UNJUK KERJA SISTEM V AKUM T ABUNG PEMANDU NEUTRON

Eddy Santoso, Wahyu Hagono, Yatno

Puslitbang Iptek Bahan -BATAN; Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang

ABSTRAK

UNJUK KERJA SISTEM VAKUM TABUNG PEMANDU NEUTRON. Unjuk kerja sistem vakum tabung pemandu neutron di PuslitbangIptek Bahan (P3IB) BAT AN mempunyai peranan yang sangat penting pada penelitian iptek bahan terutama penelitian yang menggunakan berkasneutron, karena dengan tidak berfungsinya sistem vakum ini maka tabung pemandu neutron tidak dapat dioperasikan, dan dapat menyebabkanhampir semua penelitian dengan berkas neutron di P31B tidak dapat dilakukan. Dalam makalah ini diuraikan: komponen-komponen yangmembentuk sistem vakum, unjuk ke~a sistem berikut diagram alir ke~anya, masalah yang pernah terjadi dan cara untuk mengatasinya. Penulisberharap makalah ini dapat berguna bagi operator dan penanggung jawab alat tersebut bila timbul masalah pada sistem , dengan mengetahuiunjuk kerja sistem vakum ini maka masalah yang timbul dapat lebih mudah dan segera dapat diatasi.

ABSTRACT

PERFORMANCE OF NEUTRON GUIDE TUBE VACUUM SYSTEM. Neutron Guide Tube Vacuum System at P3IB-BATAN is veryimportant in performing materials research especially on neutron scattering research, because the research can not be done without the neutronbeam due to the trouble on vacuum system. This paper discusses the component, performance and flow chart of the vacuum system, also someproblems which have happened on the system and how to handle and repair the problems. We hope this paper can help the operator and thesupervisor of the vacuum system to handle the system and the problems easily.

PENDAHULUAN

Tabung Pemandu Neutron ( TPN ) adalahtabung yang dapat digunakan untuk memandu berkasneutron dari suatu tempat ke tempat lain dengan resikokehilangan cukup kecil, yang bekerja dalam kondisivakum, daD pada bagian dalamnya dilapisi dengan Nikel58. Kondisi vakum ini merupakan syarat utama dariTPN yang berfungsi untuk melindungi kerusakan padalapisan dalam (Ni 58) dari oksidasi daD juga untukmeminimalkan resiko kehilangan berkas neutron yangdisalurkan. Dari tabung berkas S-5 Reaktor Serba Guna(RSG) G.A.Siwabessy, berkas neutron disalurkan keperalatan yang ada di Pusat Penelitian daDPengembangan Iptek Bahan (P3IB) melalui dua buahTPN yaitu TPN 1 untuk alat SN2 (SANS) daD TPN 2untuk alat-alat : DN2 (FCD/TD), SN3 (HRSANS) daDDN3 (HRPD). Panjang total kedua TPN ini 122,5 m daDluas penampangnya adalah 90mm x 33mm [1] sehinggavolumenya cukup besar (0,37 m3), maka pada masing-masing bagian TPN tertentu mempunyai grup sistemvakum yang terpisah yaitu grup vakum I untukmemompa TPN 1 daD TPN 2 yang ada di ruangeksperimen RSG (BPR) daD grup vakum 2 untuk TPN 1dan 2 yang ada di terowongan (TTPN) daD ruang

eksperirnen P3IB (BPHN) seperti dapat dilihat padagambar I, kedua grup sistern vakurn ini identik satu sarnalain.

Masing-masing sistem vakum terdiri atas:Pompa mekanik, penyaring, pompa turbo, beberapasensor tekanan dan kran (selenoid valve) yang dikontrolsecara otomatis dengan prosesor melalui rangkaian-rangkaian relay, sehingga kondisi kevakuman (tekanan)masing-masing TPN dapat dipertahankan antara 5.10'1sampai 5.10.3 mbar [3]. Makalah unjuk kerja sistemvakum ini dibuat untuk dapat membantu para operatordan penanggung jawab sistem tersebut dalammengoperasikan maupun dalam menangani masalah(kerusakan) yang terjadi pada sistem ini dengan lebihmudah, terutama pada masalah yang pernah terjadiseperti pada tabel I.

TEORI

Pada umumnya pompa vakum mekanik (Rotary

pump) hanya mampu memompa (memvakumkan) sampaipada tekanan tertentu yaitu 10.2 mbar daD dapat mencapaitekanan 10-3 mbar untuk untuk volume yang kecil daD

~I 2i J~~ 200096

U+" ~ ~ \I~ T~ p~ N~~~~.

membutuhkan waktu yang lama. Karena TPN I clan TPN2 mempunyai volume yang besar :t 0,37 m3 clan harnsmencapai tekanan 10.3 mbar dalam waktu yang singkat,maka pada masing-masing grup vakum harns dilengkapidengan pumpa turbo yang mempunyai kapasitas yangbesar karena bekerja pada putaran tinggi clan ini dapatmemenuhi kebutuhan tersebut diatas.

dioperasikan. Untuk memonitor tekanan air pendingindan tekanan udara, pada panel pengontrol dipasanglampu indikator persyaratan yang hams dipenuhi. Dalamkondisi nomlal lampu ini mati dan bila salah satu darilampu tersebut hidup berarti ada persyaratan yang tidakdipenuhi, maka sistem tidak dapat dioperasikan. Dalamkeadaan sistem beroperasi, rangkaian pengontrol akanmengatur daD mempertahankan tekanan pada masing-masing TPN antara 5.10.1 mbar sampai 5.10.3 mbar.PERSYARATAN OPERASI SISTEM VAKUM

Untuk mengoperasikan sistem vakum ada duapersyaratan penting yang harns dipenuhi yaitu: catuudara bertekanan daD air pendingin bertekanan. Udarayang bertekanan antara 3 -5 bar digunakan untukmembuka daD menutup masing-masing selenoid valveyang dikendalikan oleh rangkaian pengontrol relay. Airpendingin yang bertekanan antara 2 -4 bar digunakanuntuk mendinginkan pompa turbo. Apabila keduapersyaratan ini tidak dipenuhi maka sistem tidak dapat

KOMPONEN PADA SISTEM V AKUM

2.3.4.5.6.

Masing-masing grup sistem vakum terdiri atas:Pompa mekanik (rotary pump)

Penyaring (filter)Pompa turbo3 buah sensor tekanan vakum (vacuum gauge)6 buah selenoid valveSensor tekanan air pendingin daD tekanan udara.

Gedung RSG-GAS

~SNI

Gedung ISNTtPN

TPN2 TPN I BPH~-DN2 ~DN I~M

i~

BPRon-.-

lnstalasi Spektrometri NeutronISN DNI-M

RSG-GAS : Reaktor Serba Guna-G.A.SiwabessyBPR : Balai Percobaan Reaktor

ON2ON3

SNISN2

BPHNTTPN

TPNI

Balai Percobaan Hamburan NeutronTerowongan Tabung PemanduNeutronTabung Pemandu Neutron 1 SN3

Difraktometer Neutron PengukurTegangan Sisa: Difraktometer Empat Sumbu/Tektur: Difraktometer Neutron Serbuk Resolusi

Tinggi: Spektrometer Neutron Tiga Sumbu: Spektrometer Hamburan Neutron Sudut

Kecil: Spektrometer Hamburan Neutron SudutKecil Resolusi Tinggi: Fasilitas Radiografi NeutronTPN2 Tabung Pemandu Neutron 2 RNI

Gambar 1. Tata letak peralatan hamburan neutron [2].

97~, 2g J~ 2000

..'~ Jj"

Uf'j../. ~ ~ 1I~ T~ p~ N~~ ~ JI./I..

memvakumkan ruang TPN 1 sampai tekanan mencapai ~5 mbar yang dibaca oleh sensor tekanan T. Lalu PVImenutup dan PV2 membuka untuk memvakumkan TPN2 sampai mencapai tekanan ~ 5 mbar kemudian PV2menutup.

Komponen-komponen tersebut digabung sepertipada gambar 2, melalui rangkaian-rangkaian: penguatsensor; pengontrol dan relay kemudian dikendalikanoleh rangkaian pengendali sistem yang menggunakansebuah prosesor.

Pada panel pengontrol dipasang lampu indikatoruntuk sensor-sensor tekanan air pendingin daD tekananudara , lampu ini akan hidup bila tekanan tidak terpenuhidan mati bila tekanannya mencukupi. Semua kran jugadilengkapi dengan indikator lampu merah dan hijaudimana merah menyatakan bahwa kran dalam kondisitertutup dan lampu hijau bila kran dalam kondisi terbuka.Sedangkan pompa mekanik menggunakan indikatorlampu hijau bila dalam kondisi hidup dan lampu akanmati kalau kondisi pompa mati.Untuk pompa turbo adatiga kondisi yaitu lampu mati bila kondisi pompa mati,lampu kuning hidup bila pompa dalam kondisi hidupdengan kecepatan sedang (dalam percepatan) dan lampuhijau hidup kalau kondisi pompa hidup normal

(kecepatan tinggi).

c=~~~~=)Pompa Mekanik hidup &Kffin VV lero.oka 5 delik

:-:~ Tidak I

:~-~ Y.

I Kran PYI TU':-PV2 BIlka I

Tidnk

val. I,VVI

~~PVl~I < :::::~~2==~- Ts I I W' Tidak

V.

vv

~a TI+--=--~-I-~_V @

POMPA'=1 TURBO

VV2

~0 ~f)

~I IPV2~ POMPA

:J).fEKANIK

v.

Gambar 2. Sistem instalasi pompa vakum.Va

PRINSIP KERJA SISTEM V AKUM

Pada kondisi awal semua kran tertutup danlampu indikator tekanan air pendingin dan udarabertekanan hams mati. Apabila' kondisi ini tidakterpenuhi maka sistem vakum tidak dapat dioperasikan.Bila semua kondisi awal sudah dipenuhi maka sistemvakum dapat dioperasikan dengan menekan tombol startdan sistem akan bekerja sesuai dengan diagram alir kerjasistem vakum seperti pada Gambar 3 yaitu sebagaiberikut : Pompa mekanik hidup dan bersamaan denganitu kran VV terbuka selama 5 detik untuk menetralkantekanan pada ruangan sekitar pompa turbo (pada tekananatmostir) setelah itu kran akan menutup kembali.Kemudian kran PV dan PVl membuka bersamaan untuk

v, .1

Pompa Mckanlk hidup I

Gambar 3. Diagram alir unjuk kerja sistem Vakum

Setelah kondisi tekanan pada masing-masingTPN mencapai ~ 5mbar, kran PV 1 dan PV2 membuka

~I 2g J..",... 200098

U+" ~ ~ v~ T~ p~ N~EM, ~ ~.

bersama-sama untuk memvakumkan kedua TPN tersebutsampai tekanan tertentu ( 5.10.3 mbar). Tekanan pactasensor T dibaca dan apabila tekanan dapat mencapai $ I.10.1 mbar berarti baik pacta sistem vakum maupun pactakedua TPN yang divakumkan dianggap tidak actakebocoran yang dapat mempengaruhi unjuk kerja sistemvakum, maka pompa turbo mulai hidup dengan putaransedang. Pada kondisi ini lampu indikator sistem regulasiakan berkedip-kedip yang menandakan bahwa regulasisudah dapat dihidupkan dengan cara menekan tombolregulasi dan lampu indikatomya akan menyala terus(sistem dalam regulasi). Setelah tekanan pacta sensor Tmencapai 10.2 mbar maka pompa turbo akan hidupdengan normal (pada putaran tin§gi ) sampai tekananpacta TI dan T2 mencapai 5.10' mbar. Selanjutnyapengontrol akan melakukan langkah-langkah sebag3iberikut:

.Menutup PV, PVI daD PV2.

.Mematikan pompa turbo

.Membuka VV beberapa detik untuk memasukanudara ke pompa turbo.

.Setelah satu menit maka pompa mekanik akanmati.Pacta kondisi ini tekanan pacta masing-masing

TPN sudah mencapai .5.10-3 mbar dan selanjutnyapengontrol siap menunggu sampai tekanan pada TPNakan naik hingga mencapai 5.10.. mbar yang dibacaoleh sensor TI daD T2. Bila kondisi ini dicapai makapengontrol akan menghidupkan : pompa mekanik,membuka PV dan PV 1 untuk mengvakumkan ruang TPN1 daD seterusnya TPN 2 mengikuti langkah-langkahdiagram alir di atas. Apabila ada masalah dalam sistem

sehingga mempengaruhi pengendaliannya maka lampuindikator failure akan berkedip selanjutnya semua kranmenutup dan semua pompa mati. Untuk mengatasinya,tekan tomboJ failure, baca lampu indikator yang hidupdan kemudian dianaJisis kesaJahannya lalu diperbaikisampai sistem dapat di start lagi.

MASALAH YANGPENANGANANNYA

TERJADI DAN CARA

Sejak tahun 1991 TPN telah dipasang termasuksistem vakumnya yang telah dioperasikan. Selama TPNdia!iri dengan berkas neutron. sejak swat dioperasikansampai sekarang sistem vakum telah mengalamikerusakan ataupun masa!ah yang timbu! dan jugadilakukan penanganannya seperti yang ditampilkanda!am Tabe! 1.

KESIMPULAN

...

Kerusakan atau masalah yang sering terjadi dalamsistem ini adalah pada bagian selenoid valve,umumnya kerusakan pada kumparan ataupenyumbatan pada saluran udara tekan di dalamvalve.Walaupun NGT tidak digunakan (dialiri berkasneutron), sebaiknya sistem vakum dioperasikanminimal dUB Minggu sekali.Kerusakan yang sulit diatasi pada sistem ini adalahkerusakan pada penguat sensor tekanan penampiltekanannya, karena tidak ada gambar rangkaiannya.

Tabel1. Permasalahal1, penyebab dan penanganannya.

Lampu indikator airmenvala

Air bertekanan tidak memadai.Lampuatau sensor rusak

Periksa catu air bertekanan.Perbaiki atau diganti

2 Pompa mekanik tidak maumati

Micro switch pada kran PV tidakberfun2si.

Micro switch diganti

3 Kran PVmembuka

tidak Kumparan penggerak pada kranrusak

Ganti kumparan barumau

4 Tekanan pada TPNI tidakdapat mencaoai 5.10'3 mbar

Ada kebocoran pada bagian TPN 1 Cari kebocoran dengan leakde!ectordan diperbaiki

5 Tampilan pada pembacatekanan mati.

Kerusakan pacta rangkaian pembacatekanan.

Kerusakan diperbaiki

6 Semua lampu indikatormati

Sekring digantiSekring pengaman putus

7 Kran PV 1 tidak maumenutuo

Lubang alur udara di dalam-sistemkran PV 1 tersumbat.

Sistem kran dibongkar,dibersihkan dan pasang lagi

8 Lampufailure pada turbomenvala

Kontroler pompa turbo rusak Kontroler diperbaiki.

9 Tampilan pacta pembacatekanan berkediD.

Sensor tekanan rusakKonektor sensor tekanan kendor

Sensor digantiKonektor dikencan2kan

~I 2g J~ 2000 99

u~ ~ ~ V,.ft, T~ p~ N~E.l.l, ~ ~.

UCAPAN TERIMA KASIH DAFTARPUSTAKA

Penulis mengucapkan terima kasih yangsebesar-besarnya kepada yth. Bapak Kepala BalaiSpektrometri, P3IB alas dukungannya menyelesaikanmakalah ini. Terima kasih juga kami sampaikan kepadastar dan teknisi Balai Spektrometri, P3IB alasdorongannya sehingga terselesainya penulisan ini.

[I]. Buku panduan Pusat Penelitian Sains Materi-BADAN TENAGA ATOM NASIONAL, 1992

[2]. Progress Report Harnburan Neutron, PusatPenelitian Sains Materi, Badan Tenaga AtomNasional, Vol.I, 1996

[3]. CILAS, Vacuum System, DT 90.432-RJ/MDX333034, 1990.

TANYA-JAWABPenanya : Jumsah (P3 TIR -BAT AN)

Dengan alat apa untuk mendeteksi kebocoran yang sangat kecil dalam sistem sambungan pada sistemvakum ? Kalau ada bagaimana caranya ?

Jawaban

Untuk mendeteksi kebocoran yang sangat kecil dapat Inenggunakan Helium Leak Detector. Caranya sistemyang akan dideteksi disambungkan ke Leak Detector, hidupkan Leak Detector dan semprotkan sedikit gashelium ke sambungan yang diduga bocor lalu amati dan baca skala kebocoran pada Leak Detector.

~, 2CJ J : 2000