ANALISIS RUGI TEKANAN PADA SIRKULASI ALAMIAH BERDASARKAN PERUBAHAN DAYA HEATER PADA UNTAI

FASSIP-01 MENGGUNAKAN SOFTWARE RELAP

*Reza Firdaus T NJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Jakarta

Jl. Cempaka Putih Tengah No. 27 Jakarta 10510*E-mail : Reza_trinugraha@yahoo.com

ABSTRACT

Estimates of the temperature distribution in fuel bundle element is very important in anuclear reactor. File cylinder used mostly as a nuclear reactor fuel element configuration, as well as heat exchangers and passive safety systems. This is certainly a challenge in improving the safety of nuclear reactors at the time of transfer of heat from the fuel element to the coolant. Study characteristics of forced convection in the fluid water using seven vertical cylinder heated uniformly in the composition ratio of hexagons with Pitch/Diameter (P/D) at 1.58 in the hexagon-shaped shell model of the reactor core test equipment in order to obtain the correlation equation displacement convection natural. In this study, the heat flux greatly affect the temperature of the fluid as the fluid velocity is the velocity constant entry 0.05 m/s. Fluid temperature increases with the magnitude of the heat flux that is given. With the increase of heat flux on the surface of the heating cylinder, the resulting fluid temperature also increase too. With increasing heat flux, the heat energy that is transferred through the wall heater that is done and the conduction heat transfer to the cooling fluid convection heat transfer is done. The results of the heat transfer coefficient obtained at a velocity of 0.05 m/s is 1000 W/m2K to 19500 W/m2K. The data were correlated with the length of the heat transfer characteristics of a hydraulic diameter and physical properties of water are evaluated at the film temperature. Heat transfer coefficient slope with increasing position. This suggests that the natural flow that occurs already fully developed. In this experimental natural convection flow has Reyleigh numbers varied from 1469 to 129971. In this research, the natural convection heat transfer correlations as follows: Nunatural = 9601. (Ra.) 0.0789

Keywords : Heat transfer, natural circulation, relap

PENDAHULUANBerdasarkan kondisi energi

listrik nasional yang terbatas dalam menyediakan kebutuhan masyarakat, diperlukan terobosan untuk memanfaatkan energi alternatif baru diantaranya dengan menggunakan tenaga nuklir. Dengan potensi alam

Indonesia yang kaya akan uranium menjadi salah satu sumber energi yang besar. Namun perlu juga disadari bahwa dalam pengembangan teknologi, semakin besar resiko yang menyertai semakin tinggi pula standar keselamatan yang ditetapkan.

Mengambil dan menganalisa

dari setiap kecelakaan reaktor yang sudah terjadi sebelumnya untuk mengembangkan pembangunan, seperti yang terjadi pada kasus reaktor three mile island dan kecelakaan pada reaktor nuklir di fukushima daichi jepang. Mengacu pada kecelakaan tersebut, bahwa peran sistem keselamatan pasif untuk membuang panas sisa pada reaktor secara alamiah tanpa bantuan pompa sebagai pendorong fluida sangat penting dalam proses desain reaktor lanjut.

Sirkulasi alamiah adalah salah satu mekanisme yang dominan untuk mentransfer panas dari sumber ke penyerap panas dengan pergerakan dari cairan yang dihasilkan oleh daya apung. Sebuah loop berisi cairan yang dibentuk oleh koneksi pipa antara sumber panas dan penyerap panas adalah peralatan penting dari sirkulasi alamiah, Biasanya penyerap panas diletakan diketinggian yang lebih tinggi dari sumber untuk meningkatkan tingkat sirkulasi.

Fenomena pada sirkulasi alamiah dapat disimulasikan dengan menggunakan software relap yang merupakan suatu paket program yang digunakan untuk melakukan simulasi analisis steady state maupun transien pada suatu sistem hidraulika reaktor berpendingin air ringan. Perhitnugan menggunakan software relap digunakan untuk menyelidiki rugi tekanan pada sirkulasi alamiah berdasarkan perubahan daya heater pada untai FASSIP-01(Fasilitas Simulasi Ekserimen Sistem Pasif-01) yaitu sistem pendingin pasif ( Passive Cooling System (PCS)). Sirkulasi fluida akan melambat apabila terjadinya pressure

drop pada alat uji, untuk itu rugi tekanan bisa dianalisa dengan bantuan software relap sebagai media simulasi penghitung.

Tujuan dari makalah ini adalah pemodelan salah satu bagian dari fitur keselamatan teknis yang bersifat pasif pada untai FASSIP-01. Dengan pemodelan ini juga bertujuan untuk mengetahui karakteristik aliran fluida serta memperoleh hasil analisis rugi tekanan pada sirkulasi alamiah berdasarkan perubahan daya heater dengan menggunakan sotware relap.

Metodologi penelitian terdiri dari tahapan kegiatan yang dilakukan untuk menyusun input deck dalam bahasa pemrograman RELAP. Tahapan kegiatan tersebut adalah pengumpulan data teknis, pengembangan engineering data, penyusunan input deck dalam bahasa relap, verifikasi data input dengan melakukan simulasi, dan validasi data input dengan membandingkan data desain.

DASAR TEORI

Prinsip kerja sirkulasi alamiah pada PCS (Passive Cooling System)

PCS bekerja berdasarkan prinsip sirkulasi alami. Sirkulasi alamiah pada untai tertutup yang berisi fluida dicapai dengan menempatkan sebuah cooler didalam untai pada elevasi yang lebih tinggi daripada heater. fluida yang menuju ke dalam heater akan menyerap panas sehingga densitas dari fluida tersebut akan berkurang dan bergerak naik. Sementara fluida yang masuk ke dalam cooler akan membuang panas dan densitas fluida akan bertambah dan

bergerak turun. Dengan demikian terdapat perbedaan densitas fluida di dalam untai. Perbedaan tersebut ditambah dengan gaya gravitasi yang muncul dari perbedaan ketinggian antara cooler dengan heater, akan menghasilkan gaya apung (buoyancy force) yang menggerakan fluida di dalam untai yang kemudian disebut dengan sirkulasi alamiah. Perbedaan dari densitas fluida dapat ditimbulkan dengan perbedaan temperatur fluida atau perubahan fase fluida. Bila kondisi heater dan cooler dijaga agar tetap konstan pada kondisi tertentu akan tercapai ketika fluida yang dipanaskan sama dengan fluida yang didinginkan. Penjelasan fenomena akan di tunjukan pada gambar 1.

Gb. 1 sirkulasi alamiah pada untai FASSIP-01

Data teknis untai FASSIP-01Data komponen dari untai

FASSIP-01 dirangkum pada tabel 1 di

bawah ini dengan satuan meter (m).Tabel 1 data geometri relap

Penukar PanasLaju alir 1,5 kg/detTemperatu masuk 27 oC +273 = 300ktekanan 101325 paLuas area penukar panas

0,10752 m2

Jumlah pipa penukar panas

8

Nodalisasi Nodalisasi sistem pendingin

pasif terdiri dari komponen pipa masuk, komponen heater masuk, komponen tangki ekspansi, komponen pipa penukar panas (cooler), pada gambar 2 dapat dilihat bahwa arah aliran dari fluida yang dipanaskan bergerah naik, kemudian masuk ke dalam komponen brnc015 sebagai sambungan 3 in 1, kemudian fluida bergerak menuju komponen pipa sebagai penukar panas untuk membuang panas dan fluida bergerak turun. Model hidrodinamika yang digunakan adalah komponen pipa yang dihubungkan dengan single junction.untuk mewakili sistem pendingin sekunder pada untai FASSIP-01 yang terhubung dengan pendingin primer (pipe009) digunakan model hidrodinamika Time-devendent Volume. Laju alir dalam pipa penukar panas diperoleh dengan model Time0devendent Junction.

Gb. 2 Nodalisasi Sistem Pendingin Pasif

Gb. 3 desain untai FASSIP-01

Kondisi BatasPassive Cooling System (PCS)

yang dimodelkan akan divlidasi dengan variasi perubahan daya heater.