Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NukIirPRPN-BATAN, 30 November 2011

ANALISIS KESEIMBANGAN KONSTUKSIPESAWAT BRAKITERAPI TDS MEDIUM DOSE RATE

Bandi Parapak

Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir, Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310

ABSTRAK

ANALfSIS KESEIMBANGAN KONSTRUKSI PESAWAT TDS BRAKITERAPI MEDIUMDOSE RA TE. Salah satu bagian terpenting dalam kegiatan rancang bangun pesawat brakiterapiadalah melakukan analisis dengan menentukan titik pusat berat guna menjaga keseimbangankonstruksi brakiterapi, baik pada saat beroperasi maupun pada saat dipindah-pindahkan.Pengoperasian brakiterapi tidak saja dilakukan pada satu tempat saja sehingga sangat perludilakukan analisis keseimbangan gaya-gaya pada saat tidak bergerak, dipindahkan pada lantaidatar dan lantai miring. Pendekatan perhitungan yang dilakukan ada/ah menghitung beratkomponen.:komponen mekanik pada masing-masing modul. Setelah itu titik berat masing-masingmodul dihitung. Untuk analisis keseimbangan gaya-gaya dilakukan dengan asumsi pada saatbrakiterapi da/am posisi tidak bergerak pada lantai datar, dipindahkan dari suatu tempat ke tempatyang lain pada lantai datar dan pada lantai dengan sudut kemiringan 30°. Dari hasil analisis inidiharapkan keseimbangan keempat roda dapat bergerak tanpa tergelincir pada saat menurunmaupun tanjakan. Selain itu hasil analisis ini dapat digunakan da/am merancang konstruksibrakiterapi secara mobile dengan mempertimbangkan faktor estetika yang ideal, mudahdioperasikan, menjamin keamanan alat, operator dan pasien.

Kata kunci.- konstruksi, brakiterapi, tempi, kanker rahim.

ABSTRACT

A CONSTRUCTION BALANCE ANALYSIS OF RATE !vfEDIUM BRACHYTHERAPY TDS. One of the mostimportant part of brachytherapy instrument design activities is analyze by determining the centroid point ofconstruction in order to maintain the balance ofbrachytherapy instrument, either during operation as well aswhen transported. Operation of brachytherapy is not only done in one place so it is necessary to balance theanalysis of the forces at the time did not move, moved on the horizon/alfloor and sloping floor. Calculationapproach that is done is to calculate the weight of mechanical components on each module, and thencalculate the centroid of each module, for the balance of forces analysis performed with the assumption atthe time of brachytherapy in the position of not moving on a horizontal floor, movedfrom a place to anotheron the horizon/al floor and on the floor with sloping angle 30°. Base on the results of this ana(vsis areexpected to balance the four wheels that can move without slipping at the time of decline or incline. Also,results of analysis can be used in designing a mobile construction brachytherapy taking into considerationthe aesthetic ideal, easy to operate, ensure the safety of equipment, operator and patient.

Keywords: Construction, brachytherapy, therapy, cervical cancer

1. PENDAHULUAN

Brakiterapi adalah suatu pesawat yang digunakan untuk pengobatan kanker rahim denganterapi radio isotop Ir-192. Brakiterapi adalah terapi dimana sumber radias; langsung dikontakkandengan kanker secara internal. Pesawat ini masih diimpor dari negara-negara maju yang harganyasangat mahal dan telah digunakan di beberapa rumah sakit di Indonesia.

-14

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - BATAN, 30 November 2011

Pengembangan rancang bangun brakiterapi sudah lama dilakukan di Batan yaitumengembangkan teknik remote afterloading, dimana teknik ini dilengkapi dengan sistem remoteuntuk mendorong sumber keluar dari kontainer pengaman hingga aplikator melalui kawat sling.Sumber ditarik kembali ke kontainer pengaman setelah penyinaran selesai secara elektromekanikdengan kendafi komputer. Pesawat brakiterapi dirancang secara efisien denganmempertimbangkan aspek estetika, ekonomi, teknologi, keamanan, keselamatan dan aspekpasar. Guna memenuhi aspek tersebut pesawat brakiterapi juga dirancang dengan menggunakanbahan-bahan kandungan tokal yang murah dan mudah didapatkan dipasaran. Pesawat brakiterapidirancang dalam beberapa modul yang terdiri dari komponen-komponen mekanik yang mempunyaidimensi, bentuk, letak dan massa yang berbeda-beda. Oleh karena itu dalam perancanganpesawat brakiterapi perlu dilakukan analisis keseimbangan dari masing-masing modul sistemmekanik dengan menghitung berat setiap komponen, menentukan titik berat masing-masing moduldan menentukan titik berat pesawat berakiterapi.

Pengoperasian pesawat brakiterapi tidak dilakukan pada satu tempat saja tetapi kadangkaladioperasikan di beberapa bentuk landasan. Untuk memindahkannya tidak tertutup kemungkinanmengalami penurunan atau tanjakan sehingga memerlukan perhitungan dari segi statika.Pendekatan perhitungan yang dilakukan ialah dengan asumsi lantai mendatar sudut dankemiringan 30°. Dari assumsi perhitungan ini diharapkan dari ke em pat roda dapat bergerak tanpatergelincir baik pada saat penurunan maupun pendakian atau tanjakan.

2. DASAR TEORt

Keseimbangan suatu benda dalam posisi tidak bergerak ataupun dalam posisi bergerakharus selalu dipertimbangkan dalam suatu perancangan, sehingga tidak menimbulkan kerugianbaik itu alat dan manusia. Analisis keseimbangan konstruksi brakiterapi dilakukan denganmenghitung titik berat masing-masing moduJ dan titik berat berakiterapi pada arah sumbu X, Y, Z.

Untuk menghitung keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada pesawat saat dalam posisitidak bergerak, posisi bergerak pada lantai mendatar dan posisi bergerak pada tantai dengankemiringan 30° (asumsi) sangat ditentukan oleh kekasaran lantai. Kekasaran permukaan lantaidinyatakan dengan kaefisien gesekan yang sangat tergantung pada kekasaran rada pesawatbrakiterapi dan lantai yang saling bersentuhan. Selain itu gaya penghambat atau gesekan jugabergantung terhadap gaya normal yang bekerja pada badan pesawat brakiterapi. Besarnya gayanormal yang bekerja pada badan pesawat brakiterapi harus sebanding dengan gaya berat badanpesawat brakiterapi tersebut. Pada gambar 1 dan 2 diuraikan gaya-gaya yang bekerja pada badanpesawat brakiterapi.

2.1. Gaya gesek pad a saat pesawat didorong pada lantai datar

N

!~Fr

w

Gambar 1. Pesawat pada lantai datar

Bila pesawat belum bergerak (posisi diam), maka :Pad a arah sumbu X: L:Fx = 0 ----7 F.t = - Fr = 0Pada arah sumbu Y: LFy = N - W = 0

N - W = 0; N = W, karena W = m.gN = m.g (1)

-15

WCos a

*

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NukJir ~PRPN-BATAN, 30 November 2011 ~

Pad a saat pesawat bergerak atau didorong arah horizontal pada lantai datar, maka :Pada arah sumbu X: LFx = m.ax

Ft - Fr = m.axFr = Ft - m.ax (2)

Pada arah sumbu Y: I:Fy = m.ax, dimana ax = 0N - W = 0; sehingga N = W, karena W = m.gN = m.g (3)

2.2. Gaya gesekan pada lantai miring

Fr

W

Gambar 2. Pesawat pada lantai miring

Ada dua gaya gerak yang dilakukan terhadap pesawat, yaitu saat pesawat meluncur turun kebawah dan saat pesawat didorong naik ke atas. Ke dua gaya gerak tersebut :a. Pada saat pesawat turun ke bawah

Pada arah sumbu X :

LFx = m.ax 7 Ft + Wsina - Fr = m.ax ---7 Ft = 0, sehinggam.g.sina - Fr = m.axFr = m.g sina - m.ax (4)

Pada arah sumbu Y :

LFy = m.ax, dimana ax = 0N - W.cosa = 0, dengan memindahkan W.cosa ke kanan sehingga :N = W.cosa , dim ana W = m.g, maka :N=m.g.~w ~

b. Pada saat pesawat bergerak atau didorong ke atasPad a arah sumbu X :LFx = m.ax ---7 Ft - W.sina - Fr = m.ax

Ft = W.sina + Fr + m.axFr = Ft - W.sina - m. axFr = m.g sina - m.ax (6)

Pad a arah sumbu Y :

LFy = m.ax, dim ana ax = 0N - W.cosa = 0

N = W.cosa , dim ana W = m.g, maka :N = m.g cosa (7)

Dimana: Fr = gaya gesek statis (N)Ft = gaya dorong (N)N = gaya normal (N)W = gaya berat (N)m = massa pesawat (kg)a = percepatan pesawat (m/s2) •

9 = percepatan gravitasi (10 m/s2)

a = sudut kemiringan lantai (derajat)

-16

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NukfirPRPN-BATAN, 30 November 2011

3. TAT A KERJA ANALISIS

3.1. Menghitung keseimbangan konstruksi pesawat brakiterapi

Menentukan titik berat sumbu X, Y, Z

Tinggi pegangan dorong pesawat brakiterapi adalah 927 mm dari permukaan lantai. Untukmenentukan titik berat masing-masing modul dibagi dalam 6 bagian seperti dalam tabel 1.

Tabel1. Hasil perhitungan berat dan titik berat kordinat X, Y, Z

No. ModuliKomponenFnSumbuSumbuSumbuLuasSeratXn

Yn (em)Zn (em)An (em2)(kg)(em) 1

Modul1 : Sistem F112,579,522,8114011,8Peggerak Sumber 2

Modul 2 : Sistem F257,579,512,25471,2104,2Kontainer 3

Modul 3 : Sistem F369,7579,510,825924,679,3Distributor Channel 4.

Kolom PenyanggaF457,533,156,356,4510,1475

Casing Kolom F557,527,6514,51281,83,0Penyangga 6

Landasan F657,58,1522,529619,83Penyanga

Dari hasil perhitungan pada tabel1 di atas diperoleh : Sumbu Xo = D<n.An/An = 51,61 em;Sumbu Zo = Un.An/An = 18,7em dan Sumbu Yoadalah:Yo = ~Yn. ~Fn/ ~Fn

= (11.8 x 79.5\ + (104.2 x 79.5\ + (9.3 x 79.5\ + (9.83 x 8.2) + (10.147 x 52.7) + (3 x 42.36)11,8 + 104,2 + 9,3 + 9,83 + 10,147 + 3

= 938.1 + 8283.9 + 739.35 + 80.61 + 534.75 + 127.08150

= 71 em

3.2. Menghitung keseimbangan pesawat brakiterapi pada lantai datar

N

w

Gambar 3. Pesawat pada lantai datar

Serat keseluruhan dari pesawat adalah 150 kg yang disangga oleh empat buah roda yaitudua roda RA dan dua roda RB.Masing-masing roda menerima beban 150 kg /4 = 37,5 kg.RA = RS = 44 kg -----7 m = 37,5 kg. Dari buku RS. Component Edisi September 1995halaman 1572 Koefisien gesek kinetis dapat diperoleh :

-17

Proseding Pertemuan Ifmiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN - BATAN, 30 November 2011

fk = ( Koefisien gesek kinetis basah karena adanya pelumasan yang telah bekerja )= 0,002 + 0,01 diambil fk = 0,002 + 0,01 = 0,006 ( untuk satu roda )

2

Koefisien gesek kinetis untuk empat buah roda 4 x 0,006 = 0,024

Percepatan, ax = 0,2 m/deti~ (asumsi)

a. Pesawat dalam keadaan tidak bergerak atau diam

Gaya normal, N = W = 37,5 x 9,81 = 368 NGaya gesek, Fr = 0,024 x 368 = 8,8 N

b. Pada saat pesawat bergerak arah horizontal

Pada arah sumbu X :

Gaya dorong: Ft - Fr = m.ax, maka :Ft = 8,8 + 37,5 x 0,2 = 16,3 N

Pad a arah sumbu Y :N = 37,5 x 9,81 = 368 N

3.3. Pesawat didorong pada lantai miring

a. Pesawat didorong ke atas dengan sudut miring 30°

FI

w

Gambar 4. Pesawat pada lanta; miring posisi tanjakan

Pada arah sumbu X

IFx = m.axFt = 37,5 Sin 30° + 8,8 + 37,5 x 0,2

= 37,5 x 0,5 + 8,8 + 37,5 x 0,2= 13 N

b. Pesawat turun ke bawah dengan sudut miring 30°

Fr W

Gambar 5. Pesawat pada lantai miring posisi menurun

-18

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2011

Pad a arah sumbu Y: LFy = m.ax ---7 ax= 0N = 37,5 x eos 300

= 37,5 x 0,866= 32,5 N

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Menghitung titik berat pesawat brakiterapi sedikit rumit karena banyaknya komponen padamasing-masing modul yang mempunyai dimensi, bentuk dan bahan yang berbeda-beda sehinggaberat setiap komponen juga berbeda-beda. Oari hasil perhitungan titik berat sumbu X, Y, Z danberat masing-masing modul, maka posisi keseimbangan pesawat brakiterapi menunjukkan titikberat berada pada kordinat: Xo = 51,61 em, Zo = 18,7 em, Yo = 71 em seperti ditunjukkan padagambar Gambar 6.

88.9.y I

..•.. ~I~ ~L11

0--N0>;:::1 ~I Iill

I-I

RATT .~44,265,8Iw

Gambar 6. Posisi keseimbangan pesawat

Menghitung posisi keseimbangan pesawat brakiterapi dengan asumsi beberapa bentuklandasan atau lantai mendatar pada saat pesawat brakiterapi dipindahkan dari satu tempat ketempat yang lain. Untuk lantai mendatar dalam posisi tidak bergerak gaya normal sebesar 368 Ndan gaya gesek roda sebesar 8,8 N. Pad a sa at pesawat brakiterapi bergerak didorong ke arah

horizontal dibutuhan gaya dorong sebesar 16,3 N berarti hampir dua kali dari ~aya gesek. Pad asaat pesawat brakiterapi dipindahkan melalui lantai dengan sudut kemiringan 30 dibutuhkan dayadorong sebesar 13 N, hal ini masih dimungkinkan karena gaya dorong masih lebih besar daripada

ga~a gesek. Pad a saat pesawat brakiterapi dipindahkan menuruni lantai dengan sudut kemiringan30 agar tidak tergelineir dibutuhkan gaya normal untuk menahan pesawat sebesar 32.5 N.

5. KESIMPULAN

Oalam dunia engineering suatu alat agar selalu diperhitungkan keseimbangan konstruksidari komponen-komponen yang terpasang pada alat tersebut. Hal ini dimaksudkan untukmenghindari keeelakaan pada saat alat dioperasikan dan juga pada saat alat dipindah-pindahkan.Untuk pesawat brakiterapi ini haruslah dilakukan perhitungan keseimbangan karena alat inimerupakan alat yang sangat vital dan mahal. Sebagaimana kita ketahui bahwa pesawat brakiterapiini adalah a/at yang menyimpan bahan radioalctif untuk keperiuc.n terapi kanker rahim, maka dalammendesain haruslah menggunakan standar engineering berteknologi tinggi.

-19

Proseding Pertemuan IImiah Rekayasa Perangkat NuklirPRPN-BATAN, 30 November 2011

6. DAFT AR PUST AKA

1. Douglas C. Giancoli, Physics: Principles With Applications, Fifth Edition, 1998.2. Ir, Heinz Frick, Mekanika Teknik, Statika dan Kegunaannya, 19793. Buku RS. Components Edisi Pebruari 19954. Polyteknik oleh Prof Ir. Soetomo Wongso Tjitro Tahun 1980

PERTANYAAN:

1. Apakah waktu menghitung sudah memperhatikan konstruksi yang sebenarnya, karena adapergeseran dari modul-modul yang dikonstruksi (tdk 100% sesuai dgn gambar)(A TANGSUSILA)

2. Apakah factor ketinggian alat ikut diperhitungkan, agar tdk ada kecenderungan ngguling (SIGITBACHTIAR)

3. Mengapa perhitungan titik berat tidak sesuai dengan hasil yang dirancang apa kiat yang harusdilakukan? (GUNARWAN PRAYITNO)

JAWABAN :

1. Ya, .. selalu diperhatikan tetapi harus sesuai dengan titik berat keseluruhan modul karenaterkait dgn luas masing-masing modul dim ana terdapat titik berat benda tersebut.

2. Belum· pernah melihat langsung pesawat brahi terapi yang telah dikonstruksi ... hanyamenggunakan general drawing dan gambar gambar detail saja

3. Karena analisis keseimbangan alat ini kurang diperhitungkan oleh desainer , sehinggakalkulasi secara detail belum dilakukan atau belum diperhatikan.Kiat yang harus dilakukan adalah :-Menambah dimensi landasan penyangga roda atau menggeser konstruksi penyanggaketitikberat hasil analisis

Memasang pesawat dilantai beton secara permanen dgn menggunakan base plat

-20