TEORI Diskripsi Perpindahan Panas Pada Model Pendingin Primer Reaktor
Studi Efek Cerobong Pada Model Pending!n
Endiah Pup Has/uti
STUDI EFEK CEROBONG
PADA MODEL PENDINGIN PRIMER REAKTOR
Endiah Puji Hastuti
Pusat Reaktor Serba Guna -BATAN
Abstrak
Pendinginan konveksi bebas dengan menggunakan cerobong merupakan salah satu
konsep keselamatan melekat. Pada proses perpindahan panas konveksi bebas, gerakan fluida
disebabkan oleh adanya perbedaan temperatur.
Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen untuk
mempelajari efek cerobong pada model pendingin primer reaktor. Penelitian dilakukan dengan
membuat sebuah model sistem perpindahan panas di dalam reaktor, dengan pemanas listrik
sebagai pengganti bahan bakar nuklir.
Efek cerobong diamati dengan menambah ketinggian
tangki eksperimen.
Hasil eksperimen kemudian dievaluasi dengan menggunakan bantuan paket
program NA TCON yang dimodifikasi.
Abstract
Free convection cooling by using chimney as a one of passive safety concept. In the
free convection process, movement of the fluida are caused by temperature difference. Research
was done by making experimental to get the chimney effect study of the primary coolant reactor
model. The experimental model was done by making a vertically cylindrical electrical heater, as a
fuel element. Chimney effect are monitoring by adding the higher experimental tank. The
calculation model was carried out by using a modified NATCON computer program.
PENDAHULUAN
Studi
pada
adanya
pemanfaatan
saat ini mengarah
keandalan
dan
--
juga
meningkatkan
limbah
ditujukan
menurunkan
menekan
biaya
operasi,
operasi,
awal,
memperpendek
dan memperkecil
produksi
radioaktif.
konsep
yang
disebut
salah
satu
pemanfaatan
efek
itu
untuk
investasi
Untuk memenuhi
lahir
Selain
kemudahan
waktu konstruksi
nuklir
pada peningkatan
keselamatan.
pengembangan
perawatan,
energi
chimney
keselamatan
konsep
bebas, menjadi
ini.
model
Penelitian
ini
terakhir
pasif,
dengan
alamo Fenomena
(cerobong)
panas
nuklir
adalah
fenomena
menghilangkan
tersebut
keselamatan
caranya
pada sistem pendingin
tujuan
yang
diterapkan
primer reaktor untuk
secara
konveksi
di dalam
penelitian
dilakukan
dengan
menambah
Hasil
sebagai
pengganti
bahan bakar.
cerobong
ketinggian
eksperimen
dengan
diamati
tangki
eksperimen.
kemudian
menggunakan
dengan
dievaluasi
bantuan
paket
program NATCON.
OJ dalam
pengamatan
penelitian
ini dilakukan
karakteristik
perpindahan
panas pendingin primer sebagai fungsi daya
dengan
fluida
kondisi
fase
dilakukan
primer
cerobong
variasi
yang
dipertahankan
pada
Selain
juga
tunggal.
pengamatan
yang
pengaruh
temperatur
diakibatkan
pada
adanya
ketinggian
pendinginan
cerobong
pendingin
oleh
penambahan
tinggi
itu
teras
yang
reaktor,
digunakan
adalah 10 cm, 30 cm dan 50 cm.
TEORI
Diskripsi Perpindahan Panas Pada Model
Pendingin Primer Reaktor
membuat sebuah mode! sistem perpindahan
panas dalam reaktor dengan pemanas listrik
efek
Perpindahan
reaktor
pengaruh
TKRR -10
ke sistem
panas
pendingin
dari
teras
primer
yang
Prosiding Seminal ke-3 Teknologi dan Keselamalan PL TN ser1a Fasililas Nuklir
PPTKR-PRSG. Serpong, 5-6 Semptember
terjadi
secara
konvek si bebas
dengan perpindahan panas
antara
dua
silinder
dimodelkan
yang
koaksial
vertikal.
Model
perp
geometri
seperti
ini
terjadi
pemanas,
mencukupi.
(konsentris)indanan
panas
digambarkan
pada
METODE EKSPERIMEN
secara
seperti yang terlihat pad a gambar
skematis
oleh aliran fluida panas untuk keluar dari unit
1.
Dalam
sebagai
rancangan
model
bahan
pemanas
bakar,
dianggap
bahwa seluruh bahan bakar di dalam teras
reaktor
diwakili
Untuk
dilakukan
arus
oleh
mengatur
sebuah
besarnya
dengan
Itegangan
pemanas.
daya
pemanas
cara mengatur
besarnya
melalui
regu!ator
dengan
daerah kerja dari 0 sampai 250 volt.
kelongsong
berbentuk
mm,
silinder
tebal
dengan
nickel
oleh sistem
Eksperimen
dilakukan
data
antara fluida'dingin
berasal
dari alat penukar
panas
dari
adanya
teras
gradien
panas dan fluida
reaktor
rapat
yang
terjadi
massa
akibat
sehingga
terjadi aliran konveksi bebas.
atas teras reaktor.
panas
vertikal
yang
oleh
dimaksudkan
Pemilihan
agar
dimensi
adanya gradien temperatur
laju
seperti
kemudian
tunak
perpindahan
langkah
telah
panas
dilakukan
dengan
tangki
koaksial,
eksperimen
Paket Program
digunakan
ruang
panas
cerobong
angkat
Paket
termohidraulika
pemilihan dimensi
daya
8etelah
Untuk melihat adanya efek
selanjutnya
di
pengambilan
ketinggian
hasil pengambilan
yang baik perlu dilakukan
kondisi
ketinggian
ini
berisi air pending in tersebut.
Untuk memperoleh
cerobong.
reaktor
berisi air pendingin
Mekanisme
dipengaruhi
ini
diulangi untuk tingkat
menambah
dengan cerobong
pending in primer
adalah ruang vertikal
apabila
pada
berikut:
dihidupkan
eksperimen
Diskripsi
Yang dimaksud
model
maka
bakar
untuk
kenaikan daya diulangi.
Efek Cerobong
pada
cerobong
dari jenis
bahan
telah tersusun
Eksperimen
daya yang lain.
mm
pending in primer.
sebagai
1, pemanas
dicatat
31,75
600
dengan langkah kerja
eksperimen
tercapai.
Gradien temperatur
diameter
panjang
Model
didinginkan
Gambar
Rangkaian alat eksperimen
dan
bahan fila men pemanas
dan pengamatan
Gambar 1:
dengan
1 mm
chromium.
rangkaian
Model
bahan bakar terbuat dari 88 304
ini
akibat
yang dibutuhkan
tunggal
NATCON
program
untuk
reaktor
NATCON
menganalisis
plat bahan bakar dan kanal
yang
dioperasikan
pada
kondisi tunak ("steady state"). Korelasi yang
digunakan
secara
di dalam
NATCON
diselesaikan
iteratif untuk mendapatkan
pending in, distribusi
temperatur
laju alir
pendingin
dan bahan bakar sebagai fungsi posisi aksial
bahan
bakar serta fiuks
panas
terjadi kondisi awal pendidihan
TKRR-10
Hal 10-2 dari
10-11
pada
saat
inti ("ONB").
Studi Efek Cerobong Pada Model Pendingin
Endiah Puji Hastuti
STUDI EFEK CEROBONG
PADA MODEL PENDINGIN PRIMER REAKTOR
Endiah Puji Hastuti
Pusat Reaktor Serba Guna -BATAN
Abstrak
Pendinginan konveksi bebas dengan menggunakan cerobong merupakan salah satu
konsep keselamatan melekat.
Pada proses perpindahan panas konveksi bebas, gerakan fluida
disebabkan oleh adanya perbedaan temperatur. Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen untuk
mempelajari efek cerobong pada model pendingin primer reaktor. Pene.litian dilakukan dengan
membuat sebuah model sistem perpindahan panas di dalam reaktor, dengan pemanas listrik
sebagai pengganti bahan bakar nuklir.
Efek cerobong diamati dengan menambah ketinggian
tangki eksperimen.
Hasi! eksperimen kemudian dievaluasi dengan menggunakan bantuan paket
program NATCON yang dimodifikasi.
Abstract
Free convection cooling by using chimney as a one of passive safety concept.
In the
free convection process, movement of the fluida are caused by temperature difference. Research
was done by making experimental to get the chimney effect study of the primary coolant reactor
model. The experimental model was done by making a vertically cylindrical electrical heater, as a
fuel element. Chimney effect are monitoring by adding the higher experimental tank. The
calculation model was carried out by using a modified NATCON computer program.
PENDAHULUAN
Studi
adanya
pemanfaatan
pada saat fni mengarah
keandalan
dan
keselamatan.
pengembangan
juga
meningkatkan
perawatan,
menekan
yang
salah
awal,
memperpendek
dan memperkecil
konsep
produksi
disebut
satu
chimney
memenuhi
tujuan
tersebut
keselamatan
nuklir
terakhir
konsep
keselamatan
caranya
adalah
fenomena
menghilangkan
bebas, menjadi
panas
model
Penelitian
ini
pasif,
dengan
alamo Fenomena
(cerobong)
pada sistem pendingin
ini.
untuk
radioaktif.
pemanfaatan
efek
itu
Hasil
yang
diterapkan
primer reaktor untuk
secara
konveksi
di dalam
penelitian
dilakukan
dengan
dengan
sebagai pengganti
bahan bakar.
Pengaruh
diamati
tangki
kemudian
menggunakan
dengan
eksperimen.
dievaluasi
bantuan
paket
program NA TCON.
Oi dalam
pengamatan
penelitian
ini dilakukan
karakteristik
perpindahan
panas pendingin primer sebagai fungsi daya
dengan
fluida
kondisi
fase
dilakukan
primer
variasi
yang
yang
dipertahankan
pada
Selain
juga
tunggal.
pengamatan
pengaruh
cerobong
diakibatkan
tinggi
adanya
ketinggian
pendinginan
cerobong
pendingin
oleh
penambahan
pada
itu
temperatur
teras
yang
reaktor,
digunakan
adalah 10 cm, 30 cm dan 50 cm.
TEORI
Diskripsi Perpindahan Panas Pada Model
Pendingin Primer Reaktor
membuat sebuah model sistem perpindahan
panas dalam reaktor dengan pemanas listrik
cerobong.
ketinggian
eksperimen
operasi,
investasi
operasi,
Untuk
lahir
ditujukan
menurunkan
biaya
nuklir
Selaln
kemudahan
waktu konstruksi
limbah
energi
pada peningkatan
efek
menambah
Perpindahan
reaktor
TKRR-10
Hal 10-1 dari 10-11
ke sistem
panas
pendingin
dari
teras
primer
yang
Proslding Seminal ke-3 Teknologi dan Keselamalan PLTN ser1a Fasilrtas Nuklir
PPTKR-PRSG. Serpong, 5-6 Semptember
terjadi
secara
dengan
konveksi
perpindahan
antara
dua
vertikal.
silinder
Model
geometri
panas
dimodelkan
yang
koaksial
ini
terjadi
oleh aliran fluida panas untuk keluar dari unit
pemanas, mencukupi.
(konsentris)
perpindahan
seperti
skematis
bebas
panas
digambarkan
pada
METODE EKSPERIMEN
secara
Dalam
seperti yang terlihat pada gambar
sebagai
1.
rancangan
model
bahan
pemanas
bakar,
dianggap
bahwa seluruh bahan bakar di dalam teras
reaktor
diwakili
Untuk
mengatur
dilakukan
arus
oleh
sebuah
besarnya
dengan
Itegangan
pemanas.
daya
pemanas
cara mengatur
besarnya
melalui
regulator
dengan
daerah kerja dari 0 sampai 250 volt.
Model
kelongsong bahan bakar terbuat dari 88 304
berbentuk
mm,
silinder
tebal
aengan
nickel
oleh
Eksperimen
dilakukan
Gradien temperatur
berasal
dari alat penukar panas dan fluida
panas
dari
adanya
teras
gradien
reaktor
rapat
terjadi
massa
akibat
sehingga
terjadi aliran konveksi bebas.
pendingin
panas
vertikal
Mekanisme
dipengaruhi
yang
oleh
berisi
Untuk memperoleh
reaktor
dimaksudkan
agar
air pendingin
dimensi
daya
adanya gradien temperatur
sebagai
apabila
berikut:
daya yang lain.
cerobong
maka
kondisi
Eksperimen
8etelah
pada
seperti
kemudian
tunak
telah
diulangi untuk tingkat
Untuk melihat adanya efek
laju
perpindahan
eksperimen
menambah
ketinggian
selanjutnya
langkah
panas
dilakukan
dengan
tangki
koaksial,
eksperimen
Paket Program
di
termohidraulika
tersebut.
panas
dimensi
cerobong
angkat
Paket
digunakan
ruang
hasil pengambilan
Pemilihan
primer.
dihidupkan
ini
pengambilan
ketinggian
yang baik perlu dilakukan pemilihan
cerobong.
pendingin
ini
dengan langkah kerja
1, pemanas
dengan cerobong
primer
adalah ruang vertikal berisi air pendingin
atas teras reaktor.
sistem
bakar
Gambar
Diskripsi
Yang dimaksud
model
dari jenis
bahan
untuk
kenaikan daya diulangi.
Efek Cerobong
pada
pemanas
telah tersusun
dicatat
31,75
600 mm
rangkaian eksperimen
tercapai.
antara fluida ding in yang
diameter
panjang
Model
didinginkan
data
Rangkaian alat eksperimen
dan
bahan filamen
chromium.
dan pengamatan
Gambar1
dengan
1 mm
ini
akibat
yang dibutuhkan
tunggal
NATCON
program
untuk
reaktor
NATCON
menganalisis
plat bahan bakar dan kanal
yang
dioperasikan
pada
kondisi tunak ("steady state"). Korelasi yang
digunakan
di dalam
NATCON
diselesaikan
secara iteratif untuk mendapatkan
pendingin,
distribusi
temperatur
laju alir
pendingin
dan bahan bakar sebagai fungsi posisi aksial
bahan
bakar serta fluks
panas
pada
saat
terjadi kondisi awal pendidihan inti ("ONB").
TKRR-10
Hal 10-2 dati 10-11
~
Studi Efek Cerobong Pada Model Pendingin
Endiah Puji Has/u/i
Paket program NATCON yang asli
tidak
dapat
langsung
analisis
digunakan
dalam
ini
karena
eksperimen
keterbatasannya,
pendingin
yaitu,
hanya
untuk
Pin = rapat massa di sisi masuk kanal
AC =Iuas
berbentuk
sistem
silinder,
pendingin
primer.
perhitungan
NATCON
eksperimen
ini, maka
dalam
paket
perhitungan
akibat
adanya
Besarnya
yaitu
kalang
(pressure
drop)
pend.ingin
dan
~L.. -+fL\z,
,.J p,DH
Ac(-+
p=
rapat massa
V=
kecepatan aliran fluida pendingin
9 =
percepatan gravitasi
pengamatan
dari
dilakukan
f = faktor gesekan
melakukan
perubahan
beberapa
Dzi= jarak
anulus.
Perubahan
node
pada
data yang -diperoleh
DH= diameter hidraulik kanal pendingin
anulus.
disesuaikan
bilangan
pout=rapat massa pendingin keluar kanal
HL = hilang tekan di dalam pipa
Input
dengan
program
perubahan
Suku per1ama dan
menyatakan
ketiga
besarnya
didalam
tahanan
panas
menganalisis
model
digunakan
bahan
perpindahan
bakar
di
persamaan-persamaan
perpindahan
panas
dimasukkan
ke
yang
konveksibebas
dalam
paket
dua
alas,
yang
program.
Harga kece'patan alir diperoleh apabila gaya
apung,
Fa,
dapat mengatasi
gaya
sepanjang
(1)
gaya
apung
Fa = (pc -PinJ AC LC gc
(2)
tahanan
pendingin.
aliran
HL
sepanjang
pipa.
Besarnya
=
~g 2~A P[ Ik;
rerata
di
HL ini dihitung
+f 2 D I
}:;kj= harga rerugi karena pengecilan
~
pembesaran pipa
= gaya gesek di sepanjang kalang
Ii
= panjang pipa ke i
OJ= diameter pipa ke i
dengan:
massa
adalah
persamaan :
Ap = luas tampang lintang pipa
Pc= rapat
di
(4)
dengan~
diformulasikan
dengan persamaan
kanal
dengan menggunakan
HL
FfiAC = FIAC
besarnya
pada
suku ke
besarnya kehilangan tekanan yangterjadi
gesek,
FF. yaitu :
Besarnya
adalah
kurung
aliran
sisi mas uk dan sisi keluar kalang,
Untuk
kanal
pendingin
Pi = rapat massa pendingin pada node
untuk menghitung
saluran
tetap
dilakukan
subrutin
Nusselt dan konstanta faktor entrance untuk
kemudian
H
pending in pada node
program
dari eksperimen
I
Pow,
-]+
dengan:
Modifikasi
memasukkan
:
(3)
mampu
termoh.idraulik
untuk silinder vertikal berbentuk
bentuk
I
2p,.
diformula-
persamaan
penambahan
persamaan
dengan
(pVill)l
2g
F, =
model yang diamati.
dengan
gesek
modifikasi
agar program
parameter
gaya
sikan dengan menggunakan
program
menganalisis
dilakukan
tekan
beberapa persamaan
mencakup
Agar
dapat
program
hilang
menghitung
juga
kanal
plat.
Oi dalam eksperimen ini, selain model bahan
bakar
lintang
pendingin
LC = panjang kanal pendingin
kanal
dan bahan bakar berbentuk
tampang
sepanjang
kanal,
TKRR -10
al 10-3 dari 10-1
dan
Proslding Seminal ke-3 Teknologi dan Keselamalan PLTN serta Fasililas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 Semptember
Besarnya
akibat
driving
pressure
adanya
yang
cerobong
dengan menggunakan
terjadi
diformulasikan
menghitung
harga
persamaan:
WTSAT
menghitung
(5)
digunakan
temperatur
dimana :
air pada
tekanan tertentu.
yang meliputi
bahan bakar dan sistem
rout = rapat massa di sisi keluar kanal
faktor kanal terpanas,
dan temperatur
ukuran kanal,
pemipaan,
distribusi
faktor-
fluks aksial
Hc
= tinggi cerobong
= percepatan gravitasi
Data sifat fisik air dihitung di dalam subrutin
gc
= faktor konversi dimensional
yang ada.
memperoleh
harga
kecepatan
harga
tebakan
suatu
kemudian
diiterasi.
diketahui,
maka
perpindahan
panas konveksi (h), temperatur
fluida pendingin
bahan
bakar
temperatur
inti
besarnya
dan temperatur
dapat
dihitung.
terjadi
koefisien
untuk
pendidihan
kasus
alamiah
tingkat
daya
Sedangkan
sedangkan
dengan
satu
fase,
dilihat
hasil
-T,)(2.30/pOO'!4)
perhitungan
masukan
data
eksperimen
hasil
itu
sendiri.
adalah
fluids
fluks
Tw
= temperatur
dinding pemanas
Ts
= temperatur
jenuh fluida pendingin
membandingkan
keluar
antara
1. Subrutin
WATER
menghitung
digunakan
sifat-sifat
air, viskositas
air (rapat
dinamik,
dan konduktivitas
panas
massa
spesifik
air) pada temperatur
Subrutin
FFCON
digunakan
untuk
2
hasil
dapat
pendingin
masuk
temperatur
Gambar
disebabkan
tersebut
perhitungan
karena
asumsi
sedangkan
di
keduanya
TKRR. 10
Hal 10.4 dari 10-11
menunjukkan
lebih
hasil eksperimen
menggunakan
yang sarna.
tersebut
temperatur
pendingin
hasil
eksperimen
dan
grafik
hasil
menggambarkan
pending in sebagai fungsi
harganya dibanding
kemungkinan
tertentu.
yang
input),
panas.
perhitungan,
bahwa
untuk
Data
dan
pendingin
sebagai
temperatur
NA TCON ada tiga buah yaitu:
akan
dengan
pemanas dan laju stir.
= tekanan fluida pendingin
program
3
dilihat
hasil
temperatur
(temperatur
p
Subrutin yang digunakan di dalam
250
sId
perhitungan
penelitian
Gambar
dengan:
1
dapat
analisis
hasil-hasil
digunakan
(6)
dengan
pacta Tabel
Dalam
dibandingkan
keluar
(q 1..1)ONB = ]5,60pl.l~6(Tw
dengan
pacta Tabel 4 sId 6.
dibandingkan
yaitu:
temperatur
cerobong
100 watt sampai
dapat
dengan
Rohsenow
kolam
aliran
masukan.
pengukuran
masing-masing
watt
Bergles
pada
Hasil
untuk
kelongsong
diformulasikan
korelasi
pendingin
HASIl. DAN PEMBAHASAN
awal ini
dinding dimana awal pendidihan
menggunakan
konveksi
tertentu
Bila kecepatan
fluida
aliran
dipilih
2.
diperlukan
9
Untuk
ini
data geometri
= rapat massa di sisi masuk kanal
untuk
jenuh
Sebagai data masukan
Pin
faktor
gesekan dan harga bilangan Nusselt.
3. Subrutin
Pd = (Pin -Pout)Hc(g/gc)
konstanta
dalam
fluks
dalam
tidak
menunjukkan
rendah
hal ini
perhitungan
panas
merata
eksperimen
demikian,
tetapi
kecenderungan
-:;~
?5
~
-?
Studi Efek Cerobong Pada Model Pendingin
Endiah Puji Has/ufi
1:-tol..,
loCI
,
dapat dijelaskan dari Gambar 4 dan Gambar
85f--
5.
_8ft
18
7ar
'*':;t=: ~~
.¥
65
88 f-
CPA)
~ C.robong
I
1
gll
1
~tli.
..'..."."'.0",:
1
I~
45Lk:::=
--1
1.5
2.5
3.5
;
I
4
2
Gambar 2
Grafik temperatur
pendingin
hasil pengukuran
dan perhitungan.
..:;...,;.
~::.:..:.::.
.~
4.5
Flu" PO'"(1A.' wi"')
-Pd
all...
t~
.:..
keluar
Ck8/MJI
10
-Cerobong I + C.robong II
C.robong III
8
Temperatur
pemanas
menyebabkan
pada
8r-
yang
energi
lapisan
dekat
semakin
yang
tinggi
terakumulasi
permukaan
pemanas
semakin besar sehingga laju perpindahan
4~
pendingin juga semakin cepat.
laju
---'
OL
2.5
1.5
3.5
4.5
Grafik
driving
pressure
sebagai
fungsi fluks.
Adanya
akan membantu
penambahan
menaikkan
pada perpindahan
bebas.
driving pressure
dengan
tinggi
meningkatnya
konveksi
Driving
dengan
adanya
tinggi
daya.
beda temperatur
massa
cerobong
dan
Hal ini terjadi
karena
yang mengakibatkan
bertambah
sebagai
ketinggian
massa
pendingin
cerobong
pada
tahanan
(friksi) semakin
besar pula.
besar.
aliran
pending in
dengan bertambahnya
sehingga
Hasil
Laju
friksi
alir
juga
dari
hasil
menunjukkan
adanya
peningkatan
yang
semakin
tinggi
laju
tinggi
sem~in
pendingin
diperoleh
daya
besar
Besarnya
yang
perhitungan
dengan
seperti
yang
terlihat pede Gambar 5.
Laju011,(kg/dol'
0.02
0.018~
0.016
.;w,.-
-I-
0.014 f-Cerobong
fungsi
0.01L
100
berbagai
dari hasil perhitungan,
+ CerObong III
200
150
Do,.
Endiah Pup Has/uti
STUDI EFEK CEROBONG
PADA MODEL PENDINGIN PRIMER REAKTOR
Endiah Puji Hastuti
Pusat Reaktor Serba Guna -BATAN
Abstrak
Pendinginan konveksi bebas dengan menggunakan cerobong merupakan salah satu
konsep keselamatan melekat. Pada proses perpindahan panas konveksi bebas, gerakan fluida
disebabkan oleh adanya perbedaan temperatur.
Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen untuk
mempelajari efek cerobong pada model pendingin primer reaktor. Penelitian dilakukan dengan
membuat sebuah model sistem perpindahan panas di dalam reaktor, dengan pemanas listrik
sebagai pengganti bahan bakar nuklir.
Efek cerobong diamati dengan menambah ketinggian
tangki eksperimen.
Hasil eksperimen kemudian dievaluasi dengan menggunakan bantuan paket
program NA TCON yang dimodifikasi.
Abstract
Free convection cooling by using chimney as a one of passive safety concept. In the
free convection process, movement of the fluida are caused by temperature difference. Research
was done by making experimental to get the chimney effect study of the primary coolant reactor
model. The experimental model was done by making a vertically cylindrical electrical heater, as a
fuel element. Chimney effect are monitoring by adding the higher experimental tank. The
calculation model was carried out by using a modified NATCON computer program.
PENDAHULUAN
Studi
pada
adanya
pemanfaatan
saat ini mengarah
keandalan
dan
--
juga
meningkatkan
limbah
ditujukan
menurunkan
menekan
biaya
operasi,
operasi,
awal,
memperpendek
dan memperkecil
produksi
radioaktif.
konsep
yang
disebut
salah
satu
pemanfaatan
efek
itu
untuk
investasi
Untuk memenuhi
lahir
Selain
kemudahan
waktu konstruksi
nuklir
pada peningkatan
keselamatan.
pengembangan
perawatan,
energi
chimney
keselamatan
konsep
bebas, menjadi
ini.
model
Penelitian
ini
terakhir
pasif,
dengan
alamo Fenomena
(cerobong)
panas
nuklir
adalah
fenomena
menghilangkan
tersebut
keselamatan
caranya
pada sistem pendingin
tujuan
yang
diterapkan
primer reaktor untuk
secara
konveksi
di dalam
penelitian
dilakukan
dengan
menambah
Hasil
sebagai
pengganti
bahan bakar.
cerobong
ketinggian
eksperimen
dengan
diamati
tangki
eksperimen.
kemudian
menggunakan
dengan
dievaluasi
bantuan
paket
program NATCON.
OJ dalam
pengamatan
penelitian
ini dilakukan
karakteristik
perpindahan
panas pendingin primer sebagai fungsi daya
dengan
fluida
kondisi
fase
dilakukan
primer
cerobong
variasi
yang
dipertahankan
pada
Selain
juga
tunggal.
pengamatan
yang
pengaruh
temperatur
diakibatkan
pada
adanya
ketinggian
pendinginan
cerobong
pendingin
oleh
penambahan
tinggi
itu
teras
yang
reaktor,
digunakan
adalah 10 cm, 30 cm dan 50 cm.
TEORI
Diskripsi Perpindahan Panas Pada Model
Pendingin Primer Reaktor
membuat sebuah mode! sistem perpindahan
panas dalam reaktor dengan pemanas listrik
efek
Perpindahan
reaktor
pengaruh
TKRR -10
ke sistem
panas
pendingin
dari
teras
primer
yang
Prosiding Seminal ke-3 Teknologi dan Keselamalan PL TN ser1a Fasililas Nuklir
PPTKR-PRSG. Serpong, 5-6 Semptember
terjadi
secara
konvek si bebas
dengan perpindahan panas
antara
dua
silinder
dimodelkan
yang
koaksial
vertikal.
Model
perp
geometri
seperti
ini
terjadi
pemanas,
mencukupi.
(konsentris)indanan
panas
digambarkan
pada
METODE EKSPERIMEN
secara
seperti yang terlihat pad a gambar
skematis
oleh aliran fluida panas untuk keluar dari unit
1.
Dalam
sebagai
rancangan
model
bahan
pemanas
bakar,
dianggap
bahwa seluruh bahan bakar di dalam teras
reaktor
diwakili
Untuk
dilakukan
arus
oleh
mengatur
sebuah
besarnya
dengan
Itegangan
pemanas.
daya
pemanas
cara mengatur
besarnya
melalui
regu!ator
dengan
daerah kerja dari 0 sampai 250 volt.
kelongsong
berbentuk
mm,
silinder
tebal
dengan
nickel
oleh sistem
Eksperimen
dilakukan
data
antara fluida'dingin
berasal
dari alat penukar
panas
dari
adanya
teras
gradien
panas dan fluida
reaktor
rapat
yang
terjadi
massa
akibat
sehingga
terjadi aliran konveksi bebas.
atas teras reaktor.
panas
vertikal
yang
oleh
dimaksudkan
Pemilihan
agar
dimensi
adanya gradien temperatur
laju
seperti
kemudian
tunak
perpindahan
langkah
telah
panas
dilakukan
dengan
tangki
koaksial,
eksperimen
Paket Program
digunakan
ruang
panas
cerobong
angkat
Paket
termohidraulika
pemilihan dimensi
daya
8etelah
Untuk melihat adanya efek
selanjutnya
di
pengambilan
ketinggian
hasil pengambilan
yang baik perlu dilakukan
kondisi
ketinggian
ini
berisi air pending in tersebut.
Untuk memperoleh
cerobong.
reaktor
berisi air pendingin
Mekanisme
dipengaruhi
ini
diulangi untuk tingkat
menambah
dengan cerobong
pending in primer
adalah ruang vertikal
apabila
pada
berikut:
dihidupkan
eksperimen
Diskripsi
Yang dimaksud
model
maka
bakar
untuk
kenaikan daya diulangi.
Efek Cerobong
pada
cerobong
dari jenis
bahan
telah tersusun
Eksperimen
daya yang lain.
mm
pending in primer.
sebagai
1, pemanas
dicatat
31,75
600
dengan langkah kerja
eksperimen
tercapai.
Gradien temperatur
diameter
panjang
Model
didinginkan
Gambar
Rangkaian alat eksperimen
dan
bahan fila men pemanas
dan pengamatan
Gambar 1:
dengan
1 mm
chromium.
rangkaian
Model
bahan bakar terbuat dari 88 304
ini
akibat
yang dibutuhkan
tunggal
NATCON
program
untuk
reaktor
NATCON
menganalisis
plat bahan bakar dan kanal
yang
dioperasikan
pada
kondisi tunak ("steady state"). Korelasi yang
digunakan
secara
di dalam
NATCON
diselesaikan
iteratif untuk mendapatkan
pending in, distribusi
temperatur
laju alir
pendingin
dan bahan bakar sebagai fungsi posisi aksial
bahan
bakar serta fiuks
panas
terjadi kondisi awal pendidihan
TKRR-10
Hal 10-2 dari
10-11
pada
saat
inti ("ONB").
Studi Efek Cerobong Pada Model Pendingin
Endiah Puji Hastuti
STUDI EFEK CEROBONG
PADA MODEL PENDINGIN PRIMER REAKTOR
Endiah Puji Hastuti
Pusat Reaktor Serba Guna -BATAN
Abstrak
Pendinginan konveksi bebas dengan menggunakan cerobong merupakan salah satu
konsep keselamatan melekat.
Pada proses perpindahan panas konveksi bebas, gerakan fluida
disebabkan oleh adanya perbedaan temperatur. Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen untuk
mempelajari efek cerobong pada model pendingin primer reaktor. Pene.litian dilakukan dengan
membuat sebuah model sistem perpindahan panas di dalam reaktor, dengan pemanas listrik
sebagai pengganti bahan bakar nuklir.
Efek cerobong diamati dengan menambah ketinggian
tangki eksperimen.
Hasi! eksperimen kemudian dievaluasi dengan menggunakan bantuan paket
program NATCON yang dimodifikasi.
Abstract
Free convection cooling by using chimney as a one of passive safety concept.
In the
free convection process, movement of the fluida are caused by temperature difference. Research
was done by making experimental to get the chimney effect study of the primary coolant reactor
model. The experimental model was done by making a vertically cylindrical electrical heater, as a
fuel element. Chimney effect are monitoring by adding the higher experimental tank. The
calculation model was carried out by using a modified NATCON computer program.
PENDAHULUAN
Studi
adanya
pemanfaatan
pada saat fni mengarah
keandalan
dan
keselamatan.
pengembangan
juga
meningkatkan
perawatan,
menekan
yang
salah
awal,
memperpendek
dan memperkecil
konsep
produksi
disebut
satu
chimney
memenuhi
tujuan
tersebut
keselamatan
nuklir
terakhir
konsep
keselamatan
caranya
adalah
fenomena
menghilangkan
bebas, menjadi
panas
model
Penelitian
ini
pasif,
dengan
alamo Fenomena
(cerobong)
pada sistem pendingin
ini.
untuk
radioaktif.
pemanfaatan
efek
itu
Hasil
yang
diterapkan
primer reaktor untuk
secara
konveksi
di dalam
penelitian
dilakukan
dengan
dengan
sebagai pengganti
bahan bakar.
Pengaruh
diamati
tangki
kemudian
menggunakan
dengan
eksperimen.
dievaluasi
bantuan
paket
program NA TCON.
Oi dalam
pengamatan
penelitian
ini dilakukan
karakteristik
perpindahan
panas pendingin primer sebagai fungsi daya
dengan
fluida
kondisi
fase
dilakukan
primer
variasi
yang
yang
dipertahankan
pada
Selain
juga
tunggal.
pengamatan
pengaruh
cerobong
diakibatkan
tinggi
adanya
ketinggian
pendinginan
cerobong
pendingin
oleh
penambahan
pada
itu
temperatur
teras
yang
reaktor,
digunakan
adalah 10 cm, 30 cm dan 50 cm.
TEORI
Diskripsi Perpindahan Panas Pada Model
Pendingin Primer Reaktor
membuat sebuah model sistem perpindahan
panas dalam reaktor dengan pemanas listrik
cerobong.
ketinggian
eksperimen
operasi,
investasi
operasi,
Untuk
lahir
ditujukan
menurunkan
biaya
nuklir
Selaln
kemudahan
waktu konstruksi
limbah
energi
pada peningkatan
efek
menambah
Perpindahan
reaktor
TKRR-10
Hal 10-1 dari 10-11
ke sistem
panas
pendingin
dari
teras
primer
yang
Proslding Seminal ke-3 Teknologi dan Keselamalan PLTN ser1a Fasilrtas Nuklir
PPTKR-PRSG. Serpong, 5-6 Semptember
terjadi
secara
dengan
konveksi
perpindahan
antara
dua
vertikal.
silinder
Model
geometri
panas
dimodelkan
yang
koaksial
ini
terjadi
oleh aliran fluida panas untuk keluar dari unit
pemanas, mencukupi.
(konsentris)
perpindahan
seperti
skematis
bebas
panas
digambarkan
pada
METODE EKSPERIMEN
secara
Dalam
seperti yang terlihat pada gambar
sebagai
1.
rancangan
model
bahan
pemanas
bakar,
dianggap
bahwa seluruh bahan bakar di dalam teras
reaktor
diwakili
Untuk
mengatur
dilakukan
arus
oleh
sebuah
besarnya
dengan
Itegangan
pemanas.
daya
pemanas
cara mengatur
besarnya
melalui
regulator
dengan
daerah kerja dari 0 sampai 250 volt.
Model
kelongsong bahan bakar terbuat dari 88 304
berbentuk
mm,
silinder
tebal
aengan
nickel
oleh
Eksperimen
dilakukan
Gradien temperatur
berasal
dari alat penukar panas dan fluida
panas
dari
adanya
teras
gradien
reaktor
rapat
terjadi
massa
akibat
sehingga
terjadi aliran konveksi bebas.
pendingin
panas
vertikal
Mekanisme
dipengaruhi
yang
oleh
berisi
Untuk memperoleh
reaktor
dimaksudkan
agar
air pendingin
dimensi
daya
adanya gradien temperatur
sebagai
apabila
berikut:
daya yang lain.
cerobong
maka
kondisi
Eksperimen
8etelah
pada
seperti
kemudian
tunak
telah
diulangi untuk tingkat
Untuk melihat adanya efek
laju
perpindahan
eksperimen
menambah
ketinggian
selanjutnya
langkah
panas
dilakukan
dengan
tangki
koaksial,
eksperimen
Paket Program
di
termohidraulika
tersebut.
panas
dimensi
cerobong
angkat
Paket
digunakan
ruang
hasil pengambilan
Pemilihan
primer.
dihidupkan
ini
pengambilan
ketinggian
yang baik perlu dilakukan pemilihan
cerobong.
pendingin
ini
dengan langkah kerja
1, pemanas
dengan cerobong
primer
adalah ruang vertikal berisi air pendingin
atas teras reaktor.
sistem
bakar
Gambar
Diskripsi
Yang dimaksud
model
dari jenis
bahan
untuk
kenaikan daya diulangi.
Efek Cerobong
pada
pemanas
telah tersusun
dicatat
31,75
600 mm
rangkaian eksperimen
tercapai.
antara fluida ding in yang
diameter
panjang
Model
didinginkan
data
Rangkaian alat eksperimen
dan
bahan filamen
chromium.
dan pengamatan
Gambar1
dengan
1 mm
ini
akibat
yang dibutuhkan
tunggal
NATCON
program
untuk
reaktor
NATCON
menganalisis
plat bahan bakar dan kanal
yang
dioperasikan
pada
kondisi tunak ("steady state"). Korelasi yang
digunakan
di dalam
NATCON
diselesaikan
secara iteratif untuk mendapatkan
pendingin,
distribusi
temperatur
laju alir
pendingin
dan bahan bakar sebagai fungsi posisi aksial
bahan
bakar serta fluks
panas
pada
saat
terjadi kondisi awal pendidihan inti ("ONB").
TKRR-10
Hal 10-2 dati 10-11
~
Studi Efek Cerobong Pada Model Pendingin
Endiah Puji Has/u/i
Paket program NATCON yang asli
tidak
dapat
langsung
analisis
digunakan
dalam
ini
karena
eksperimen
keterbatasannya,
pendingin
yaitu,
hanya
untuk
Pin = rapat massa di sisi masuk kanal
AC =Iuas
berbentuk
sistem
silinder,
pendingin
primer.
perhitungan
NATCON
eksperimen
ini, maka
dalam
paket
perhitungan
akibat
adanya
Besarnya
yaitu
kalang
(pressure
drop)
pend.ingin
dan
~L.. -+fL\z,
,.J p,DH
Ac(-+
p=
rapat massa
V=
kecepatan aliran fluida pendingin
9 =
percepatan gravitasi
pengamatan
dari
dilakukan
f = faktor gesekan
melakukan
perubahan
beberapa
Dzi= jarak
anulus.
Perubahan
node
pada
data yang -diperoleh
DH= diameter hidraulik kanal pendingin
anulus.
disesuaikan
bilangan
pout=rapat massa pendingin keluar kanal
HL = hilang tekan di dalam pipa
Input
dengan
program
perubahan
Suku per1ama dan
menyatakan
ketiga
besarnya
didalam
tahanan
panas
menganalisis
model
digunakan
bahan
perpindahan
bakar
di
persamaan-persamaan
perpindahan
panas
dimasukkan
ke
yang
konveksibebas
dalam
paket
dua
alas,
yang
program.
Harga kece'patan alir diperoleh apabila gaya
apung,
Fa,
dapat mengatasi
gaya
sepanjang
(1)
gaya
apung
Fa = (pc -PinJ AC LC gc
(2)
tahanan
pendingin.
aliran
HL
sepanjang
pipa.
Besarnya
=
~g 2~A P[ Ik;
rerata
di
HL ini dihitung
+f 2 D I
}:;kj= harga rerugi karena pengecilan
~
pembesaran pipa
= gaya gesek di sepanjang kalang
Ii
= panjang pipa ke i
OJ= diameter pipa ke i
dengan:
massa
adalah
persamaan :
Ap = luas tampang lintang pipa
Pc= rapat
di
(4)
dengan~
diformulasikan
dengan persamaan
kanal
dengan menggunakan
HL
FfiAC = FIAC
besarnya
pada
suku ke
besarnya kehilangan tekanan yangterjadi
gesek,
FF. yaitu :
Besarnya
adalah
kurung
aliran
sisi mas uk dan sisi keluar kalang,
Untuk
kanal
pendingin
Pi = rapat massa pendingin pada node
untuk menghitung
saluran
tetap
dilakukan
subrutin
Nusselt dan konstanta faktor entrance untuk
kemudian
H
pending in pada node
program
dari eksperimen
I
Pow,
-]+
dengan:
Modifikasi
memasukkan
:
(3)
mampu
termoh.idraulik
untuk silinder vertikal berbentuk
bentuk
I
2p,.
diformula-
persamaan
penambahan
persamaan
dengan
(pVill)l
2g
F, =
model yang diamati.
dengan
gesek
modifikasi
agar program
parameter
gaya
sikan dengan menggunakan
program
menganalisis
dilakukan
tekan
beberapa persamaan
mencakup
Agar
dapat
program
hilang
menghitung
juga
kanal
plat.
Oi dalam eksperimen ini, selain model bahan
bakar
lintang
pendingin
LC = panjang kanal pendingin
kanal
dan bahan bakar berbentuk
tampang
sepanjang
kanal,
TKRR -10
al 10-3 dari 10-1
dan
Proslding Seminal ke-3 Teknologi dan Keselamalan PLTN serta Fasililas Nuklir
PPTKR-PRSG, Serpong, 5-6 Semptember
Besarnya
akibat
driving
pressure
adanya
yang
cerobong
dengan menggunakan
terjadi
diformulasikan
menghitung
harga
persamaan:
WTSAT
menghitung
(5)
digunakan
temperatur
dimana :
air pada
tekanan tertentu.
yang meliputi
bahan bakar dan sistem
rout = rapat massa di sisi keluar kanal
faktor kanal terpanas,
dan temperatur
ukuran kanal,
pemipaan,
distribusi
faktor-
fluks aksial
Hc
= tinggi cerobong
= percepatan gravitasi
Data sifat fisik air dihitung di dalam subrutin
gc
= faktor konversi dimensional
yang ada.
memperoleh
harga
kecepatan
harga
tebakan
suatu
kemudian
diiterasi.
diketahui,
maka
perpindahan
panas konveksi (h), temperatur
fluida pendingin
bahan
bakar
temperatur
inti
besarnya
dan temperatur
dapat
dihitung.
terjadi
koefisien
untuk
pendidihan
kasus
alamiah
tingkat
daya
Sedangkan
sedangkan
dengan
satu
fase,
dilihat
hasil
-T,)(2.30/pOO'!4)
perhitungan
masukan
data
eksperimen
hasil
itu
sendiri.
adalah
fluids
fluks
Tw
= temperatur
dinding pemanas
Ts
= temperatur
jenuh fluida pendingin
membandingkan
keluar
antara
1. Subrutin
WATER
menghitung
digunakan
sifat-sifat
air, viskositas
air (rapat
dinamik,
dan konduktivitas
panas
massa
spesifik
air) pada temperatur
Subrutin
FFCON
digunakan
untuk
2
hasil
dapat
pendingin
masuk
temperatur
Gambar
disebabkan
tersebut
perhitungan
karena
asumsi
sedangkan
di
keduanya
TKRR. 10
Hal 10.4 dari 10-11
menunjukkan
lebih
hasil eksperimen
menggunakan
yang sarna.
tersebut
temperatur
pendingin
hasil
eksperimen
dan
grafik
hasil
menggambarkan
pending in sebagai fungsi
harganya dibanding
kemungkinan
tertentu.
yang
input),
panas.
perhitungan,
bahwa
untuk
Data
dan
pendingin
sebagai
temperatur
NA TCON ada tiga buah yaitu:
akan
dengan
pemanas dan laju stir.
= tekanan fluida pendingin
program
3
dilihat
hasil
temperatur
(temperatur
p
Subrutin yang digunakan di dalam
250
sId
perhitungan
penelitian
Gambar
dengan:
1
dapat
analisis
hasil-hasil
digunakan
(6)
dengan
pacta Tabel
Dalam
dibandingkan
keluar
(q 1..1)ONB = ]5,60pl.l~6(Tw
dengan
pacta Tabel 4 sId 6.
dibandingkan
yaitu:
temperatur
cerobong
100 watt sampai
dapat
dengan
Rohsenow
kolam
aliran
masukan.
pengukuran
masing-masing
watt
Bergles
pada
Hasil
untuk
kelongsong
diformulasikan
korelasi
pendingin
HASIl. DAN PEMBAHASAN
awal ini
dinding dimana awal pendidihan
menggunakan
konveksi
tertentu
Bila kecepatan
fluida
aliran
dipilih
2.
diperlukan
9
Untuk
ini
data geometri
= rapat massa di sisi masuk kanal
untuk
jenuh
Sebagai data masukan
Pin
faktor
gesekan dan harga bilangan Nusselt.
3. Subrutin
Pd = (Pin -Pout)Hc(g/gc)
konstanta
dalam
fluks
dalam
tidak
menunjukkan
rendah
hal ini
perhitungan
panas
merata
eksperimen
demikian,
tetapi
kecenderungan
-:;~
?5
~
-?
Studi Efek Cerobong Pada Model Pendingin
Endiah Puji Has/ufi
1:-tol..,
loCI
,
dapat dijelaskan dari Gambar 4 dan Gambar
85f--
5.
_8ft
18
7ar
'*':;t=: ~~
.¥
65
88 f-
CPA)
~ C.robong
I
1
gll
1
~tli.
..'..."."'.0",:
1
I~
45Lk:::=
--1
1.5
2.5
3.5
;
I
4
2
Gambar 2
Grafik temperatur
pendingin
hasil pengukuran
dan perhitungan.
..:;...,;.
~::.:..:.::.
.~
4.5
Flu" PO'"(1A.' wi"')
-Pd
all...
t~
.:..
keluar
Ck8/MJI
10
-Cerobong I + C.robong II
C.robong III
8
Temperatur
pemanas
menyebabkan
pada
8r-
yang
energi
lapisan
dekat
semakin
yang
tinggi
terakumulasi
permukaan
pemanas
semakin besar sehingga laju perpindahan
4~
pendingin juga semakin cepat.
laju
---'
OL
2.5
1.5
3.5
4.5
Grafik
driving
pressure
sebagai
fungsi fluks.
Adanya
akan membantu
penambahan
menaikkan
pada perpindahan
bebas.
driving pressure
dengan
tinggi
meningkatnya
konveksi
Driving
dengan
adanya
tinggi
daya.
beda temperatur
massa
cerobong
dan
Hal ini terjadi
karena
yang mengakibatkan
bertambah
sebagai
ketinggian
massa
pendingin
cerobong
pada
tahanan
(friksi) semakin
besar pula.
besar.
aliran
pending in
dengan bertambahnya
sehingga
Hasil
Laju
friksi
alir
juga
dari
hasil
menunjukkan
adanya
peningkatan
yang
semakin
tinggi
laju
tinggi
sem~in
pendingin
diperoleh
daya
besar
Besarnya
yang
perhitungan
dengan
seperti
yang
terlihat pede Gambar 5.
Laju011,(kg/dol'
0.02
0.018~
0.016
.;w,.-
-I-
0.014 f-Cerobong
fungsi
0.01L
100
berbagai
dari hasil perhitungan,
+ CerObong III
200
150
Do,.