Rancang Bangun Perangkat Akuisisi Data d
RANCANG BANGUN PERANGKAT AKUSISI
DATA DAN KONTROL PADA REAKTOR
PELARUTAN URANIUM DAN PVA
Taufiq Sunar A.1
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,
uranium, PLC
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Reaktor Suhu Tinggi (RST) dengan bahan bakar
coated particle bentuk bola merupakan reaktor masa
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]
Gambar 3. Alur proses penyiapan larutan sol [3]
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]
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]
Proses sol-gelasi telah banyak dikembangkan di
negara maju seperti Amerika Serikat, Belanda, Italia,
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 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 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 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,
jurnal, karya tulis, serta buku-buku yang berkaitan
dengan topik yang dibahas, untuk kemudian
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.
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.
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.
Gambar 8. Blok diagram arsitektur perangkat keras
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.
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
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]
Ucapan terima kasih dari penulis ditujukan kepada
PTABN-BATAN (Pusat Teknologi Akselerator dan
Proses Bahan-Badan Tenaga Nuklir Nasional)
Yogayakarta yang memberikan kesempatan untuk
melaksanakan ini. Penulis juga mengucapkan rasa terima
kasih kepada dosen pembimbing yang telah membimbing
penulis selama menyusun dan melakukan penelitian.
Rasa terima kasih juga ditujukan untuk seluruh pihak
yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah
membantu terlaksananya penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Suryawan, I. dan Susiantini E., 2006, Optimasi Kondisi
Pembuatan Kernel Bentuk Bola untuk Reaktor Suhu
Tinggi, Prosiding 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.
[9] Setyadji, M., Atmojo, S., dan Triyono, 2010, Analisis
Rancangan dan Pembuatan Reaktor Sinter Kernel UO2 ,
PTABN BATAN, Yogyakarta.
DATA DAN KONTROL PADA REAKTOR
PELARUTAN URANIUM DAN PVA
Taufiq Sunar A.1
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,
uranium, PLC
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Reaktor Suhu Tinggi (RST) dengan bahan bakar
coated particle bentuk bola merupakan reaktor masa
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]
Gambar 3. Alur proses penyiapan larutan sol [3]
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]
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]
Proses sol-gelasi telah banyak dikembangkan di
negara maju seperti Amerika Serikat, Belanda, Italia,
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 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 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 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,
jurnal, karya tulis, serta buku-buku yang berkaitan
dengan topik yang dibahas, untuk kemudian
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.
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.
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.
Gambar 8. Blok diagram arsitektur perangkat keras
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.
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
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]
Ucapan terima kasih dari penulis ditujukan kepada
PTABN-BATAN (Pusat Teknologi Akselerator dan
Proses Bahan-Badan Tenaga Nuklir Nasional)
Yogayakarta yang memberikan kesempatan untuk
melaksanakan ini. Penulis juga mengucapkan rasa terima
kasih kepada dosen pembimbing yang telah membimbing
penulis selama menyusun dan melakukan penelitian.
Rasa terima kasih juga ditujukan untuk seluruh pihak
yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah
membantu terlaksananya penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Suryawan, I. dan Susiantini E., 2006, Optimasi Kondisi
Pembuatan Kernel Bentuk Bola untuk Reaktor Suhu
Tinggi, Prosiding 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.
[9] Setyadji, M., Atmojo, S., dan Triyono, 2010, Analisis
Rancangan dan Pembuatan Reaktor Sinter Kernel UO2 ,
PTABN BATAN, Yogyakarta.