Makalah sistem pendingin reaktor nuklir

MAKALAH
MATA KULIAH INSTRUMENTASI
SISTEM PENDINGIN REAKTOR

M0211067
M0212021

Disusun Oleh :
Rio Andrianto
Bara Wahyu Ramadhan

JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
2015

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).

Gambar 1. Reaktor Nuklir (pembelajaranfisikauny.blogspot.com )

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.
Resistance Temperature Detector (RTD) atau dikenal dengan Detektor
Temperatur Tahanan adalah sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau
besaran suatu temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif dari kawat
platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk

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)

Dari kedua transducer tersebut baik flow sensor ataupun RTD , keluarannya
akan di kuatkan oleh penguat OP-AMP. Penguat OP-AMP tersebut pada gambar 1
ditunjukkan pada diagram blok signal conditioning elemen. Pada signal processing
elemen digunakan komparator, ADC dan mikrokontroler. Komparator di sini berfungsi
untuk membandingkan output dari flow sensor dan RTD agar dapat dijadikan satu
dengan fungsi tertentu. Rangkaian ADC berfungsi mengubah sinyal analog ke digital

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



Suhu
ADC



Aliran
Mikrokontroler
Pompa Air
LCD
Catu daya


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 6. Rangkaian penguat 1 dari tranduser RTD

Gambar 7. Rangkaian penguat 2 dari tranduser Paddlewheel Flow Sensors

Penguat 1

Penguat 2

Gambar 8. Rangkaian komparator dengan logika AND

Gambar 9. Rangkaian ADC


Pompa off
Pompa on

Gambar 10. Rangkaian Mikrokontroller AT89C51

Gambar 11. Rangkaian Catu daya 5 volt

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

Jika suatu reaktor dijaga agar suhunya tidak melebihi 30 oC maka hambatan
keluaran dari sensor adalah 129,2 ohm. Jika hambatan tersebut bekerja pada arus
maksimum 1 mA maka keluarannya adalah 0,129 mV.

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
Keluaran dari IC 7400 akan masuk pada komponen ADC. Komponen ADC ini
mengubah masukkan yang berupa sinyal analog menjadi keluaran sinyal digital. Sinyal
digital berupa angka biner yaitu satu ( 1 ) dan nol ( 0 ). Komponen ADC yang
digunakan adalah ADC 0804. Pada rangkaian ADC, keluaran dari komparator akan
masuk ke port on 6 sedangkan port 11 – 18 masuk ke mikrokontroler. Pada ADC
digunakan juga clock untuk mengatur lama waktu pergantian sinyal dari logika nol ke
logika satu.

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

Sistem pendingin reaktor nuklir dirancang berdasarkan prinsip batas suhu dan
batas kecepatan aliran air pada reaktor. Sistem instrumentasi ini menggunakan dua
buah sensor yaitu RTD dan flow sensor. Sistem ini dirancang dengan menggunakan
penguat OP – AMP, komparator, ADC, mikrokontroler dan komponen penampil data.
Penampil data yang digunakan adalah LCD dan pompa air yang hidup secara otomatis

menggunakan relay. Jika kondisi reaktor memenuhi batas yang ditentukan maka pompa
akan hidup secara otomatis. Hal ini dimaksudkan sebagai sistem keamanan otomatis
agar reaktor dapat bekerja dalam kondisi aman dan tidak membahayakan pekerja
nuklir.

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
Suyamto. (2007). Rancang Bangun Sistem Penampil Digital Laju Alir Air Pendingin
Sekunder Reaktor Kartini Menggunakan Paddlewheel Flosensors MK 515.
Seminar Nasional III SDM Teknologi Nuklir, 135-146.

VII.

Lampiran

a. Data sheet RTD

b. Data sheet flow sensor