Cairan pendingin

Cairan pendingin (atau bahasa Inggris disebut Coolant) adalah suatu zat, biasanya cair atau gas, yang digunakan untuk mengurangi atau mengatur suhu suatu sistem. Pendingin yang ideal memiliki kapasitas kalor tinggi, viskositas rendah, berbiaya rendah, tidak beracun, lengai secara kimia dan tidak menyebabkan korosi pada sistem pendingin. Beberapa aplikasi juga mengharuskan pendingin menjadi insulator listrik.

Istilah "pendingin" umumnya digunakan dalam aplikasi otomotif dan HVAC, dalam pemrosesan industri cairan perpindahan panas adalah salah satu istilah teknis yang lebih sering digunakan dalam aplikasi manufaktur suhu tinggi maupun suhu rendah. Istilah ini juga mencakup fluida pemotong logam yang dalam penggunaannya di industri telah secara luas diklasifikasikan sebagai cairan pendingin yang larut dalam air dan merupakan cairan pemotong yang rapi. Pendingin yang larut dalam air adalah minyak yang ada dalam emulsi air, dan memiliki kandungan minyak yang bervariasi mulai dari tanpa minyak (pendingin sintetis).

Pendingin dapat menjaga fasa dan tetap menjadi cairan atau gas, akan tetapi dapat juga mengalami transmisi fasa, dengan panas laten sehingga menambah efisiensi pendinginan dan ketika digunakan untuk mencapai temperatur di bawah suhu sekitar, lebih dikenal sebagai pendingin.

Air adalah pendingin yang paling umum. Kapasitas kalor tinggi dengan biaya murah menjadikannya media transfer panas yang cocok. Biasanya digunakan dengan zat tambahan, seperti antibeku dan inhibitor korosi. Antibeku merupakan larutan bahan kimia organik yang cocok dalam air (paling sering menggunakan etilena glikol, dietilena glikol, atau propilena glikol), penerapannya ketika pendingin berbasis air harus tahan terhadap suhu di bawah 0 °C, atau ketika titik didihnya harus dinaikkan. Betain adalah pendingin yang serupa, dengan pengecualian bahwa tidak beracun dan terbuat dari jus nabati murni, sehingga sulit untuk dibuang secara ekologis.Betaine as coolant 

 Pendingin reaktor nuklir 
jmpl|HPR1000, reactor coolant system.
jmpl|AP1000 reactor cooling.
Pendingin reaktor nuklir adalah fluida (seperti air, helium, natrium cair, atau gas) yang mengalir melalui inti reaktor untuk menyerap panas yang dihasilkan dari reaksi fisi dan memindahkannya ke generator listrik atau lingkungan, mencegah inti reaktor menjadi terlalu panas. Pendingin yang efektif harus mampu menyerap neutron dengan lemah, tahan terhadap radiasi dan korosi, memiliki koefisien perpindahan panas yang tinggi, serta kapasitas panas spesifik yang besar. 

Fungsi utamanya adalah menyerap panas dari inti reaktor nuklir dan membawanya ke tempat lain untuk dimanfaatkan, seperti menghasilkan uap untuk turbin pembangkit listrik. Pendingin juga membantu mengendalikan suhu di dalam inti reaktor dan menjaga tekanan yang terkendali, mencegah kegagalan seperti lelehnya inti reaktor. 

Jalur aliran coolant dalam reaktor nuklir adalah jalur sirkulasi fluida (seperti air, gas, atau logam cair) yang mengalir melalui inti reaktor untuk menyerap panas dari fisi nuklir, lalu mengirimkannya ke sistem eksternal (biasanya generator uap) untuk menghasilkan listrik. Jalur ini dirancang untuk memastikan coolant terus bersirkulasi, mulai dari sistem pompa menuju inti reaktor, menyerap panas, dan kembali ke sistem penukar panas, sehingga terjadi sirkulasi yang efisien untuk pendinginan reaktor secara terus-menerus. Pendingin pada reaktor nuklir jenis Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR) adalah air berat (D₂O), yang berfungsi sebagai pendingin primer sekaligus moderator neutron. Air berat ini tidak menyerap neutron terlalu banyak, memungkinkan reaktor menggunakan uranium alami (tanpa pengayaan) sebagai bahan bakar. 

Pendingin untuk reaktor nuklir BWR (Boiling Water Reactor) adalah air ringan (air biasa) yang berfungsi sebagai pendingin dan moderator neutron. Air ini dididihkan langsung di dalam teras reaktor, kemudian uap yang dihasilkan dialirkan untuk memutar turbin generator listrik. 

Pendingin gas untuk reaktor nuklir, seperti yang digunakan dalam Reaktor Berpendingin Gas (GCR), menggunakan gas inert seperti helium (He) atau gas seperti karbon dioksida (CO2) untuk menyerap panas dari inti reaktor dan mentransfernya untuk menghasilkan listrik. Gas ini dipilih karena kemampuannya untuk tidak mudah mendidih pada suhu tinggi, tidak reaktif secara kimia (khususnya helium), dan tidak menjadi radioaktif akibat radiasi neutron, sehingga memungkinkan operasi reaktor pada suhu tinggi dan meningkatkan efisiensi termal. Helium (He) digunakan dalam High-temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) dan reaktor generasi keempat (seperti GFR). Helium dipilih karena sifatnya yang inert, tidak korosif, dan tidak menjadi radioaktif setelah terpapar radiasi neutron. Karbon Dioksida (CO2) digunakan dalam jenis GCR generasi awal seperti reaktor Magnox dan reaktor canggih seperti Advanced Gas-cooled Reactor (AGR). Gas memungkinkan pencapaian suhu operasi yang sangat tinggi, yang menghasilkan efisiensi termal yang tinggi. Gas seperti helium tidak reaktif dan tidak menjadi radioaktif ketika terpapar radiasi. Beberapa desain reaktor berpendingin gas dapat bekerja secara langsung dengan siklus energi langsung, menghilangkan kebutuhan generator uap. 

Pendingin reaktor nuklir garam cair adalah garam cair yang berfungsi sebagai fluida kerja yang sangat panas untuk menyerap panas dari reaktor dan memindahkannya ke pembangkit listrik, sering kali juga berfungsi sebagai bahan bakar reaktor itu sendiri. Garam ini dapat membawa bahan bakar nuklir seperti uranium atau torium yang terlarut di dalamnya. Contoh jenis garam cair yang digunakan meliputi garam fluorida dan klorida, yang dipilih karena sifatnya yang stabil dan tidak mudah mendidih pada suhu tinggi. Eksperimen Reaktor Garam Cair (MSRE)a adalah eksperimen bersejarah di Oak Ridge National Laboratory pada tahun 1960-an bertujuan untuk mendemonstrasikan pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan bahan bakar torium dalam reaktor pembiak. Reaktor Generasi IV, MSR termasuk dalam desain reaktor Generasi IV, dengan banyak negara seperti Tiongkok dan Perancis yang mengembangkan konsep baru dan melakukan penelitian secara aktif. 

Pendingin reaktor nuklir logam cair (LLNCR) adalah logam cair seperti natrium atau timbal yang digunakan sebagai media untuk menyerap dan mentransfer panas dari inti reaktor nuklir. Pendingin logam cair sangat efektif dalam perpindahan panas dan dapat beroperasi pada suhu tinggi dengan tekanan rendah, memungkinkan desain reaktor yang lebih kompak dan efisien. Jenis ini sering digunakan pada reaktor cepat (fast reactor) karena kemampuannya menjaga neutron tetap pada spektrum cepat dan memberikan keamanan pasif yang signifikan. Logam cair seperti natrium memiliki konduktivitas termal yang baik dan tidak korosif terhadap baja tahan karat. Reaktor yang menggunakan natrium sering disebut Sodium Cooled Fast Reactor (SCFR). Pendingin logam cair berat seperti timbal atau paduan bismut-timbal digunakan dalam desain Lead Cooled Fast Reactor (LCFR). 

Pendingin utama untuk reaktor nuklir torium adalah garam cair (seperti garam cair terfluorinasi) karena bahan bakar torium umumnya digunakan dalam desain Reaktor Garam Cair (MSR) seperti yang digunakan di Tiongkok dan oleh beberapa perusahaan. Garam cair tidak hanya berfungsi sebagai pendingin tetapi juga membawa bahan bakar (torium yang diubah menjadi uranium-233) di dalamnya, memungkinkan reaktor untuk menghasilkan energi dari bahan bakar torium. 

Reaktor Garam Cair Fluorida (LFTR) adalah kelas reaktor yang sering kali dikaitkan dengan torium, di mana torium diubah menjadi U-233 yang fisil. Reaktor Torium Eksperimental Tiongkok yang beroperasi di Gurun Gobi, menggunakan garam cair sebagai pendingin dan pengelola panas untuk bahan bakar torium. Singkatnya, garam cair adalah pendingin pilihan untuk reaktor thorium karena kemampuannya untuk mengintegrasikan pendinginan dan bahan bakar, serta menawarkan potensi keamanan dan efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan desain reaktor konvensional. 

Dalam reaktor termal, pendingin harus menyerap sedikit neutron agar reaksi berantai dapat berlanjut, pendingin harus tahan terhadap kondisi radiasi intens dan tidak korosif terhadap bahan-bahan reaktor. Mampu mentransfer panas secara efisien dari inti reaktor. Mampu menyerap banyak panas tanpa perubahan suhu yang signifikan. 

 Jenis coolant (pendingin) reaktor nuklir 
Jenis-jenis coolant (pendingin) reaktor nuklir meliputi air (air ringan dan air berat), gas seperti helium dan karbon dioksida, logam cair seperti natrium dan timbal, serta garam cair (molten salt). Air adalah coolant yang paling umum, tetapi reaktor lain menggunakan jenis pendingin yang berbeda sesuai desainnya, seperti reaktor berpendingin gas (Gas-Cooled Reactor/GCR) atau reaktor berpendingin logam cair (Liquid Metal Fast Reactor/LMFR). Pemilihan jenis pendingin bergantung pada desain reaktor, suhu operasi, dan efisiensi yang diinginkan. Misalnya, reaktor yang dirancang untuk suhu tinggi seringkali menggunakan pendingin gas seperti helium karena tidak mudah mendidih dan dapat mencapai suhu operasi yang lebih tinggi. 

Jenis-jenis Coolant
Air
 Air Ringan (Light Water): Digunakan pada reaktor seperti Pressurized Water Reactor (PWR) dan Boiling Water Reactor (BWR). 
 Air Berat (Heavy Water): Mengandung deuterium, digunakan pada reaktor seperti CANDU. 
Gas
 Helium: Digunakan dalam reaktor seperti High Temperature Gas-Cooled Reactor (HTGR), yang tidak dapat mendidih dan beroperasi pada suhu tinggi untuk efisiensi yang lebih baik. 
 Karbon Dioksida (CO₂) atau Nitrogen: Digunakan sebagai pendingin pada reaktor jenis lain, seperti reaktor Magnox. 
Logam Cair
 Natrium Cair (Sodium): Digunakan pada Liquid Metal Fast Reactor (LMFR). 
 Timbal (Lead): Digunakan dalam Lead Cooled Fast Reactor (LFR). 
Garam Cair (Molten Salt)
Garam cair seperti FLiBe (kombinasi litium dan berilium fluorida) dapat bertindak sebagai coolant dan juga sebagai moderator, serta dapat melarutkan bahan bakar nuklir.

 Fluida superkritis 
Bahan-bahan dari fluida superkritis mempunyai sifat di antara gas dan cairan sebagai berikut:
+Sifat dari berbagai pelarut fluida kritis Pelarut  Berat Molekul  Suhu Kritis  Tekanan Kritis  Kepadatan Kritis g/mol  K  MPa (atm)  g/cm3 Karbon dioksida (CO2) 44.01  304.1  7.38 (72.8)  0.469 Air (H2O) 18.02  647.3  22.12 (218.3)  0.348 Metana (CH4) 16.04  190.4  4.60 (45.4)  0.162 Etana (C2H6) 30.07  305.3  4.87 (48.1)  0.203 Propana (C3H8) 44.09  369.8  4.25 (41.9)  0.217 Etilena (C2H4) 28.05  282.4  5.04 (49.7)  0.215 Propilena (C3H6) 42.08  364.9  4.60 (45.4)  0.232 Methanol (CH3OH) 32.04  512.6  8.09 (79.8)  0.272 Ethanol (C2H5OH) 46.07  513.9  6.14 (60.6)  0.276 Aseton (C3H6O) 58.08  508.1  4.70 (46.4)  0.278
Perbandingan fluida superkritis dengan gas dan cairan diketahui melalui nilai massa jenis, viskositas, dan difusivitas berikut:

+Perbandingan antara gas, cairan, dan fluida superkritis   Massa jenis (kg/m3) Viskositas (µPa∙s) Difusivitas (mm²/s) Gas 1  10  1-10 Fluida superkritis100-100050-1000.01-0.1 Cairan1000500-10000.001
400px|jmpl|Air, ketika dinaikkan secara bersamaan ke suhu dan tekanan yang sangat tinggi, mendekati apa yang dikenal sebagai “titik kritis” (≥374,2°C dan 22,1 MPa), di atasnya air menjadi “superkritis” seperti yang ditunjukkan di Area Merah di kanan atas.

 Lihat pula 
 Badan Tenaga Atom Internasional (IAEA) 
 Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN)
 Organisasi Riset Tenaga Nuklir (ORTN)
 Pembangkit listrik tenaga nuklir
 Reaktor nuklir
 Bahan bakar nuklir
 Pengisian bahan bakar online
 Inti reaktor nuklir
 Moderator neutron
 Air berat
 Batang kendali (reaktor nuklir)
 Startup sumber neutron
 Pompa air umpan boiler
 Bejana tekan reaktor
 Reaktor pembiak
 Generator uap (tenaga nuklir)
 Menara pendingin
 Turbin uap
 Generator listrik
 Light water reactor (LWR)
 Boiling water reactor (BWR)
 Pressurized water reactor (PWR)
 Pressurized heavy-water reactor (PHWR)
 Moderator Grafit:
 Magnox
 Advanced gas-cooled reactor' (AGR)
 RBMK
 Tenaga nuklir berbasis thorium

 Referensi 

Kategori:Mesin
Kategori:Komponen pembangkit listrik tenaga nuklir
Kategori:Pembangkit listrik tenaga nuklir
Kategori:Teknologi nuklir
Kategori:Moderator neutron
Kategori:Inti reaktor nuklir
Kategori:Pendingin reaktor nuklir
Kategori:Pendingin