PENELITIAN EKSPERIMENTAL PERPINDAHAN PANAS PADA CELAH SEMPIT ANULUS: KONSTRUKSI DAN PENGUJIAN ALAT

Jurnal Teknlgi Pengellaan Limbah (Jurnal f Waste Management Technlgy), ISSN 141-9565 Vlume 1 Nmr 2 Desember 27 (Vlume 1, Number 2, December, 27) Pusat Teknlgi Limbah Radiaktif (Radiactive Waste Technlgy Center) PENELITIAN EKSPERIMENTAL PERPINDAHAN PANAS PADA CELAH SEMPIT ANULUS KONSTRUKSI DAN PENGUJIAN ALAT Mulya Juarsa*, Efrizn Umar**, Andhang Widi Hart*** * Pusat Teknlgi Reaktr dan Keselamatan Nuklir - BATAN ** Pusat Teknlgi Nuklir Bahan dan Radimetri - BATAN *** Jurusan Fisika Teknik, Fak.Teknik, UGM ABSTRAK PENELITIAN EKSPERIMENTAL PERPINDAHAN PANAS PADA CELAH SEMPIT ANULUS KONSTRUKSI DAN PENGUJIAN ALAT. Tahapan untuk lebih memahami kmpleksitas pendidihan pada celah sempit yang terjadi dalam kecelakaan parah di PLTN telah dilakukan melalui penelitian eksperimental. Penelitian bertujuan untuk memperleh krelasi yang terkait dengan prses perpindahan panas pendidihan pada celah sempit anulus. Langkah awal adalah dengan mendesain dan menknstruksi alat eksperimen untuk memenuhi kebutuhan penelitian ini, kemudian pengujian dilakukan untuk memastikan rancangan fungsi alat dapat tercapai. Pengujian telah dilakukan dengan memanaskan bagian uji HeaTiNG-1 hingga mencapai temperatur awal batang 85C, kemudain didinginkan secara radiasi maupun pendinginan leh air bertemperatur saturasi. Hasil pengujian menunjukkan kemampuan alat telah memenuhi rancangan, kurva pendidihan sesuai kurva pendidihan Nukiyama. Fluks kalr kritis yang dicapai adalah 264,94 kw/m2. Integritas bagian uji, terutama tabung gelas kuarsa, telah memuhi kebutuhan eksperimen. Kata kunci kecelakaan parah, anulus, perpindahan panas ABSTRACT EXPERIMENTAL RESEARCH ON HEAT TRANSFER IN ANNULUS NARROW GAP APPARATUS CONSTRUCTION AND TESTING. The phase t make mre understanding f biling cmplexity in narrw gap during severe accident in NPP was dne by experimental research. Research was aimed t receive a crrelatin related t biling heat transfer in annulus narrw gap. First step is designing and cnstructing an experiment apparatus t fulfill a research needed, then a sequent f testing was dne t ensure the design f apparatus functin has achieved. Testing was dne by heated up HeaTiNG-1 test sectin until initial temperature 85C was reached, then cling dwn by radiatin and by water cling with saturate temperature. The result f this testing shws the capability f apparatus has achieve the design, als biling curve is almst similar with Nukiyama s biling curve. Critical heat flux ccurs at 269.94 kw/m2. The integrity f test sectin, mainly the part f quartz glass tube, it was fulfilled experiment needed. Keywrd severe accident, annulus, heat transfer PENDAHULUAN Kecelakaan parah (Severe Accident, SA) pada reaktr air ringan (Light Water Reactr, LWR) merupakan subyek penelitian yang dilakukan secara intensif sejak kejadian kecelakaan pada PLTN jenis PWR, Three Mile Island unit 2 (TMI 2) di Amerika pada tahun 1979 [1]. Kecelakan parah tersebut seringkali didefiniskan sebagai kecelakaan yang mengakibatkan pelelehan teras reaktr. Klasifikasi fase dalam peristiwa SA[2] adalah fase in-vessel dan fase ex-vessel yang melibatkan kndisi ekstrim dan temperatur yang tinggi. Penelitian terkait knsekuensi dari peristiwa SA mensyaratkan eksperiment terskala dan simulasi numerik yang bertujuan untuk menjelaskan dan mengkaji prses kmpleks yang terlibat pada tahapan kecelakaan tersebut. Sehingga pengetahuan dan pemahaman terhadap prses tersebut diperlukan sebagai metde pelengkap untuk pencegahan dan memitigasi ksekuensi yang ditimbulkannya sebagai dasar manajemen kecelakaan. Pertahahan selanjutnya dalam sistem keselamatan PLTN, jika telah terjadi pelepasan bahan bakar dari kelngsng (leleh misalnya) saat terjadi kecelakaan adalah bejana tekan reaktr (Reactr Pressure Vessel, RPV). Selama terjadinya pelelehan teras, RPV telah mengalami gangguan termal 36

Jurnal Teknlgi Pengellaan Limbah (Jurnal f Waste Management Technlgy), Vl.1 N.2 27 ISSN 141-9565 (thermal attack) selama prses gerakan lelehan teras dari bagian atas ke bagian terbawah RPV, yang merupakan fase in-vessel retentin. Saat lelehan teras (debris) bergerak ke arah bawah, pada skenari TMI 2, bagian bawah RPV dianggap masih menyimpan air. Ketika debris bersentuhan dengan air, penguapan terjadi secara ekstrim dan terjadi pengurangan kuantitas air, kemudian sebagian vlume air dipindahkan leh vlume debris. Namun pada peristiwa TMI 2, vlume air yang terdrng ke arah berlawan dengan arah gerak debris kembali lagi ke arah bawah dan memunculkan fenmena penggenangan ulang pada bagian celah yang terbentuk antara debris dan RPV. Gambar 1 memperlihatkan skema gerakan air yang pada awalnya naik ke atas (Gambar 1a) kemudian kembali ke arah bawah (Gambar 1b). Gambar 1. Skema gerakan air saat debris bergerak ke bawah dan terhenti Gambar 1a menjelaskan gerakan air ke arah atas karena adanya pergantian vlume. Sedangkan Gambar 1b menjelaskan ketika debris terhenti dan membentuk celah karena adanya pendidihan yang cukup kuat menahan debris untuk tidak bergerak dan kemudian didinginkan leh air yang kembali turun karena gravitasi. Prses pendinginan leh air yang diindikasikan dengan pendidihan merupakan prses yang kmpleks dan melibatkan fenmena fasa-ganda (air dan uap). Pendinginan berlangsung dengan lambat dan menjadikan debris mengalami pengerasan, yang dimulai dari bagian luar hingga ke bagian dalam. Celah yang terbentuk[3], bervariasi dari,3 mm hingga 2, mm dan dirata-ratakan menjadi sekitar 1, mm. Keadaan yang ekstrim yang diprediksikan dapat terjadi adalah kurangnya kuantitas air yang dapat mendinginkan debris dan akan berakibat terjadinya sentuhan antara debris dan dinding RPV sehingga perpindahan panas akan terjadi secara cepat yang serta merta akan melelehkan (sebagaian) dinding RPV dan kebcran radiaktif tingkat tinggi menunju basement cntainment tidak dapat dihindari. Peristiwa SA pada TMI 2 telah memberikan cnth knkrit, bahwa integritas reaktr dapat terjaga dengan baik. Selain menunjukkan bahwa jumlah vlume air yang tersisa ketika sistem pendingin teras darurat gagal mendinginkan teras, kndisi tersebut telah menjadi parameter kunci dalam prses pendinginan debris. Penelitian terkait SA, khususnya perpindahan panas pada celah sempit telah memberikan kntribusi pada pengetahuan akan karakteristik rejim pendidihan yang terbentuk selama pendinginan pada celah sempit, yang banyak dilakukan leh peneliti lain[4,5,6,7,8] yang tercakup dalam makalah terdahulu[9], sehingga kekurangan yang ada akan diperbaiki dan ditingkatkan dengan penelitian sejenis. Penelitian perpindahan panas pada celah sempit untuk gemetri anulus merupakan tahap awal dalam rangkaian penelitian sejenis dengan gemetri berbeda (pelat dan setengah bla) selama kurun waktu 27 hingga 29, yang dibiayai melalui DIPA KNRT. Tahun 27 telah difkuskan penelitian perpindahan panas pada celah sempit anulus, melalui knstruksi alat eksperimen dan pengujian eksperimen awal. PTRKN telah membuat alat eksperimen untuk penelitian tersebut, dan dinamakan HeaTiNG-1 (Heat Transfer in Narrw Gap). Tulisan ini akan menjelaskan knstruksi dan pengujian alat. TEORI Kategri prses pendinginan yang menimbulkan pendidihan pada peristiwa SA dapat dimasukkan ke dalam jenis pendidihan klam (pl biling), meski selama pendinginan telah terjadi aliran air yang diakibatkan gaya gravitasi. Analisis terkait peristiwa pendidihan dilakukan berdasarkan kurva pendidihan (biling curve) yang diperleh dari hasil perhitungan fluks kalr menggunakan data temperatur transien yang terukur selama eksperimen. 37

Mulya Juarsa, Efrizn Umar, Andhang Widi Hart Penelitian Eksperimental Perpindahan Panas Pada Celah Sempit Anulus Knstruksi Dan Pengujian Alat Kurva Pendidihan Kurva didih (biling curve) dapat dijadikan dasar untuk mempelajari watak perpindahan panas pada celah sempit. Rejim pendidihan telah didefiniskan leh Nukiyama[1] berdasarkan eksperimen pada pendidihan klam (pl biling) yang diperlihatkan pada Gambar 2. Perpindahan panas pendidihan didefinisikan sebagai mdel perpindahan panas yang terjadi dengan melibatkan perubahan fasa dari fasa cair menjadi fasa uap. Bentuk fungsinya yang menunjukkan fluks kalr yang dipindahkan dari permukaan panas menuju pendingin versus panas lanjut ke arah dinding yang dikenal sebagai kurva didih. Eksperimen Nukiyama dilakukan pada kndisi tunak. Didih Inti q (W/m2) Knveksi bebas Didih Transisi C Didih Film FKK E qmak B Klm terislasi A qmin D Didih film minimum Ts (K) Gambar 2. Kurva pendidihan pada didih klam [11] Rejim Didih Film Perhitungan fluks panas pada rejim didih film menggunakan krelasi perpindahan panas pada celah anulus, untuk aliran uap laminer dengan angka Nusselt, Nu = 4, (untuk celah anulus), sebagai berikut k q = Nu. g Ts Dh (1) Brmley[12] melakukan eksperimen didih klam dengan menggunakan pelat vertikal panas untuk memahami perpindahan panas didih film dan menghasilkan krelasi, sebagai berikut k g3 g ρ g ( ρ f ρ g ) H fg hb = C µ g Ts Le 1 4 (2) untuk pelat vertikal C =,667,943 Rejim Didih Transisi dan Didih Inti Pada rejim ini, krelasi Kutateladze (1952) dimdifikasi leh Murase et al.[7], k f Ts qh L = C ρ g h fgν f Ts k f n1 PL n2 σ (3) dengan menggunakan nila-nilai C, n1 and n2 berdasarkan data Henry and Hammersley[13] untuk ukuran celah 2, mm, sbb Didih inti (nucleate biling) Untuk air panas lanjut rendah Untuk air panas lanjut tinggi C = 1,1; n1=,3; n2=,32 C = 2,2; n1= -,1; n2=,32 38

Jurnal Teknlgi Pengellaan Limbah (Jurnal f Waste Management Technlgy), Vl.1 N.2 27 Didih transisi (transitin biling) C = 1,2x114; ISSN 141-9565 n1= -5,5, n2=,32 Klasifikasi Ukuran Celah Sempit Sedangkan klasifikasi ukuran celah telah dikemukakan leh Kandlikar[14], meskipun pada kenyataannya efek yang muncul pada celah akan bergantung kepada sifat-sifat fluida, temperatur dan tekanannya. Klasifikasi ukuran celah adalah sebagai berikut Celah knvensinal > 3 mm Celah mini 3 mm Dh >,2 mm Celah mikr,2 mm Dh >,1 mm Celah transisinal,1 mm Dh >,1 mm Celah mikr transisinal Celah nan transisinal,1 mm Dh >,1 mm Celah nan mlekular,1 mm Dh,1 mm Dh >,1 mm Definisi celah sempit sendiri merupakan celah yang mencakup ukuran celah mikr, celah mini dan celah knvensinal dalam hal ini interval ukuran celahnya dimulai dari,2 hingga 3 mm. Kandlikar menganalisa perpindahan panas dan kefisien perpindahan panas selama didih aliran pada celah mikr yang terkait dengan aliran fluida dengan menggunakan angka Nusselt. METODE PENELITIAN Metde penelitian yang dilakukan adalah penelitian eksperimental yang dimulai dengan mendesain dan menknstruksi alat penelitian. Kemudian dilakukan pengujian sebagai eksperimen pendahuluan untuk menguji alat yang telah diknstruksi. Desain dan Knstruksi Alat Desain alat eksperimen telah dibuat dan knstruksi alat eksperimen telah dilakukan. Gambar lengkap desain alat eksperimen yang diberi nama bagian uji HeaTiNG-1 dapat dilihat pada Gambar 3. Plenum atas Keramik pemanas Plenum bawah Batang dipanaskan & tabung gelas kuarsa supprt Kabel listrik Kabel termkpel (14 bh) Gambar 3. Ft Bagian Uji HeaTiNG-1 Kmpnen Utama (Bagian Uji HeaTiNG-1) Plenum atas (tempat menampung air) 39

Mulya Juarsa, Efrizn Umar, Andhang Widi Hart Penelitian Eksperimental Perpindahan Panas Pada Celah Sempit Anulus Knstruksi Dan Pengujian Alat - - Tabung gelas quartz (p=1 mm, OD=45mm, ID=41 mm) Batang pemanas yang merupakan simulasi debris untuk gemetri anulus, material yang digunakan adalah SS316 dengan panjang 11 mm (heated length = 8 mm). Tabel 1. Knfigurasi ukuran batang pemanas berdasarkan ukuran celahnya Ukuran celah ID tabung quartz OD tabung pemanas SS34 [mm] [mm] δ [mm],5 41 4 1, 41 39 2, 41 37 Kemudian 14 buah termkpel tipe K dipasang pada permukaan bagian luar batang pemanas yang digunakan untuk mengukur perubahan temperatur permukaan batang pemanas selama pendidihan berlangsung. Gambar 4 menyajikan psisi termkpel yang telah telah dipasang. 1 termkpel (puncak) 3 termkpel (radial) 1 termkpel 1 termkpel 1 termkpel 1 termkpel 1 termkpel 1 termkpel 3 psisi radial 3 termkpel (radial) 1 termkpel (puncak) Gambar 4. Psisi 14 termkpel pada batang pemanas Kmpenen lainnya adalah flange-flange dan material pengikat antara tabung gelas kuarsa dengan batang pemanas. Kmpnen Pendukung 1. Kmpnen Listrik Bagian uji HeaTiNG-1 dipanaskan secara radiasi leh 2 pasang semi-silinder keramik heater dengan daya ttal 2. Watt. Selain itu heater pemanas untuk air dipasang pada plenum atas untuk air pendingin yang akan dimasukka ke dalam celah sempit. Slide regulatr vltage dengan daya maksimal 25. Watt digunakan untuk mengatur masukan tegangan selama pemanasan berlangsung. Gradual kenaikan daya diperlukan agar distribusi panas dapat merata bagian uji dan dapat menghindari thermal shck pada tabung gelas kuarsa. 4

Jurnal Teknlgi Pengellaan Limbah (Jurnal f Waste Management Technlgy), Vl.1 N.2 27 ISSN 141-9565 2. Kmpnen Instrumentasi Terkait dengan pemtngan anggaran sebesar 14,5%, menyebabkan penggunaan Sistem Akusisi Data (DAS, Data Acquaitin System) dengan laju perekaman data 1 data/detik tidak dapat digunakan. Sehingga, dalam eksperimen ini yang digunakan adalah DAS yang dimiliki Labratrium Termhidrlika (Dataq Instruments, USA), dengan laju perekaman data 5 data/detik dengan jumlah kanal 24 kanal. 3. Kmpnen lainnya Telah disiapkan kamera vide digital dengan jenis NTSC, untuk kecepatan film 3 fps (frame persecn). Selain vide kamera, digital kamera juga akan dipergunakan untuk memft prses pelaksanaan eksperimen dan keadaan-keadaan yang dianggap penting, selama eksperimen berlangsung. Selain itu penpang kamera bergerak dengan mtr digunakan untuk mejaga kestabilan gambar dan knsistensi jarak antara kamera dengan bjek yang direkam. Akhir pengamatan/ perekaman t = th Air dimasukkan Heater dimatikan t= Keramik heater dibuka Heater dihidupkan Keramik heater ditutup Pengujian Rencana pelaksanaan eksperimen untuk penelitian eksperimental perpindahan panas pada celah sempit anulus terbagi berdasarkan urutan kegiatannya (lihat Gambar 5). t = t Tahap 1. Pemanasan Awal t = tin t = tf Tahap 3. Eksperimen Tahap 3. Pendinginan radiasi Gambar 5. Diagram tahapan eksperimen perpindahan panas pada celah sempit Tahap 1 Pemanasan Awal Tahap pemanasan awal terbagi dalam tiga langkah, yaitu 1. Langkah persiapan pemanasan Langkah 1a, persiapan pemanasan dimulai dengan ditutupnya keramik heater hingga heater dinyalakan. Langkah ini berlangsung hingga t = (t menyatakan waktu). Pada Langkah 1a ini, temperatur dinding keramik heater masih sama dengan temperatur awalnya. 2. Langkah pemanasan Langkah 1b, pemanasan berlangsung mulai t =, yaitu saat heater dinyalakan hingga heater dimatikan, pada saat t = th. 3. Langkah persiapan pembukaan keramik heater Langkah 1c, persiapan pembukaan keramik heater berlangsung pada saat heater telah dimatikan, yaitu saat t = th hingga keramik heater dibuka yaitu pada saat t = t. Tahap 2 Pendinginan Radiasi Tahap pendinginan radiasi dimulai sejak t = t yaitu sejak dibukanya keramik heater hingga saat t = tin yaitu saat air mulai dimasukkan dari atas (falling film)ke dalam celah sempit. Tahap 3 Eksperimen Tahap eksperimen dimuali sejak t = tin yaitu saat pertama kali air dimasukkan dari atas ke celah sempit hingga eksperimen berakhir, yaitu saat t = tf. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Pemanasan dan Karakterisasi Daya Pengujian pemanasan dilakukan untuk menentukan kemampuan pemanasan semi-silinder keramik dan kemampuan struktur bagian uji HeaTiNG-1. Uji pemanasan dilakukan dengan memanaskan batang pemanas secara radiasi hingga temperatur tertinggi pada batang pemanas mencapai 85C. Ft hasil pengujian diperlihatkan pada Gambar 6. 41

Mulya Juarsa, Efrizn Umar, Andhang Widi Hart Penelitian Eksperimental Perpindahan Panas Pada Celah Sempit Anulus Knstruksi Dan Pengujian Alat Gambar 6. Ft saat batang pemanas mencapai temperatur 85C Dengan memasukkan data perubahan tegangan terhadap daya, diperleh kurva karakterisasi daya terhadap perubahan tegangannya yang diperlihatkan pada Gambar 7, sebagai berikut 2 Data perhitungan daya karakterisasi daya 18 Daya, P [watt] 16 14 12 2 P(V) =,386V -,136V 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 Tegangan, V [vlt] Gambar 7. Kurva karakterisasi daya terhadap tegangan Hasil pengujian pemanasan dan pendinginan secara radiasi telah dilakukan sebagai prses pengujian terhadap kekuatan struktur dari bagian uji HeaTiNG-1 dan tahapan untuk memperleh data pemanasan dan pendinginan radiasi. Gambar 8 memperlihatkan kurva prses tahapan kenaikan temperatur pemanasan terhadap waktu. Pemanasan dilakukan setiap 15 menit dengan menaikkan tegangan 2 vlt, sedangkan pada Gambar 8 terlihat titik kenaikan tegangan setiap 15 menit yang diindikasikan dengan kenaikan temperatur batang dipanaskan tidak terlihat. Hal inimenunjukkan kenaikan tegangan setiap 15 menit telah cukup untuk pencapaian temperatur yang stabil. Kurva kenaikan temperatur batang dipanaskan pada Gambar 8 cenderung memiliki garis kenaikan secara ekspnesial yang merata. 42

Temperatur, T [ C] Jurnal Teknlgi Pengellaan Limbah (Jurnal f Waste Management Technlgy), Vl.1 N.2 27 ISSN 141-9565 Kurva temperatur pemanasan 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 listrik dimatikan temp. puncak = 845 C t = 7185 detik TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 V = 16 vlt I = 6,7 A P = 9,85 kwatt 1 2 3 4 5 6 7 waktu, t [detik] Gambar 8. Kurva kenaikan temperatur batang dipanaskan terhadap waktu Tahapan pemanasan berlangsung selama 7 detik. Tahap uji pemanasan ini hanya 8 titik termkpel saja yang digunakan, dengan pertimbangan hanya bagian yang dipanaskan (heated length) saja yang datanya direkam. Temperatur Batang Dipanaskan, T [ C] Kurva Penurunan Temperatur Transien (Radiasi) 9 Tpuncak = 85 C 8 Data TC-1 Data TC-2 Data TC-3 Data TC-5 Data TC-6 Data TC-7 Data TC-8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Waktu, t [detik] Gambar 9. Kurva penurunan temperatur batang dipanaskan terhadap waktu Gambar 9 menunjukkan kurva penurunan temperatur batang dipanaskan terhadap waktu yang didinginkan secara radiasi (tanpa pendinginan air), pada prses pendinginan radiasi ini, pemahaman terhadap karakteristik pendingian radiasi sangat diperlukan untuk mengetahui berapa lama pendinginan radiasi berlangsung dan bagaimana bentuk kurva penurunan temperatur transiennya. Berdasarkan Gambar 9, meskipun temperatur awal titik termkpel yang terpasang sepanjang batang dipanaskan memilki temperatur yang berbeda, namun pada detik ke 9 (2 jam, 3 menit) temperatur pada setiap titik termkpel hampir sama (sekitar 5C). Krelasi yang bisa mendekati kurva penurunan temperaturnya diperleh dengan memfitting kurva pada Gambar 9, sehingga diperleh krelasi sebagai berikut 43

Mulya Juarsa, Efrizn Umar, Andhang Widi Hart Penelitian Eksperimental Perpindahan Panas Pada Celah Sempit Anulus Knstruksi Dan Pengujian Alat TC-1 T (t ) = 41,4 + 421,2e t / 2921, 2 + 385,7e t / 766,8 TC-2 T (t ) = 41,2 + 425,2e t / 2921, 2 + 385,1e t / 771, 2 TC-3 T (t ) = 41, + 435,1e t / 2945, 2 + 365,1e t / 779,3 TC-5 T (t ) = 41,9 + 448,3e t / 296, 2 + 355,8e t / 749,5 TC-6 T (t ) = 38,4 + 463,2e t / 2942,82 + 327,3e t / 732,8 TC-7 T (t ) = 8,3 + 339,6e t / 1826, 4 + 119,2e t / 8497,6 TC-8 T (t ) = 36,8 + 38,3e t / 351, 4 + 281,5e t / 94,1 Hasil Pengujian Pendinginan dengan Air Pengujian terakhir yang merupakan langkah penting adalah melakukan pemanasan batang pemanas hingga mencapai temperatur 85C, kemudian menggelntrkan air yang bertemperatur saturasi (mendidih) ke dalam celah sempit anulus. Gambar 1 menunjukan kurva penurunan temperatur secara transien selama prses pendinginan berlangsung. Pendinginan disertai dengan glakan air pada bagian atas batang pemanas, dan timbulnya penetrasi air yang tertahan leh uap. Uap terbentuk pada bagian bawah, mengingat air mengalir melalui dinding bagian dalam kuarsa tanpa menyentuh batang pemanas. Pertemuan muka air terjadi ditengah-tengah batang pemanas, dan pendidihan diakhiri ketika permukaan air yang berlawanan arah bertemu. Gambar 1 memperlihatkan pla penurunan temperatur, dimana garis penurunan temperatur untuk 3 termkpel yang sama psisi vertikalnya namun berbeda psisi radialnya ternyata nyaris berhimpit. Kndisi ini menunjukkan bahwa celah anulus dapat dikatakan hampir sama di sekeliling bagian. Pla yang menunjukkan adanya perbedaan penurunan temperatur akibat perubahan rejim pendidihan juga diperlihatkan melalui Gambar 1. Analisis mendalam belum dilakukan mengingat pengujian ini hanya untuk memastikan kemampuan bagain uji terhadap prses pendinginan leh air. 1 Temperatur TC, Tw [ C] Ti = 85 C δ = 2, mm 9 8 7 psisi radial TC2 6 5 4 3 psisi radial TC9 2 1 TC1 TC2a TC2b TC2c TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8 TC9a TC9b TC9c TC1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 waktu, t [detik] Gambar 1. Kurva temperatur transien untuk ukuran celah 2, mm dan Ti=85C Kemudian, data temperatur transien dari Gambar 1, dalam hal ini data temperatur pada psisis termkpel TC6 digunakan untuk menghitung fluks kalr. Hasil perhitungan dibuat dalam kurva pendidihan, yaitu fluks kalr versus wall superheat (selisih temperatur pengukuran dengan temperatur saturasi air). Gambar 11 merupakan kurva pendidihan yang dihasilkan berdasarkan perhitungan. Kurva pendidihan (Gambar 11) menunjukkan secara jelas adanya pembagian rejim pendidihan. Fluks Kalr Kritis (FKK) yang tercapai adalah 264,94 kw/m2. Daerah didih film sejajar dengan krelasi aliran uap laminar untuk angka Nusselt = 4,. Sedangkan didih film berada di bawah garis Brmley, yang memperjelas bahwa peristiwa perpindahan panas pendidihan pada celah sempit 44

Jurnal Teknlgi Pengellaan Limbah (Jurnal f Waste Management Technlgy), Vl.1 N.2 27 ISSN 141-9565 merupakan bukan peristiwa didih klam murni. Krelasi Murase, baik untuk daerah didih inti dan didih transisi tidak mendekati hasil eksperimen. Sehingga ini memperjelas bahwa daerah didih transisi dan didih inti belum memiliki patkan krelasi yang sempurna. Daerah didih film memperlihatkan keadaan yang mirip nise, namun pla nise tetap teratur dan mengikuti garis krelasi aliran uap laminar. Keadaan mirip nise bisa disebabkan leh keadaan yang berlangsung selama eksperimen dimana terjadi silasi gerakan ke atas dan ke bawah dari uap dan air, hal ini tidak ditemukan pada kasus batang pemanas yang panjangnya hanya 3 mm (seperti yang dilakukan terdahulu). Fenmena ini muncul untuk batang pemanas yang memiliki panjang 11 mm. Instabilitas Taylr menjadi hal yang akan lebih menarik untuk dianalisis, terkait efek hambatan batasan aliran berlawan (Cunter Current Flw Limitatin, CCFL) pengaruhnya semakin kuat. 1 δ= 2, mm Tinitial= 85 C, TC6 2 2 M ur as e un tu k N B TB 1 n tu k se u Fluks Kalr, q [kw/m ] M u ra qchf = 264.93 kw/m Br 1 La 1 1 1 m i r na va p m rf l le y w,n u= 4. 1 1 Wall Superheat, Twall [ C] Gambar 11. Kurva pendidihan TC6 untuk ukuran celah 2, mm dan Ti=85C Hasil eksperimen ini telah memenuhi rencana yang telah dibuat di awal kegiatan, kndis bagian uji HeaTiNG-1 cukup kuat untuk menerima kndisi ekstrim selama eksperimen, seperti thermal schck, gangguan temperatur tinggi, dan pendingin batang pemanas dengan air tidak menimbulkan letupan air yang berlebih. KESIMPULAN Kegiatan ini telah dilaksanakan selama kurun waktu 1 bulan, sehingga kesimpulan yang dapat disampaikan dari knstruksi dan pengujian adalah ; Telah didesain dan diknstruksi bagaian uji HeaTiNG-1 yang mampu memenuhi tuntutan penelitian secara eksperimental untuk temperatur tinggi (85C). Ekspansi termal yang terjadi telah diperkirakan dengan baik, sehingga kndisi tabung gelas kuarsa tetap terjaga. Pengujian yang dilakukan terhadap bagian uji baik dengan mendinginkannya melalui prses radiasi dan pendinginan dengan air (eksperimen awal) telah dilakukan. Kemampuan pemanasan terhadap batang pemanas leh heater telah dikarakterisasi. Sedangkan pendinginan dengan menggelntrkan air bertemperatur saturasi telah dilakukan dan menghasilkan data temperatur serta perhitungan fluks kalr yang dituangkan dalam kurva pendidihan. Terdapat tiga rejim pendidihan yang terbentuk, yang dimulai dari didih film, didih transisi dan didih inti dengan nilai FKK 264,94 kw/m2. Sarana untuk melakukan penelitian kecelakaan parah, khususnya gemetri celah sempit anulus tealh diknstruksi dan diuji UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapakan terimakasih kepada Ka.PTRKN, dan Ka. BOFa atas dukungan mril dan pembinaan yang telah diterima. Kepada tim teknis dan kesekretariatan, ucapan terimakasih atas bantuan dan kerjasamanya. Ucapan terimakasih atas dukungan dana melalui DIPA KNRT tahun anggaran 27 (SK. Menristek N. 126/M/Kp/XI/26 tanggal 17 Npember 26, perihal Prgram Insetif Riset Dasar KNRT 27). 45

Mulya Juarsa, Efrizn Umar, Andhang Widi Hart Penelitian Eksperimental Perpindahan Panas Pada Celah Sempit Anulus Knstruksi Dan Pengujian Alat DAFTAR PUSTAKA 1. U.S. NRC (27) The Accident At Three Mile Island, http//www.nrc.gv/reading-rm/dccllectins/fact-sheets/3mile-isle.pdf, USA 2. Brughtn, J.M. et al (1989) A Scenari n The Three Mile Island Unit 2 Accident, Nuclear Technlgy, Vl. 87, N. 1, USA. 3. Sehgal, B. R. et al (1999) Investigatin n Melt-Structure-Water Interactin (MSWI) During Severe Accident, SKI Reprt 99 42, Stckhlm. 4. Mnde, M., Kusuda, H. and Uehara, H (1982) Critical Heat Flux During Natural Cnvective Biling in Vertical Rectangular Channels Submerged in Saturated Liquid, Transactins f the ASME, 14 3-33 5. Chang, Y. and Ya, S. C (1983) Critical Heat Flux f Narrw Vertical Annuli with Clsed Bttms, Trans f ASME, 15192-195. 6. Ohtake, H., Kizumi, Y. and Takahashi, A (1998) Study n Rewetting f Vertical-Ht-Thick Surface by a Falling Film, JSME 64(624)181-189 7. Murase, M., Khriyama, T., Kawabe, Y., Yshida, T. And Okan, Y (24) Heat Transfer Mdels in Narrw Gap, Prceeding f ICONE-9, Nice, France 8. Tanaka, F., Juarsa, M., Mishima, K (23) Experimental Study n Transient Biling Heat Transfer in an Annulus with a Narrw Gap, 11th Internatinal Cnference n Nuclear Engineering, Tky, Japan, April 2-23, ICONE11-36177, 23. 9. Juarsa, M (23) Study n Biling Heat Transfer under Transient Cling in an Annulus with a Narrw Gap, Master Thesis, Graduate Schl f Energy Science, Kyt University, 23. 1. Nukiyama, S (1994) Maximum and Minimum Values f Heat Transmitted frm Metal t Biling Water under Atmspheric Pressure, Jurnal f the Japanese Sciety f Mechanical Engineering, 37367 11. Kandlikar, S.G. et al (1999) Handbk f Phase Change Biling and Cndensatin, Taylr and Francis, p.64,. 12. Brmley, L.A (195)., Heat Transfer in Stable Film Biling, Chemical Engineering Prgram, 46.221. 13. Henry, R.E. and Hammersley, R.J (1999) Quenching f Metal Surfaces in a Narrw Annular Gap, 5th Internatinal Cnference n Methds in Nuclear Engineering, Mntréal 14. Satish G. Kandlikar (22), Heat Transfer Mechanisms during Flw Biling in Micrchannels, Jurnal f Heat Transfer 8(26). 46