RANCANGAN SISTEM KENDALI MANUAL PENGGERAK BATANG PENGAMAN PADA REAKTOR SAMOP

Transkripsi

1 PROSIDING PERTEMUAN DAN PRESENTASI ILMIAH PENELITIAN DASAR ILMU PENGETAHUAN DAN TEKNOLOGI NUKLIR Pusat Sains dan Teknologi Akselerator Yogyakarta, 28 November 2017 RANCANGAN SISTEM KENDALI MANUAL PENGGERAK BATANG PENGAMAN PADA REAKTOR Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu Pusat Sains dan Teknologi Akselerator- Badan Tenaga Nuklir Nasional m_rosyid@batan.go.id ABSTRAK Rancangan sistem kendali manual penggerak batang pengaman pada reaktor telah dibuat. Rancangan ini dibuat untuk memudahkan langkah pembuatannya serta dapat diintegrasikan dengan Sistim Instrumentasi dan Kendali (SIK) untuk pengolahan datanya. Sistem kendali manual ini dapat dioperasikan untuk mengendalikan reaktor pada kondisi sub-kritis pada daya maksimal. Sistem kendali manual terdiri dari sistem penggerak batang pengaman naik-turun; sensor limit atas dan bawah; sensor batang kendali tidak terlepas dan detektor posisi kenaikan batang pengaman. Pergerakan menaikkan dan menurunkan batang pengaman menggunakan motor DC yang dilengkapi dengan reduser putaran. Dengan reduser ini batang pengaman tidak akan turun sendiri meskipun catu daya motor hilang atau dilepas. Perputaran motor DC penggerak diatur oleh sistem elektronik penggerak. Untuk keselamatan, sistem kendali ini dilengkapi fasilitas scram. Jika terjadi scram maka batang pengaman akan jatuh terlepas dari pemegangnya. Apabila batang pengaman terlepas maka pemegang batang pengaman akan bergerak turun sampai dapat kembali memegangnya. Sensor-sensor yang digunakan adalah Proximity sensor. Untuk deteksi posisi kenaikan batang pengaman digunakan potensiometer 10 putaran. Rancangan ini menyediakan titik-titik untuk pengendalian secara otomatis dari SIK. Kata kunci : sistem kendali, batang pengaman, penggerak motor DC, sensor posisi ABSTRACT DESIGN OF MANUAL CONTROL SYSTEMS OF SAFETY ROD ON REACTORS.. The design of manual control system of safety rod drivers in reactor has been made. The design was designed to facilitate the construction step and can be coordinated with the Instrumentation and Control System (SIK) for data processing. This manual control system can still be operated to control the reactor under sub-critical conditions at maximum power separately from SIK. The manual control system consists of an up and down safety rod drive system; upper and downer limit sensor; and a rod-positioned safety detector. The movement pulls up and push down the safety rod using a DC motor equipped with a rotary reducer. With this reducer the safety rod will not go down on its own even though the motor power supply is lost or removed. The moving of the DC motor drive is governed by an electronic drive system. This control system is equipped with scram facilities, for safety. In a scram condition the safety rod will fall apart from it s holder. In the event of a scram the holder of the safety rod will move down until it can re-hold the safety rod. The upper and downer limit sensor and sensing to hold the safety rod using Proximity sensors. To detect the position of the safety rod, 10-turn potentiometer is used. This design provides points for automatic control from SIK. Keywords: control system, safety rod, DC motor drive, position sensor PENDAHULUAN D alam dunia kedokteran, 80 % isotop yang digunakan untuk diagnosa penyakit adalah 99mTc. Isotop ini dapat dihasilkan dari Mo-99 [1]. Hingga saat ini lebih dari 20 juta pemeriksaan menggunakan isotope ini dan permintaan terus bertambah. Isotop ini dapat dihasilkan dari Reaktor nuklir berbahan bakar larutan atau Aqueous Homogeneous Reactor (AHR). Termasuk dalam AHR adalah Reaktor. Indonesia sedang mengembangkan AHR ini dalam bentuk reaktor (Sub-critical Assembly for 99Mo Production). Pada tahap penelitian ini, sumber netron diambilkan dari reaktor Kartini melalui beam-port sub-kritik, namun ke depannya sumber netron dicatu dari Compact Neutron Generator (CNG), sehingga dapat dioperasikan di mana-mana. Gambar 1. Proses peluruhan Mo-99 menjadi Tc-99m Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu ISSN

2 Sehubungan dengan hal tersebut maka diperlukan desain sistem kendali pada reaktor. Desain tersebut akan menjadi dasar dalam pekerjaan pembuatan perangkat yang diperlukan. Makalah ini membahas mengenai desain awal dan pengujian secara simulasi untuk kemudian ditentukan keseluruhan desain yang dipilih. TEORI Reaktor terdiri dari teras yang dikelilingi reflektor. Untuk menaikkan daya dipasang beberapa bahan bakar TRIGA dan sumber netron. Sampel dimasukkan di tengah teras. Sampel yang dimasukkan akan menyumbang pertambahan jumlah netron, oleh karena itu jumlah bahan bakar yang dipasang dibatasi sehingga pada reaktor ini tidak terjadi kekritisan. Jika terjadi kondisi kritis maka sampel akan jatuh ke bawah sehingga netron yang ada di dalam reaktor akan terserap pada batang pengaman. Bagian dari Reaktor disajikan pada Gambar 2. TATAKERJA Perancangan sistem manual ini dibuat memperhatikan persyaratan proses kemudian diuji secara simulasi. Persyaratan proses tersebut adalah : 1. Aktuasi menaik-turunkan batang pengaman adalah disengaja. Agar terhindar dari ketidak sengajaan dibutuhkan Tombol <RELEASE> untuk meng aktifkan tombol <UP> ataupun tombol <DOWN>. Dengan begini, untuk menaik-turunkan batang pengaman rombol <RELEASE> harus ditekan bersamaan dengan tombol <UP> atau <DOWN>. 2. Setiap saat posisi kenaikan batang pengaman selalu dipantau dan ditampilkan. 3. Jika batang pengaman berada pada posisi paling atas maka batang pengaman tidak dapat dinaikkan lagi. Demikian juga jika batang pengaman berada pada posisi paling bawah maka batang pengaman tidak dapat diturunkan. 4. Dalam kondisi tertentu operator dapat melakukan scram. 5. Setelah kondisi scram, pemegang batang pengaman langsung turun mengejar untuk kembali memegang batang pengaman Secara diagram ladder sistem kendali manual disajikan pada Gambar 4. Gambar 2. Konstruksi reaktor batang pengaman Pada reaktor ini sampel dan batang pengaman dikopel menjadi satu. Sampel yang terdiri dari UO 2 ditempatkan di bagian bawah dan batang pengaman berupa Boron Carbida ditempatkan menempel di atasnya sedangkan di atasnya adalah aluminium penyambungnya. Gambar 3. Uranil nitrat, batang pengaman dan penyambungnya. Gambar 4. diagram ladder kendali manual Relay R1 digunakan untuk menggerakkan batang pengaman naik, relay R2 untuk turun dan Relay R3 untuk mengaktifkan magnet pemegang. Dari circuit-1 terlihat bahwa jika tombol <UP> ditekan dan sensor MAGNET menempel batang pengaman sedangkan relay R2 belum aktif dan batang pengaman belum sampai pada posisi TOP maka relay R1 aktif dan motor berputar untuk menaikkan batang pengaman. Circuit-3 untuk menurunkan batang pengaman dan Circuit-5 untuk aktuasi scram. Uji Simulasi Setelah rancangan kendali dibuat kemudian diuji secara simulasi menggunakan software pemrograman PLC yaitu i-trilogi Version 6.43 dengan hasil sebagai berikut: 20 ISSN Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu

3 Posisi awal Hasil simulasi saat posisi awal disajikan pada Gambar 5. Ketika sistem kendali dihidupkan, semua masukan dideteksi. Ketika sensor pemegang kendali terdeteksi tidak aktif artinya batang pengaman tidak menempel magnit maka pemegang batang pengaman akan bergerak turun. Naik-turun batang pengaman. Hasil simulasi proses menaikkan batang pengaman dipaparkan pada Gambar 6 dan simulasi proses menurunkan batang pengaman disajikan pada Gambar 7. Pada Gambar 6 terlihat bahwa input-1 aktif. Aktifnya input-1 ini karena tombol <UP> ditekan. Karena input-1 aktif maka relay-1 juga aktif dan ada keluaran pada output-1. Output-1 dihubungkan pada relay yang menggerakkan motor untuk menaikkan batang pengaman. Pada simulasi menurunkan batang pengaman seperti dipaparkan pada Gambar 7 terlihat bahwa input-2 aktif. Aktifnya input-2 ini karena tombol <DOWN> ditekan. Karena input-2 aktif maka relay-2 juga aktif dan ada keluaran di Titik_B pada output-2. Output-2 dihubungkan dengan relay yang menggerakkan motor untuk menurunkan batang pengaman. Scram Hasil simulasi aktuasi scram disajikan pada Gambar 8. Ketika terjadi scram maka input-7 aktif, relay-3 juga aktif. Aktifnya relay-3 menyebabkan arus ke magnit terputus karena arus ke magnet dihubungkan melalui kontak Normally Closed (NC) dan batang pengaman terlepas jatuh. Lepasnya batang pengaman ditandai dengan tidak aktifnya output-3 kemagnet. Ketika output-3 tidak aktif, relay-2 dan output-2 aktif dan pemegang batang pengaman turun mengejar untuk menangkap kembali. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah rancangan diuji secara simulasi dan berhasil maka dapat diyakini bahwa rangkaian tersebut dapat direalisasi. Pengendalian Motor Prinsip pengendalian motor sangat sederhana yaitu hanya memutar searah jarum jam untuk menurunkan batang pengaman dan kebalikan arah jarum jam untuk menaikkan Hasil rancangan disajikan pada Gambar 9. Untuk menaikkan batang pengaman dilakukan dengan cara menekan tombol <UP> dan tombol <RELEASE> secara bersamaan. Demikian juga ketika akan menurunkannya, tombol <DOWN> dan tombol <RELEASE> hatus ditekan secara bersamaan. Gambar 5. Posisi awal Gambar 6. Proses menaikkan batang pengaman Gambar 7. Proses menurunkan batang pengaman Gambar 8. Simulasi scram Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu ISSN

4 Gambar 9. Rangkaian elektronik motor penggerak Ramcangan ini menyediakan fasilitas pengendalian otomatis dari komputer melalui titik (KA) untuk naik dan titik (KB) untuk turun. Dengan memberikan level High pada titik (KA) maka batang pengaman akan naik. Demikian juga untuk menurunkan batang pengaman dilakukan dengan memberikan level High pada titik (KB) Sistem Scram Rangkaian elektronik sistem scram yang dilengkapi sensor scram disajikan pada Gambar 10. Gambar 11. Rangkaian pemantau posisi Hard Wire tampilan Rancangan Sistem kendali manual ini akan menampilkan kenaikan batang pengaman dengan satuan cm; Cacah per detik; periode dan penampilan tegangan tinggi serta menampilkan indikator penyebab trip. Jika dikoneksikan dengan sistem otomatis maka semua tampilan dan indikator akan berfungsi. Namun jika dioperasikan secara stand alone maka yang valid hanya tampilan posisi kenaikan batang pengaman. Tampilan kendali disajikan pada Gambar 12. PERIODE HV KENAIKAN BATANG KENDALI KENDALI CPS RELEASE SCRAM TURUN NAIK DAYA Gambar 10. Rangkaian elektronik sistem scram Aktuasi scram secara manual dilakukan dengan menekan tombol <SCRAM>. Sedangkan scram dari komputer dilakukan dengan cara memberikan level HIGH pada titik (KS). Dengan adanya aktuasi scram relay-3 menjadi aktif dan aktifnya realy-3 akan memutus arus ke elektromagnetik. Ketika arus elektromagnit terputus maka batang pengaman akan terlepas dan jatuh ke bawah. Ketika batang pengaman terlepas maka sensor batang pengaman akan mengeluarkan sinyal. Sinyal ini akan memberikan isyarat pada penggerak untuk menurunkan pemegang batang pengaman. Tampilan posisi kenaikan batang pengaman Posisi kenaikan batang pengaman dipantau melalui nilai tahanan potensiometer. Potensiometer dipasang satu poros dengan roda gigi penggerak batang pengaman. Rangkaian pemantauan dipaparkan pada Gambar 11. Posisi ketinggian batang kendali dipantau dari konversi tahanan ke tegangan R4. R4 berupa potensio 10 putaran yang dikopel dengan poros penggerak batang kendali. R2 digunakan untuk mengatur level bawah (0 cm) sedangkan R3 untuk kalibrasi kenaikan batang kendali. Gambar 12. Tampilan kendali manual RELEASE, SCRAM, TURUN dan NAIK adalah tombol-tombol untuk menggerakkan batang pengaman. Kenaikan batang pengaman selalu terpantau pada penampil kenaikan batang pengaman. Untuk tampilan PERIODE, HV dan CPS adalah tampilan berdasarkan perhitungan komputer, sedangkan lampu disebelahnya adalah indikator penyebab scram (trip). Rancangan keseluruhan Tampilan-tampilan tersebut terdapat di Desk Consul yang ditempatkan di Ruang Kendali Utama. (RKU) KESIMPULAN Desain awal sistem kendali telah selesai dibuat. Dengan sistem ini memungkinkan pengendalian dilakukan secara mandiri (stand alone). Meski demikian, fasilitas kendali secara otomatis juga disediakan. Pada operasi mandiri, operator dapat menaikkan dan menurunkan batang pengaman dan melihat hasil kenaikannya pada tampilan. Operator dapat melakukan aktuasi scram. Pada operasi terintegrasi dengan Komputer SIK, terdapat tambahan 3 buah tampilan yaitu tampilan Periode, Tegangan tinggi dan cacah per detik (CPS). Disamping itu jika ada kegagalan yang menyebabkan trip/scram maka indikator salah satu tampilan tersebut akan nyala. 22 ISSN Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu

5 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis sampaikan ungkapan terima kasih kepada bapak Prof Ir. Syarip selaku Peneliti Utama dalam program Insinas yang telah memberi kepercayaan untuk melaksanakan kegiatan ini. Ucapan terimakasin juga disampaikan pada bapak Kepala Pusat yang telah menyetujui perencanaan ini dilaksanakan. DAFTAR PUSTAKA [1] /klooster1402_slides.pdf, diunduh 15 September 2017 [2] Nur Khasan, Samuel Praptoyo, Desain Awal Perangkat Mekanik Pada Perekayasaan Perangkat Digital Radiografi Untuk Industri, Pusat Rekayasa Fasilitas Nuklir-BATAN, Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No Volume 09, Nomor 01, Juni 2015 [3] Noname, Homogeneous Aqueous Solution Nuclear Reactors for the Production of Mo-99 and other Short Lived Radioistotopes, IAEA-TECDOC-1601, September 2008 [4] Stephen Bajorek, dkk, Aqueous Homogeneous Reactor Technical Panel Report, Brookhaven National Laboratory, U.S. Department of Energy, Nuclear Regulatory Commission December 2010 [5] SANDA, Perancangan Mekanik Penggerak Batang Kendali Reaktor Riset, Jurnal Perangkat Nuklir Volume 03 Nomor 05, Mei 2009, ISSN : TANYA JAWAB Sudaryadi Bagaimana cara mengantisipasi naiknya batang pengaman padahal batang pengaman tidak ikut naik ke atas Moch Rosyid Desain ini dilengkapai dengan proximity sensor yang memberikan signal ketika rangkaian batang pengaman menempel magnet. Ketika terdeteksi batang pengaman tidak menempel magnet maka batang pengaman dipaksa turun sampai rangkaian batang pengaman kembali tertangkap magnet Dewita Mengapa posisi full down tidak pada tegangan nol dan berapa nilai maksimumnya Moch Rosyid Posisi full down tidak pada tegangan nol Volt karena kondisi ini digunakan untuk mengantisipasi agar jika ada toleransi mekanik dimana batang pengaman masih bisa turun lagi maka tidak merusak potensiometer. Nilai maksimumnya adalah 3,9 Volt + level zero = 3,9 + 0,5 V = 4,4 Volt, nilai ini mewakili kenaikan batang pengaman Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu ISSN

6 24 ISSN Moch. Rosyid dan Adi Abimanyu