## RANCANGAN ALAT BANTU PENANGANAN MUR KAPSUL FASILITAS IRADIASI PRTF

## Suwarto

## ABSTRAK
RANCANGAN ALAT BANTU PENANGANAN MUR KAPSUL FASILITAS IRADIASI PRTF . Power Ramp Test Facility (PRTF) adalah sebuah fasilitas eksperimen yang digunakan untuk  pengujian  bahan  bakar  reaktor  daya.  PRTF  memiliki  sebuah  kapsul  yang  berfungsi sebagai  wadah  batang  bahan  bakar  uji  dimana  penutupnya  berupa  mur  berukuran  36  mm. Kegiatan penanganan mur dilakukan di dalam kolam bahan bakar bekas pada kedalaman 2,5 m. Peralatan  untuk  penanganan  mur  tersebut  belum  tersedia.    Rancangan  alat  bantu  penanganan mur  kapsul  fasilitas  iradiasi  PRTF  bertujuan  menyediakan  gambar  teknik  alat  bantu penanganan mur kapsul sebagai acuan bagi proses pabrikasi. Rancangan ini dilakukan dengan cara  menentukan  mekanisme  dan  dimensi  alat  berikut  perhitungan  kekuatan  komponennya. Hasil  rancangan  berupa  gambar  teknik  kunci  mur  dan  kunci  kapsul.  Dari  pembahasan  dapat disimpulkan  bahwa  rancangan  alat  bantu  penanganan  mur  kapsul  dapat  digunakan  sebagai acuan pada proses fabrikasi.
Kata Kunci : Kunci mur kapsul

## ABSTRACT DESIGN OF CAPSULE NUT HANDLING TOOLS OF PRTF IRRADIATION FACILITY.
Power Ramp Test Facility (PRTF) is an experimental facility used fortesting of power reactor fuel.  PRTF  has  a  capsule  functioning  as  a  container  of  test  fuel  rod  where  the  capsule  is covered by a nut hasing dimension of 36 mm. Handling activity of nut is carried out instorage poolat  a  depth  of  2.5m.  Equipment  forhandling  the  nut  is  not  available  yet.  The nuthandlingtools  design  of  a  PRTF  capsule  irradiation  facility  aimed  to  provide  engineering drawings  of  nut  handling  tools  as  a  reference  for  tools  fabrication  process.  This  design  was done  by  determining  the  mechanisms  and  tools  dimensions  following  components  strength calculation. Design results are technical drowings of nut key and capsule key. From dicussions it  can  be  concluded  that  design  of  capsule  nut  handling  tools  can  be  used  as  a  reference  for fabricating process.
Key words : Capsule nut key

## PENDAHULUAN
Power  Ramp  Test  Facility (PRTF) adalah  sebuah  fasilitas  eksperimen  yang digunakan  untuk  pengujian  bahan  bakar reaktor  daya.  PRTF  memiliki  sebuah kapsul  yang  berfungsi  sebagai  wadah batang bahan bakar uji dimana penutupnya berupa  mur  berukuran  36  mm.  Untuk mengencangkan  mur  diperlukan  kekuatan momen  putar  sebesar  120  Nm.  Kegiatan penanganan  mur  ini  dilakukan  di  dalam kolam  bahan  bakar  bekas  ( storage  pool ) pada  kedalaman  2,5  m.  Nilai  kedalaman ini  ditentukan  berdasarkan  hasil  observasi yang  menyatakan  bahwa  pada  kedalaman 2,25  m  secara  teknis  memungkinkan dilakukan  penanganan  kapsul  serta  aman dari sisi radiologi. Peralatan untuk kegiatan  penanganan  mur  kapsul  belum tersedia.  Untuk  kegiatan  penanganan  mur diperlukan  2  jenis  alat  yaitu  alat  pemutar mur  (kunci  mur)  dan  alat  penahan  kapsul (kunci  kapsul).  Kunci  mur  diperlukan hanya untuk mengencangkan atau mengendorkan  mur  sedangkan  kunci kapsul  diperlukan  untuk  menahan  kapsul agar  tidak  berputar/bergerak  pada  saat penanganan mur. Kunci mur tidak digunakan  untuk  melepaskan  mur  dari kapsul  karena  untuk  melepaskan  mur  dari kapsul diperlukan peralatan tersendiri yang bisa  menjamin  mur  tidak  lepas/jatuh  ke dalam  kolam  setelah  terlepas  dari  kapsul. Kunci  mur  akan  diputar  menggunakan kunci  momen  Rancangan  alat  bantu penanganan  mur  kapsul  fasilitas  iradiasi
PRTF  bertujuan  menyediakan  gambar teknik  alat  bantu  penanganan  mur  kapsul sebagai  acuan  bagi  proses  pabrikasi. Rancangan  ini  dilakukan  dengan  cara menentukan  mekanisme  dan  dimensi  alat berikut
perhitungan
kekuatan
komponennya.

## TEORI
Berdasarkan
hasil observasi, penanganan  mur  kapsul  dilakukan  di dalam  kolam  bahan  bakar  bekas  pada kedalaman  minimal  2,25  m.  Untuk  itu diperlukan  2  buah  alat  yaitu  alat  pemutar mur  (kunci  mur)  dan  alat  penahan  kapsul (kunci kapsul).

## Kunci mur
Kunci  mur  hanya  digunakan  untuk mengencangkan  atau  mengendorkan  mur jadi  tidak  digunakan  untuk  melepaskan mur  dari  kapsul.  Untuk  melepaskan  mur dari  kapsul  diperlukan  peralatan  tersendiri yang  bisa  menjamin  mur  tidak  lepas/jatuh ke  dalam  kolam  setelah  terlepas  dari kapsul. Kunci ini akan diputar
menggunakan kunci momen dengan kekuatan  momen  sebesar  120  Nm [1] . Bentuk kunci
mur direncanakan sepertiditunjukkan pada Gambar 1. Bentuk kunci  mur  ditentukan  berdasarkan  lokasi dan  ukuran  mur  penutup  kapsul.  Lokasi mur  berada  di  dalam storage  pool yang dapat  diangkat  sampai  kedalaman  2,25  m secara aman dari sisi radiologi [2] .
Gambar 1. Bentuk rancangan kunci mur penutup kapsul
Komponen kunci mur yang harus diperhitungkan kekuatannya adalah batang kunci  bagian  atas  dimana  bagian  ini memiliki  dimensi  paling  kecil  dengan ukuran penampang 18 mm x 18 mm (lihat Gambar  1).  Batang  ini  akan  menderita puntiran  berupa  momen  puntir  (torsi) sebagai  reaksi  dari  putaran  kunci  momen yang besarnya 120 Nm. Pada kasus ini berlaku persamaan puntiran [3] sebagai berikut :
(1)
Keterangan : τ  = Tegangangeser (N/m 2 ) T = Momenpuntir( 120 Nm) α  = Koefisienporosempatpersegipanjang (fungsi  nilai  perbandingan  b  terhadap c
b  = Sisi yang panjang (18x10 -3 m) c  = Sisi yang pendek (18x10 -3 m), b/c = 1

## Kunci kapsul
Kunci kapsul diperlukan untuk menahan kapsul agar kapsul tidak bergerak
(turut  berputar)  pada  saat  kunci  mur diputar (lihat Gambar 2).
Gambar  2. Bentuk  rancangan  kunci kapsul
Alat  ini  tersusun  dari  6  komponen (komponen  no.1  s.d  6).  Penopang  yang digunakan  untuk  menopang  kunci  kapsul tersedia  pada  dinding  kolam.  Pemasangan kunci  kapsul  pada  penopang  dilakukan dengan cara menggapit/menjepit penopang di  dalam  ruang  antara  komponen  4  dan  5. Oleh  karena  itu  kedua  komponen  tersebut akan  menderita  momen  putar  pada  daerah sambungannya terhadap komponen 6 (lihat Gambar 3).
Gambar  3. Sambungan  las  komponen  4 dan 5 terhadap komponen 6
Keterangan : t  = Leher lasan (m) = 0,707 s s  = Ukuran lasan (m)
Pada  Gambar  3  terlihat  bahwa  tegangan geser  akibat  momen  putar  timbul  reaksi pada  sepanjang  2  sisi  lasan.  Berdasarkan bentuk  lasan  berlaku  persamaan  tegangan geser berikut ini [4]
(2)
Keterangan : f s ijin =  Tegangan  geser  yang  diijinkan pada lasan (N/m 2 ) ℓ =  Panjang lasan (m) J =  Momen inersia (m 4 )
Dari Tabel 10.7 [4] untuk jenis/bentuk lasan pada  Gambar  3  yang  diilustrasikan  pada Gambar 4 diperoleh persamaan (3).
Gambar 4. Bentuk lasan
(3) Keterangan :
ℓ = Panjanglasan = 100 mm = 0,1 m b = Jarakantarlasan = 32 mm = 0,032 m (lihat Gambar 3)
t  = Leher lasan = 0,707 s (m)
Komponen lain yang harus diperhitungkan dari Gambar 2 adalah kekuatan sambungan las  yang  menyatukan  komponen  1  dan  2 pada komponen 4 (lihat Gambar 5). Pada  Gambar  5,  jenis/bentuk  lasan  serupa dengan  Gambar  4  sehingga  persamaan  (2) dan (3) dapat diterapkan.
Gambar  5. Sambungan  las  komponen  1 dan 2 pada komponen 4

## TATA KERJA
Ditinjau  dari  mekanismenya,  kunci mur dan kunci kapsul merupakan pasangan kunci untuk mengencangkan atau mengendorkan  mur  kapsul  berdasarkan cara kerja saling kontra antara satu dengan yang lain.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  perancangan  berupa  gambar teknik  kunci  mur  ditunjukkan  pada Lampiran  1  dan  kunci  kapsul  pada Lampiran 2.

## Kunci mur
Kekuatan  komponen  kunci  mur  yang perlu  diperhitungkan  adalah  batang  kunci bagian  atas  dimana  memiliki  penampang pejal  paling  kecil  yaitu  18  mm  x  18  mm (lihat Lampiran 1).
Bagian ini akan menerima beban tegangan geser  τ  sebagai  reaksi  terhadap  momen putar  yang  besarnya  120  Nm.    Kekuatan batang 18 mm x 18 mm tersebut perlu diuji menggunakan persamaan (1) dimana τ = T/(α b c 2 ).
Dari  Tabel  koefisien  poros  siku  empat [3] , berdasarkan nilai b/c=1 diperoleh nilai α = 0,208  dan  menggunakan  nilai  parameter yang  sajikan  pada  bab  teori  maka diperoleh  nilai  τ  =  98  MPa.  Dari  Tabel sifat  fisis  bahan  teknik [3] tegangan  geser yang  diijinkan  untuk  bahan  baja  karbon adalah  165  Mpa  (untuk  bahan  SS  lebih tinggi).  Hal  ini  menunjukkan  bahwa dimensi  batang  tersebut  dapat  digunakan secara aman karena tegangan geser τ lebih kecil  dari  tegangan  geser  yang  diijinkan. Komponen  kunci  mur  yang  lain  adalah berupa  kuci shock yang  tersedia  di  pasar sehingga tidak dilakukan perhitungan.

## Kunci kapsul
Kunci kapsul tersusun dari 6 komponen  yaitu  komponen  no.1  s.d  6 (lihat  Lampiran  2)  yang  dihubungkan  satu sama  lain  menggunakan  sambungan  las. Alat  ini  telah  dirancang  sesuai  dengan ukuran  kapsul  dan  penopang  yang  telah tersedia  pada  dinding  kolam,  dengan demikian  penggunaankunci  kapsul  tidak dipegang  oleh  tangan  tetapi  ditahan  oleh penopang  tersebut.  Kekuatan  sambungan las  pada  komponen-komponen  kunci kapsul  yang  perlu  diperhitungkan  adalah sambungan komponen 1 terhadap komponen  4,  komponen  2  terhadap komponen  4,  komponen  4  terhadap komponen  6  dan  komponen  5  terhadap komponen  6.  Jika  dicermati  sambungan komponen  1  dan  2  terhadap  komponen  4 mempunyai bentuk dan ukuran lasan  yang sama  (lihat  Gambar  5).  Demikian  juga halnya  dengan  sambungan  komponen  4 dan  5  terhadap  komponen  6    sehingga perhitungan dapat dilakukan menggunakan persamaan  (2)  dan  (3).  Jika  kedua persamaan  tersebut  diterapkan  untuk menghitung  kekuatan  sambungan  las komponen  -  komponen  kunci  kapsul dengan  nilai  parameter-parameter  yang tertera pada bab teori maka diperoleh :
1) Tegangan  geser  yang  diderita  oleh sambungan  las  komponen  1  dan  2
terhadap  komponen  4  adalah  sebesar 9x10 6 N/m 2 . 2) Tegangan  geser  yang  diderita  oleh sambungan  las  komponen  4  dan  5 terhadap  komponen  6  adalah  sebesar 12x10 6 N/m 2 .
Nilai  tegangan  geser  yang  diijinkan pada  sambungan  las  untuk  elektroda  las logam  jenis  E60 [5] adalah  170x10 6 N/m 2 dan  nilai  ini  jauh  lebih  besar  dibanding nilai  tegangan  geser  yang  menimpa  kedua sambungan  di  atas.  Dengan  demikian ukuran  las  3  mm  seperti  yang  telah ditentukan  lebih  dari  cukup  untuk  ukuran beban  tegangan  geser  sebesar  9x10 6 maupun 12x10 6 N/m 2 . Dari bahasan di atas dapat disimpulkan  bahwa  kekuatan  bahan  dan sambungan pada komponen kunci mur dan kunci  kapsul  terhadap  momen  putar  yang ada adalah sangat memadai.

## KESIMPULAN
Rancangan alat bantu penanganan mur kapsul  fasilitas  iradiasi  PRTF  layak digunakan  sebagai  acuan  pada  proses fabrikasi.

## DAFTAR PUSTAKA
1) LAUX, ”Handling  of  PRTF  Capsule Carrier  and  Capsule”,  Operating Manual (OM), Part IV, Chapter 7.14.
2) SUWARTO ,  ”Laporan  Pelaksanaan Tugas Perancangan Kunci Mur Penutup Kapsul Fasilitas Iradiasi
PRTF”,  Perioda  :  30  Juli  s.d  10
September 2012.
3) E.P. POPOV / ZAINUL ASTAMAR , ”Mekanika Teknik”, Edisi kedua (Versi
SI), Penerbit : Erlangga, 1983
4) R.S.  KHURMI  and  J.K.  GUPTA , ”Machine  Design”,  Eurasia  Publishing
House  (Pvt)  Ltd,  Ram  Nagar,  New Delhi, 110055, 1995
5) RICHARD  G.  BUDYNAS  and  J. KEITH NISBETT ”Shighley , Mechanical Engineering Design”, Eight
edition  in  SI  Units,  Mc  Gaw  Hill Companies
LAMPIRAN 1. Kunci mur kapsul
KETERANGAN : Skala   = 1: 2 Ukuran : mm Bahan   : SS 1, 2, 3, 4, 5 dan 6 adalah no. komponen 7 2 Tampak atas Tampak samping 1 3 4 5 6 1 4 7 0 2 1 1 1 1 1 2 1 0 52 1 4 10 0 1 0 1 0 1 0 10 0 1 2
1 0 1 0 40 60 20 10 3 2 3 6 5 4 2500 1 2 1/2 7 0 8 1 4 1 4 52 1 0 1 0 3 6 2500 2 6 3 0 2 1 4 Tampak depan
LAMPIRAN 2 Kunci Kapsul