Prosedillg Semillar Ha,vil Pelle!itiallPRSG Tahllll 1998/1999

ISSN 085-1-5278

ANALISIS RUG I TEKAN PADA KANAL REAKTORDAYA SBWR MENGGUNAKAN HEM

Hery Adrial

ABSTRAKANALISIS RUGI TEKAN PADA KANAL REAKTOR DAYA SBWRMENGGUNAKAN HEM. Analisis rugi tekan pacta suatu kanal reaktor sangatdiperlukan dalam pengoperasian suatu reaktor untuk mengetahui tingkat kehilangantekanan pacta suatu sistem reaktor. Pacta penelitian ini digunakan reaktor daya SBWRdengan menggunakan model HEM. Dalam analisis yang dilakukan didapat hasil rugitekan yang terbesar disebabkan karena faktor friksi sebesar 81,6 KPa sedangkan hasil rugitekan yang disebabkan karena faktor gravitasi dan accelerasi masing-masing sebesar 12,3KPa dan 10,72 KPa . Total rugi tekan yang terjadi sebesar 104,62 KPa .

ABSTRACTPRESSURE DROPS ANALYSIS IN THE POWER REACTOR CANALS SBWRUSING HEM. Pressure drops analysis in the canal reactors will be need in operationreactor to get information drop pressure level at the reactor system. In the research wewill use HEM model SBWR power reactor. In the analysis, we have obtained that themaximum drop pressure was 81,6 Kpa which cause by friction factor. The accelarationand gravitation factors were 12,3 Kpa and 10,72 Kpa, respectivelly. The total pressuredrop was obtained 104,62 KPa.

PENDAHULUAN

Dengan meningkatnyapertumbuhan pembangunan di Indonesiaterutama sektor industri, makakebutuhan akan energi listrik akanmeningkat pesat pula. Untukmengantisipasi melonjaknya kebutuhanlistrik tersebut, maka pemerintahmerencanakan untuk membanguninstalasi Pusat Listrik Tenaga Nuklir.

Dalam rangka persiapanpembangunan instalasi PLTN tersebut,penguasaan teknologi reaktor nuklirmutlak sangat diperlukan untukmenjamin keandalan dan keselamatandalam pengoperasian reaktor nuklirtersebut. Untuk mendukung hal tersebutdiatas, maka peranan keahlian akansumter daya manusia (SDM) sangatlahdiperlukan. Salah sarti cara untukmeningkatkan kualitas keahlian SDM

adalah dengan melakukan penelitian baikberupa analisis, kaji ulang, maupun studikasus.

Dalam penelitian ini dilakukananalisis rugi tekan pacta kanal reaktordaya SBWR menggunakan HEM.Penelitian terhadap reaktor daya SBWRdilakukan dengan anggapan bahwareaktor jenis SBWR ini merupakan salahsarti jenis reaktor pilihan yang mugkinakan dibangun oleh pemerintah,mengingat belum ditentukannya jenisreaktor yang akan digunakan.

Rugi tekan pacta kanal reaktorsangat penting dianalisis karena denganrugi tekan reaktor sangat berhubungandengan keandalan dan keselamatanoperasi suatu reaktor nuklir. Dalammenganalisi rugi tekan tersebutdigunakan model HEM (HomogeneusEquilibrium Model) yang merupakan

109

ISSN 0854-5278

model keseimbangan antara uap dan air.Model ini merupakan model yang cukupsederhana dalam pemecahan persoalanthermohidrolik.

TEORI

Simple Boiling Reactor (SBWR)merupakan pengembangan dari reactordaya jenis Boiling Water Reactor(BWR). Pacta SBWR jet pump yang actapacta system kanal reaktor BWRdihilangkan dan sebagai usaha untukmendinginkan aliran pacta kanal reaktordipakai chimney. Dalam suatu sistemaliran yang mendidih seperti dalamreaktor SBWR terdapat bermacam-macam faktor penyebab yang dapatmenimbulkan rugi tekan atau penurunantekanan pacta kanal reaktor. Faktorpenyebab rugi tekan antara lain adalah :Faktor gravitasi,faktor accelerasi danfaktor friksi.

Ketiga faktor inilah yang sangatberperan dalam rugi tekan yang dialamioleh kanal reaktor.

Untuk menganalisis rugi tekanpacta kanaI reaktor maupun masalah-masalah reaktor yang berhubungandengan hidrolika reaktor umum dipakaipersamaan kekekalan momentum.Secara umum persamaan kekekalanmomentum untuk campuran 2 phaseadalah :

a a GoAz-::- (GnAz)+ -::-(---!!!..-)=at at pm

a--(PAz)- f'twdPz-pmgcos8Az.

at pzdimana :

(1)

GmPA-

= Fluksmassaaliran= Tekanan= Luaskanalaliran

= Hambatangeser= Kerapatanaliran= Massaaliran

'wpm

AlInlisis Rugi Tekall......Hery Adria!

=Percepatan gravitasi

= Sudut aliran yang datangterhadap arab vertikal

untuk kondisi tunak :

~=O01

gB

sehingga persamaan momentum dapatdiubah menjadi :

- dP =!!.-( G~) +..l f r.dP,+ pmgcosBdz dz p... A, F-.(2)

Persamaan momentum diatasmerupakan ekspresi dari perubahantekanan pacta kanal reaktor darikomponen-komponen tekanan yangbeasal dari accelerasi, friksi dangravitasi, dimana :

(dP )"', = ~(G~)dz dzp..

dP 1f

' .. Pc

(---:- )frikn= - , w dPc=-dz A: pz A:

dP

(dz )g""= p mgcosB

Dengan demikian persamaanperubahan rugi tekanan di kanal reaktorsecara total dapat disederhanakanmenjadi :

MtolDi= Ma,,+ Mg",,+ M/ri< (3)

Dalam suatu sistem yangmengalir seperti dalam campuran uapdan air yang mengalir ke alas diantaraelemen-elemen bahan bakar dalamreaktor, maka akan terjadi pergeseranatau slip antara gelembung-gelembungdan cairan. Perbandingan slip (slip ratioatau S) didetinisikan sebagaiperbandingan antara kecepatan uapdengan kecepatan cairan. Dalammenganalisis rugi tekan ini, dapat

110

Proseding Seminar Nasi! Peneli/hlllPRSG TaJlli1I19915/1999

digunakan model HEM. Pada modelHEM kecepatan pacta masing-masingphase baik pacta phase uap maupunphase cair diasumsikan mempunyaikecepatan yang sarna, sehingga akanmenyebabkan slip ratio menjadi 1

S = 1

s= ~p {I-a}l-xp {a}

Sedangkan persamaan untuk fraksi voidadalah :

(4)

1

{a}= l-xp1+--sx P

dengan nilai slip rasio menjadi satu,maka persamaan fraksi void dapatdiubah menjadi :

1

{a}=~XA1+-x {JJ

(5)

Rugi tekanan akihat accelerasi

Dalam reaktor SBWR fluidapendingin yang masuk kedalam kanalreaktor akan mengalami pemanasansepanjang salman bahan bakar, sehinggafluida pendingin tersebut mengalamipemuaian dan perubahan percepatansepanjang salman tersebut. Denganadanya perubahan percepatan maka akanmenimbulkan rugi tekanan. Rugitekanan ini dapat diperhitungkan denganmemperhatikan perubahan momemtumfluida dari titik inlet sampai titik outletsalman. Dengan demikian makapersamaaan rugi tekanan akibataccelerasi dapat dijabarkan menjadi :

Mace =( G~JQW- ( G;}Pm Pm

dimana :

ISSN 0854-5278

1 x2 (l-xt-=-+Pm {pya} {PI(1-a)}

sehingga rugi tekanan dapat diubahmenjadi:

{[

(1- X)2 X2

] (

1

) }

2MY = +- - - G

ace (1-a)pj apg Ollt PI in m

.. .(6)

Rllgi tekanan akihat friksi

Untuk mengetahui rugi tekananakibat friksi perlu diketahui:. Panjang salman pemanas (L). Letak lokasi ketinggi terjadi

pendidihan (z)Sehingga persamaan rugi tekan

akibat friksi pactapersamaan (2), denganmelakukan integrasi sepanjangketinggian z dapat dikembangkanmenjadi persamaan (7)

dengan :

x - xin + xaye- - out2

x . - XOllt- X.rzse-- 1112

Parameter-parameter lain yangdibutuhkan untuk menganalisis rugitekan pacta kanal reaktor SBWR iniadalah: luas kanal aliran, bilanganreynold, diameter eqivalen, faktor friksi.

A - 2 TCD 2- p--

4

4A

De = TCD

GDR,=~e

Jl

111

ISSN 0854-5278

f ..:.,0,184Jlo--

Reo.2

Rugi tekan akibat gravitasi

Pacta persamaan rugi tekanakibat gravitasi pacta persamaan (2),dengan melakukan integrasi sepanjangketinggian z dapat dikembangkanmenjadi :

ZB Zout

D.Pgrav = f p/gdz+ f Pmgdzz.

In zB

sehingga integrasinyapersamaan (8)

menjadi

dimana:

, Pg( )x = xave+- l-xave

PI

"

[

P

Jx = 1- g

PI xrise

ASUnlsi

Asumsi yang dipakai dalam perhitungan

. Kondisi tunak

Panjang bahan bakar panaspanjang aktif pin bahan bakar

.HASIL

Dalam melakukan analisis perhitunganrugi tekan pactakanal reaktor SBWR ,digunakan data-data dibawah ini :. Output thermal : 3580

Mwt. Inlet temperatur. Temperatur saturasi. Tekanan

Mpa

: 275 DC: 288 DC

: 7,55

Atla/isis Rugi Tekall ,.lIay Adrial

Dengan mensubstitusikan data-datayang digunakan dan menghitung harga-harga parameter yang dibutuhkan kepersamaan-persamaan ( 6 ), ( 7 ), (8),maka rugi tekan akibat friksi, accelerasidan gravitasi serra rugi tekan total pactakanal reaktor dapat dihitung .

HASIL YANGADALAH :

DIPEROLEH

D.Pfriksi

D.pgravD.PaccD.Ptotal

= 81,6 KPa= 12,3 KPa= 10,72 KPa= 104,62 Kpa.

Berdasarkan hasH perhitunganmaka rugi tekan yang terbesar didapatakibat pengaruh komponen friksi yangterjadi pacta aliran sistem pendingin,keadaan ini disebabkan banyaknyahambatan yang dilalui aliran sepanjangkana!. Hambatan-hambatan sepanjangkanal reaktor dapat berupa kekasaranpipa kanal maupun adanya pendidihanyang terjadi di sepanjang saluran bahanbakar akibat pemanasan, sedangkan rugitekan akibat pengaruh dari gravitasi danaccelerasi, hanya mempunyai pengaruhkecil terhadap rugi tekan total yangterjadi pacta sistem pendingin secarakeseluruhan.

Secara keseluruhan rugi tekantotal yang terjadi CO,1O5 MPa) sangatkeci1 dibandingkan dengan tekanan yangdipakai pacta reaktor SBWR (7,55 Mpa).

112

.Kualitas keluaran (x) : 14,6 %.Parameter array :8x8.Pitch (p) :16,2mm.Diameterpinbahanbakar (d) :17 mm.Kecepatan alir massapacta kanal (Ge) :1700 kg/m2s.Panjangtotalpinbahan bakar :4,1 m.Panjang aktif pinbahan bakar (L) : 3,81 m

Prosedil/g Semil/ar Hasi! Pel/eli/ial/PRSG Tallul/}998/}999

ISSN 0854-5278

KESIMPULAN :

akibat pengaruh komponen friksi yangterjadi pacta aliran sistem pendingin,sedangkan rugi tekan akibat pengaruhdari gravitasi dan acceleras, hanyamempunyai pengaruh kecil terhadap rugitekan total yang terjadi pacta sistempendingin secara keseluruhan.

Dengan demikian dari basil perhitunganrugi tekan tersebut dapat disimpulkanreaktor dapat dioperasikan dengan aman.

Berdasarkan basil perhitunganmaka rugi tekan yang terbesar didapat

DAFT AR PUST AKA

1. IAEA, "Design and Development Status of Small and Medium Reactor System1995", Austrian, 1996.

2. LS. TONG, " Principles of Design Improvement For Light Water Reactors",Hemisphere Publishing Corporation, USA, 1988.

3. NEIL E.TODREAS, "Nuclear Systems I , Thermal Hydraulic Fundamentals",Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1990

4. PRAYOTO, "Pengantar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir", Badan TenagaAtom Nasional, Jakarta, 1978.

DISKUSI :

Pertanyaan : (Tukiran)

1. Rugi tekan 7,55 Mpa aman, Jadi berapa tekanan yang aman?2. Apakah reaktor SBWR sudah actayang beroperasi ?

Jawaban: (H.Adrial)1. 7,55 Mpa bukan merupkan rugi tekan, tetapi tekanan operasional reaktor. Rugi

tekan total yang didapat adalah 104,62 Kpa . Rugi tekan ini dianggap amankarena nilainya sangat kecil dibandimgkan tekanan operasional C1% daTi tekananoperasional).

2. Reaktor SBWR belum acta yang beroperasi, tetapi desain operasionalya telahdilaporkan IAEA dalam "Design and Development Status of Small and MediumReactor System 1995.

Pertanyaan : ( Darwis )I. Apa pengaruh jika rugi tekan semakin besar atau makin kecil ?

Jawaban : (H.Adrial)Pengaruh rugi tekan semakin besar dan kecil salah satunya adalah dalam perencanaanpompa yang akan dioperasikan pactareaktor.

Pertanyaan : (Jupiter S Pane)1. Bagaimana validasi basil perhitungan ?

113

ISSN 0854-52711 Allolisis Rugi Tl!kall......lll!ry Adria!

2. Apakah penyimpulan reaktor dapat beroperasi aman cukup relevan diambil darikecilnya rugi tekan

Jawaban : (H.Adrial)1. Perhitungan ini belum divalidasi.2. Cukup relevan karena dalam penelitian ini hanya difokuskan pactaaspek rugi tekan.

LAMPIRAN :

{ l

x (z - z )

l}

G7 . aw Oll( S

Mfrik = ho ;, L+(

PJ -IJ

L

(TCZs TCZOllt

)(7)

2D PJ P +X.. - cos--cos-e g rVie TC L L

~rav = PJgL-(PJ - pJg

!

((

[

,1fZ "

X Z - ' X ta~ + Xrise O,~ Zs) + X - Xris~

J

L 1 -I 2Law "

( rtan

X X TC' "2 7 ('7 "2\y,

X -X - X~-X ,2

ita~+x"

]1

tan-I 2L

(i2-x"2r

(8)

114