Aplikasi Penerapan Radioisotop dalam Industri pada Penentuan Kecepatan aliran Fluida

Tugas Penerapan Radioisotop

Disusun oleh : Fitrotun Aliyah 08/265488/TK/33688

PROGRAM STUDI TEKNIK NUKLIR JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK UGM YOGYAKARTAFitrotun Aliyah Page 1

Aplikasi Penerapan Radioisotop dalam Industri pada Penentuan Kecepatan aliran Fluida1. Radioisotop Atom-atom suatu unsur yang jumlah elektronnya sama akan tetapi jumlah neutronnya berbeda dinamakan isotop. Apabila neutron dan proton dalam inti atom tidak dapat membentuk suatu konfigurasi yang stabil maka inti aton akan mengalami disintegrasi spontan sambil memancarka radiasi alfa, beta, gamma, atau sinar-x. proses disintegrasi ini dikenal dengan istilah meluruh. Isotop yang mempunyai inti atom yang tidak stabil tersebut dinamakan radioisotop. Sesuai dengan terjadinya, ada dua jenis radioisotop yaitu radioisotop alam dan radioisotop buatan. Radioisotop alam adalah radioisotop yang terjadi akibat proses alam misalnya interaksi dari sinar kosmik dengan unsur-unsur yang terdapat di dalam atmosfer bumi sehingga terbentuk zat radioaktif, misalnya40 14

C, 3H,

10

Be. Selain zat

radioaktif alam yang terbentuk dari interaksi sinar kosmik, ada juga zat radioaktif alam yang terbentuk sejak terjadinya bumi, misalnya K, deret uranium dan derert

Thorium. Radioisotop buatan adalah zat radioaktif yang dibuat berdasarkan reaksi inti antara uunsur dengan neutron di dalam reaktor nuklir atau dengan partikel cepat di dalam akselerator. Contoh reaksi inti dengan neutron dalam reaktor adalah :

2. Teknik Radioisotop Teknik radioisotop adalah suatu teknik untuk memanfaatkan sifat-sifat radiasi yang dipancarkan oleh suatu inti atom radioaktif untuk digunakan dalam berbagai aplikasi. Seperti diketahui inti suatu atom yang tidak stabil memancarkan radiasi dan apabila radiasi ini menumbuk suatu objek maka akan terjadi interaksi yang menimbulkan berbagai efek. Berdasarka sifat-sifat efek radiasi tersebut maka telah berkembang teknologi penggunaan radioisotop di bidang industri, bidang hidrologi, bidang sedimentasi, pertanian, kesehatan, dann lain-lain. Di dalam makalah ini akan dibahas salah satu teknik penerapan radioisotop yaitu pengukuran kecepatan aliiran fluida. Metode ini menggunaan prinsip radioisotop sebagai perunut yaitu yang menggunakna sumber terbuka. Perlu diketahui bahwa sumber yang digunakan harus sesuai dengan kebutuhan, dalam artian mempunyaiFitrotun Aliyah Page 2

waktu paruh yang disesuaikan dengan lamanya pengukuran. Adapun penjelasan lebih dalam dapat dijelaskan dibawah ini:

2.1 Aliran Fluida Pada setiap industri hampir selaludijumpai suatu proses alir bahan yang berupa fase cair, fase gas atau fluida lainnya. Oleh karena itu pengetahuan tentang aliran fluida menjadi sangat penting guna mendasari usaha untuk mengoptimalkan transpor fluida dan meningkatkan efisiensi operasionalnya. Apabila fluida tersebut merupakan bahan dasar atau bahan komponen lain yang dialirkan ke dalam unit tangki penroses maka data tentang jumlah fluida yang mengalir dalam suatu pipa sangat penting untuk diketahui, karena bukan saja akan menyangkut jumlah penggunaan bahan tetapi juga menyangkut masalah teknis yang berkaitan dengan kualitas produk yang dihasilkan. Apabila debit aliran bahan dalam pipa, yang merupakan feeder pada suatu instalasi pemroses, kurang dari jumlah yang ditentukan, maka kualitas produk yang dihasilkan tentunya tidak sesuai dengan persyaratan. Sebaliknya apabila debit aliran bahan dalam pipa tersebut melebihi jumlah yang ditentukan maka selain kualitas produknya tidak sesuai juga berakibat berlebihnya penggunaan bahan. Oleh karena itu, kecepatan aliran bahan dalam pipa bersangkutan haruslah diketahui dengan tepat agar campuran bahan pada unit instalasi pemroses dapat dikontrol pada proporsi yang optimal sehingga produk akhir yang dihasilkan memenuhi kualitas yang ditentukan. Perunut radioisotp biasa digunakna untuk suatu penyelidikan pengukuran kecepatan aliran dengan ketelitian yang tinggi. Ada tiga metode pengukuran kecepatan alliran dalam pipa yaitu metode waktu transit, metode injeksi kontinyu, dan metode injeksi sesaat. 2.1.1 Metode waktu Transit Metode waktu transit yang biasa disebut dengan metode kecepatan pulsa adalah suatu metode kecepatan aliran yang dilakukan dengan cara menginjeksikan radioisotop secara sesaat ke dalam aliran fluida dalam pipa melalui suatu inlet tertetu. Larutan radioisotop akan terbawa oleh aliran fluida dalam pipa dimana makin kearah hilir makin mengalami dispersi. Kecepatan alir dari radiosotop adalah sesuai dengan kecepatan alir fluida karena fluida dan larutan perunut radioisotop sudah dipilih agar kompatibel. Radiasi yang dipancarkan oleh perunut radioisotop menembus dinding pipa diangkap oleh dua detektor yang dipasang pada dinding bagianFitrotun Aliyah Page 3

luar dari pipa dan pulsanya disalurkan ke ratemeter serta dicatat oleh rekorder. Karena luas penampang pipa yang dilalui aliran konstan (A), maka dengan data kecepatan linier (v), tersebut debit aliran (Q) dapat diketahui, yaitu sesuai dengan hubungan: Q = v.A = d/t.A = V/t (4.1) (4.2) (4.3)

Agar diperoleh ketelitian pengukuran yang tinggi maka perlu dipertimbangkan beberapa persyaratan tertentu, antara lain: Perunut radioisotop sudah harus bercampur homogen dalam penampang lintang aliran dalam pipa pada saat detektor pertama mendeteksi pulsa. Jarak dari titik injeksi ke titik dimana radioisotop sudah bercampur secara homogen

dinamakan jarak percampuran (mixing length = L1). Untuk mencapai ketelitian 1% maka panjang L1 suatu pipa yang lurus kira-kira 100 150 kali diameter pipa(1)

. Jarak ini dapat

dikurangi apabila pada rangkaian pipa tersebut terdapat belokan, katup, pompa, atau lainnya yang dapat mempercepat terjadinya campuran homogen. Jarak anatara detektor pertama dan detektor kedua (d) harus cukup jauh untuk menghindari saling bertumpuknya pulsa (overlapping), dan perlu dipasang kolimator pada bagian detektor yang menempel ke pipa. Cara injeksi radioisotop harus secara sesaat uyaitu dalma waktu yang sesingkat mungkin namun tidak boleh sampai

mengganggu sifat aliran dalam pipa. Pengukuran perlu dilakukan berulang untuk mengontrol validitas dan adanya perubahan kondisi setiap kali pengukuran.

2.1.2

Metode injeksi kontinyu Metode injeksi kontinyu juga sering disebut dengan metode pengenceran, yaitu metode dimana perunut radioisotop diinjeksikan

Fitrotun Aliyah

Page 4

secara terus menerus berkesinambungan dengan kecepatan konstan (qo) ke dalam aliran fluida. Sampling dilakukan pada bagian hilir aliran dimana telah terjadi pencampuran homogen antara perunut dengan fluida. Apaila Co adalah cacahan dari radioisotop yang diinjeksika dan C1 dari sampel maka : qo. Co = (qo + Q) C1 dalam praktek biasanya Q >> qo, sehingga Q= (4.6) (4.5)

Kesalahan dan penyimpangan yang terjadi mungkin disebabkan karena faktor : Pencampuran belum homogen. Agar diperoleh pencampuran yang homogen maka jarak anatara titik injeksi dan titik deteksi diperpanjang sehingga perunut terdispersi secara maksimum. Selain itu, dapat pula diusahakan adanya belokan pada pipa atau pada instalasi pipa. Ketidaksempurnaan pencampuran dapat diketahui dari beragamnya variasi pencacahan sampel yang diambil secara berulang. Injeksi radioisotop idak konstan. Untuk mendapatkan suatu kondisi dimana injeksi radioisotop dapat dilakukan dengan konstan maka perlu dibuat suatu alat injektor yang dapat memompa dengan konstan. Injeksi juga dapat dirancang dengan aliran gravitasi dari larutan perunut dengan syarat bahwa head dari reservoir larutan perunut dijaga agar selalu konstan. Keseragaman dalam cara pengukuran sampel. Yang dimaksud dengan keseragaman adalah cara pengukran sampel yang berkaitan dengan geometri detektor yang digunakan, efisiensi, tingkat pengenceran dan keseragaman volume sampel. Oleh karena itu biasanya perunut dan sampel ditaruh pada suatu wadah yang sama jenisnya dan dengan volume larutan yang sama pula.karena biasanya konsentrasi perunut tu jauh lebiih besar dari konsentrasi perunut dalam sampel maka sebelum dicacah pernut perlu diencerkan terlebih dahulu untuk menghindari kejenuhan respon detektornya.Fitrotun Aliyah Page 5

2.1.3

Metode Injeksi sesaat Metode injeksi sesaat atau sekaligus sering juga disebut sebagai metode pencacahan total. Seperti pada metode waktu transit maka disini radioisotop juga diinjeksikan secara sesaat pada aliran fluida dalam pipa dan deteksi radioisotop dilakukan pada titik tertentu di hilir aliran dengan hanya menggunakan satu detektor setelah terjadinya pencampuran homogen antara perunut dan fluida. Persamaan kesetimbangan perunut dapat ditulis sebagai berikut : A = Qo ( )

Detektor yang akan mendeteksi aliran perunut diletakkan pada dinding luar pipa. Ddetektor dihubungkan dengan ratemeter dan scaler, dimana scaler akan mencatat akumulasi pencacahan selama perunut radioisotop melitasinya. N adalah cacahan netto total, F adalah faktor kalibrasi untuk pengukuran pada jenis pipa yang sama. Apabila adalah aktivitas dari perunut radioisotop yang diinjeksikan maka debit dari aliran dapat dituliskan dalam hubungan sebagai berikut : Q= Ketelitian pengukuran selain bergantung pada ketelitian pencatatan akumulasi cacahan oleh scaler juga dari pengukuran A dan F. untuk mendapatkan ketelitian 1% maka diperlukan total cacahan lebih besar dari 40.000 cacahan. Dalam praktek, metode ini sering dipakai ,karena

pengerjaannya dapat dilakukan dengan lebih mudah dan cepat dibandingkan dengan metode lainnya, (metode ijeksi kontinyu).

2.1.4

Contoh Aplikasi Selain digunakan dalam monitoring debit pada pencampuran suatu bahan, teknik radioisotop perunut dalam penentuan kecepatan aliran fluida ini juga dapat diaplikasikan untuk hal lain seperti: Kalibrasi terhadap meter pengukur aliran fluida baik gas maupun cairan yang terpasang pada segmen-segmen tertentu

Fitrotun Aliyah

Page 6

pada jaringan pipa dengan menggunakan perunut133

82

Br dan

Xe.

Pengukuran aliran uap yang bercampur kondetsat pada unit penyulingan minyak bumi dengan menggunakan perunut 3H. Menentukan debit aliran gas pada cerobong asap pada suatu pembangkit tenaga dalam rangka penentuan efisiensi dari cerobong asap dengan perunutt 85Kr. Menentukan aliran dalam pipa yang tidak terisi cairan secara penuh dimana juga terdapat kerak dengan menggunakan perunut 3H. Menentukan efisiensi turbin pada pembangkit tenaga air dengan perunut 82Br. Menentukan kecepatan aliran suatu kanal guna

membandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan metode konvensional.

Referensi : [1] R. ROPER, Leakage Detection, Radioisotope Techniques for Problem Solving of Industrial Process Plants, Leonard Hill, Glasgow London, 1986. WANDOWO, Aplikasi Radioisotop Dalam Bidang Industri, Badan tenaga Nuklir Nasional, 2005.

[2]

Fitrotun Aliyah

Page 7