Artikel Terbaru

Peluruhan Radioaktif dan Interaksi Radiasi Pengion dengan Materi (1 of 5)

Diposting oleh On Friday, November 01, 2019

RADIASI : pancaran/perambatan energi melalui matrei/ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik/partikel
Radiasi terjadi karena "nuklida tidak stabil (radionuklida) menjadi nuklida stabil", sehingga dalam proses kestabilannya memancarkan sinar alpha, beta dan gamma

Terdapat jenis 2 radiasi yaitu :
  1. Pengion terbagi menjadi 2 yaitu gelombang elektromagnetik (sinar X dan sinar gamma) dan partikel (alpha, beta, neutron)
  2. Non-Pengion yaitu cahaya, panas dan radio
Sifat Radiasi Pengion :
  • Tidak dapat dirasakan panca indra, sehingga jika tidak dimitigasi penggunaannya bisa menyebabkan efek yang sangat berbahaya
  • Dapat menembus materi, urutan daya tembus dari paling kuat ke lemah (gamma, beta, alpha). Daya tembus dipengaruhi oleh pendeknya panjang gelombang
  • Mampu mengionisasi materi, urutan daya ionisasi dari paling kuat ke lemah (alpha, beta, gamma)
Perbedaan ATOM STABIL vs ATOM NETRAL
  • ATOM STABIL : lintasan lebih dalam terisi penuh elektron sesuai kapasitasnya. Dikatakan stabil jika atom tidak memancarkan radiasi dan tidak mengalami peluruhan spontan. Kestabilan inti atom bisa didapatkan ketika jumlah proton dan neutron berada pada kurva kestabilan dan tingkat energi pada keadaan dasar
  • ATOM NETRAL : jika jumlah proton = jumlah elektron
PELURUHAN RADIOAKTIF : perubahan inti atom tidak stabil menjadi stabil dengan memancarkan radiasi alpha/beta/gamma

SIFAT-SIFAT RADIASI PENGION :
1. Radiasi ALPHA
  • Mirip unsur He
  • Daya tembus terkecil hanya 20 mm di udara dan 0.03 mm di jaringan tubuh (pada energi 3.5 MeV)
  • Daya ionisasi terbesar karena memiliki 2P yang mampu menarik elekton lebih banyak
  • Spektrum radiasi diskrit (putus-putus) 
  • Mudah diserap plat
  • Terjadi pada inti berat dengan no. atom (Z) > 80
2. Radiasi BETA
  • Terdapat beta (+) dan beta (-). Sifat beta (-) = positif elektron (positron)
  • Spektrum kontinyu
  • Menembus 11 m di udara atau 15 mm di tubuh (pada energi 3.5 MeV)
  • Terjadi pada inti ringan
3. Radiasi GAMMA
  • Gelombangnya disebut foton dan mirip sinar-X
  • Daya tembus terkuat
  • Daya ionisasi terlemah
AKTIFITAS SUMBER RADIOAKTIF : jumlah peluruhan dalam 1 detik
Satuan lama : Curie (Ci)
Satuan baru : Becquerrel (Bq) atau disintegrasi/60 menit
1 Ci = 37 GBq

1 eV : jumlah energi yang sama dengan energi kinetis elektron ketika melewati beda potensial 1 volt

MACAM-MACAM INTERAKSI :
1. Interaksi ALPHA
  • Ionisasi : lepasnya elektron dari orbit menjadi elektron bebas dan dihasilkan atom (+)
  • Eksitasi : perpindahan lintasan elektron ke kulit lebih luar (sehingga membutuhkan energi)
  • Reaksi Inti : interaksi partikel alpha dengan inti menghasilkan atom baru
2. Interaksi BETA
  • Ionisasi
  • Eksitasi
  • Proses BREMSTRAHLUNG : pancaran gelombang elektromagnetik (sinar-X) ketika radiasi Beta dibelokkan oleh atom (+)
3. Interaksi GAMMA
  • Efek Fotolistrik : terlepasnya elektron dari orbit ketika atom menyerap seluruh foton
Karakteristiknya :
Terjadi pada energi foton rendah (<100 KeV) dengan Z besar
  • Hamburan Chompton : mirip efek fotolistrik namun sebagian dihamburkan
Karakteristik :
Terjadi pada energi foton sedang (100 KeV-1 MeV) dan Z rendah
Aplikasi untuk thickness gauge
  • Efek Produksi Pasangan : terbentuknya pasangan elektron dan positron
Karakteristiknya :
Terjadi pada energi fotonbesar (>1.02 MeV)

4. Interaksi NEUTRON
  • Tumbukan Elastis : neutron dengan jumlah massa = 1 berbenturan dengan atom yang memiliki massa = 1 (hydrogen)
  • Tumbukan Non-Elastis : neutron tumbukan dengan atom massa besar
  • Reaksi Inti (Penangkapan Elektron) : terjadi ketika aktifitas neutron sudah sangat rendah (neutron thermal) sehingga ditangkap inti atom dan membentuk inti baru
  • Reaksi Fisi : inti atom ditembak dengan neutron thermal/lambat sehingga terus-menerus terbentuk inti baru secara berantai
Referensi : Feriyanto, YE. (2019). Pelatihan Petugas Proteksi Radiasi. Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jakarta Selatan

Shell and Tube Air Pre-Heater (APH) PLTU : Material, Korosi dan Karekteristiknya (2 of 2)

Diposting oleh On Friday, September 20, 2019

Kondisi operasi APH PLTU umumnya seragam untuk tipe CFB boiler karena panas ruang bakar batu bara (furnace boiler) sama sehingga temperature flue gas juga hampir sama. Tipe APH yang umum ditemui adalah vertical shell and tube, dimana shell dilalui udara atmosfer sedangkan tube adalah flue gas.
Berikut kondisi operasi APH yang umum ditemui di PLTU
Berdasarkan data operasi tersebut bisa disimpulkan bahwa : 
Kondisi operasi Inlet APH
  • Temperature : 300-370 oC 
  • Excess air : 15-20 % 
  • SO2 content : 20-34 ppm
Kondisi operasi Outlet APH
  • Temperature : 120-160 oC 
  • Excess air : 0.2-0.3 % 
  • SO2 content : 3-10 ppm
Flue gas yang masih panas (300-370 oC) kontak di shell and tube APH sehingga outlet menjadi dingin (120-160 oC). Selama proses yang terus-menerus tersebut dan pendinginan yang mendadak maka flue gas yang mengandung fly ash pelan-pelan akan menggumpal pada outlet tube APH seperti lumpur basah. Lumpur tersebut mengandung kontaminan korosif padatan sisa pembakaran batu bara seperti sulphide, sulphur dan oksida besi sehingga seiiring berjalannya waktu akan menjadi reaksi korosi dengan material tube APH.

Untuk mendukung kandungan di flue gas juga perlu dianalisis komposisi batu bara sebagai bahan bakar yang digunakan. Berikut hasil COA batubara untuk tipe low rank coal

Berdasarkan data COA batubara bisa disimpulkan bahwa : 
Parameter COA Batubara
  • Total moisture: 33-36 % 
  • Total sulphur: 0.2-0.3 %  
  • SO3 content: 3-10 ppm
Flue gas yang berubah fase menjadi padatan di outlet tube APH bisa melakukan reaksi lanjutan menjadi korosi karena didukung dengan kondisi yang bisa menyebabkan korosif seperti tingginya kadar sulphur dan moisture

Ditemui di lapangan banyak material tube APH yang crack dan korosi seperti gambar berikut 
Untuk menyelesaikan analisis penyebab memerlukan beberapa tahapan metode seperti :
Material yang umum dan direkomendasikan untuk tube APH adalah corten steel atau enamel coated
(Shayan M.R et al, 2015) karena terbukti tahan korosi sedangkan penggunaan material carbon steel dihindari

Kerak di inner tube APH dilakukan pengujian dengan XRD dan didapatkan paling banyak adalah oksida besi dan sulphur, padahal oksida besi khususnya hematite (Fe2O3) adalah katalis yang mendukung baik korosi (Louise Douglas, 2005).

3. Analisa visual untuk penentuan letak korosi
Banyak ditemukan hampir sebagian besar korosi adalah pada ujung outlet APH tube sehingga hal ini memperkuat beberapa jurnal yang telah dipaparkan seperti pendinginan mendadak dari panas ke dingin < 150 oC akan bereaksi korosif dikenal dengan istilah acid dew point corrosion (Berg BVD, 2015).

4. Studi pustaka dan kajian analisis
Kesetimbangan untuk konversi dari SO2 ke SO3 semakin bertambah ketika flue gas terlarut dengan udara atmosfer sehingga otomatis flue gas terdinginkan (Louise Douglas, 2005). Dew point temperature H2SO4 adalah 138-142 oC (Shayan M.R et al, 2015) sehingga berdasarkan data tersebut dan compare dengan data operasi maka proses terbentuknya korosi di outlet tube APH terpenuhi yaitu sulphide corrosion/acid dew point corrosion/cold end corrosion dengan sifat senyawa yang terbentuk adalah sulphuric acid (H2SO4) yang bersifat pH asam dan korosif

Referensi :
[1] Feriyanto, YE. (2018). Analisa Komposisi Material XRF Metode dan Langkah Pengukuran. Sains Teknologi & Bisnis. Surabaya
[2] Feriyanto, YE. (2018). Analisa Kerak Menggunakan XRD Metode dan Langkah Kerja. Sains Teknologi & Bisnis. Surabaya
[3] Shayan, M.R, et al. (2015). On the Failure Analysis of an Air-Preheater in a Steam Power Plant. Journal of Failure Analysis and Prevention
[4] Chen, et al. (2016). SO3 Formation in Copper Smelting Process : Thermodynamic Consideration. 7th International Symposium on High Temperature Metallurgical Processing
[5] Louise Douglas. (2005). Handbook of Sulphuric Acid Manufacturing
[6] Berg, BVD. (2015). Heat Recovery from Corrosive Flue Gas