Prinsip Desain Termal

8/13/2019 Prinsip Desain Termal

1/19


2/19

Kekhasan reaktor nuklir

Perbedaan utama antara PLTN dengan PLTkonvensional:

pada PLT konvensional, besarnya suhudibatasioleh proses pembakaranbatubara, minyak atau gas.

suhu pada PLTN dapat meningkatterus-menerusjika laju pengambilankalor lebih kecil daripada lajupembangkitan kalor.

2


3/19

Pengambilan energi pada reaktor merupakanmasalah yang kompleks :

a. rapat daya sangat besar

b. bahan bakar tidak dikonsumsi secarakonvensional, tetapi berada pada geometriyang tetap selama bertahun-tahun

c. medan radiasi nuklir ==> membatasipemilihan bahan bakar dan struktur

3


4/19

Tujuan : mengoptimasi output daya per satuan massa

bahan bakar dapat belah (fisionable) meminimalkan ukuran teras untuk mengurangi

volume shielding dan pengungkung/sungkup

akan tetapi: menghasilkan gradien suhu yang tinggi stress termal yang besar pada komponen

teras

Rapat daya

4


5/19

PLT fosil 10 - -Turbin

pesawat45 - -

Roket 20.000 - -HTGR 8,4 44 125

CANDU 12 110 190

BWR 56 56 180

PWR 95 - 105 95 - 105 190 - 210

LMFBR 280 280 4205


6/19

Konsumsi bahan bakar

bentuk geometri perangkat bahan bakar harusutuh baik dalam kondisi normal maupunkecelakaan

suhu harus dibatasi untuk mencegah perubahangeometri termasuk pelelehan bahan bakar dan

kelongsong

reaksi kimia antara bahan bakar, kelongsong,moderator dan pendingin harus dihindari

6


7/19

Medan radiasi

Efek aktivasi, tangkapan parasitik dankerusakan akibat radiasi merupakan

perhatian utama dalam pemilihan bahan

penggunaan bahan yang mahal dan tidakkonvensional mengakibatkan pembatasantermal pada operasi reaktor

e.g. Zr: absorpsi neutron parasitik kecil tetapi, kekuatan struktur rendah dan

pelepasan energi eksotermal tinggi

7


8/19

Dengan adanya kendala-kendala tersebut di atas:

harus ada jaminan bahwa kondisi lokaltidakakan membahayakan integritas teras padasembarang lokasi

batasan-batasan sistem harus ditentukan olehsuhu dan/atau kondisi aliran pendingin yangmaksimaldan bukan nilai rata-rata sepertipada aplikasi-aplikasi non-nuklir

8


9/19

Tujuan desain termal

Densitas daya yang besar ==> mengurangivolume teras.

Daya spesifik yang besar ==> mengurangijumlah bahan bakar.

Suhu keluaran pendingin yang tinggi ==>

menaikkan efisiensi termodinamika

B U T ........

9


10/19

Batasan suhu bahan bakar

Titik leleh 2800C utk UO2, 2500C utk UC

titik leleh turun seiring lamanya pemaparan bahan

bakar

UO2 : turun 32C setiap 10 GWD/MTU

Batasan lain:

suhu BB metal tidak menyebabkan perubahan fase(contoh U metal, T=667C)

gradien suhu yg tinggi dapat menyebabkan cracking

10


11/19

Kelongsong berfungsi untuk mencegah produk fisiyang dihasilkan di bahan bakar terlepas ke pendingin.

Kelongsong mengalami tegangan (stress)baikeksternal (akibat tekanan tinggi dari pendingin)maupun internal (akibat pembentukan tekanan gas fisipada gap).

Kelongsong juga mengalami stress termal akibatperbedaan suhu.

Batasan termal terkait dengan critical heat flux.

Batasan termal kelongsong

11

B h d


12/19

Batasan suhu pendingin Pembatasan suhu pendingin agar tercapai perilaku

pendingin yang diinginkan PWR : suhu bulkpendingin di bawah suhu saturasi. LMFBR : suhu natrium cukup rendah sehingga kapasitas

perpindahan kalor dapat maksimum.

Batasan terhadap kenaikan suhu pendingin yang melewatiteras

kenaikan suhu dikehendaki cukup tinggisehinggaperpindahan kalor pada SG cukup efisien tetapi, diinginkan agar kenaikan suhu serendah

mungkin sehingga shock termal dapat dikurangi (misalsaat scram).

12


13/19

Batasan termal pada LWR

Pin bahan bakar dengan kelongsong logam

Tujuan pembatasan : mempertahankan integritaskelongsong Batasan :

suhu maksimum kelongsong fluks kalor (MDNBR dan MCPR)

lihat Table 2-2 Kazimi and Todreas

13


14/1914


15/1915


16/19

Batasan termal pada HTR

Coated particles (TRISO, BISO) Tujuan pembatasan : mengatur laju pelepasan gas fisi

yang berdifusi melalui coating Batasan : suhu maksimum pada bagian tengah partikel bahan

bakar 1575 K pada 100% daya 1875 K pada kondisi puncak transien

lihat Table 2-2 Kazimi and Todreas16


17/19

Marjin desain termal

cos

z

H

J0

2, 405 r

R

< r >

< z >

17


18/19

Marjin desain termal

Average (rata-rata)nilai yang dirata-rata terhadap volume teras atau pin secaraaksial

Peak (puncak)disebut pula hotspot; nilai yang mengacu pada lokasi fisik di

mana terjadi nilai yang ekstrem

Nominalnilai suatu parameter yang dihitung menggunakan variabel-

variabel yang ditentukan pada keadaan desain Maximum (maksimum)nilai parameter yang dihitung dengan mempertimbangkanfaktor deviasi yang diizinkan terhadap nilai-nilai yang

ditentukan pada kondisi desain18


19/19

Fig. 2-5, Todreas & Kazimi

19

Prinsip Desain Termal

Documents

Transcript of Prinsip Desain Termal