MAKALAH
MATA KULIAH INSTRUMENTASI
SISTEM PENDINGIN REAKTOR
Disusun Oleh : M0211067 Rio Andrianto
M0212021 Bara Wahyu Ramadhan
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
Sistem Pendingin Reaktor Nulkir
I. Tujuan
Membuat sistem pendingin reator nuklir berdasarkan prinsip suhu dan kecepatan aliran.
II. Prinsp Kerja
Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi berantai yang menyangkut fisi nuklir yang terkendali. Sebuah reaktor merupakan sumber energi yang sangat efisien : fisi 1 gram nuklide yang memadai per hari, dapat melepaskan energi dengan laju sekitar 1 Mega Watt dibandingkan dengan pembakaran 2,6 ton batu bara per hari supaya menghasilkan energi sebesar itu. Energi yang dilepaskan dalam sebuah reaktor nuklir timbul sebagai kalor dan dapat diambil dengan mengalirkan zat cair atau gas sebagai pendingin (Beiser, 1999).
Secara umum terdapat lima buah komponen dasar pada sebuah reaktor nuklir yaitu : bahan bakar, moderator, batang kendali, pendingin dan perisai pengungkung. a. Bahan bakar
Bahan bakar reaktor nuklir adalah nuklida – nuklida dapat belah. Bahan bakar yang umum dipakai untuk reaktor nuklir saat ini adalah uranium dan plutonium oksida yang biasanya berbentuk silinder pejal dengan tinggi dan diameter sekitar 1 cm dan dinamakan pellet.
b. Moderator dan pendingin
Kebanyakan reaktor yang ada saat ini menggunakan media air sebagai moderator. Reaktor harus didinginkan karena panas yang dibangkitkan oleh freaksi fisi dalam bahan bakar akan menghasilkan suhu 1000 oC di usat bahan bakar. c. Batang kendali
Material yang umum dipakai untuk batang kendali adalah Boron Karbida ( B4C) atau campuran perak-indium-kadmium yang dikemas dalam kelongsong logam. d. Bejana pengungkung
Perisai pengungkung terbuat dari bejana baja tahan karat dengan ketebalan sekitar 20 cm. Bejana ini berfungsi sebagai perisai radiasi dan juga pengungkung material radioaktif jika terjadi lelehan bahan bakar nuklir (Peryoga, 2007).
Sistem pendingin ini dibuat bedasarkan syarat suhu dan kecepatan aliran yang ditetapkan agar suatu reaktor stabil dalam beroperasi, dengan menentukan keluaran dari transduser sebagai indikator batasan suhu maksimal rekator tersebut, yang besarannya dibandingkan dengan komparator agar pompa dapat menyala dan mati secara otomatis dan dapat ditampilkan dalam LCD dalam bentuk informasi suhu dan kecepatan aliran air untuk pendingin.
masing-masing temperatur di dalam kisaran suhunya. Semakin panas benda tersebut, semakin besar atau semakin tinggi nilai tahanan listriknya, begitu juga sebaliknya. PT100 merupakan tipe RTD yang paling populer yang digunakan di industri.
Resistance Temperature Detector merupakan sensor pasif, karena sensor ini membutuhkan energi dari luar. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi adalah kawat nikel, tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna untuk memproteksi terhadap kerusakan mekanis. Resistance Temperature Detector (PT100) digunakan pada kisaran suhu -200 0C sampai dengan 650 0C (Faisal, 2011)
Sensor aliran tersebut juga sering disebut sebagai flow sensor transducer karena juga berfungsi untuk mengubah tenaga aliran dalam suatu pipa menjadi tenaga listrik. Bila satu aliran fluida mengenai baling baling (yang berisi magnet) dari flow sensor ,baling-baling tersebut akan berputar dan fluks nya memotong kumparan yang terdapat pada badan tranduser. Akibatnya adalah seperti pada generator, pada ujung kumparan akan timbul tegangan bolak-balik dengan amplitudo dan frekuensi yang sesuai atau proporsional terhadap kecepatan alir dari aliran fluida di dalam pipa (Suyamto, 2007).
Gambar 2 . Struktur sistem pengukuran dalam instrumentasi (Bentley, 2005)
agar dapat dibaca oleh mikrokontroler. Pada sistem ini, ADC yang digunakan adalah ADC 0804. Pada mikrokontroler digunakan untuk memproses sinyal output dari komparator agar bisa dilanjutkan ke LCD dan pompa.Mikrokontroler yang digunakan adalah jenis ATMEGA dengan tipe AT89C51. Mikrokontroler ini mempunyai jumlah port sebanyak 40 buah dan dapat digunakan sesuai keperluan. Pada data presentation element digunakan LCD dan pompa yang dikontrol oleh sebuah relay.
III. Rancangan Sistem a. Sistem
Gambar 3. Diagram blok rancangan sistem b. Posisi Sistem dalam Reaktor
c. Gambar rangkaian
Gambar 4. Tranduser jenis RTD sensor
Gambar 5. Tranduser jenis Paddlewheel Flow Sensors MK 515
Gambar 7. Rangkaian penguat 2 dari tranduser Paddlewheel Flow Sensors
Gambar 8. Rangkaian komparator dengan logika AND
Gambar 9. Rangkaian ADC Penguat 1
Gambar 10. Rangkaian Mikrokontroller AT89C51
Gambar 11. Rangkaian Catu daya 5 volt
Pompa off
IV. Hasil dan Pembahasan
a. Tranduser sensor RTD :
Input range = (-200) oC – 260 oC b. Tranduser flow sensor
Input range = ( 0.3 – 6 ) m /s Fungsi alih = 1.5 mV s / m
Pada sistem instrumentasi dalam pendingin reaktor menggunakan sensor RTD dengan range input suhu sebesar (-200) oC – 260 oC. Pada sensor RTD menggunakan persamaan :
Dimana besarnya alfa , beta dan delta dapat diketahui pada tebel berikut ini
Pada sensor flow meter mempunyai range input sebesar ( 0.3 – 6 ) m /s dan fungsi alihnya adalah 1.5 mV s / m. Jika suatu reaktor dijaga agar kecepatan aliran dari pendingin primernya sebesar 5 m / s, maka tegangan keluaran dari sensor tersebut adalah 7,5 mV. Sehingga digunakan rangkaian penguat 1 dengan tegangan masukkan 0,129 mV dan digunakan rangkaian penguat 2 dengan tegangan masukkan 7,5 mV.
Kemudian kedua keluaran dari sensor tersebut dihubungkan dengan komparator. Komparator di sini menggunakan IC dengan fungsi logika AND. Pada sistem ini menggunakan IC 7400 yang didalamnya ada tiga fungsi logika AND.
Gambar 12. IC 7400 AND
Kemudian sinyal yang sudah berbentuk digital akan masuk ke mikrokontroler. Mikrokontroler merupakan suatu perangkat yang teintegrasi menjadi satu komponen yang dapat di program ulang dengan kemampuan menyimpan data tertentu. Mikrokontroler yang digunakan adalah jenis AT89C51. Mikrokontroler jenis ini mempunyai 40 port. Keluaran sinyal dari ADC akan masuk pada Port mikrokontroler P2.0 sampai P2.7 . Sedangkan sinyal keluaran pada mikrokontroler akan dimasukkan pada LCD dan rela untuk mengatur pompa. Untuk port mikrokontroler P1.1 dimasukkan pada relay dan P1.2 sampai P1.7 dimasukkan pada LCD.
Komponen penampil pada sistem instrumentasi ini menggunakan LCD dan pompa air yang hidup mati secara otomatis dengan menggunakan relay. Pada LCD akan menampilkan data berupa suhu dan kecepatan aliran. Kemudian pada relay, relay akan mengontrol pompa untuk hidup jika pada suhu misal 30 oC dan kecepatan aliran 5 m/s. Jika kondisi reaktor salah satu atau keduanya tidak memenuhi kondisi tersebut maka pompa akan tetap mati. Hal ini dimaksudkan sebagai sistem keamanan otomatis agar reaktor dapat bekerja dalam kondisi aman dan tidak membahayakan pekerja nuklir.
V. Penutup
VI. Daftar Pustaka
Adiwardojo, dkk.2009.Mengenal Reaktor Nuklir dan Manfaatnya.Badan Tenaga Nuklir Nasional Pusat Diseminasi Iptek Nuklir: Jakarta
Beiser, A. (1999). Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.
Bentley, J. P. (2005). Principles of Measurement. Inggris: Pearson Education Limited. Faisal, M. (2011). Resistance Temperature Detector. Sumatera Utara: Universitas
Sumatera Utara.
Ikawati, Yuni, dkk.2008.50 Tahun BATAN Berkarya. Badan Tenaga Nuklir Nasional Pusat Diseminasi Iptek Nuklir: Jakarta
Peryoga, Y. (2007). Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Jakarta: Kementrian Riset dan Teknologi.
Sagala, F.P., dkk.Model Atom, Uranium dan Prospeknya sebagi Energi Masa Depan. Badan Tenaga Nuklir Nasional Pusat Diseminasi Iptek Nuklir: Jakarta