KARAKTERISASI DEBIT POMPA PRIMER DAN SEKUNDER BERDASARKAN FREKUENSI PUTARAN DI UNTAI UJI BETA

Transkripsi

1 KARAKTERISASI DEBIT POMPA PRIMER DAN SEKUNDER BERDASARKAN FREKUENSI PUTARAN DI UNTAI UJI BETA Joko Prasetio W, Kiswanta, Edy S, Ainur R Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN ptrkn@batan.go.id ABSTRAK KARAKTERISASI DEBIT POMPA PRIMER DAN SEKUNDER BERDASARKAN FREKUENSI PUTARAN DI UNTAI UJI BETA. Program pemasangan inverter untuk pompa sekunder merupakan bagian kegiatan pengintegrasian Untai Uji BETA (UUB) dengan Bagian Uji HeaTiNG-02. Selama ini laju aliran hanya bisa divariasikan pada sisi primer. Kemudian untuk peningkatan kinerja UUB selain dipasang penukar kalor kompak, juga pompa sekunder dipasang inverter baru. Dengan adanya inverter baru pada sisi sekunder diharapkan ke depan performa pelaksanaan eksperimen semakin membaik. Kegiatan karakterisasi pompa primer dan sekunder diperlukan untuk mengetahui kondisi debit aliran pada masing-masing sisi. Metode pengujian dilakukan dengan menaikkan frekuensi pompa melalui inverter dari 0 hingga 50 Hz, kemudian debit aliran dicatat baik di sisi primer dan sisi sekunder. Hasil karakterisasi menunjukkan debit aliran di sisi primer linier dengan frekuensi pompanya dari 0 52 lpm, sedangkan pada sisi sekunder tidak linier. Debit aliran naik dari 0 hingga 30 lpm, kemudian debit cenderung stabil disekitar 30 lpm. Katakunci : frekuensi, debit aliran, inverter ABSTRACT VOLUME RATE CHARACTERIZATION OF PRIMARY AND SECONDARY PUMP BASED ON ROTARY FREQUENCY ON BETA TEST LOOP. Inverter installation program for secondary pumps is part of the BETA Test Loop (UUB) activities to integrate into HeaTiNG-02 Test Section. Recently, the flow rate can be varied only on the primary side, further more, to increase UUB performance. Beside the compact heat exchanger is installed, secondary pump is installed with the new inverter as well. With a new inverter on the secondary side is expected to forward to the implementation of the experimental performance is getting better. Activity characterization of primary and secondary pump is required to determine the condition of flow rate on each side. Method of testing is done by increasing the frequency of the pump through the inverter from 0 to 50 Hz, then the flow rate is recorded both in the primary side and secondary side. Characterization results showed flow in the primary side of the liner with a pump frequency 0-52 lpm, while the secondary side is not linear. Flow rate increased from 0 to 30 lpm, and then discharge tends to stabilize around 30 lpm. Keywords: frequency, volume rate, inverter PENDAHULUAN F asilitas termohidrolika eksperimental, instrumentasi kalibrasi dan elektromekanik yang terdapat di Bidang Operasi Fasilitas mencakup peralatan yang besar dan kompleks sehingga membutuhkan perawatan, perbaikan dan pengembangan yang berkesinambungan. Salah satu kegiatan terkait penguatan kelembagaan dan optimalisasi dan pendayagunaan sumber daya adalah dengan melakukan perbaikan dan pengembangan fasilitas termohidrolika eksperimental, berupa integrasi Untai Uji BETA dengan bagian Uji HeaTING-02 dan mengganti tangki cooler dengan tangki penukar kalor kompak Buku II hal. 348

2 juga pemasangan pompa sekunder dan inverter baru. Penggantian cooler dengan penukar kalor kompak dan pemasangan inverter sekunder dikarenakan : Tangki cooler ukuran volumenya kecil sehingga perlu diperbesar. Tangki cooler terbuat dari tabung tertutup sehingga perlu dimodifikasi dengan sistim flanges untuk mempermudah perawatan/ pembersihan dalam tangki. Efektivitas pendingin antara primer dan sekunder masih rendah sehingga perlu lebih ditingkatkan. Untuk mengurangi pressure drop/penurunan tekanan karena dimensi cooler lebih kecil, maka perlu dikembangkan penukar kalor kompak yang lebih besar. Untuk pembacaan laju disisi sekunder lebih terukur dengan cara merubah frekuensi inverter. Kegiatan yang telah dilakukan adalah memodifikasi Instalasi Untai Uji BETA yang diintegrasikan dengan Bagian Uji HeaTiNG-02 sehingga terbentuk suatu loop tertutup. Untuk melengkapi kegiatan tersebut telah dilakukan eksperimen Untai Uji Beta yang akan dilakukan dalam rangka memahami proses perpindahan panas pada aliran dua fasa di dalam celah sempit mengingat fenomena ini merupakan salah satu kondisi yang disyaratkan dalam skenario kecelakaan suatu PLTN tipe PWR. Lebih terarah pada pengembangan dengan melakukan perbaikan dan pengoperasian peralatan secara optimal berdasarkan skenario yang ditentukan menurut standar operasi yang ada. TEORI Pompa Sentrifugal Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan) untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang aliran. Jenis pompa yang digunakan pada Fasilitas UUB adalah pompa sentrifugal, dimana prinsip kerjanya adalah mengubah energi kinetis (kecepatan) fluida menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Fluida yang memasuki pompa sentrifugal dengan seketika diarahkan langsung ke area bertekanan rendah pada pusat impeller, ketika impeller dan sudu berputar, ini akan memindahkan daya gerak kepada fluida yang datang. Suatu perpindahan daya gerak terhadap fluida yang bergerak akan meningkatkan kecepatan fluida. Ketika kecepatan suatu fluida meningkat, maka energi kinetik pun meningkat. Fluida yang berenergi kinetik tinggi akan terdorong keluar dari impeller dan masuk ke volute. Volute adalah suatu bagian pompa yang secara terus menerus meningkatkan cross-section area yang dirancang untuk mengkonversikan energi kinetik dari fluida menjadi fluida bertekanan. [4] Perubahan Tekanan Fluida pada Sistem Aliran. Perubahan tekanan dalam aliran fluida terjadi karena adanya perbedaan ketinggian, perbedaan kecepatan aliran fluida akibat perubahan atau perbedaan penampang, dan gesekan fluida. Perubahan tekanan pada aliran tanpa gesekan dapat dianalisis dengan persamaan Bernoulli yang memperhitungkan perubahan tekanan ke dalam perubahan ketinggian dan perubahan kecepatan. Dengan demikian perhatian utama dalam menganalisis kondisi aliran nyata adalah pengaruh dari gesekan. Gesekan akan menimbulkan penurunan tekanan atau kehilangan tekanan dibandingkan dengan aliran tanpa gesekan. Berdasarkan lokasi timbulnya kehilangan, secara umum kehilangan tekanan atau kerugian akibat gesekan ini dapat digolongkan menjadi 2, yaitu: kerugian mayor dan kerugian minor. Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran tetap atau konstan. Kerugian mayor ini terjadi pada sebagian besar penampang sistem aliran maka dari itu dipergunakan istilah mayor. Sedangkan kerugian minor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katup-katup, sambungan T, sambungan L, dan pada penampang yang tidak konstan. Kerugian minor meliputi sebagian kecil penampang sistem aliran, sehingga digunakan istilah minor. TATA KERJA Bahan dan Alat Pada proses pemasangan inverter dan pengujian eksperimen, bahan yang diperlukan adalah : Mur-baut 10 Kabel 4 mm, kabel skun, rumah kabel, Isolasi kabel, Penjepit kabel Mata bor 12 Plat besi carbon steel 200 x 200 x 4 mm Air bebas mineral. Buku II hal. 349

3 Peralatan yang diperlukan adalah : Inverter Pompa sentrifugal Mesin bor Mesin las Tang Obeng plus Kunci pas, kunci ring dan kunci sok Palu keluaran HeaTING-02 setelah selesai dilanjutkan dengan penyambungan pada sistem pemipaandi Untai Uji BETA, sedangkan untuk unjuk kerja dari instalasi tersebut keluaran air panas dari HeaTING- 02 masuk ke penukar kalor kompak lalu didinginkan dengan pompa sekunder melalui pipa spiral dan suhu air akan turun, lalu masuk ke pompa primer dan kemudian masuk ke pre-heater untuk dipanaskan kembali dan masuk ke HeaTING-02 begitu seterusnyaditunjukkan pada Gambar 3. LANGKAH KERJA Tahap 1 :Pemasangan pompa sekunder Persiapan pembuatan dudukan pompa dengan bahan plat carbon steel dengan ukuran 200 x 200 mm dengan cara di las dikerangka Untai Uji BETA lalu diberi lubang dengan ukuran 120 mm sebanyak 4 lubang, ditunjukkan pada Gambar.1 Gambar 3. Integrasi Untai Uji BETA dengan Bagian Uji HeaTiNG-02 Gambar 1. Dudukan pompa sekunder. Tahap 2 :Pemasangan inverter sekunder. Pertama-tama melubangi box panel dengan lubang berukuran 10 mm, menyiapkan inverter untuk dipasang dibox panel setelah selesai pemasangan inverter, kemudian dipasang sistim pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 2. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah pemasangan selesai, dilakukan uji coba dengan cara memvariasikan frekuensi pompa dari 0 50 Hz, kemudian debit air primer dan sekunder dicatat. Hasil uji coba dapat ditunjukkan pada Tabel 1. Proses perakitan penukar kalor kompak dan pemipaan baru Untai Uji BETA serta pemasangan pompa sekunder dan inverter sekunder dengan bagian HeaTING-02 dapat ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Gambar 2. Inverter sekunder dan sistem pengkabelan Tahap 3 :IntegrasiUntai Uji BETA dengan bagian Uji HeaTiNG-02 Pekerjaan pemasangan instalasi pipa diawali dengan memasang katup pada masukan dan Gambar 4. Flow meter sekunder Buku II hal. 350

4 Gambar6. Debit aliran pompa primer. Gambar 5. Bagian Uji HeaTING-0 Tabel. 1. Data Hasil KomisioningPompa Primer Dan Pompa Sekunder No. Pompa Primer Frekuensi (inverter) b Debit (l/menit) Pompa Sekunder Frekuensi (inverter) Debit (l/menit) Uji coba pompa primer menunjukkan bahwa aliran dilakukan dengan menaikkan frekuensi pompa melalui inverter dari 0 hingga 50 Hz, kemudian debit aliran di catat baik di sisi primer ditunjukkan pada Gambar 6, sedangkan uji coba pada pompa sekunder tidak linier. Debit aliran naik dari 0 hingga 30 lpm, kemudian debit cenderung stabil disekitar 30 lpm ditunjukkan pada Gambar 7. Hasil karakterisasi menunjukkan debit aliran di sisi primer linier dengan frekuensi pompanya dari 0 52 lpm, sedangkan pada sisi sekunder tidak linier debit aliran naik dari 0 hingga 30 lpm, kemudian debit cenderung stabil disekitar 30 lpm ini dapat ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar 7. Debit aliran pompa sekunder Gambar 8. Debit aliran pompa primer dan pompa sekunder Perbedaan karakteristik debit aliran primer dan sekunder pada Gambar 8 menunjukkan perbedaan friksi dari kedua sistem perpipaannya. Pada dasarnya debit suatu aliran selain dipengaruhi oleh kecepatan putaran pompanya juga oleh friksi dari sistem perpipaannya. Kenaikkan debit terhadap putaran (aturan frekuensi) yang cenderung menurun pada sistem sekunder menunjukkan besarnya friksi aliran sekunder sehingga naiknya percepatan. Buku II hal. 351

5 putaran pompa tidak lagi berpengaruh signifikan terhadap debit aliran. Besarnya friksi pada sekunder bisa dipahami karena aliran tersebut melalui lobang kecil dari sprayer pada menara pendingin. Hal ini tidak dialami oleh aliran primer sehingga kenaikan debit terhadap frekuensi relative konstan. KESIMPULAN Perancangan dan pemasangan pompa dan inverter sekunderberupa integrasi Untai Uji BETA dengan bagian Uji HeaTING-02 serta kegiatan karakterisasi pompa primer dan sekunder diperlukan untuk mengetahui kondisi debit aliran pada masing-masing sisi, sedangkan kegiatan modifikasi dengan penggantian tangki cooler dengan tangki penukar kalor kompak dan pembuatan penyangga tangki penukar kalor kompak telah diselesaikan. Hasil karakterisasi menunjukkan debit aliran di sisi primer linier dengan frekuensi pompanya dari 0 52 lpm, sedangkan pada sisi sekunder tidak linier. Debit aliran naik dari 0 hingga 30 lpm, kemudian debit cenderung stabil disekitar 30 lpm. DAFTAR PUSTAKA. 1. JUARSA, MULYA dkk., Laporan Analisis Keselamatan Eksperimen Post-LOCA menggunakan bagian uji QUEEN-II, PTRKN BATAN, Serpong, HANDONO KHAIRUL dkk., Simulasi Fenomena LOCA di Teras Reaktor melalui Pemodelan Eksperimental (II), Rancang Bangun Untai Uji BETA, Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir V, Serpong, HANDONO KHAIRUL dkk., Eksperimental Reflooding Pada Untai Uji BETA: Karakterisasi dan Eksperimen Awal, Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir VI, Serpong SULARSO, TAHARA HARUO, Pump and Compresor, (edisi ketujuh), PT Pradnya Paramita, Jakarta, JAMES R. WELTY, CHARLES E. WIKS, ROBERT E. WILSON, GREGORY RORRER, Dasar-dasar Fenomena Transport volume 1 Transfer Momentum edisi keempat, diterjemahkan oleh: Ir. Gunawan Prasetio, Erlangga, Jakarta, PERRY, ROBERT H., DON W. GREEN, Perry s Chemichal Engineers Handbook 7 th Edition, KING, RP., Introduction to Practical Fluid Flow, Butterworth-Heinemann, Burlington, GBR, DOUGLAS J. F, GASIOREK J.M, SWAFFIELD J.A, Fluid Mechanics second edition, Longman Singapore Publishers Pte Ltd, Singapore, TANYA JAWAB Kusigit Santosa Apakah ada hubungan antara perilaku pompa primer dan sekunder? Joko Prasetio W Tidak ada hubungan Aliran tidak berhubungan tetapi bisa disesuaikan dengan variasi parameter eksperimen. Buku II hal. 352