ANALISIS GANGGUAN PENURUNAN TEKANAN DAN PENENTUAN DEBIT OPTIMUM SISTEM PRIMER RSG-GAS. - e-Repository BATAN

Analisis Gangguan Penurunan Tekanan dan.
Setiyanto, dkk

ANALISIS

GANGGUAN PENURUNAN TEKANAN

DAN PENENTUAN

DEBIT OPTIMUM SISTEM PRIMER RSG-GAS.

Setiyanto*, Utojo**

* Pusat Reaktor Serba Guna -BATAN
**Pusat Perangkat Nuklir dan Rekayasa -BATAN

ABSTRAK
ANAlISIS
GANGGUAN PENURUNAN TEKANAN DAN PENENTUAN DEBIT OPTIMUM
SISTEM
PRIMER RSG-GAS. Telah dilakukan analisis terhadap gangguan penurunan tekanan sistem primer RSGGAS, dengan cara menghitung kesetimbangan tekanan pada 'inlet' pompa primer. Hasil yang diperoleh

menunjukkan bahwa pada debit 3200 m3~am, tekanan neto pada 'inlet' pompa adalah 7,44 m pada kondisi
reaktor tidak beroperasi, dan 6,78 m jika reaktor beroperasi pada daya 30 MW. Jika dibandingkan dengan
batas minimum NPSH (Nett Positive Section Head) iPompa, terlihat bahwa tekanan 'inlet' pompa pada saat
reaktor beroperasi pada daya 30 MW, berada di bawah nilai batas yang diijinkan, yaitu 7,5 m. Kondisi
tersebut akan membuat sistem pengaman pompa bereaksi untuk mematikan pompa. Berdasarkan kondisi
tersebut. analisis dilanjutkan dan diperoleh bahwa debit yang optimum untuk daya reaktor 30 MW adalah
3100 m 3~am.

ABSTRACT
PRESSURE DROP ANALYSIS AND DETERMINATION OF OPTIMAL FLOW RATE OF THE RSG-GAS
PRIMARY SYSTEM. The pressure drop analysis of the RSG-GAS primary system has been done by
determining of the equilibrium pressure at the pump inlet. This analysis shows that the pressure nett of 3200
m3/h of total flow rate are 7,44 m if the reactor is not operated, and 6,78 m if the reactor power is 30 MW.
Referred to the pump characteristic, where the minimum NPSH value is 7,5 m, show that the pressure nett
in the reactor power of 30 MW drop to below of the limit value. The Mher analysis shows that the optimum
flow rate for 30 MW of reactor power is about 3100 m3/h.

PENDAHULUAN
Sistem


besar, sehingga

pendingin

adalah

sarana

utama

dalam

juga.

Untuk

reaktor nuklir, dimana dengan pendingin tersebut

pendukungnya


panas dipindahkan

memer1ukan biaya yang besar

menekan

biayanya

(pemipaan)

maka

sistem

dibuat yang

sekecil

dan teras reaktor ke sistem


mungkin, pada hal pipa yang kecil akan berakibat

pembuangan panas. Oleh karenanya, maka jenis

kecepatan alir yang tinggi. Kecepatan alir yang

gangguan
selama

apapun
sistem

mestinya

tersebut

tidak

boleh te~adi


tinggi akan membawa resiko meningkatnya hilang

sedang

menjalankan

tekanan,

fungsinya.
Dalam suatu instalasi yang memerlukan
pembuangan
instalasi

panas yang besar,

pendingin reaktor,

sistem

seperti pada


biasanya

sehingga pada kondisi tertentu

mengakibatkan

diperlukan

kavitasi

yang

dapat
sang at

membahayakan pompa.
Fenomena tersebut sedikit banyak juga dirasakan
pada sistem pendingin primer RSG-GAS,
adanya


lain kendala yang muncul

sistem kontrol tekanan (CP-O1 dan CP-O3). Besar

akan

menuntut

sistem

adalah besamya debit
pendukung

yang serba

kecilnya

TKRR-8
Hal 8-1 ,dari 8-10


fluktuasi

fluktuasi

tekanan

yang terdeteksi

yaitu

debit dan daya pompa yang besar pula. Dan sisi

tersebut

ternyata

oleh

sangat


Prosiding Seminar ke.J Teknologi dan Keselamatan
PPTKR.
PRSG, Serpong, 5.6 September 1995

PL TN serta Fasilitas Nuklir

k = c .f,

dipengaruhi oleh kodisi lingkungan, terutama oleh
daya reaktor

yang pada kondisi tertentu

mengakibatkan

sistem kontrol tekanan

signal alarm


akibat mendeteksi adanya

Hal tersebut

bila dibiarkan

akan

dapat

mengirim
kavitasi.

untuk 'elbow,

pencabangan dan lain-lain
(5)
k = 3,2{tg(a)}5I4, dengan tg(a)=(r1-r2)/1 untuk
perubahan penampang alir


mengganggu

dengan

(6)

v, kecepatan fluida

kestabilan j"Blannya operasi reaktor, sehingga perlu

g, percepatan gravitasi

segera diatasi.

f,

Untuk

mengetahui

mung kin

lebih lanjut,

menemukan

serta

penyebab

sedapat

S1,S2. penampang

dilakukan

tekanan

neto

dengan

pada

cara

c,

menentukan

'inlet' pompa,

yaitu

sampal

dengan

dibandingkan
dinyatakan

'inlet'

pompa,

dengan karakteristik
oleh

Nett

Positive

kemudian
pompa

Section

pada perubahan

konstanta

yang

berhubungan

dengan

rugi-rugi pada 'elbow, sambungan dan lain-lain.

beda

tekanan antara total 'head' dan total hilang tekanan

aliran

penampang alir

tekanan pada sistem pemipaan yang terpasang.
Analisis

koefisien friksi, sebagai fungsi bilangan

Reynold (Re) diambil dari diagram Moody.

te~adinya

fenomena tersebut, perlu dilakukan analisis hilang

sambungan,

f1, r2, jari-jari penampang alir
Selain jenis penurunan tekanan parsial tersebut,
dalam

sistem

masih

terdapat jenis

yang

tekanan lain yang mempengaruhi

Head

tekanan,

seperti: tekanan

penurunan

kesetimbangan

dinamik fluida (Hdyn),

perubahan tekanan uap air (Huap)serta penurunan

(NPSH).

tekanan karena beda elevasi (HeI), (Iihat pers. 7).

TEORI
Akibat

gesekan

mengalir,

antar

demikian

molekul

juga

yang

gesekan

sedang

antara

dengan dinding/media

yang dilewati, maka untuk

setiap jejaknya fluida

akan kehilangan sebagaian

energinya.

Kehilangan

energi

tersebut

Karakteristik

fluida

terlihat

pompa:

Dalam
(cair)

suatu

diakibatkan

diperhatikan

oleh

kerusakan

pompa

di

gelembung-gelembung

geometri

yang

dilewati,

dalam

dimana variasi penurunan hilang tekanan tersebut

tersebut

secara teoritis dapat dinyatakan dalam persamaan
dasar: ,1/f2J,I3I,/4/

'inlet'

2

.\h = k.
dimana

v /29

(1)

k adalah koefisien friksi dari sistem yang

dilewati, Yaitu:

",'-',
~
k = fUd, untuk pipa lurus dengan panjang I

dan diameter d.
k

=

penampang alir
k

=

(2)

(1-S,lS2)2, jika

0,5

penampang alir

te~adi

ekspansi

dapat

sistem
total

hilang

tekanan

terjadi

kontraksi

Tekanan

(4)

yang
tekanan

tekanan

harga

adalah

pompa,
selisih

tekanan
tersedia

pada
NPSH

besaran
sedangkan

antara

hilang

tekanan

tekanan

bersangkutan.

posisi

Kriteria

bersih

dari

NPSH

yang

pada

pembentukan

tekanan

besar

total

bahwa

(kavitasi).

jika

Hnet adalah

kesetimbangan
Total

te~adi

karakteristik

dengan

antara

dalam

perlu

menghindari

dipersyaratkan

digunakan.

tersedia

dalam

pompa,

udara

terpenuhi

bersih

yang

hisapan

boleh

Hnet lebih

yang

tekanan

fluida

untuk

tidak

merupakan

(3)
(1-S,lS2), jika

aliran

pompa

pompa
yang

gerakan

(impeler)

dengan adanya gejala penurunan tekanan sebagai
maupun

dimana

bahwa

fungsi

jarak

aliran

di

Hubungan

tersedia

dengan

tertentu

total

dinyatakan

:
= Total

hilang

tekan

+

neto.
Hudara + HIeo.eI= _H1aaI + Hd\"1 + He! + Huap

+ Hnet

TKRR-8
Hal 8-2 dari 8-10

(7)

Analisis Gangguan Penurunan Tekanan den.
Setlyanta, dkk

dimana:
Hudara

= tekanan ud~ra

Hie\-eI

= tekanan

hidrostatik air relatif

terhadap level (0,0 )
j\~1

= total

hilang tekanan

parsial

~alam sistem = }:; I\h

DelayCbam~r

Hdyn

= tekanan dinamik air = l/2g

Hie\-eI

= ketinggian relatif posisi tertentu

~-.r

Hnet
jika

.
:;

..cru
Yj

(pompa/kontrol) dari level (0,0)
Huap
= tekanan uap air

~
c

.c

'"~

..
u

= tekanan neto

Tang"; Reahor

Pomp.

salah satu faktor ruas kanan dalam

persamaan 7 bervariasi (misal karena perubahan

Gambar 1. Skemaaliran primer dari teras sampai

suhu, debit dll), maka harga hilang tekanan ,\Htctal
juga akan berubah.
mengakibatkan
harus

sedemikian

harga Hnetjuga berubah.

diperhatikan

perubahan

tersebut

adalah
tidak

pompa.

sehingga
Yang

menjaga

agar

menyebabkan

Hnet

Berdasarkan
tekanan

gambar

di atas,

total

,'\Htctal dari 'inlet' teras (a) sampai

pompa (e) dapat dihitung berdasarkan

menjadi lebih kecil dari NPSH, atau melengkapi

persamaan

sistem kontrol yang akan

pembagian geometri sebagai berikut:

mengirim sinyal jika

penurunan

kondisi tersebut terlampaui.

1 sampai

persamaan

'inlet'

kombinasi

6

dengan

Hilang tekanan pada bagian teras reaktor
L\Hc(a-b)

Penurunan

tekanan

pada sistem

primer

RSG-

GAS.

bagian

dari

ujung

bawah

teras

sampai

dengan 'inlet delay chamber';\Hc-dc (b-c)
Sistem pendingin primer RSG-GAS dimulai

bagian khusus 'delay chamber' AHdc(C-d)

dari tangki reaktor, kemudian teras, kamar tunda
('delay

chamber),

'heat

exchanger

sampai

bagian

dari 'outlet delay chamber' sampai

dengan 'inlet' pompa /)'Hdc.p(d-e).

akhirnya kembali ke tangki reaktor melalui ring

Dimana

distributor.

teras sampai pompa adalah:

Namun

demikian

perhitungan hilang tekanan, karena

dalam

hal

total penurunan/kehilangan

make
tekanan

pompa)

hilang

berada pede 'inlet' pompa,

tekanan

yang terdeteksi,

yang

mempengaruhi

(8)
Selanjutnya

hanya hilang tekanan

dilanjutkan

neto Hnet dan kemudian dibandingkan
NPSH

pompa

tekanan setelah pompa tidak perlu diperhitungkan.

Berdasarkan

Gambar

dilanjutkan

menunjukkan

evaluasi

dengan

menentukan besar hilang tekanan ,\Htctal, tekanan

sebelum posisi sensor tersebut, sehingga hilang

1.

dari

_Htctal= _Hc + _Hc-dc+ _Hdc + _Hdc-p

posisi sensor

tekanan (yang juga merupakan bagian dari sistem
pengaman

tekanan

bagian sistem primer

dari teras reaktor sampai posisi pompanya.

untuk
hasil

yang

TKR:R

-8

3200

diperoleh,

untuk mengoptimasi

ditinjau dari teknologi sistem.

Hal 8-3 dari 8-10

debit

terhadap
m3~am.
evaluasi

debit yang ideal

:z:

.:

!t""

Prosiding Seminar ke.3 Teknologi dan Keselamalan PLTN ser1aFasililas Il/uklir
PPTKR .PRSG. Serpong. 5.6 September 1995

DATA DAN PERHITUNGAN
b. Hilang tekanan
Karakteristik fluida (air) pendingin primer dalam
keadaan oRerasi normal berdasarkan data operasi
(look book operasi RSG-GAS),

adalah sebagai

antara

teras

sampai

'inlet

del~IY chamber"1/./2/./6/
Data teknis komponen yang terpasang pada
jalur tersebut antara lain:

berikut:

Suhu

Berat jenis

PompaP1 dan

primer

primer (oC)

air (kg/m~

P3 operasi

(m3~am)

(daya

Debit

3OMW)
3,20000

988

41 -47

c. Hilang tekanan dalam 'delay chamber,.nI
Data geometri, dimensi serta jenis-jenis komponen
yang

terpasang,.

pembagian

diuraikan

daerah

sesuai

perhitungan

dengan

seperti

telah

diuraikan sebelumnya, yaitu:

tekanan

di

chamber'

berfiJngsi

untuk

teras,

yaitu

perbedaan tekanan antara permukaan atas ('inlet')
dengan bagian bawah teras telah diukur langsung..

aliran

di

bawah

r~O,35 m dan jarak antara r1 -r2 = 0,5 m

data tersebut, total hilang tekanan

diDeroleh:

fluida(m/s)

Reynold

friksi (f)

Hilangtekanan(m air)/2/.1Y

pipa

231

2,91 X

0.015

tiga

bagian

0,036

elbow

0,367

3

bagian

(belakang)

berhubungan dengan 'outler, (Iihat Gambar 2).

teras (1 buah), dengan dimensi r1=0,46 m;

koeflSien

menjadi

bagian

-'elbow' 90°(3 buah) dan

Bilangan

ruangan

pending in.

aliran masuk primer,

dan

-pipa (1=6,2 m; d=O,7 m),

Kecepatan

dibagi

aliran

(tengah)

air.

-kontraksi/penyempitan

suatu

yan~1 menerima

dan diperoleh sebesar 0,6 bar 151,
atau _Hc = 6,0 m

Berdasarkan

menunda

Rual1gan tersebut

dalam

adalah

utama, yaitu: bagian 1 (atas) merupakan ruangan

a. Hilang tekanan di dalam teras.
Hilang

'Delay

berukuran p x Ix t = 5,87 m x 2,4 m x 5,5 m yang

konb"aIKsi

total

0,031

0,434

105

TKRR-8
Hal 8-4 dari 8-10

2

yang

Analisis Gangguan Penurunan Tekanan dan.
Setiyanto. dkk

inlet

:,.--,,-7'
r+-,--