PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
PERANCANGAN SISTEM PANTAU UDARA BUANG DI INSTALASI ELEMEN BAKAR EKSPERIMENTAL Muradi, Suliyanto Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN, Kawasan PUSPIPTEK Serpong,Tangerang E-mail:
[email protected]
ABSTRAK PERANCANGAN SISTEM PANTAU UDARA BUANG DI INSTALASI ELEMEN BAKAR EKSPERIMENTAL. Perancangan sistem pantau udara buang di Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE) telah dilakukan. Tujuan perancangan adalah untuk memantau lebih akurat radioaktivitas udara buang IEBE, secara kontinyu, dapat diketahui dari ruang kontrol dan lobby. Metoda yang digunakan adalah perancangan pemantau udara kontinyu dan perancangan ulang pencuplik udara. Hasil perancangan pemantau udara kontinyu, terdiri dari: alat pantau dengan debit pompa hisap 20 - 50 lpm; rumah pantau; kabel yang dibutuhkan; komputer PC di ruang kontrol; serta LCD video TV dan Strobe lamp alarm di ruang lobby. Hasil perancangan ulang pencuplik udara terdiri dari 12 buah pipa Stainless Steel 304 (SS 304) berdiameter 0,5 inch, dengan jari-jari bagian lengkung dan panjang bagian lurus masing-masing 2,5 inchi. Pipa pencuplik dipasang di dalam cerobong vertikal pada ketinggian ± 5 m. Dapat disimpulkan, bahwa sistem pantau udara buang IEBE dapat dibuat sesuai dengan hasil perancangan pemantau udara kontinyu dan hasil perancangan ulang pencuplik udara. Kata kunci: IEBE, pemantau, perancangan, radioaktivitas, udara buang.
ABSTRACT DESIGN OF THE EXHAUST AIR MONITORING SYSTEM IN EXPERIMENTAL FUEL ELEMENT INSTALATION. Design of the exhaust air monitoring system in Experimental Fuel Element Installation (IEBE) has been done. Design purpose is to more accurately monitor the exhaust air radioactivity IEBE, continuously accessible from the control room and lobby. The method used is the design of continuous air monitors and redesigned of the air sample. The design result of continuous air monitors, consist of: monitoring device a tool to monitor with suction pump flow 20-50 lpm; house monitor; cable required; portable PC in the control room, and the video LCD TVs and Strobe lamp alarm in the hall lobby. The result of redesigning the air sample consists of: 12 pieces pipe Stainless Steel 304 (SS 304) 0.5-inch diameter, with a radius of curvature and length of the straight portion of each 2.5 inches. Sample pipe installed in a vertical stack at an altitude of ± 5 m. It can be concluded, that the exhaust air monitoring system IEBE can be made in accordance with the results of continuous air monitors design and redesign the air sample. Keywords: air exhaust, IEBE, design, monitoring, radioactivity.
PENDAHULUAN
I
nstalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE) adalah suatu instalasi nuklir dalam Kawasan Nuklir Serpong yang digunakan untuk melaksanakan penelitian dan pengembangan (litbang) teknologi produksi bahan bakar nuklir. Buku II hal 98
Limbah radioaktif yang timbul merupakan limbah akibat adanya kontaminasi U terhadap materi yang dipakai dalam kegiatan IEBE. Limbah radioaktif tersebut dapat berupa limbah aerosol (partikulat radioaktif yang terdispersi ke udara), yang berasal dari kegitan IEBE disaring dengan dua tingkat filtrasi sebelum di buang ke udara luar. Filter
ISSN 1410 – 8178
Muradi, dkk
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
tingkat pertama dengan prefilter dan tingkat kedua disebut after filter menggunakan filter HEPA (High Efficiency Particulate Air) yang mempunyai efisiensi penyaringan minimal sebesar 99,97 % untuk partikulat berdiameter 0,3 µm. Pembuangan udara ke luar melalui sistem cerobong dengan tinggi dari permukaan tanah ± 25 m dan kapasitas alir udara (debit) yang melalui cerobong buang berdasarkan desain IEBE sebesar ± 24.500 m3/jam. Buangan udara yang melalui cerobong buang (Stack) ke lingkungan ini harus dimonitor aktivitas radioaktifnya. Pengambilan cuplikan udara buang pada saat ini dilakukan hanya dengan mencuplik udara dengan menggunakan air sampler dari saluran udara buang (cerobong) pada posisi udara buang turbulent (Gambar 1).
Gambar 1. Pipa pencuplik udara buang (lama) pada cerobong IEBE Batas pelepasan efluen radioaktif dalam bentuk aerosol dari IEBE ke luar atau lingkungan adalah cerobong IEBE yang tingkat radioaktivitasnya selalu terpantau [1]. Pemantauan udara buang yang baik, dilakukan secara kontinyu melalui pipa pencuplik yang dapat mewakili distribusi partikulat di dalam saluran udara buang pada posisi laminar. Disain pencuplik udara buang IEBE telah dilakukan berdasarkan standar ISO 2889. Dari perhitungan didapat jumlah pipa pencuplik kecil sebanyak 8 buah dengan diameter bagian dalam pipa sebesar 9,47 mm. Panjang pipa pencuplik utama sepanjang 2,2 m dengan diameter bagian dalam 35 mm. Pemasangan pipa cuplikan udara ideal di posisi 2 m ke bawah dari posisi tertinggi /puncak cerobong. Pipa yang digunakan sebaiknya pipa SS, karena pipa SS mempunyai permukaan yang halus dengan demikian diharapkan lajur alir partikulat tidak Muradi, dkk.
terhambat dan pipa SS bersifat lebih tahan korosi jika dibandingkan dengan pipa galvanis. [2]. Tujuan perancangan adalah untuk memantau lebih akurat radioaktivitas udara buang IEBE, secara kontinyu dapat diketahui dari ruang kontrol dan lobby. Oleh karena itu perlu dirancang sistem pantau udara buang IEBE tersebut, agar dapat segera direalisasikan. Perancangan sistem pantau udara buang IEBE meliputi perancangan pemantau udara kontinyu dan perancangan ulang pencuplik udara. Perancangan ulang pencuplik udara dilakukan, sesuai dengan ukuran diameter cerobong yang sebenarnya dan debit pompa hisap alat pantau udara kontinyu yang dibutuhkan. TEORI Alat pantau udara kontinyu (Continuous Aerosol Monitor) dengan menggunakan teknologi state-of-the-art suatu spektrum untuk analisis pengukuran dalam waktu singkat, merupakan suatu kemajuan nyata dalam teknik deteksi partikulat alfa. Alat pantau yang menggunakan algoritma puncak isotop yang cocok terbukti lebih akurat daripada menggunakan metoda lainnya, sehingga respon akan lebih cepat, lebih akurat dan lebih dapat diandalkan. Alat pantau harus secara kontinyu memonitor partikulat alfa dan beta yang disimpan pada filter statis terpasang dengan detektor jenis solid state dengan efisiensi tinggi. Udara dihisap melalui filter oleh pompa vakum eksternal atau didistribusikan oleh pompa vakum utama. Alat pantau harus mampu secara akurat menentukan background (Radon) untuk membatasi adanya alarm palsu. Alat pantau harus dapat member kompensasi suhu dan tekanan udara, sehingga memungkinkan stabilisasi spektrum alfa. Stabilisasi tersebut memberikan kontribusi menurunkan pergeseran spektrum yang disebabkan oleh perubahan suhu dan tekanan udara, sehingga membantu meningkatkan akurasi deteksi [3]. Pengambilan cuplikan udara yang dapat mewakili adanya partikulat radioaktif didalam cerobong, sehingga dalam pemilihan titik pengambilan harus memperhatikan dimensi pipa pencuplik yang digunakan. Titik pengambilan cuplikan dalam saluran cerobong harus dipilih berasarkan beberapa faktor, diantaranya pada daerah saluran siku-siku atau terdapat transisi aliran yang kuat, aliran keras penuh olakan (turbulent ) harus dihindari. Pengambilan untuk daerah saluran siku-siku atau daerah transisi aliran yang kuat, kesatuan titik-titik pengambilan cuplikan harus berada minimum sama dengan lima kali (5x) diameter saluran ventilasi dan lebih baik sepuluh kali (10x) atau lebih dari daerah siku-siku. Titik pengambilan cuplikan udara di cerobong udara buang (Stack) harus ditentukan berdasarkan
ISSN 1410 – 8178
Buku II hal 99
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
standar yang berlaku di instalasi nuklir, dimana pada umumnya berdasarkan ISO 2889:1975 [4]. Pemilihan untuk mencuplik udara buang diutamakan pada daerah arus vertikal dibandingkan pada daerah arus horizontal. Pengambilan cuplikan pada saluran pembuangan udara harus dilakukan dengan saksama untuk menghindarai kemungkinan pencapaian partikulat yang tidak merata. Posisi yang dianggap baik adalah dimana aliran udara di dalam saluran buang tersebut dalam kondisi stabil tidak bergolak (laminar) dengan harapan gas buang yang berada di saluran tersebut bersifat homogen. Secara prinsip perhitungan pengambilan cuplikan udara harus setimbang antara debit aliran gas buang dengan debit pompa untuk menghisap udara buang yang akan digunakan [4,5]. Pengambilan cuplikan harus dilaksanakan pada beberapa titik, dimana jumlah titik pengambilan cuplikan pada cerobong berbentuk lingkaran/silender dapat dilihat pada pada Tabel 1. Penentuan ukuran diameter pipa pencuplik udara buang didalam cerobong dapat menggunakan persamaan [4,5]: (1)
Dengan : ∅ = diameter pipa pencuplik (m). Q = jumlah debit udara yang akan diambil (m3/jam). T = suhu udara buang (0K). V= kecepatan alir udara kondisi isotonik (m/jam). N = jumlah titik pengambilan cuplikan. Kecepatan alir udara dihitung menggunakan persamaan [4,5]:
(2) Dengan : D = kapasitas alir udara buang (m3/ jam). A = luas tampang cerobong (πr2). Penentuan jari-jari bagian lengkung (R) dan panjang bagian lurus (L) dari pipa pencuplik menggunakan persaman [4,5]: R ≥ 5. ∅ dan L ≈ 5. ∅
(3)
Dengan : R = jari-jari bagian lengkung pipa pencuplik L = Panjang bagian lurus pipa pencuplik ∅ = diameter dalam dari pipa pencuplik
Buku II hal 100
Tabel 1. Jumlah minimum titik pengambilan cuplikan cerobong lingkaran/silinder [4,5].
mm
inchi
Jumlah Minimum Titik Pengambilan Cuplikan
1
50 s/d 200
2 s/d 8
1
2
201 s/d 305
8 s/d 12
2
3
306 s/d 457
12 s/d 18
3
4
458 s/d 711
18 s/d 28
4
5
712 s/d 1219
28 s/d 48
5
6
≥ 1220
≥ 48
6
No.
Diameter Cerobong
TATA KERJA Metoda yang digunakan adalah perancangan pemantau udara kontinyu dan perancangan ulang pencuplik udara. Perancangan pemantau udara kontinyu, dilakukan untuk menghubungkan pencuplik udara dengan alat pantau, kemudian dari alat pantau ke ruang kontrol serta lobby IEBE. Sebelum perancangan pemantau udara kontinyu dilakukan, alat pantau yang sesuai dengan kebutuhan dipilih terlebih dahulu. Tentukan kebutuhan tambahan untuk menghubungkan alat pantau ke ruang kontrol serta lobby IEBE. Selanjutnya dibuat gambar perancangan pemantau udara kontinyu tersebut. Sebelum perancangan ulang (redesign) pencuplik udara, terlebih dahulu lakukan pengukuran diameter pipa cerobong udara buang IEBE secara langsung di atas stack. Selanjutnya mencari data kapasitas alir udara (debit) cerobong berdasarkan desain IEBE. Debit pompa hisap ditetapkan sebesar 2 m3/jam atau ± 33,33 lpm. Lakukan perhitungan kecepatan alir udara buang. Setelah itu lakukan perkiraan suhu udara buang, dan tentukan jumlah titik pengambilan cuplikan sesuai diameter cerobong. Hitung berturut-turut ukuran diameter pipa pencuplik, jari jari bagian lengkung serta panjang bagian lurus dari pipa pencuplik. Dari hasil perancangan tersebut tentukan kebutuhan pembuatan pipa pencuplik, serta buat gambar perancangan ulang dan posisi pemasangan pipa hisap di dalam cerobong IEBE. HASIL DAN PEMBAHASAN Perancangan pemantau udara kontinyu, dimulai dengan menentukan perkiraan debit hisap udara buang yang akan ditarik oleh pompa alat pantau. Alat continuous aerosol monitor yang akan dipilih memonitor radioaktivitas udara buang, kirakira mempunyai debit hisap sebesar 2 m3/jam atau 33,33 lpm. Sistem pompa hisap (vacuum carbon
ISSN 1410 – 8178
Muradi, dkk
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
vane) pada alat pantau, mempunyai kisaran debit 20 - 50 lpm. Detektor solid state beresolusi tinggi, daerah aktif 450 mm2, kisaran pengukuran 1.10-2 1.105 Bq/m3 (2,7.10-13 - 2,7.10-6 µCi/ml) Alpha dan efisiensi detector biasanya 22.5% tergantung jenis isotop. Signal processor digital untuk sitem detektor, sebagai berikut: 1. Windows CE dan Touchscreen LCD back-lit 2. MCA:1024 saluran Analog ke Digital Converter (ADC). 3. suara alarm: 1800Hz, 80dB. 4. visual alarm: Xenon strobe. 5. kalibrasi energi dan perawatan rutin lainnya: secara otomatis
6. outputs: RS485 /RS232, TCP/IP, Analog (420mA) atau digital output. 7. suhu operasi: - 10 0C sampai 50 0C (140 0F – 122 0F). 8. catu daya: AC single phase (90 – 264 V), dengan battery backup 30 menit. 9. sumber Standard alpha: Am-241. Secara lengkap perancangan pemantau udara kontinyu yang menghubungkan alat pantau ke ruang kontrol dan lobby IEBE, dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Perancangan pemantau udara kontinyu. Spesifikasi tambahan untuk rumah untuk alat pantau, ruang kontrol dan ruang lobby yang dibutuhkan, sebagai berikut : 1. rumah (housing system) alat pantau, dibawah cerobong berukuran pxlxt = 2x2x3, dengan Air Conditioner (AC) 0,5 PK. 2. kabel outdoor untuk menghubungkan alat pantau dengan ruang kontrol. 3. Kabel beldon 8104 untuk menghubungkan alat pantau dengan Komputer PC di ruang kontrol. 4. Kabel beldon 8104 untuk menghubungkan alat pantau dengan Strobe lamp alarm di ruang lobby. 5. Ethernet cable-CAT5 untuk menghubungkan Komputer PC dengan LCD video TV yang di gantung di ruang lobby. Muradi, dkk.
6. komputer PC di ruang kontrol: Pentium intel Processor, 2.33Hz, 1Gb RAM, 19” LCD Monitor, 250GB Hard Drive,Windows OS. 7. LCD video TV wide screen 30” dan Strobe lamp alarm di ruang lobby Perancangan ulang pencuplik udara, dimulai dengan mengukur diameter cerobong udara buang IEBE secara langsung. Cerobong udara buang IEBE berbentuk silinder, dengan ukuran diameter cerobong ± 3,5 m. Berdasarkan desain cerobong udara buang IEBE berkapasitas alir udara (debit) sebesar 24.500 m3/jam. Sehingga perkiraan kecepatan alir udara buang dapat dihitung menggunakan rumus: V = (24.500)/3,14 x (1,75)2 = 23.874 m/jam.. Perkiraan suhu udara buang yang mengalir sebesar 25 0C atau 298 0K.
ISSN 1410 – 8178
Buku II hal 101
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
Beradasarkan literatur, bila diameter cerobong ≥ 1220 mm jumlah minimum titik pengambilan cuplikan sebanyak 6 buah. Diameter cerobong IEBE 3,5 m, sehingga mm jumlah titik pengambilan cuplikan (n) ditentukan sebanyak 12 buah, dengan jarak masing-masing 25 cm. Debit hisap dari alat pantau udara buang secara kontinyu, ditentukan sebesar 2 m3/jam atau 33,33 lpm Sehingga ukuran diameter pipa pencuplik udara buang didalam cerobong dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
∅ = 0,0126 m = 12,6 mm ≈ 0,5 inchi. Diameter pipa pencuplik (∅) dari hasil perhitungan tersebut ditetapkan sebesar 0,5 inchi. Jari jari bagian lengkung pipa pencuplik ditetapkan ≈ 2,5 inchi. Panjang bagian lurus pipa pencuplik ditetapkan ≈ 2,5 inchi. Pipa pencuplik yang dimasukan ke dalam cerobong dipasang pada
posisi ± 5 m atau di tengah cerobong vertikal, sehingga diharapkan udara buang sudah laminar dan tidak turbulent. Sehingga radioaktivitas yang terpantau secara kontinyu dapat mewakili distribusi partikulat yang sebenarnya dari udara buang IEBE. Pencuplik udara hasil rancangan, terdiri dari pipa-pipa pencuplik, pipa utama dan pipa penghubung. Pipa pencuplik sebanyak 12 buah pipa Stainless Steel 304 (SS 304) berdiameter 0,5 inchi (lihat Gambar 3), yang di las pada pipa utama. Antara pipa pencuplik satu dengan lainnya dipasang berjarak ± 25 cm. Pipa utama, sebanyak 1 buah pipa SS 304 berdiameter 1 inchi. Pipa penghubung yang dibutuhkan sebanyak ± 3 batang pipa SS 304 berdiameter 0,5 inchi. Pipa penghubung untuk menghubungkan pipa utama dengan pompa pemantau udara pada alat continuous aerosol monitor pada rumah pantau yang berada di bawah cerobong. Perancangan ulang pencuplik udara secara lengkap, dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Pipa pencuplik dan posisi pemasangannya pada cerobong.
KESIMPULAN Hasil perancangan pemantau udara kontinyu, terdiri dari: alat pantau dengan debit pompa hisap 20 - 50 lpm; rumah pantau; kabel yang dibutuhkan; komputer PC di ruang kontrol; serta LCD video TV dan Strobe lamp alarm di ruang lobby. Hasil perancangan ulang pencuplik udara terdiri dari 12 buah pipa Stainless Steel 304 Buku II hal 102
(SS 304) berdiameter 0,5 inch, dengan jari-jari bagian lengkung dan panjang bagian lurus masingmasing 2,5 inchi. Pipa pencuplik dipasang di dalam cerobong vertikal pada ketinggian ± 5 m. Dapat disimpulkan, bahwa sistem pantau udara buang IEBE dapat dibuat sesuai dengan hasil perancangan pemantau udara kontinyu dan hasil perancangan ulang pencuplik udara.
ISSN 1410 – 8178
Muradi, dkk
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011
DAFTAR PUSTAKA
TANYA JAWAB
1. TIM LAK-PTBN, ”Laporan Analisis Keselamatan (LAK) Instalasi Elemen Bakar Eksperimental (IEBE)”, Pusat Teknologi bahan bakar Nuklir, Nomor Dokumen KK20J09003, Revisi 6, Serpong, 2006. 2. BUDI PRAYITNO, “Disain Pencuplik Udara Buang Instalasi Elemen Bakar Eksperimental”, Urania Vol. 13 No. 2 April 2007: 46-98 , ISSN 0852-4777, Serpong, 2007. http://www.labimpex.com/eu, 3. ANONIM, “Alpha/Beta Particulate in Air Monitor”, Laboratory Impex Systems Ltd, Dorset, England, 2008. 4. ANONIM, ISO 2889:1975, “General principles for sampling airborne radioactive materials”, International Organization for Standardization, Geneva, 1975. 5. PERRY JH., Chemical Engineers Hand Book, 6th edition Mc. Graw Hill, Koga Kusha, 1984.
Adi wijayanto Prinsip interface menggunakan apa? Max jarak berapa? Data base menggunakan apa? Apakah bisa digunakan web base Data dari monitor radiasi berupa data apa? Decimal atau digital biner? Muradi Tidak menggunakan interface, tapi menggunakan kabel fiber optic Program sudah ada pada alat monitor yang akan dibeli produk Lab. Impex/PC Data digital dari kontaminasi kadar buang
Muradi, dkk.
Nugroho Dalam rancangan ini menggunakan sistem pengukuran satu unit/sistem terpisah? Mengapa dipilih demikian? Muradi Menggunakan sistem satu unit
ISSN 1410 – 8178
Buku II hal 103
