbox dipilih sebagai alternatif terbaik.
Pada saat mengiradiasi produk, rak sumber harus berada pada posisi yang stabil.
Dengan demikian, seling penarik dilengkapi dengan rem yang terpisah dari motor. Dalam
keadaan tidak ada pasokan listrik, rak sumber harus turun secara otomatis. Dengan
demikian rem harus didesain untuk dapat membuka atau menutup baik secara manual
maupun otomatis.
Perangkat naik turun sumber terdiri dari seling penarik, drum penggulung, motor
listrik dan gearbox. Untuk menghindari paparan radiasi dan sekaligus memudahkan
perawatan, komponen-komponen pengangkat rak sumber tersebut sedapat mungkin
ditempatkan di luar ruang iradiasi. Dalam hal ini lokasi yang praktis adalah di atas atap.
Seling penarik hanya membutuhkan lubang kecil sebagai lintasannya.
Seling melilit pada drum penggulung dalam bentuk spiral. Posisi lubang seling
penarik tidak berubah, namun lilitan pada drum penggulung bergeser. Dengan demikian
sebuah puli perlu disediakan agar supaya seling selalu mempunyai titik angkat yang tetap.
Jarak antara puli dengan drum penggulung juga harus diatur sedemikian rupa sehingga
jangkauan sudut antara tali posisi minimum dan maksimum yang terbentuk dapat
ditoleransi. Puli juga harus dilengkapi dengan pengungkung sehingga apabila seling
kendor, seling tetap pada tempatnya dan tidak loncat dari rel puli. Begitu pula, untuk
menghindari seling kendor dan berubah susunan secara acak, drum penggulung perlu
dilapisi penutup. Sehingga ketika seling kendor, posisi seling masih tersusun secara
teratur.
Sumber radioaktif menghasilkan panas. Sebenarnya sudah ada sistem sirkulasi
udara yang turut mendinginkan sumber. Dalam rangka keselamatan secara diversity,
disediakan pula sistem pendingin sumber bila sumber masih berada di atas kolam.
Pendingin sumber ini diperlukan untuk menghindari panas berlebih. Seberapa besar
potensi panas yang mungkin dihasilkan mengacu pada perhitungan paparan radiasi.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 334 -
4. 3. Mekanisme transportasi produk iradiasi
Mekanisme transportasi produk berfungsi sebagai sarana transportasi untuk
mendekatkan atau menjauhkan produk iradiasi dari sumber radioaktif. Perkembangan
teknologi menawarkan berbagai macam mekanisme transportasi produk. Iradiator
didesain bukan untuk penelitian namun untuk kepentingan industri terutama pangan dan
pertanian. Kapasitas produksi menjadi parameter utama. Sistem gerakan produk secara
kontinu dianggap lebih efisien dan ekonomis dibandingkan dengan sistem batch. Karena
alasan ini sistem konveyor dipilih sebagai alternatif terbaik dibandingkan dengan sistem
penggerak lainnya seperti sistem kendaraan, sistem hidrolik ataupun sistem taruh dan
tinggal. Apabila setiap paket kemasan produk dilengkapi dengan sumber penggerak
independen, desain menjadi lebih sederhana. Namun, semakin banyak variasi lokasi dan
lama pemberhentian, pengoperasian iradiator menjadi semakin rumit. Untuk mengurangi
kerumitan ini, sumber penggerak produk didesain menggunakan sistem konveyor.
Secara umum konveyor digolongkan ke dalam dua jenis: konveyor gantung
(overhead) dan konveyor gelinding bawah (baik menggunakan landasan sabuk maupun
tidak). Hasil evaluasi menunjukkan bahwa sistem gantung memiliki keunggulan lebih
dibandingkan dengan sistem yang bertumpu di bawah. Struktur penyangga yang
menggantung pada plafon atas mempunyai ruang yang lebih leluasa ketimbang support
yang ditopang dari lantai bawah terutama di sekitar kolam air. Produk menggantung juga
lebih stabil dan tidak mungkin jatuh. Namun demikian struktur menggantung
membutuhkan tahap persiapan atau desain yang matang terkait konstruksi beton atap.
Anchor atau lokasi support harus diperhitungkan secara matang di awal pengecoran
beton. Dengan menimbang keuntungan dan kerugian ini, desain konveyor diputuskan
bertipe gantung.
Paparan radiasi diperoleh secara optimal hanya di sekitar lokasi sumber radioaktif.
Ini berarti, produk iradiasi mesti dapat dihentikan pada lokasi-lokasi ini. Lama
pemberhentian bergantung pada aktivitas sumber dan juga jenis produk yang akan
diiradiasi. Dengan demikian, gerakan produk iradiasi didesain bersifat kontinu namun
dapat dihentikan pada lokasi-lokasi tertentu. Perkembangan teknologi konveyor dewasa
ini juga memungkinkan untuk menghentikan laju konveyor setiap saat. Namun bila beban
produk yang diiradiasi banyak, menghidupkan dan mematikan motor penggerak dalam
frekuensi tinggi merupakan proses yang dihindari. Karena hal ini dapat cepat merusak
baik komponen listrik maupun mekanik.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 335 -
Oleh karena gerakan produk bersifat diskret, maka tipe konveyor diputuskan
menggunakan tipe power and free (lihat Gambar 3 kiri). Jalur lintasan konveyor terdiri dari
dua tingkat. Tingkat atas digunakan untuk rantai konveyor. Sedangkan tingkat bawah
digunakan untuk jalur carrier. Carrier inilah yang nantinya membawa produk yang akan
diiradiasi. Rantai konveyor bergerak secara kontinu tanpa berhenti. Sementara carrier
dilengkapi dengan pengait yang sewaktu-waktu dilepas atau dihubungkan dengan rantai
konveyor. Dengan cara seperti ini, carrier dapat bergerak mengikuti rantai konveyor dan
dapat dihentikan sewaktu-waktu dengan melepaskan kaitan ke rantai. Fenomena fatigue
mekanik pun dapat diminimalisir.
Untuk menghentikan carrier pada lokasi tertentu, stopper mekanik disediakan.
Berbagai alternatif tersedia seperti misalnya penggunaan motor elektrik, sistem hidrolik
dan sistem pneumatik. Dari berbagai alternatif desain, sistem pneumatik dianggap
sebagai yang terbaik. Berbagai keuntungan ditawarkan oleh stopper pneumatik. Sistem
pneumatik bekerja relatif cepat, lebih ekonomis, perawatan relatif mudah, dan hampir
semua komponen dapat ditempatkan di luar ruang iradiasi (komponen-komponen tidak
membutuhkan grade khusus). Komponen yang ditempatkan di dalam ruang iradiasi
hanyalah pipa penyalur udara dan silinder pneumatik. Satu-satunya bahan yang kritis
adalah seal pada silinder pneumatik. Oleh karena itu, salah satu spesifikasi silinder
pneumatik adalah seal yang tahan terhadap paparan radiasi sinar gamma.
Gambar 3. Jalur konveyor 2 tingkat dan rantai konveyor [5]
Mengacu pada desain rak sumber, jalur konveyor didesain melalui zona pusat di
antara dua rak sumber. Di sinilah paparan radiasi mencapai maksimum. Di sisi luar rak
sumber, paparan radiasi juga masih relatif kuat. Untuk efisiensi paparan sinar gamma,
sebelum memasuki zona pusat, jalur konveyor melewati sisi atas rak sumber terlebih
dahulu. Setelah berbalik dan melewati pusat sumber, konveyor berbalik lagi melewati sisi
bawah rak sumber. Dengan demikian sisi bawah dan atas produk iradiasi mengalami
penyinaran gamma secara simetris. Dosis paparan radiasi menjadi relatif merata.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 336 -
Untuk mengurangi beban motor penggerak, gesekan antara rantai konveyor dan rel
harus sangat kecil. Dengan demikian, bearing digunakan untuk menekan koefisien
gesekan di dalam desain sistem konveyor. Sumber gamma Cobalt-60 menciptakan
lingkungan yang ekstrim. Komponen atau bahan dalam sistem konveyor yang tidak tahan
terhadap radiasi gamma adalah pelumas yang mudah menggumpal. Oleh karena itu
dalam desain iradiator ini, penggunaan pelumas sedapat mungkin dihindari. Bearing
dengan pelumas kering (dengan serbuk keramik misalnya) merupakan alternatif untuk
memecahkan permasalahan ini. Namun demikian, peggunaan pelumas cair ataupun jely
tak dapat dihindari terutama untuk kontak antara roda konveyor dengan rel. Untuk kasus
ini, kemudahan akses dalam rangka perawatan rutin perlu diperhatikan dalam mendesain
sistem konveyor gantung.
Jenis rantai konveyor bermacam-macam. Di sekitar sumber radiasi terdapat jalur
konveyor yang berbelok-belok. Dalam kebanyakan sistem konveyor, desain lintasan belok
ini dilengkapi dengan bearing yang tetap berada di tempat. Namun desain seperti ini
mengakibatkan bearing menerima efek radiasi terus menerus. Untuk menghindari
kerusakan bearing dan memudahkan perawatan, maka desain seperti ini tidak digunakan.
Sebagai gantinya, desain sistem konveyor menggunakan tipe rantai yang dilengkapi
dengan bearing vertikal dan horizontal (lihat Gambar 3 kanan). Rantai terdiri dari dua
bagian: blok pembawa carrier dan blok pengarah. Blok pembawa berfungsi untuk
menggantungkan beban carrier. Blok ini dilengkapi dengan 4 roda vertikal. Sedangkan
blok pengarah berfungsi untuk mengarahkan gerakan di lintasan belok. Blok ini dilengkapi
dengan roda horizontal.
Hasil evaluasi dari Kelompok Instrumentasi dan Kendali mengantarkan pada
kesimpulan sementara bahwa kecepatan ideal produk berjalan adalah sekitar 6 – 8 meter
per menit. Kecepatan melebihi angka tersebut akan berpotensi pada fenomena ayunan
yang besar ketika melintas di jalur belok dan juga fenomena kelembaman jika harus
berhenti mendadak. Sementara kecepatan yang terlalu lambat akan mengakibatkan
ketidakpresisian perhitungan dosis.
Dengan gambaran desain di atas, mekanisme pengiradiasian produk terdiri dari tiga
tahap utama yaitu loading produk, pengiradisian produk dengan bantuan konveyor, dan
unloading produk. Tahap loading meliputi pemuatan produk-produk yang akan diiradiasi
ke dalam carrier yang telah menggantung pada konveyor. Untuk memudahkan pemuatan,
produk-produk disusun terlebih dahulu dalam sebuah wadah yang disebut dengan tote.
Tote inilah yang kemudian dimasukkan ke dalam carrier. Tinggi carrier lebih dari 2 m.
Oleh karena itu carrier didesain dalam bentuk dua tingkat rak masing-masing untuk
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 337 -
sebuah tote. Selanjutnya carrier tersebut dibawa oleh sistem konveyor memasuki ruang
iradiasi. Lama iradiasi bergantung pada jenis produk sesuai dengan data yang diberikan
oleh operator. Lama iradiasi dikendalikan oleh bagian kontrol kendali. Selesai iradiasi,
produk kembali dibongkar dari carrier.
Pemuatan tote ke dalam carrier dan pembongkarannya dilakukan secara otomatis
dengan menambahkan jalur feeder. Jalur feeder terdiri dari dua tingkat sesuai dengan
muatan jumlah tote dalam satu carrier. Feeder tersebut diisi dengan tote-tote yang telah
mengantri. Ketika akan dimuat, carrier dihentikan dengan bantuan stopper. Kedua tote
atas dan bawah diangkat sedikit dengan tangkai dan didorong masuk ke carrier. Setelah
sampai diujung dasar carrier, tangkai turun ke bawah melepaskan muatan dan kembali
ditarik mundur. Mekanisme maju dan mundur tangkai dilakukan oleh sistem rantai standar.
Tangkai dilengkapi dengan bantalan luncur. Sedangkan naik turun tangkai dilakukan oleh
komponen roda yang sebagian berbentuk elipse. Gerakan tangkai naik, maju, turun dan
mundur dipasok oleh motor listrik tunggal.
5. KESIMPULAN.
Pengembangan dari desain konsep mekanik menjadi desain dasar menawarkan
berbagai alternatif teknik. Masing-masing alternatif memiliki keuntungan dan kerugian.
Alternatif-alternatif tersebut telah dievaluasi sehingga menghasilkan satu alternatif yang
ditetapkan untuk desain.
Untuk proses loading-unloading sumber radioaktif, desain praktis meniru desain
iradiator pada umumnya. Sedangkan terkait dengan mekanisme pengangkat rak sumber
beberapa alternatif desain telah diputuskan. Batang-batang sumber disusun ke dalam dua
rak sejajar dan masing-masing rak terdiri dari dua tingkat. Seling SS304 ditetapkan
menjadi alat penarik rak sumber ke atas. Penurunan rak sumber mengandalkan efek
gravitasi. Rak dilengkapi dengan guide berupa seling di kedua sisi. Seling guide ini
dilengkapi dengan komponen pengencang dan juga spring untuk menjaga tegangan
seling.
Untuk mekanisme transportasi produk, beberapa keputusan desain juga telah
diputuskan. Pemindahan produk iradiasi menggunakan sistem konveyor gantung tipe
power and free. Struktur penyangga menggantung pada plafon atas. Produk bergerak
secara kontinu namun dapat dihentikan pada lokasi-lokasi tertentu dengan bantuan
stopper pneumatik. Jalur konveyor didesain mengitari rak sumber dan melalui zona pusat
di antara dua rak sumber supaya serapan dosis radiasi menjadi optimal dan merata.
Prosiding Pertemuan Ilmiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN – BATAN, 14 November 2013
- 338 -
Pemuatan produk ke dalam konveyor dan pembongkarannya dilakukan secara otomatis
dengan menambahkan jalur feeder dua tingkat.
6. DAFTAR PUSTAKA,
1. ANONYMOUS, Food irradiation, From Wikipedia - the free encyclopedia. Available:
http://en.wikipedia.org/wiki/Food_irradiation, tanggal akses 30 Oktober 2013.
2. ANONYMOUS, Rel-ion Sterilization Services. Available: http://www.rel-ion.com/,
tanggal akses 30 Oktober 2013.
3. SUTOMO, Desain Rinci Iradiator Kapasitas 200 KCi, Proposal penelitian, PRPN,
Serpong, 2013.
4. Atomic Energy Licensing Board, Code of practice on radiation protection of non
medical gamma & electron irradiation facilities, Lembaga Perlesenan Tenaga Atom
Kementerian Sains, Teknologi dan Inovasi, Selangor Darul Ehsan, LEM/TEK/57, 02
DISEMBER 2008.
5. ANONYMOUS, Overhead conveyor product, Meritt Transmission, India, 2011.
TANYA JAWAB
Pertanyaan:1. Transper cash ada dipermukaan tanah atau dibawah? (Sanda)
Jawaban :1. Ketika akan dimasukan ke dalam gedung, tgransfer cash dibawa dengan troli disekitar
crane pada permukaan tanah. Crane tersebut mengangkat transfer cash hingga diatas
atap gedung. Melalui lubang transfer cash dimasukan ke dalam dasar kolam air