SIMULASI UNTUK MEMPREDIKSI KONDISI KESELAMATAN PENGOPERASIAN SUATU REAKTOR RISET 2 MW

Transkripsi

1 SIMULASI UNTUK MEMPREDIKSI KONDISI KESELAMATAN PENGOPERASIAN SUATU REAKTOR RISET 2 MW Renaldy Nazar * ABSTRAK SIMULASI UNTUK MEMPREDIKSI KONDISI KESELAMATAN PENGOPERASIAN SUATU REAKTOR RISET 2 MW. Terbaasnya nformas yang dapa dperoleh dar hasl espermen ermohdrol reaor nlr, perl dlaan a eornya n melengap nformas yang elah ada. Beraan dengan hal erseb, dlaan analss nmer n mempreds pengarh model onfgras bahan baar d dalam eras dan mlah pendngn yang dpompaan e dalam ang erhadap onds eselamaan operas reaor. Reaor yang dna berpa sa model reaor rse dengan eras berben slnder. ABSTRACT THE SIMULATION TO PREDICT SAFETY CRITERIA FOR A 2 MW RESEARCH REACTOR. The heorcal analyss of hermohydralcs aspec of of a research reacor s needed o do complee oher avalable nformaon. In he relaon wh he problem, a nmercal analyss was carred o o predc an effec of fel elemen confgraon ype o safey crera. The analyss has been performed on a 2 MW research reacor wh core of cylndrcal ype. PENDAHULUAN Secara eors reaor dapa doperasan pada nga fls neron berapa saa, eap dar aspe eselamaannya pengoperasan reaor hars dbaas hngga daya eren, arena reaor yang doperasan pada daya yang lebh ngg dengan ssem pembangan panas yang da sesa aan menyebaban emperar eras reaor na hngga melewa baas-baas eselamaan [1]. * Psa Penelan dan Pengembangan Ten Nlr - BATAN

2 Keselamaan sa reaor nlr sanga domnan denan oleh aspe ermohdrolnya, arena ssem ermohdrol membaas pengoperasan reaor. Un dalam perancangan dan analss ermohdrol reaor dn sa eelan yang ngg. Kegaan perancangan dan analss n danaranya dapa dlaan secara eor, msalnya menggnaan pae program omper yang sesa. Pada maalah n dpresenasan hasl perhngan dan analss dalam mempreds onds eselamaan sa model reaor rse 2 MW berdasaran onfgras bahan baarnya d dalam eras dan mlah pendngn yang dpompaan e dalam ang. METODA YANG DIGUNAKAN Analss dlaan dengan menggnaan pae smlas omper FLUENT V4.25 yang elah dlaan pengan nga eelannya [2, 3]. BATASAN ANALISIS DAN ASUMSI Mengnga omplenya permasalahan yang ada dan n mempermdah analss, maa dgnaan beberapa baasan, ya : 1. Kaan dbaas pada aspe ermohdrolnya saa, sehngga aspe neron, aspe manaemen bahan baar, aspe mean dan lan-lan dabaan, 2. Penempaan baang endal dan faslas reaor yang lan dabaan, 3. Daya yang dbangan seap bahan baar adalah sama dan erdsrbs meraa sepanang bahan baar. Perhngan yang dlaan beranga dar harga onds baas fls panas yang dberan pada seap dndng (permaan) padaan ssem reaor, sehngga analss perpndahan panas onds dar psa bahan baar e dndng lar bahan baar da perl dlaan, 4. Dndng (permaan) padaan yang erdapa pada ssem reaor ecal dndng lar bagan bahan baar af dasmsan sebaga dndng adaba. Dsampng baasan d aas dgnaan pla beberapa asms, ya : 1. Ar pendngn adalah flda nompresbel, 2. Alran rblen model (-ε) dengan onds na, dan 3. Sfa-sfa fsa dan ranspor ar pendngn onsan.

3 MODEL REAKTOR YANG DITINJAU Model reaor rse yang dna mempnya 121 lbang penempaan bahan baar yang erssn secara hesagonal (smer - enam) d dalam eras slnder. Un srlas ar pendngn mas dan elar ang reaor dempaan 12 ppa prmer, ya 6 ppa n memasan ar pendngn e dalam ang dan 6 ppa n memompaan ar pendngn e lar ang reaor. Seap ppa masan dan elaran dssn berdampngan secara hesagonal (smer - enam) pla, sehngga pengaan dapa dlaan erhadap 1/12 bagan reaor saa (Gambar 1 dan Gambar 2). Gambar 1. Penampang 1/12 ssnan hesagonal bahan baar d dalam eras slnder. Gambar 2. Model 1/12 bagan ssem reaor yang dna.

4 Gambar 3. Dmens dasar reaor. Gambar 4. Dmens ssnan bahan baar. KONSEP DASAR MATEMATIK Pae program FLUENT V4.25 merpaan pae smlas omper yang danaranya dapa dgnaan n menganalss dnama flda. Konsep dasar yang dgnaan pae program FLUENT V4.25 adalah menyelesaan persamaanpersamaan maema yang berla dengan menggnaan meoda volme hngga. Berdasaran asms-asms yang dgnaan, maa model persamaan-persamaan pengendal (Governng Eqaons) yang dgnaan FLUENT V4.25 n menganalss aspe ermohdrol ssem reaor yang dna adalah sebaga ber: Persamaan onnas ( ρ ) = 0 (1)

5 Persamaan momenm arah ( ) ( ) ρ µ ρ ρ P g = (2) Persamaan energ ( ) ( ) ρ µ h T P f = (3) Noas : ndes dan = 1, 2, 3. δ = dela Kronecer = 1, a = dan = 0, a dengan, = = =, pada sema dndng padaan 1 = ± onsan dan, = = pada ng ppa masan &&, q T n = = 0 pada dndng padaan selan dndng lar bagan bahan baar af &&, q T n = = onsan pada dndng lar bagan bahan baar af Dengan menerapan model alran rblen (-ε) pada orelas egangan Reynolds, maa ( ) ρ µ ρ = + d 2 3 Persamaan ranspor energ ne rblen () n flda dengan erapaan onsan ( ) ρ µ σ µ ρ ε = + + (4) Persamaan la dspas energ ne rblen (ε) n flda dengan erapaan onsan ( ) ρ ε µ ε ε µ ρ ε = ,,, (5) dmana,

6 T h= CP dt= CP ref Tref ( T T ) = enalp µ, = CP = Pr ondvas rblen CP µ Cp Pr = = blangan Prandl rblen, σ = µ, µ = 0, 09 ρ ε =omponen ecepaan raa - raa, ρ = rapa massa, g = gravas P = eanan, = energ ne rblen, T = emperar, C p = apasas panas spesf, f = ondvas molelar flda µ = vsosas dnam flda, µ = vsosas rblen Proses penyelesaan yang dlaan program FLUENT V4.25 dalam mencar sols persamaan pengendal erseb dapa dlha pada Psaa 2. 2 PROSEDUR KERJA Geomer 1/12 bagan reaor pada Gambar 1 dbangn dengan menggnaan pae program FLUENT V4.25. Selannya geomer erseb dbag menad sel volme ar, yang erdr dar 35 sel arah (arah ngg reaor), 16 sel arah y dan 43 sel arah z. Dsrbs sel volme ar dalam arah dnyaaan pada Tabel 1. Tabel 1. Dsrbs sel volme ar arah ngg reaor (arah ) JARAK DARI DASAR TANGKI (meer) JUMLAH LAPISAN SEL ARAH TINGGI REAKTOR (arah ) 0-0,612 6 laps sel ( = 1 s/d = 6) 0,612-0,698 2 laps sel ( = 7, dan = 8) 0,698-0,786 2 laps sel ( = 9, dan = 10) 0,786-1, laps sel ( = 11 s/d = ) 1,1670-1,255 2 laps sel ( = 19, dan = 20) 1,255-5, laps sel ( = 21 s/d = 32) 5,155-6,055 3 laps sel ( = 33 s/d = 35)

7 Cara pengelompoan penempaan bahan baar d dalam 1/12 eras berdasaran rng yang ada dnyaaan pada Tabel 2 d bawah n Tabel 2. Pengelompoan Penempaan Bahan Baar d Dalam Rng RING BAHAN BAKAR A A-1 B B-1 C C-1, C-12 D D-1, D- E E-1, E-24, E-23 F F-1, F-30, F-29 G G-36, G-35, G-34 KONDISI BATAS YANG DIBERIKAN Konds baas yang dberan pada 1/12 bagan ssem reaor yang dna adalah : 1. Model alran rblen -ε dalam onds na 2. Sfa fsa dan ranspor ar pendngn onsan 3. Temperar ar pendngn ea mas ang 305 K, eanan operas 1 am, omponen ecepaan alran pendngn arah y dan z adalah 0 m/s. Komponen ecepaan alran pendngn arah n denan berdasaran mlah pendngn yang dpompaan e dalam ang reaor melal ppa prmer masan. 4. Bdang baas padaan pada dndng ang, dndng refleor, dndng lar bagan bahan baar yang mengandng graf, dndng ppa masan dan dndng ppa elaran dberan harga fls panas 0 wa/m 2 dan omponen ecepaan alran pendngn arah, y dan z masng-masng 0 m./s. 5. Harga omponen ecepaan alran pendngn arah, y dan z pada bdang baas padaan dndng lar bagan bahan baar af masng-masng 0 m/s. 6. Harga fls panas yang hars dberan pada seap bahan baar spaya dperoleh daya ermal oal 2 MW adalah sesa dengan mlah bahan baar yang dgnaan, ya : ( B. B)(. las selbng bagan bahan baaraf ) wa 2 m

8 HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 3. Daa Perolehan Temperar Masmm Dndng Lar Bahan Baar Jmlah Penempaan Bahan Baar pada 1/12 Bagan Reaor KASUS TOTAL BAHAN BAKAR FLUKS PANAS TIAP BAHAN BAKAR (W/m 2 ) LUBANG YANG DIKOSONG KAN DEBIT (m 3 /s ) KEC. ALIRAN PENDINGIN MASUK (m/s) TEMPERATUR MAKS. DINDING LUAR FUEL (K) ,02-0, , ,51 A-1 dan C-12 0, ,29 995, ,51 A-1, C-12 dan D- 0, , Menr Tabel 3 deah, a reaor doperasan pada daya 2 MW, la alran pendngn mas ang 3,29 m/s dan menempaan bahan baar pada selrh lbang penempaan yang erseda, maa emperar masmm dndng lar bahan baar d dalam eras adalah 83 K, ya emperar masmm dndng lar bahan baar pada poss penempaan A-1 (ass-1). Ja reaor doperasan pada daya sama, menggnaan la alran pendngn mas ang 3,29 m/s, eap poss penempaan A-1 dan C-12 (ass 2) dosongan, maa emperar masmm dndng lar bahan baar adalah 995 K, ya emperar masmm dndng lar bahan baar pada poss penempaan B-1. Ja reaor doperasan pada daya yang sama, menggnaan la alran pendngn mas ang 3,29 m/s, eap poss penempaan A- 1, C-12 dan D- (ass 3) dosongan, maa emperar masmm dndng lar bahan baar d dalam eras adalah 853,42 K, ya emperar masmm dndng lar bahan baar pada poss penempaan B-1. Berdasaran pernyaaan d aas deah, bahwa dengan melaan pengosongan erhadap poss penempaan yang berada dsear bahan baar yang meml harga emperar dndng larnya masmm, cenderng dapa menrnan harga emperar masmm erseb. Hal n dapa erad deman, arena dengan adanya ndaan pengosongan erseb berar memperbesar deb ar pendngn yang mendngnan bahan baar yang beremperar masmm erseb, mespn aba pengosongan erseb fls panas ap-ap bahan baar aan menad lebh ngg spaya eap dperoleh daya reaor 2 MW. Dengan aa lan, enaan emperar yang mbl arena enaan harga fls panas lebh ecl dbandngan erhadap penrnan emperar yang erad arena penngaan deb ar pendngn dengan berambahnya las penampang alran.

9 Tabel 4. Daa Perolehan Temperar Masmm Dndng Lar Bahan Baar Un 13 Poss Penempaan Bahan Baar pada 1/12 Bagan Reaor. KASUS TOTAL BAHAN BAKAR FLUKS PANAS TIAP BAHAN BAKAR (W/m 2 ) LUBANG YANG DIKOSONG KAN DEBIT ( m 3 /s ) KEC. ALIRAN PENDINGIN MASUK (m/s) TEMPERATUR MAKS. DINDING LUAR FUEL (K) ,51 A-1 dan C-12 0, , , ,51 A-1 dan C-12 0, , , ,51 A-1 dan C-12 0, ,29 995, ,51 A-1 dan C-12 0, ,20 970, ,51 A-1 dan C-12 0, ,39 945, ,51 A-1 dan C-12 0, ,49 898, ,51 A-1 dan C-12 0, ,88 853, ,51 A-1 dan C-12 0, ,79 810, ,51 A-1 dan C-12 0, ,22 769,68 Tabel 5. Daa Perolehan Temperar Masmm Dndng Lar Bahan Baar Un 12 Poss Penempaan Bahan Baar pada 1/12 Bagan Reaor KASUS TOTAL BAHAN BAKAR FLUKS PANAS TIAP BAHAN BAKAR (W/m 2 ) LUBANG YANG DIKOSONG KAN DEBIT ( m 3 /s ) KEC. ALIRAN PENDINGIN MASUK (m/s) TEMPERATUR MAKS. DINDING LUAR FUEL (K) ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D ,51 A-1, C-12, D- 0,0049 1, , ,07 972,21 0,0116 3,17 877,80 0, ,29 853,42 0, ,84 792,56 0, ,39 715,6 0, ,81 528,4 0, ,62 471,57 0, ,0 414,74 0, ,68 370,13

10 Berdasaran Tabel 3, 4 dan 5 d aas deah bahwa, n menrnan emperar masmm dndng lar bahan baar dar level 995 K (ass 2 pada Tabel 3) e level 853 K dapa dlaan dengan cara mengelaran baan baar D (ass 4 pada Tabel 5) aa melaan mae-p ar pendngn e dalam ang (ass 7 pada Tabel 4). Mengrang mlah penempaan bahan baar d dalam eras n menrnan harga emperar masmm dndng lar bahan baar, berganng pada daya masmm yang dapa dbangan oleh seap bahan baar. Hal n perl penelan lebh lan n menenan daya masmm yang dapa dbangan pada seap bahan baar. Melaan mae-p ar pendngn e dalam ang n menrnan harga emperar masmm dndng lar bahan baar berar aan menaan ecepaan alran pendngn mas e dalam ang, emdan ga aan menaan ecepaan alran ar pendngn yang berasal dar eras men permaan ang dan ahrnya nga radas pada permaan ang erseb menad lebh ngg. Dsampng ga aan menaan baya operas reaor. Pada Tabel 4 ass 9 deah bahwa, n mencapa emperar masmm dndng lar bahan baar pada level 769 K dengan 13 poss penempaan bahan baar hars dpompaan ar pendngn 0,158 m 3 /s n 1/12 bagan ang. Un mencapa emperar masmm dndng lar bahan baar pada level 415 K [4] en saa hars dpompaan ar pendngn yang ah lebh banya lag. Padahal berdasaran Tabel 5 ass 9 deah bahwa, n mencapa emperar masmm dndng lar bahan baar pada level 415 K dapa dlaan dengan menggnaan 12 poss penempaan bahan baar dan memompaan ar pendngn 0,1022 m 3 /s n seap 1/12 bagan reaor. KESIMPULAN Berdasaran analss eor yang elah dlaan n mempreds onds eselamaan sa model reaor rse 2 MW, erhadap mlah penempaan bahan baarnya yang dssn dengan ben ssnan hesagonal d dalam eras dapa dar beberapa esmplan bahwa : 1. Pengoperasan reaor dengan eras yang ers penh bahan baar dan deb ar pendngn yang da sesa aan menyebaban harga emperar masmm dndng lar bahan baar d dalam eras menad ngg. 2. Harga emperar masmm dndng lar bahan baar dapa drnan dengan cara mengosongan beberapa poss penempaan bahan baar d dalam eras aa

11 menambahan mlah ar pendngn yang dpompaan e dalam ang reaor aa melaan eda-danya. 3. Pengosongan beberapa poss penempaan bahan baar d dalam eras n menrnan harga emperar masmm dndng lar bahan baar lebh efef dbandngan dengan melaan mae-p ar pendngn e dalam eras. DAFTAR PUSTAKA 1. TODREAS, N.E. and KAZIMI, M.S., Nclear Sysem I Thermal-Hydralc Fndamenals, Hemsphere Pblshng Co., New Yor, (1976) 2. REINALDY, N., Ka Teor Aspe Termohdrol Reaor Rse pada Daya 2 MW, Tess Magser, Ins Tenolog Bandng, Bandng, (1997) 3. REINALDY, N., A. SUWONO, T.A.F. SOELAIMAN, Analss Teor Alran Pendngn pada Beras Empa Ppa Ssnan Sebars Menggnaan Pae Program FLUENT V4.25, Jrnal Ten Mesn - ITB XI, 3, Bandng (1996) 4. ANONYMOUS, Safey Analyss Repor, General Aomc, San Dego, (1996)

12 DISKUSI HUDI HASTOWO 1. Krera eselamaan yang dgnaan apa: DNBR, OFIR? 2. Mengapa onds ransen da dperhaan dalam analss n, arena onds ransen lebh berbahaya dar onds seady-sae? 3. Sesa dengan ens loaarya n masalah ompas, mnya bahasan lebh banya deanan aspe ompas dar penelan erseb; msalnya: algorma dan flowchar dar penyelesaan e persamaan onnas massa, esembangan energ dan momenm. REINALDY NAZAR 1. Krera eselamaan yang dgnaan adalah DNBR 2. Karena asms n analss n salah sanya adalah onds seady-sae, mdahmdahan pada wa selannya aan saya gnaan onds ransen. 3. Un algorma dar flowchar dan penyelesaan persamaan onnas massa, esempaan energ dan momenm slahan dlha pada prosdng maalah saya pada Hasl-hasl Sd Magser dan Door yang dadaan oleh PPI-BATAN MUHAMMAD SUBEKTI Mengapa dalam baasan masalah poss baang endal dabaan, padahal aspe eselamaan ermohdrol dengan mengrang mlah bahan baar aan sanga merepoan dan elebhan panas dapa daas dengan ompensas baang endal? REINALDY NAZAR Sebaga asms awal saa, n beranga e analss yang lebh omples. Mdahmdahan pada egaan selannya saya aan mempresenasan sa maalah

13 smlas reaor dengan menggnaan pae FLUENT V4.25, dmana penggnaan asms-asms aan dmnmman UTAJA Kesmplan penya, dapa dlaan anpa melaan smlas. Dengan aa lan, sh dapa drnan ba dengan mengrang bahan baar aa menambah deb pendngn. Uslan am, esmplan bersangan saa dengan smlas. REINALDY NAZAR Kesmplan yang saya nyaaan n merpaan ola yang aan saya gnaan n beranga melaan smlas ermohdrol yang lebh omples pada wawa selannya, sehngga saya dapa memberan esmplan pada analss selannya dengan mempnya dasar yang elah lengap. DAFTAR RIWAYAT HIDUP 1. Nama : REINALDY NAZAR 2. Tempa/Tanggal Lahr : Padang, 1 Jl Insans : P3TN - BATAN 4. Peeraan / Jabaan : Saf. Bdang Reaor 5. Rwaya Penddan : (seelah SMA sampa searang) ITB, (1989) (S1) ITB, (1997) (S2) 6. Pengalaman Kera : : PPTN - BATAN searang : Saf P3TN - BATAN 7. Organsas Professonal : -

14