Rancang Bangun Perangkat Akuisisi Data d

Abstrak- Uranium dan PVA (Polyvinyl Alcohol) merupakan bahan utama dalam pembuatan larutan sol untuk penyiapan proses gelasi pembuatan bahan bakar Reaktor Suhu Tinggi. Uranium dilarutkan dengan asam nitrat untuk menghasilkan UN (Uranil Nitrat). PVA dilarutkan dengan SPAN dan parafin. Pada proses pelarutan Uranium dan PVA ini, keberhasilan proses sangat dipengaruhi oleh parameter suhu dan kecepatan putaran pengaduk. Oleh karena itu suhu dan kecepatan putar pengaduk harus dikendalikan pada nilai tertentu. Saat ini PTABN BATAN sedang mengembangkan perangkat akuisisi data dan kontrol pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA. Perangkat ini dirancang menggunakan PLC T100MD-1616+ sebagai pengendali suhu dan kecepatan putaran pengaduk. Jalannya proses pelarutan akan dipantau dan data proses akan disimpan. Sistem ini akan menggunakan komputer sebagai antarmuka. Komunika si data PLC dengan PC berjalan melalui port RS232 menggunakan protokol multipoint. Antarmuka akan dibuat menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic 6. Antarmuka menyajikan data suhu dan kecepatan putaran pengaduk pada reaktor. Hasil pantauan tersebut disimpan pada database MySQL. Rancangan ini diharapkan dapat diimplementasikan pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA terutama untuk memudahkan akuisisi data dan kontrol suhu larutan, akuisisi data dan kontrol kecepatan putaran pengaduk. Sehingga dapat dihasilkan larutan Uranium dan PVA yang kualitasnya memenuhi untuk pembuatan larutan sol.

Kata kunci- Akuisisi data, kontrol, reaktor pelarutan, depan karena disamping sebagai pembangkit listrik yang mempunyai efisiensi tinggi karena burn up bahan bakar yang tinggi dan menghasilkan panas proses yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dalam industri, juga tidak melepaskan hasil fisi ke lingkungan dan

1

Mahasiswa Program Studi Elektronika dan Instrumentasi Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. taufiqsunar@gmail.com

mempunyai azas passive safety (keamanan pasif) serta reaktivitas negatif, yaitu daya dan suhu teras reaktor turun jika terjadi kegagalan pendinginan teras. [1]

Gambar 1. Bahan bakar coated particle [3]

Untuk membuat bahan bakar RST dengan coated particle seperti pada Gambar 1, diperlukan penguasaan pengetahuan mengenai pembuatan elemen bakar berbentuk bola, mulai dari penyiapan umpan proses gelasi, pembuatan gel UO3 sampai dengan kernel UO2

tersinter, hingga fabrikasi elemen bakar bentuk bola. Pembuatan kernel UO2 dalam kegiatan ini dilakukan

dengan metode gelasi internal maupun eksternal. Permasalahan dalam pembuatan kernel UO2 yang

memenuhi spesifikasi untuk bahan bakar Reaktor Suhu Tinggi (RST) yang meliputi sifat fisis, kimia dan struktur mikro sampai saat ini belum terselesaikan secara tuntas. Permasalahan tersebut terjadi pada tahapan proses pembuatan kernel UO2 yang meliputi penyiapan umpan

gelasi, proses gelasi, aging, pengeringan, kalsinasi, reduksi dan sintering serta pelapisan. Dengan melakukan penelitian optimasi tahapan proses yang dilengkapi perangkat akuisisi data dan kontrol, akan diperoleh bahan bakar kernel UO2 yang memenuhi spesifikasi untuk

bahan bakar Reaktor Suhu Tinggi. [2]

RANCANG BANGUN PERANGKAT AKUSISI

DATA DAN KONTROL PADA REAKTOR

PELARUTAN URANIUM DAN PVA

Gambar 2. Alur proses penyiapan UO2 [6]

Pada Gambar 2, penguasaan teknologi pembuatan elemen bakar berbentuk bola dengan partikel terlapis (coated particle) untuk RST dimulai dari penyiapan umpan untuk proses gelasi atau proses pembuatan gel Amonium diuranat. Umpan yang digunakan adalah larutan sol. Pada tahun 2012 ini Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTAPB-BATAN) Yogyakarta akan memulai untuk membuat rancang bangun akuisisi data dan kontrol untuk optimasi proses pembuatan larutan sol dalam rangka mempercepat capaian pembuatan prototip bahan bakar bentuk bola untuk Reaktor Suhu Tinggi (RST).

Tahapan untuk pembuatan larutan sol seperti pada Gambar 3 yaitu, pelarutan U3O8 dengan HNO3 yang

menghasilkan larutan UN (Uranil Nitrat/Uranium), pelarutan PVA, kemudian pembuatan larutan sol. [3]

Untuk proses pelarutan, keberhasilan proses sangat dipengaruhi oleh parameter suhu dan kecepatan putaran pengaduk. Oleh karena itu suhu dan kecepatan putar pengaduk harus dikendalikan pada nilai tertentu. Sedangkan pada pembuatan larutan sol, parameter yang sangat berpengaruh adalah suhu dan viskositas. Adapun viskositas dipengaruhi oleh perbandingan antara jumlah dan konsentrasi UN, PVA dan SPAN/THFA. Jumlah dan konsentrasi UN dan SPAN di set pada nilai tertentu sehingga yang harus dikendalikan pada berbagai nilai adalah jumlah dan konsentrasi PVA. [4]

Gambar 3. Alur proses penyiapan larutan sol [3] Karena akurasi suhu dan kecepatan putaran pengaduk sangat berpengaruh pada kualitas hasil larutan, maka dicoba disusun sebuah rancang bangun perangkat akuisisi data dan kontrol pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA menggunakan PLC T100MD-1616+. Penulis mendapatkan bahan penelitian ini dari Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTAPB-BATAN) Yogyakarta. Perancangan perangkat meliputi pembacaan dan pengontrolan suhu, kecepatan putaran pengaduk, serta penyimpanan data pada sebuah database. Antarmuka dengan PC akan menggunakan perangkat lunak Human Machine Interface

yang dibuat menggunakan Microsoft Visual Basic 6. Penelitian ini akan dilaksanakan dari bulan Maret sampai dengan bulan Agustus 2012 di PTAPB-BATAN Yogyakarta. Perancangan sistem ini nantinya akan diterapkan pada perangkat Reaktor Pelarutan Uranium dan PVA.

Pada makalah ini pembahasan difokuskan pada perancangan perangkat akuisisi data dan kontrol pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA untuk penyiapan proses gelasi menggunakan PLC100MD-1616+ serta mengambil dan menyimpan data parameter suhu dan kecepatan putaran pengaduk pada proses pelarutan tersebut agar nantinya data digunakan untuk kepentingan lebih lanjut.

2. TINJAUAN PUSTAKA

Gelasi adalah perubahan cairan menjadi padat melalui pembentukan ikatan kimia atau fisik jaringan antar molekul-molekul cairan. Gelasi merupakan suatu kejadian dimana ketika larutan tiba-tiba kehilangan cairan dan berubah menjadi padat. [5]

Jerman dan modifikasinya di Cina, Korea, Jepang dan Afrika Selatan. Laboratorium NUKEM di Jerman mengembangkan proses gelasi eksternal menggunakan Uranil nitrat, Polyvinyl alkohol (PVA), Span-80 dan parafin sebagai umpan gelasi seperti pada Gambar 4. Bahan tersebut dicampur dan dipeptisasi menjadi fasa cair homogen, kemudian diaduk dan dipanaskan pada suhu 60-90 0C sampai terbentuk sol Uranium. Setelah itu, larutan sol Uranium diteteskan ke dalam larutan Amonium hidroksida sebagai larutan medium untuk mendapatkan gel seperti bola. Dalam larutan medium terjadi reaksi antara sol Uranium dengan molekul Amoniak sehingga terjadi pengendapan butiran gel UO2

bulat seperti bola. [6]

Gambar 4. Proses pelarutan Uranium dan PVA untuk pembuatan larutan sol [4]

Perangkat akuisisi data dan kontrol merupakan suatu piranti yang dibutuhkan untuk memudahkan pengontrolan proses pembuatan larutan Uranium dan PVA yang berlangsung. Salah satu sistem pelarutan Uranium dan PVA yang pernah dibuat adalah sebuah teknologi pelarutan yang terdiri dari reaktor pelarutan dengan bentuk tangki tegak berpengaduk dengan bagian bawah berbentuk kerucut, bagian atas berbentuk elliptical head 2:1, dan dengan bahan konstruksi Inconel alloy 22 seperti pada Gambar 5. Reaktor ini menggunakan elemen coil pemanas dan motor AC sebagai pemutar pengaduk. [7]

Gambar 5. Tangki reaktor pelarutan [7]

Antarmuka Human Machine Interface (HMI) antara PLC trilogy T100MD -1616+ dengan PC menggunakan Microsoft Visual Basic 6. Contoh program telah disediakan pada situs produk PLC T100MD -1616+ sendiri. Rangkain penyusun PLC trilogy T100MD -1616+ ditunjukkan pada Gambar 6. [8]

Gambar 6. Rangkaian penyusun PLC trilogy T100MD -1616+

3. METODE PENELITIAN

3.1. Metodologi Penelitian

Penelitian ini dikerjakan dengan metode penelitian sebagai berikut:

1. Menentukan topik yang diangkat serta tujuan dan batasan masalah dengan melihat faktor-faktor yang berpengaruh bagi system. Tahapan ini sudah terlaksana.

2. Melakukan kajian dan pembelajaran tentang sistem yang dibahas pada penelitian ini dengan metode: a. Studi literatur, yaitu mempelajari artikel, makalah,

dijadikan sebagai acuan dan referensi dalam merancang dan membuat penelitian ini.

b. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan peneliti dari BATAN mengenai rancangan sistem, dan inovasi-inovasi yang bisa diterapkan pada sistem. Tahapan ini sedang dalam pelaksanaan.

3. Membuat perancangan sistem yang terdiri dari perancangan perangkat keras (hardware) untuk yang terdiri dari sensor dan kontrol, perangkat lunak (software) yaitu program tangga atau ladder pada super PLC T100MD16161+ dan tampilan antarmuka sebagai penerima dan penyimpan akuisisi data. 4. Setelah dirancang kemudian diimplementasikan

secara keseluruhan pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA.

5. Langkah terakhir adalah pengujian sistem dan analisis untuk mengetahui apakah sistem telah bekerja dengan baik dan sesuai yang diinginkan.

Gambar 7. Metodologi Penelitian

3.2. Analisis Permasalahan

Perancangan perangkat akuisisi data dan kontrol pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA ini membutuhkan sensor dan pengontrol kecepatan putaran motor, serta sensor dan pengontrol suhu. Pada tahap kajian dan perancangan sistem, akan dicari tipe sensor dan pengontrol yang paling sesuai untuk diaplikasikan pada sistem.

Pada parameter suhu, kriterianya adalah sensor dan pengontrol dengan suhu operasi antara 60-90 0C, mampu beroperasi pada kondisi dengan radioaktivitas sedang, tahan terhadap korosi, dan bisa dikontrol melalui PLC.

Pada akuisisi data kecepatan putaran pengaduk, akan digunakan metode pengukuran optikal. Ada dua pilihan tipe sensor, yaitu sensor proximity dan sensor photoelectric. Kriteria untuk sensor ini yaitu mampu mengukur kecepatan putaran pengaduk secara presisi dan akurat, mempunyai antarmuka yang mudah dengan PLC. Kriteria untuk motor pemutaran pengaduk yaitu yang mudah dikontrol kecepatannya melalui PLC.

3.3. Arsitektur Perangkat Keras

Perangkat keras pada sistem akuisisi data dan kontrol reaktor pelarutan Uranium dan PVA ini berpusat pada PLC trilogy T100MD -1616+. PLC mengendalikan parameter kecepatan putaran motor dan pengaturan suhu pada proses pelarutan. PLC mendapat feedback dari sensor kecepatan putaran pengaduk dan sensor suhu. Blok diagram arsitektur perangkat keras ditunjukkan pada Gambar 8.

Sensor suhu menggunakan termokopel. Suhu dikendalikan dengan temperature controller yang mengontrol keluaran panas dari elemen pemanas.

Pengaduk digerakkan menggunakan motor yang dikendalikan dengan motor driver. Kecepatan putaran pengaduk diukur menggunakan sensor kecepatan putaran.

Komunikasi antara PLC dan PC, menggunakan format multipoint, dengan memanfatkan port serial RS232.

3.4. Arsitektur Perangkat Lunak

Perangkat lunak pada sistem akuisisi data dan kontrol reaktor pelarutan Uranium dan PVA ini dibagi menjadi dua. Pertama, program pada PLC yang dibuat menggunakan ladder diagram dan bahasa TBASIC. Program ini yang akan mengontrol kerja sistem secara keseluruhan.

Kedua, program antarmuka Human Machine Interface pada PC yang dibuat menggunakan Microsoft Visual Basic 6. Dari program ini, user bisa mengontrol dan memantau jalannya proses pelarutan melalui parameter-parameter suhu, dan kecepatan putaran pengaduk.

Data yang telah diakuisisi kemudian direkam dan disimpan dalam database yang menggunakan MySQL sebagai sistem manajemen data. Sehingga ketika sewaktu-waktu ketika data-data tersebut dibutuhkan, maka user dapat mengaksesnya secara lebih mudah. Blok diagram arsitektur perangkat lunak ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Blok diagram arsitektur perangkat lunak

4. HASIL YANG DIHARAPKAN

BATAN sebelumnya telah mengembangkan reaktor pelarutan Uranium dan PVA untuk pembuatan sol untuk penyiapan proses gelasi, namun proses kontrol dan instrumentasi masih dilakukan secara manual. Sehingga proses pelarutan harus diawasi secara terus menerus untuk menjaga suhu agar tetap pada nilai yang sudah ditentukan. Dengan perangkat akuisisi dan kontrol, diharapkan pembuatan larutan sol dapat lebih optimal dan akan diperoleh bahan bakar kernel UO2 yang memenuhi spesifikasi untuk bahan bakar Reaktor Suhu Tinggi. Data yang diperoleh dari sistem juga dapat diakses untuk kepentingan yang lebih lanjut. [9]

Sistem ini diharapkan dapat diterapkan pada reaktor pelarutan Uranium dan PVA terutama untuk memudahkan akuisisi data dan kontrol suhu larutan, serta akuisisi data dan kontrol kecepatan putaran pengaduk. Sehingga kualitas hasil larutan Uranium dan PVA dapat terkontrol dan terpantau secara baik.

5. KESIMPULAN

Pada penelitian Rancang Bangun Perangkat Akuisisi Data dan Kontrol pada Reaktor Pelarutan Uranium dan PVA ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Diperlukan akurasi suhu dan kecepatan putaran pengaduk pada proses pelarutan Uranium dan PVA. 2. Data yang diakuisisi adalah parameter suhu larutan

dan kecepatan putaran pengaduk.

3. Parameter yang dikontrol pada reaktor adalah suhu larutan dan kecepatan putaran pengaduk.

4. Dibutuhkan kajian studi literatur, konsultasi dengan dosen pembimbing dan peneliti dari BATAN untuk menentukan jenis atau tipe sensor yang sesuai untuk diaplikasikan pada sistem.

6.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih dari penulis ditujukan kepada PTABN-BATAN (

Pusat Teknologi Akselerator dan

Proses Bahan-Badan Tenaga Nuklir Nasional

)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Suryawan, I. dan Susiantini E., 2006, Optimasi Kondisi Pembuatan Kernel Bentuk Bola untuk Reaktor Suhu Tinggi, P rosiding Seminar Nasional ke-12 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir, BATAN, Yogyakarta, 12-13 September 2006.

[2] PTBN BATAN. Status Litbang Bahan Bakar HTGR di

PTBN BATAN, Yogyakarta,

http://www.batan.go.id/ptrkn/file/news2010/ifar2010/p5 .pdf, Diakses pada 9 Januari 2012.

[3] Xiaoming, F., Tongxiang, L., Yaping, T., Zhichang, X., dan Chunche, T., 2004, Preparation of UO2 Kernel for HTR-10 Fuel Element. Institute of Nuclear Energy Technology, Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 41, No. 9, p. 943–948 (September 2004)

[4] Damunir, 2009, Pengaruh Konsentrasi Polivinil Alkohol, Konstentrasi Uranium, pH Larutan Uranil Nitrat dan Waktu Ageing Larutan Sol terhadap Viskositas Larutan Sol Uranium. PTABN BATAN, Yogyakarta.

[5] Nugroho, S. H., 2011, Pengaruh Temperatur Kalsinasi Terhadap Pembentukan Nanopartikel Tungsten Trioksida Hasil Proses Sol-Gel. Jurnal Teknik Material dan Metalurgi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

[6] Kyung-Chai, J., Sung-Chul, O., Yeon-Ku, K., dan Young-Woo, L., 2007, ADU Compound Particle Preparation for HTGR Nuclear Fuel in Korea, J. Ind. Eng. Chem., Vol. 12, No. 5 (2007) 744-750.

[7] Prayitno, 2009, Pengaruh Rasio H/D Terhadap Kekritisan pada Desain Tangki Pelarutan Serbuk U3O8 menggunakan Asam nitrat dengan Kapasitas setara 10 Kg/J Kernel UO2, Urania, Vol. 15 No. 3, Juli 2009 : 116 - 170

[8] Margowadi, Y., 2011, Rancang Bangun Sistem Kendali Mesin Nitridasi Plasma dengan Dua Bejana Plasma Berbasis PLC, Skripsi, Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.