l'rosiaing l'ertemuan l{miali Talizman 2016l'usat Tefuw{ogi nadloisotop aan naaiofannaRa (lJT1{1{),13:AT:4:NTangerang Se{atan, 3 NovemDer 2016

ISSN : 2087: 9652

PERANCANGAN DAN SIMULASI JALUR PENDINGIN KOMPONEN CAVITYSISTEM RF SIKLOTRON 13 MEV

Rian Suryo Darmawan, Kurnia Wibowo

PUSCI!Sains dan Teknologi Akselerator (PSTA)-BATAN Yogyakarta

Email: riansd@batan.go.id.kurniaw@batan.go.id

ABSTRAK

PERANCANGAN DAN SIMULASI JALUR PENDINGIN KOMPONEN CA VITY SISTEM RF

DEE SIKLOTRON 13 MeV. Telah dilakukan perancangan dan simulasi jalur pendinginkomponen cavity sistem RF siklotron 13 Me V. Sebagai pendingin dirancang pipa pendingindari bahan tembaga dengan diameter dalam 6 mm, panjang kontak dengan komponen cavity2204 mm dan media pendingin air yang diletakkan pada sisi sekeliling komponen cavity yangsebelumnya telah dibuat seperti semacam saluran. Perancangan dilakukan dengan caraperhitungan secara analitis, sedangkan simulasi dilakukan dengan perangkat lunak CFD(Computational Fluid Dynamics). Hasil perhitungan dan simulasi menunjukkan bahwa secaraumum peningkatan debit fluida pendingin memberi dampak pada penurunan temperaturpermukaan komponen cavity sistem RF dee (Ts) dan temperatur luaran fluida pendingin(Tmo). Hasil perhitungan menunjukkan bahwa dengan debit air pendingin 15/iter/menit masihmemperlihatkan kinerja kapasitas pendingin yang baik dengan temperatur permukaankomponen cavity 78, 79°C dan temperatur air pendingin 23,83 DC.Hasil simulasi menunjukkandistribusi panas yang merata pada modifikasi kedua jalur pendingin yang menunjukkantemperatur permukaan komponen cavity 73,57 °C dan temperatur air pendingin 34,53 °Cuntuk debit air pendingin 15 /iter/menit.

Kata kunei : cavity, pentlingin, simulasi CFD

ABSTRACT

DESIGN AND SIMULA nON OF CA VITY'S COOLING LINE ON 13 MeV CYCLOTRON'S RF

SYSTEM. The design and simulation of cavity's cooling line on 13 Me V cyclotron's rf systemhas· been done. The design for cooling system is cooling pipe of copper material with an innerdiameter of 6 mm, length of contact with the cavity is 2204 mm and the cooling medium iswater placed on the side of the cavity's surrounding that previously have been created act asa kind of channel. The design was done by calculating analytically, while the simulation is donewith CFD (Computational Fluid Dynamics) software. Calculation and simulation results showthat the overall increase in the cooling fluid flow gave effect on the decrease of cavity's surfacetemperature (Ts) and the temperature of the cooling fluid output (Tmo). The calculations showthat with the cooling water flow of 15 liters/minute still showed good performance of coolingcapacity with cavity's surface temperature of 78, 79°C and cooling water temperature of 23,83DC. The simulation results show even heat distribution in the second modification of coolingpath with cavity's surface temperature of 73,57 °C and cooling water temperature of 34,53 °Cfor cooling water flow of 15 liters / minute.

Key words: cavity, cooling, CFD simulation

Rian Suryo D. dan Kurnia W. 93

'prosid"tng l)ertenlllan Ifiniafi 'lafiunan 2016

Tusat 'lefmo{ogi naaioisotoy aan nad"tofarmaka (T'llUZ), 'B.A'l.A:N'langerang Se{atan, 3 Novem6er 2016

ISSN : 2081: 9652

PENDAHULUAN

S aat ini di Pusat Sains dan TeknologiAkselerator BATAN sedang dilaksanakankegiatan perancangan dasar siklotron

untuk produksi radioisotop dengan energi protonsekitar 13 MeV yang berinisial DesignExperimental of Cyclotron in Yogyakarta ­13MeV (DECY-13). Siklotron adalah pemercepatpartikel bermuatan yang bekerja denganmempercepat ion positif atau negatif, secaraperiodik (siklus) menggunakan teganganpemercepat bolak-balik (alternating voltage)yang dipasang pada dua buah elektrodeberongga dalam ruang yang dihampakansehingga dapat dilintasi oleh berkas ion. Denganmedan magnet ditimbulkan gaya Lorentz yangmerupakan gaya sentripetal pada berkas ionsehingga lintasannya melingkar dan dapatdipercepat berulang-ulang (cyclic) setiap kalimelalui celah (gap) pemercepat. Berkas ionmasuk dengan energi tertentu, kemudian setiapkali mengalami percepatan energi akanbertambah besar, sehingga radius lingkaranmakin besar. Pada energi dan radius tertentuberkas dikeluarkan untuk ditembakkan padatarget padat, gas atau cair sehingga terjadi reaksinuklir yang menghasilkan radioisotop yangdidinginkan atau memberikan dosis radiasi untuksterilisasi, terapi, maupun modifikasi sifat bahan[1J

Salah satu komponen penting darisiklotron adalah sistem dee yang dicatu dengantegangan tinggi berfrekuensi radio (RF) ,komponen tersebut berfungsi untukmempercepat ion-ion hidrogen (W atau H-) yangdihasilkan oleh sumber ion. Pada tahun 2011telah dilakukan perancangan komponen­komponen sistem RF siklotron 13 MeV[2J.SistemRF tersusun atas komponen-komponen utama,yaitu center of dee (puller dan beam post), deeplate, dee stem,coupler, cavity, central region(bump cover dan beam guide) dan liner. SistemRF di desain untuk beroperasi dengan daya yangdihantarkan oleh generator RF sebesar 20 kW[3J.Ketika sistem RF sedang beroperasi, generatorRF akan menghantarkan daya maksimumsebesar 20 kW sehingga akan membangkitkanpanas. Karena panas yang dibangkitkan tersebutmaka diperlukan pendinginan untuk mencegahterjadinya kenaikan temperatur yang dapatmengubah nilai kapasitansi dan frekuensi sistem

Rian Suryo D. dan Kurnia W.

RF sehingga dapat menggangu kinerjapemercepatan pertikel pada siklotron. Salah satukomponen yang akan di desain dandisimulasikan adalah cavity. Cavity bersama deestem merupakan komponen dalam siklotron 13MeV yang berfungsi menyerupai kabel koaksialdalam sistem RF. Dua komponen tersebutbertindak sebagai konduktor dari coupler menujuke dee plate. Cavity terletak pada sisi luar tangkisistem vakum dan juga berfungsi sebagai tempatmounting komponen dee stem.

Sistem pendingin komponen cavity initerdiri dari pipa pendingin, fluida pendingin danchiller. Pipa pendingin yang digunakan adalahdari bahan tembaga dengan diameter dalam danluar berturut-turut 6 mm dan 8 mm denganpanjang jalur pendingin 2204 mm. Dipilihnya pipapendingin dari bahan tembaga karena bahantersebut merupakan penghantar panas yang baikdan tersedia di pasaran. Agar dalam prosespendinginan dapat bekerja dengan baik sehinggatemperatur komponen cavitysesuai dengan yangdiharapkan, maka diperlukan analisiskemampuan sistem pendingin dan simulasidistribusi temperatur yang terjadi padakomponen cavity tersebut.

DASAR TEORI

Pada desain sistem RF siklotron harusdilengkapi dengan sistem pendingin untukmencegah kenaikan temperatur pada komponen­komponen sistem RF itu sendiri, karena kenaikantemperatur pada komponen-komponen sistemRF dapat mengubah nilai kapasitansi danfrekuensi sistem RF sehingga dapat menggangukinerja pemercepatan pertikel pad a siklotron.Perhitungan pendinginan ini didasarkan pad ajumlah panas yang dihantarkan generator RF.Dengan asumsi daya dari catu daya yangmensuplai sumber ion seluruhnya terdisipasimenjadi panas, maka besar daya terdisipasiadalah P (Watt).

Pada pipa pendingin yang dialiri fluidapendingin, untuk mengetahui beda temperaturfluida yang keluar dari pipa pendingin dengantemperatur fluida yang masuk pipa pendingindigunakan persamaan[4,5]:

q = mCpt:.Tm (1)

t:.Tm = Tmo - Tmi (2)

dengan q adalah panas yang diserap fluidapendingin (Watt), m laju aliran massa fluidapendingin (kg/s), cpkalor jenis fluida (kJ/kg.C),

94

1'rosid"ing 1'ertemuan I{miafi Tafiunan 2016

1'usat Tefino{ogi 'RacOoisotoy eran 'Ramojarmafia ('l"l'lZ'R),'B;4T:ANTangerang Se{atan, 3 Novemver 2016

ISSN : 2087 : 9652

(7)

(8)

(9)

(3)

(4)

TATA KERJA

1. Perhitungan Pendinginan

Pada bagian komponen cavity sistem RFdee, yang menjadi sumber panas adalah radiasipanas dari komponen coupler yang terletak dilubang sisi komponen cavity. Konstruksikomponen cavity sistem RF dee diperlihatkanpada Gambar 1. Jalur pendingin diletakkan padasisi di sekeliling komponen cavity yang polos(selain lubang untuk komponen coupler) yangsebelumnya telah dibuat seperti semacamsaluran. Jalur pendingin ini dialiri fluida pendinginyaitu air yang didinginkan oleh chiller.

Perangkat lunak yang digunakan untuksimulasi heat transfer komponen cavity sistemRF dee pada siklotron 13 MeV adalah Inventordan Solid Works. Perangkat lunak Inventordigunakan untuk mendesain geometri darikomponen cavity. Luaran (output) dari perangkatlunak Inventor kemudian digunakan sebagaimasukan (input) perangkat lunak Solid Works.Solid Works merupakan perangkat lunak CADdan simulasi CFD (Computional Fluid Dynamic)yang dapat menggambarkan aliran fluida,tekanan, dan temperatur sehingga mendapatkanpemahaman yang lebih baik dari setiappersoalan yang berhubungan dengan aliranfluida.

ditentukan

I::.Tm beda temperatur fluida yang masuk dankeluar pipa pendingin (0G), Tmo temperatur fluidakeluar pipa pendingin (0G) dan Tmi temperaturfluida masuk pipa pendingin (0G).

Laju pendinginanmenggunakan persamaan[4.5J:

q = hAsf1Tlm

I::.T - (Ts-Tmo)-(Ts-T mi)1m - In[(Ts-Tmo)!(Ts-Tmi)]

Dengan h adalah koefisien konveksi perpindahanpanas (W/m2), As luasan perpindahan panas(m2), I::.Tlm beda temperatur rata-rata logaritmafluida yang masuk dan keluar pipa pendingin rC)dan Ts temperatur permukaan pipa pendinginrC).

Untuk fluida yang mengalir di dalam pipa,kemungkinan terjadi dua jenis aliran yaitu aliranlaminar jika nilai bilangan Reynolds (Re)< 2300dan aliran turbulen jika nilai Re > 2300. Untukaliran laminar di dalam pipa besar bilanganNusselt dapat ditentukan dengan persamaan[4]:

_ (ReOPT)1/3 (/1 )0.14NUD - 1,86 -/ - - (5)L D /1s

sedangkan untuk aliran turbulen di dalam pipabesar bilangan Nusselt ditentukan denganpersamaan[4.5J:

Nuo = O,023Re~!5 Prn (6)

dengan Reo adalah bilangan Reynolds, Prbilangan Prandl, L panjang pipa (m), D diameterpipa (m), J.1 viskositas absolut (Ns/m2), J.1s

viskositas dinamik yang ditentukan padatemperatur dinding (Ns/m2) dan n konstanta yangnilainya 0,4 untuk pemanasan dan 0,3 untukpendinginan. Besar bilangan Reynoldsditentukan dengan persamaan[4.5J:

4mReo = -

nO/l

Sedangkan bilangan Nusseltjuga mempunyainilai yang dapat d.itentukan denganpersamaan[4,5]:

hONuo = -

k

sehingga diperoleh nilai koefisien perpindahanpanas konveksi (h) adalah

h = NIID kD

Dengan k adalah konduktivitas termal fluidapendingin.

Gambar 1. Komponen cavity sistem RF dee sik[otron13 MeV

Rian Suryo D. dan Kurnia W. 9S

1'rosiaing 1'ertemllan I{miah 'Tahllnan 2016

1'usat 'Tekno{ogi 1{aaioisotoy aan 1{aaiofarmaka (1''T'R'R),B:A.'T:A.N'Tangerang Se{atan, 3 November 2016

ISSN : 2087 : 9652

1.1. Spesifikasi pipa pendingin, sifat-sifatfisik fluida pendingin dan chiller

nilai koefisien perpindahan panas konveksi fluidapendingin menggunakan persamaan (9).

Untuk perhitungan pendinginandidasarkan pada spesifikasi pipa pendingin, sifat­sifat fisik fluida pendingin dan chiller yangditunjukkan berturut-turut pada Tabel 1, Tabel 2dan Tabel 3.

Tabel 1. Spesifikasi pipa pendingin komponen cavitysistem RF dee

NilaiSatuan

Diameter dalam (0dalam)

0,006m

Diameter luar (0/uar)

0,008m

panjang kontak dengan

2,204momponen cavity (L)

Konduktivitas termal (k)

401W/mK

Tabel 2. Sifat-sifat fisik fluida pendingin (air)

Nilai Satuan

997

kg/m3

0,00123

Ns/m2

0,606

W/mK

4181

kJ/kgK

6,62

Tabel 3. Spesifikasi chiller yang digunakan siklotron13 MeV

NilaiSatuan

Merk (model)

Thermo Q15 AScr)Coolina caDacitv

37,4kWChilled water flow

120L/menitChilled

watertemperature12/7°C

in/out)

1.2. Menghitung koefisien konveksi fluidapendingin

Untuk menghitung koefisien konveksiditentukan terlebih dahulu nilai bilanganReynolds dan bilangan Nusselt. Nilai bilanganReynolds dihitung menggunakan persamaan (7)dan besaran-besaran yang digunakandidasarkan spesifikasi pipa pendingin pada Tabel1 dan laju aliran air pending in. Untuk perhitungannilai bilangan Nusselt menggunakan persamaan(5) atau (6). Selanjutnya dilakukan perhitungan

Rian Suryo D. dan Kurnia W.

1.3. Menghitung temperatur permukaan pipapendingin

Untuk menghitung temperaturpermukaan pipa pendingin terlebih dahulu harusmenentukan daya terdisipasi, besar temperaturfluida masuk dan keluar pipa pendingin. Besardaya terdisipasi diambil dari daya maksimumgenerator RF yang diasumsikan seluruh dayaterdisipasi menjadi panas. Selanjutnya dilakukanperhitungan temperatur fluida yang masuk dankeluar pipa pendingin menggunakan persamaan(1) dan (2). Untuk perhitungan perbedaantemperatur masuk dan keluar pipa pendinginsecara logaritmis menggunakan persamaan (3).Kemudian dilanjutkan dengan perhitungantemperatur permukaan pipa pendinginmenggunakan persamaan (4).

2. Simulasi Dengan Perangkat LunakInventor dan SolidWorks

Perangkat lunak Inventor digunakanuntuk mendesain geometri komponen cavity.Pada tahap pembuatan geometri dilakukandengan rekayasa terhadap bentuk-bentuk dasarbangun ruang. Perangkat lunak Solid Worksdigunakan untuk memberikan gambaran aliranfluida dan temperatur pada komponen cavity.Langkah yang pertama dilakukan adalahmembuka file geometri yang sebelumnya telahdibuat menggunakan perangkat lunak Inventor.Kemudian memilih fitur flow simulation yang didalam fitur tersebut pengguna diminta untukmenentukan berbagai masukan dan batasan.Proses simulasi dilakukan dengan memvariasinilai debit air pendingin yang masuk dalam sistempendingin disesuaikan dengan spesifikasi chillersiklotron 13 MeV.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Perhitungan Pendinginan

Energi yang diserap oleh komponencavity berasal dari disipasi panas komponencoupler yang dicatu oleh generator RF.Oidasarkan hukum kekekalan energi bahwaenergi adalah kekal (tidak dapat dimusnahkanatau dihilangkan tetapi berubah bentuk), maka

96

~.~

1'rosiaillg Tertel/wan lfilliafl 'Taflullan 20/6

Tusat 'Tefmo(ogi nadloisoti!p aan 'Raaiofarmaka (1''T'R'R), 'BJ1.'TJ1.N'Tallgerang Sdata11, 3 Novem6er 2016

ISSN : 2087 : 9652

diasumsikan seluruh daya dari catu daya yangmasuk pada komponen coupler berubah bentukmenjadi panas atau terdisipasi menjadi panasdan merupakan beban pendinginan.

Untuk perhitungan sistem pendingindilakukan dengan memvariasi debit air masukpipa pendingin sehingga dapat diketahuihubungan antara debit air masuk dengantemperatur permukaan pipa pendingin padatemperatur air masuk pipa pendingin tetap. Hasilperhitungan bilangan Reynolds, bilanganNusselt, nilai koefisien konveksi perpindahanpanas fluida pendingin, nilai temperatur fluidakeluar dari pipa pendingin dan nilai temperaturpermukaan pipa pendingin dengan variasi debitaliran masuk disajikan dalam Tabel 3 danGambar 2.

20 kW, sedangkan air pendingin masuk kekomponen cavity diasumsikan 15°C denganpertimbangan pengaturan kemampuanpendingin chiller.

Dari tabel dapat dilihat bahwa untuk debitair pendingin dari 15 liter/menit sampai120 liter/menit, seluruhnya dapat diterapkankarena dari hasil perhitungan didapatkantemperatur permukaan di bawah 100°C (titik didihair). Karena jika temperatur di atas 100°C makaakan terjadi penguapan pada lapisan airpendingin sehingga terbentuk gelembung­gelembung uap lapisan air pendingin. Jika hal initerjadi, dapat menyebabkan berkurangnya besarnilai koefisien perpindahan panas konveksi danberdampak pada berkurangnya kapasitaspendinginan. Jadi pemilihan debit air didasarkanpada temperatur permukaan yang diinginkan.

Tabel 4. Hasil perhitungan temperatur permukaansebagai fungsi debit air pendingin

2. Simulasi Dengan Perangkat LunakInventor dan SolidWorks

Tmi=15°C

Cavity

Gambar 2. Hubungan temperatur permukaan hasilperhitungan sebagai fungsi debit air pendingin

Perhitungan yang ditunjukkan padaTabel 4 khususnya untuk Tmo, I1T1m dan Tsdidasarkan dari perhitungan daya terdisipasi.Daya terdisipasi ini didasarkan spesifikasimaksimum sumber daya generator RF sebesar

Pad a proses simulasi diawali denganpembuatan geometri komponen cavitymenggunakan perangkat lunak Inventor. Padatahap pembuatan geometri dilakukan denganrekayasa terhadap bentuk-bentuk dasar bangunruang. Bentuk-bentuk dasar bangun ruangtersebut dibentuk menggunakan fitur-fitur yangada dalam perangkat lunak Inventor, yaituextrude, revolve, hole, circular patern dan filletyang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 1.

Langkah selanjutnya dalam prosessimulasi dilakukan pada perangkat lunakSolidWorks. Tahap pertama adalah membuka filegeometri yang sebelumnya telah dibuatmenggunakan perangkat lunak Inventor.Kemudian memilih fitur flow simulation yang didalam fitur tersebut pengguna diminta untukmenentukan unit system (satuan yangdigunakan), analysis type (internal atau external),fluids (fluida yang digunakan), solids (materialyang digunakan), parameter (tipe termal, tekanandan temperatur awal) dan result resolution(resolusi hasil yang diinginkan).Langkahberikutnya adalah memberikan masukan pad asimulasi, yaitu boundary condition (inlet volumeflow dan static pressure), heat source (heatgeneration rate) dan goals (temperatur minimumdan maksimum untuk fluida dan material).Masukan untuk inlet volume air pendinginbervariasi dengan suhu 15°C dan heat sourcesebesar 20 kW. Hasil simulasi ditunjukkan pad aGambar 3 dan Gambar 4.

Permukaan

~ ~ ~ ® ~ , " ~

15 30 45 60 75 90 105 120

Debit Fluida Pendingin (literjmenit)

•••••••••Output fluida pendingin

100U 2-50'- ::J 0•.... ~Q)

Q.EQ)f-

Q ReoNuoh (W1m2)Tmof:1T1mTs

11m

(0C)(OC)(OC

15

43131,42206,9320899,7823,8310, 1~78,730

86262,84360,2836388,62121,915,852,045

129394,2E498,3350331,3621,284,2242,2860

172525,68627,2963356,220,9E3,3537,1175

215657,10749,8975738,6120,772,8033,890

758788,5'1867,6487631,920,642,4231,6105

301919,9E981,5299133,4120,5~2,1430,0120

345051,311092,18110309,6820,481,9278,7

Rian Suryo D. dan Kurnia W. 97

'l'rosicfillg 'l'ertemuall J{miali 'laliunall 20JO

'l'usat 'leRI10(ogi Racftoisotoy aall RaaiofarmaRa ('1''lRR), 'BA'lAN'langerang Se(atall, 3 Novemver 20J6

150

Cavity

ISSN : 2087 : 9652

-4-0utput fluida pendingin -4- Permukaan

10877

102.80968390.8684.8978.9172.9466.9761 0055034906430937.1231.15

_ 25.18Temperature (Solid) I'C]

Surface Plot 1: contours

Go::- 100::J

.•...•

ro

O:i 50a.~ 0I- 15 30 45 60 75 90 105 120

Debit Fluida Pendingin (Iiter/menit)

Gambar 3. Oistribusi panas komponen cavity untukdebit air pendingin 120 I/menit

108.77

102.7796.7890.7984.7978.8072.8166.8160.8254.8348.8342.8436.853085

_ 24.86Temperature I'C]

FlowTrajectories 1

Gambar 4. Oistribusi panas aliran air pendinginkomponen cavity untuk debit air 120 I/menit

Tabel 5. Hasil simulasi dengan melakukan variasi debitair pendingin

Q !I/menit) Tmo (OC)Ts max (0C)15

34,60127,9230

25,11111,6645

22,27105,2860

21,19101,8975

20,9099,7990

21,0798,50105

21,6097,68120

22,3597,19

Rian Suryo D. dan Kurnia W.

Gambar 5. Hubungan temperatur permukaan hasilsimulasi sebagai fungsi debit air pendingin

Dari hasil simulasi komponen cavity padaTabel 5, dapat terlihat bahwa untuk debit airpendingin lebih besar atau sama dengan75 liter/menit dapat diterapkan karena hasiltemperatur maksimum permukaan yangdiperoleh lebih kecil daripada 100Ge sehinggatidak terbentuk gelembung-gelembung uaplapisan fliuda pendingin dan tidak mengurangibesar nilai koefisien perpindahan panaskonveksi. Akan tetapi jika dilihat hasil simulasiberupa distribusi panas pad a komponen cavitypad a gambar 3, dapat terlihat bahwa distribusipanas belum merata. Pada bagian sebelah ataslubang untuk komponen coupler terlihat areayang masih merah yang menandakan panaspada area tersebut belum terdistribusi secaramerata. Maka dari itu perlu dirancang modifikasijalur pendingin pada komponen cavity untukmengoptimalkan distribusi panasnya.

Modifikasi yang pertama adalah denganmenambah jalur pendingin pada bagian atas danbawah lubang untuk komponen coupler sepertiterlihat pada Gambar 6. Sedangkan hasilsimulasinya diperlihatkan pada Gambar 8 danGambar 9.

98

'Prosiaing l'erteJ1luan I(miafi Tafiunan 2016

~Pusat Te~J!o(ogi 'Raaioisotoy aan 'Radiofarma~a (l'TlZ'R), 'B.'A.TANTangerang Sdatan, 3 November 2016

ISSN : 2087: 9652

Tabel 6. Hasil simulasi dengan melakukan variasi debitair pendingin untuk modifikasi pertama

Q Il/meniO TmoToC\Ts max (OC)

1535,0076,58

3026,7667,29

4525,5466,24

6027,0368,23

7529,9872,12

9034,1677,81

10539,6485,07

12045,8593,75

Cavity

100.00

15 30 45 60 75 90 105 120

Debit Fluida Pendingin (liter/men it)

Gambar 6. Komponen cavity modifikasi pertama padajalur pendingin

Gambar 7. Distribusi panas komponen cavitymodifikasi pertama untuk debit air pendingin120 I/menit

Gambar 8. Distribusi panas aliran air pending inkomponen cavity modifikasi pertama untuk debit airpending in 120 I/menit

Rian Suryo D. dan Kurnia W.

uo::- 0.00:J

.•....ro•...<lJa.E<lJI-@"011\"""Outputfluida pendingin ~ Permukaan

Gambar 9. Hubungan temperatur permukaan hasilsimulasi sebagai fungsi debit air pendingin pad amodifikasi pertama

Dari hasil simulasi komponen cavitymodifikasi pertama pad a jalur pendingin berupadistribusi panas pada Gambar 7, dapat terlihatbahwa distribusi panas pad a area sekitar lubanguntuk komponen coupler lebih meratadibandingkan dengan rancangan jalur pendinginawal. Akan tetapi masih terlihat adanya sedikitarea yang belum merata, terutama pad a bagiantepi atas komponen cavity dan bagian tepi lubanguntuk komponen coupler. Maka dari itu perludirancang modifikasi lanjutan terhadaprancangan ini untuk lebih mengoptimalkandistribusi panasnya.

Hasil optimum didapatkan untuk debit airpendingin 45 liter/men it, yang menunjukkantemperatur permukaan komponen cavity 66,24°e dan temperatur air pendingin 25,54 °e.Karena ketika debit air pendingin ditambah lagi,justru hasil yang didapatkan adalah temperaturyang lebih tinggi daripada temperatur dengandebit air pendingin sebesar 45 liter/menit.

Secara umum, modifikasi yang keduadilakukan dengan menggeser jalur pendinginsebelah atas dan bawah lubang untuk komponencoupler menjadi lebih dekat terhadap tepikomponen cavity. Tetapi khusus untuk bagian

99

'l'rosidlng 1'ertel1lllalll(miafl Taflzllu1IJ20161'llsat Te~llo(ogi Radloisotoy aall Raaiofarmar.1a (1'T1Z1{),'BJtT.Jt:NTangerang Sefatan, 3 Novem/3er 2016

ISSN : 2087 : 9652

yang tepat berada di atas dan bawah lubanguntuk komponen coupler diberikan sedikitbelokan mendekati lubang tersebut. Modifikasikedua pada jalur pendingin diperlihatkan padaGambar 9. Sedangkan hasil simulasinyadiperlihatkan pada Gambar 10 dan Gambar 11.

Gambar 9. Komponen cavity modifikasi kedua padajalur pendingin

n····"":> ~5"G•. f. ~n!f "",j ~ 4'_Tl

! ~ :~~~

U1!.l!!i!

',' ,J 31.15" It;£:;" ~S.!-1

22342iHH

T~',.,~~';~<J'''' ($<:.1<1'lOCI ,

?,:",:~_:·,~•..I':f~I:':','.>;.~'.'J.!.::., \\

'~"~-....::::::-~.> ...

Gambar 10. Oistribusi panas komponen cavitymodifikasi kedua untuk debit air pendingin 120 I/menit

131.053115

roc, 3025,. -~ 2935

~ 28 46~ 27 56

~ 26.66~ 25.77

t 21.81! r 2397

'•'./ii::., 21.28

10381949

T9mp~riltlJfe(nuicl)rCl

Gambar 11. Oistribusi panas aliran air pendinginkomponen cavity modifikasi kedua untuk debit airpendingin 120 I/menit

Rian Suryo D. dan Kurnia W.

Tabel7. Hasil simulasi dengan melakukan variasi debitair pendingin untuk modifikasi kedua

Q (IImenit) Tmo (OC)Ts max (OC)

1534,5373,57

3025,1362,56

4522,2858,50

6021,2256,43

7520,9355,23

9021,1354,56

10521,6554,21

12022,4454,07

Cavity

15 30 45 60 75 90 105 120

Debit Fluida Pendingin (liter/men it)

<B;;- Output fluida pendingin ~ Permukaan

Gambar 12. Hubungan temperatur permukaan hasilsimulasi sebagai fungsi debit air pendingin padamodifikasi kedua

Dari hasil simulasi komponen cavitymodifikasi kedua pad a jalur pendingin berupadistribusi panas pad a Gambar 10, dapat terlihatbahwa distribusi panas pad a area sekitar lubanguntuk komponen coupler lebih meratadibandingkan dengan rancangan jalur pendinginawal maupun rancangan jalur pending inmodifikasi pertama. Hasil optimum didapatkan

" untuk debit air pendingin 15 liter/menit, yangmenunjukkan temperatur permukaan komponencavity 73,57 °e dan temperatur air pendingin34,53 °e.

KESIMPULAN

Dari hasil simulasi dapat diambilbeberapa kesimpulan, dijelaskan sebagaiberikut. Peningkatan masukan debit air pendinginsecara umum memberi dampak pada penurunantemperatur permukaan komponen cavity sistemRF dee (T mo) dan temperatur keluaran airpendingin (Ts). Hasil perhitungan menunjukkanbahwa dengan debit air pendingin 15 liter/menitmasih memperlihatkan kinerja sistem pending inyang baik dengan temperatur permukaankomponen cavity 78,79 °e dan temperatur air

100

1'rosim1lg l'erte11111a1lI[i1liafi Tafill1la1l 20161'usat TeR1lo{ogi namoisotoy aa1l naaiofar111aRa (1'Tn1?.), 13.AT.ANTa1lgera1lg SefataJI, 3 Nove111ber 2016

ISSN : 2087 : 9652

pendingin 23,83 DC. Hasil simulasi optimaldidapatkan pada simulasi jalur pendingin denganmodifikasi kedua yang menunjukkan distribusipanas yang merata dengan temperaturpermukaan komponen cavity 73,57 °C dantemperatur air pendingin 34,53 °C untuk debit airpendingin 15 liter/menit.

UCAPAN TERIMA KASIH

Kegiatan ini dibiayai dengan anggaranDIPA-PSTA tahun 2016. Pada kesempatan inipenulis mengucapkan banyak terima kasihkepada seluruh tim rancang bangun siklotron13 MeV atas semua bantuannya sehinggamakalah ini dapat selesai.

DAFT AR PUST AKA

Spesifikasi Sumber Ion Pada Siklotron",Prosiding Pertemuan dan Presentasi IlmiahTeknologi Akselerator dan Aplikasinya, ISSN1411 - 1349.

2. RIAN SURYO DARMAWAN DAN SLAMET

SANTOSA (2011), "PerancanganKomponen Dee Siklotron Proton 13 MeV",Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiahPenelitian Dasar IImu Pengetahuan danTeknologi Nuklir, ISSN 0216-3128, Buku 1.

3. Y. S. KIM at. al (2004), "New Design Of TheKirams-13 Cyclotron For Regional CyclotronCenter", Proceedings of APAC, Gyeongju,Korea.

4. F. P. INCROPERA, D. P. DEWITT,"Fundamentals of Heat Transfer", John Wiley& Sons Inc, New York, ISBN 0-471-08961

5. J.P. HOLMAN (1991), Perpindahan Kalor,Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta.

1. RIAN SURYO DARMAWANSILAKHUDDIN (2009), "Penentuan

Rian Suryo D. dan Kurnia W.

DAN

101