ANALISIS LAJU PENGUAPAN AIR PENDINGIN PRIMER DARI TANGKI REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG REINALDY NAZAR Pust Teknologi Nuklir Bhn dn Rdiometri-BATAN Jl. Tmn Sri No. 71, Bndung 40132 Jw Brt Telp. 022.2504898, Fks 2504081 Abstrk ANALISIS LAJU PENGUAPAN AIR PENDINGIN PRIMER DARI TANGKI REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG. Kndungn up ir di rungn rektor TRIGA 2000 Bndung dintrny bersl dri pengupn ir pendingin primer di tngki rektor. Pengupn ini kn mengurngi jumlh ir pendingin primer di dlm tngki rektor, sehingg kn mempengruhi keselmtn opersi rektor. Mengethui lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor ke rungn rektor dlh slh stu lngkh penting dlm mengopersikn rektor TRIGA 2000 Bndung dengn mn, selmt dn berkesinmbungn. Pd penelitin ini telh dihitung besrny lju pengupn ir tngki rektor TRIGA 2000 Bndung ke rungn rektor dn mengethui pengruh suhu tngki rektor terhdp lju pengupn ir tngki. Berdsrkn hsil penelitin ini dikethui bhw, lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor; dlh 0,772 kg/jm jik dy rektor 250 kw dn suhu ir permukn tngki 23,8 o C; 0,884 kg/jm jik dy rektor 500 kw dn suhu ir permukn tngki 28,70 o C; 0,914 kg/jm jik dy rektor 750 kw dn suhu ir permukn tngki 32,62 o C; 0,976 kg/jm jik dy rektor 1000 kw dn suhu ir permukn tngki 35,58 o C; 1,033 kg/jm jik dy rektor 1250 kw dn suhu ir permukn tngki 38,40 o C; 1,152 kg/jm jik dy rektor 1500 kw dn suhu ir permukn tngki 42,70 o C. Kt kunci: Up ir, lju pengupn, ir pendingin primer, rektor TRIGA 2000 Bndung Abstrct VAPORIZATION RATE ANALYSIS OF PRIMARY COOLING WATER FROM TANKI OF BANDUNG TRIGA 2000 REACTOR. Vpor content in Bndung TRIGA 2000 rector hll comes from vporiztion of primry cooling wter in rector tnk. This vporiztion will lessen primry cooling wters in rector tnk, so tht will influence sfety of opertion of rector. To knows vporiztion rte of primry cooling wter from rector tnk to rector hll is one of importnt to operte Bndung TRIGA 2000 rector by sfely nd continully. At this reserch hs been clculted vporiztion rte of tnk wter of Bndung TRIGA 2000 rector to rector hll nd influence temperture of rector tnk to vporiztion rte of tnk wter. Bsed on result of this reserch known tht, vporiztion rte of primry cooling wter from rector tnk; it is 0,772 kg/hour if rector power is 250 kw nd tnk surfce wter temperture is 23,8 o C; 0,884 kg/hour if rector power is 500 kw nd tnk surfce wter temperture is 28,70 o C; 0,914 kg/hour if rector power is 750 kw nd tnk surfce wter temperture is 32,62 o C; 0,976 kg/hour if rector power is 1000 kw nd tnk surfce wter temperture is 35,58 o C; 1,033 kg/hour if rector power is 1250 kw nd tnk surfce wter temperture is 38,40 o C; 1,152 kg/hour if rector power is 1500 kw nd tnk surfce wter temperture is 42,70 o C. Keywords: Vpor, evportion rte, primry cooling wter, Bndung TRIGA 2000 rector Reinldy Nzr 657 Sekolh Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
PENDAHULUAN Ltr Belkng Kndungn up ir yng tinggi di rung rektor TRIGA 2000 Bndung kn menggnggu keselmtn dn kesinmbungn opersi rektor, kren up ir kn meningktn lju korosi pd komponenkomponen instrumentsi pengendli rektor yng terdpt di rungn tersebut, yng selnjutny dpt mengkibtkn tergngguny opersi rektor. Dismping itu, ms pki komponen instrumentsi pengendli rektor kn berkurng, kren komponen elektronik tersebut mempunyi sensitivits yng tinggi terhdp up ir. Kndungn up ir di rung rektor TRIGA 2000 Bndung dintrny bersl dri up ir yng dibw oleh udr lur ke rung rektor dn pengupn ir tngki rektor. Pengupn ir tngki rektor terjdi kren dny proses trnsfer mss up ir dri tngki rektor ke udr di rung rektor, ketik udr tidk jenuh (unsturted) yng berd di ts permukn ir tngki rektor menglmi proses trnsfer klor yng disebbkn perbedn suhu ntr udr dengn permukn ir tngki tersebut. Pengupn ir tngki rektor kn mengurngi jumlh ir pendingin primer yng terdpt di dlm tngki rektor, sehingg mempengruhi keselmtn opersi rektor. Mengethui lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor ke rung rektor, merupkn slh stu lngkh penting dlm mengopersikn rektor TRIGA 2000 Bndung dengn selmt dn berkesinmbungn. Tujun Tujun penelitin ini dlh : 1. Menghitung besrny lju pengupn ir pendingin primer di tngki rektor TRIGA 2000 Bndung ke rung rektor, 2. Mengethui pengruh suhu tngki rektor terhdp lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor 3. Memprediksi wktu tercpiny bts tinggi minimum ir pendingin primer di tngki rektor untuk dilkukn penggntin ir pendingin yng mengup dri tngki rektor, sehingg secr spek termohidrolik rektor TRIGA 2000 Bndung dpt beropersi dengn selmt dn berkesinmbungn. Btsn Penelitin dn Asumsi Berkitn dengn kondisi rektor TRIGA 2000 Bndung st ini, mk penelitin dn perhitungn yng dilkukn dibtsi pd dy opersi rektor 250 kw, 500 kw, 750 kw, 1000 kw, 1250 kw dn 1500 kw. Untuk mempermudh mslh dlm penelitin ini perlu digunkn beberp sumsi berikut : 1. Koefisien difusi up ir ke udr reltif tetp 2. Pengupn berlngsung mellui difusi ketebln lpisn (superimpose) dn trnsfer mss konveksi ntr fs (dri ir ke udr) 3. Sistem penmbh ir pendingin primer (mke-up wter system) tidk beropersi. 4. Gerkn udr di rung rektor dibikn TEORI Sistem tngki rektor TRIGA 2000 Bndung seperti yng diperlihtkn pd Gmbr 1 memiliki ketebln ir pendingin primer 7,35 m dri permukn ir tngki. Suhu udr rung rektor dipengruhi oleh suhu ir tngki rektor dn lmpu penerngn rung rektor. Gmbr 1. Ilustrsi Pengupn Air Tngki Rektor TRIGA 2000 Bndung Ilustrsi terjdiny pengupn ir dri permukn tngki rektor ke udr rung rektor dinytkn pd Gmbr 1. Apbil terdpt udr tidk jenuh (unsturted) di ts permukn ir tngki dn dny perbedn suhu ntr udr rung rektor dengn Sekolh Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 658 Reinldy Nzr
permukn ir tngki, mk kn terjdi pengupn ir ke udr rung rektor. Perbedn suhu ntr udr rung rektor dengn permukn ir tngki mengkibtkn trnsfer klor. Pd kedn setimbng, klor yng ditrnsfer merupkn energi yng terbw ketik proses pengupn terjdi. Jdi lju pengupn merupkn proses lju trnsfer mss ntr ir dengn udr, dn dintrny dpt dihitung dengn menggunkn hukum Fick. Dlm hukum Fick dinytkn bhw, jumlh fluks mss molr pengupn ir merupkn proses trnsfer mss ntr fs secr difusi molekuler dn trnsfer mss secr konveksi. Hl ini dinytkn dlm bentuk persmn kontinuits [1]. N = cd χ + χ (N N ) (1) u Jik Persmn 1 digunkn pd Gmbr 2 dengn rh z positif (tegk lurus) sebgi rh tinggi tngki rektor, mk Persmn 1 menjdi: Gmbr 2. Proses Trnsfer Mss Arh ( z ) χ Nz = cdu + χ (Nz Nuz) (2) z χ c D u = Fktor difusi z χ (Nz Nuz) = Fktor bulk flow Kren lju trnsfer mss udr ke ir (N u z) sngt kecil dibndingkn lju trnsfer mss ir ke udr (N z) tu (N z >>> N u z) mk lju trnsfer mss ir ke udr menjdi, u c Du χ Nz = (3) 1 χ z N z cd u 2 = ln z = z1 (4) χ ( z2 z1) χ 1 Persmn di ts menunjukkn bhw trnsfer mss berhubungn dengn frksi molr (χ). Persmn 4 dpt jug dinytkn dlm teknn totl (P) dn teknn prsil (P 1 dn P 2 ) berikut, N z pd u 2 = ln z= z1 (5) RT z p ( 2 z1 ) p1 Lju pengupn = ( z)( A )( BM ) N (6) tngki H 2 O dengn: N z = fluks pengupn (gmol/detik.cm 2 ) D u = koefisien difusi ir-udr = 0,28 cm 2 /detik [2] R = konstnt gs = 84784 gr.cm/gmol.k) T = suhu udr = ( o C + 273)K P = teknn (gr/cm 2 ) A tngki = lus penmpng tngki rektor BM H2O = bert mol H 2 O TATA KERJA DAN METODE Dt deskripsi tngki rektor TRIGA 2000 Bndung yng dinytkn pd Tbel 1 [3], sert dt-dt pengukurn suhu ir permukn tngki rektor ketik rektor beropersi pd dy 250 kw, 500 kw, 750 kw, 1000 kw, 1250 kw dn 1500 kw digunkn untuk menghitung besrny lju pengupn, menentukn pengruh suhu terhdp lju pengupn dn menghitung perubhn ketinggin ir tngki rektor dengn menggunkn korelsi empirik yng dinytkn pd Persmn 3, 4, 5, dn 6. Tbel 1. Dt Tngki Rektor Trig 2000 Bndung Dimeter tngki rektor Tinggi tngki rektor Tinggi norml ir dlm tngki rektor Tinggi minimum ir dlm tngki rektor 1,981 m 7,55 m 7,35 m 6,85 m Reinldy Nzr 659 Sekolh Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
HASIL DAN PEMBAHASAN Pd Tbel 2 berikut ditmpilkn dtdt pengukurn suhu ir pendingin pd permukn tngki rektor. Vrisi dt suhu ir pendingin pd permukn tngki rektor TRIGA 2000 terhdp dy opersi rektor yng dinytkn pd Tbel 2, dpt ditmpilkn dlm bentuk grfik seperti Gmbr 3. Tbel 2. Dt Pengukurn Suhu Air Permukn Tngki Rektor DAYA (kw) SUHU AIR PERMUKAAN ( o C) 250 23,80 500 28,70 750 32,62 1000 35,58 1250 38,40 1500 42,70 Gmbr 4 memperlihtkn hubungn ntr suhu ir pendingin primer pd permukn tngki rektor dlm kitnny dengn dy opersi rektor dengn lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor. Nikny suhu ir permukn tngki rektor dlm kitnny dengn kenikn dy opersi rektor, secr signifikn kn menikkn lju pengupn ir tngki rektor. Setip kenikn suhu ir permukn tngki rektor sebesr 1 o C kn menikkn lju pengupn ir tngki rektor ntr 1,4% - 2,7%. Pd Gmbr 4 memperlihtkn besrny lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor, yitu 0,772 kg/jm jik dy rektor 250 kw dn suhu ir permukn tngki 23,8 o C; 0,884 kg/jm jik dy rektor 500 kw dn suhu ir permukn tngki 28,70 o C; 0,914 kg/jm jik dy rektor 750 kw dn suhu ir permukn tngki 32,62 o C; 0,976 kg/jm jik dy rektor 1000 kw dn suhu ir permukn tngki 35,58 o C; 1,033 kg/jm jik dy rektor 1250 kw dn suhu ir permukn tngki 38,40 o C; 1,152 kg/jm jik dy rektor 1500 kw dn suhu ir permukn tngki 42,70 o C. Gmbr 3. Suhu Air Permukn Tngki Terhdp Dy Opersi Rektor Gmbr 4. Kurv Lju Pengupn Terhdp Suhu Air Permukn Tngki Gmbr 5. Grfik Ketinggin Air Tngki Rektor Terhdp Wktu Opersi Gmbr 5 memperlihtkn bhw, pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor secr terus menerus kren pengopersin rektor dlm jngk beberp wktu, kn mengurngi ketinggin ir tngki. Jik terjdi penurunn tinggi ir pendingin primer di dlm tngki hingg 20 cm tu tinggi ir tngki rektor 7,15 m, mk sistem penmbh ir pendingin primer (mke-up wter system) muli beropersi. Pd gmbr ini terliht bhw; pd dy rektor 250 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 33,17 hri, pd dy rektor Sekolh Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 660 Reinldy Nzr
500 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 30,46 hri, pd dy rektor 750 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 28,03 hri, pd dy rektor 1000 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 26,32 hri, pd dy rektor 1250 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 24,82 hri, dn pd dy rektor 1500 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 22,22 hri. Adpun tinggi minimum ir pendingin primer di dlm tngki rektor dlh 6,85 m, yitu menytkn bts dimn ir pendingin primer msih dpt dilirkn ke lur tngki rektor (penukr pns) mellui pip primer. Jik tinggi ir pendingin primer di dlm tngki rektor < 6,85 m, mk kn terjdi LOFA (lost of flow ccident). Gmbr 5 memperlihtkn jug wktu pencpin tinggi minimum ir pendingin primer di dlm tngki rektor dengn sumsi sistem penmbh ir pendingin primer tidk beropersi. Pd dy rektor 250 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 83 hri. Pd dy rektor 500 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 75,91 hri. Pd dy rektor 750 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 70,14 hri. Pd dy rektor 1000 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 65,66 hri. Pd dy rektor 1250 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 62,10 hri. Pd dy rektor 1500 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 55,67 hri. Gmbr 6 memperlihtkn hubungn lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor ke rung rektor terhdp suhu udr rung rektor. Pd suhu ir pendingin primer dengn hrg tertentu, lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor berkurng dengn nikny suhu udr rung rektor. Setip kenikn suhu udr rung rektor sebesr 1 o C kn mengurngi lju pengupn ir tngki rektor ntr 0,2% - 0,4%. Dlm kondisi rektor shut down (tidk diopersikn), jumlh pengupn ir pendingin primer dri tngki reltif lebih rendh (39% - 41%) dibndingkn terhdp kondisi rektor beropersi. Hl ini disebbkn bed tempertur ntr rung rektor dengn ir pendingin primer di dlm tngki lebih rendh dibndingkn terhdp bed tempertur tersebut ketik rektor beropersi. Meskipun demikin, kondisi rektor tidk beropersi memberikn kontribusi yng cukup berrti terhdp jumlh kndungn up ir di rung rektor. Gmbr 6. Kurv Lju Pengupn Terhdp Suhu Rung Rektor Pengupn ir tngki rektor secr terus menerus kn menikkn kelembbn udr rung rektor. Berdsrkn dt grfik psikrometri, pd suhu udr rung rektor 28 o C dn kelembbn udr rung rektor pd kisrn 75% - 80%, dikethui titik embunny dlh 17 o C, sehingg dlm hl ini dpt diphmi bhw kondessi dpt terjdi jik suhu udr berd dibwh titik embunny. KESIMPULAN Berdsrkn pembhsn yng dilkukn dpt dimbil beberp kesimpuln berikut : 1. Pd dy opersi rektor 250 kw, 500 kw, 750 kw, 1000 kw, 1250 kw, dn 1500 kw diperoleh suhu ir pendingin pd permukn tngki rektor berturut-turut 23,80 o C; 28,70 o C; 32,62 o C; 35,58 o C; 38,40 o C; dn 42,70 o C, 2. Menikkn dy opersi rektor, kn menikkn suhu ir permukn tngki rektor dn cukup signifikn pul menikkn lju pengupn ir tngki rektor. Setip kenikn suhu ir permukn tngki rektor sebesr 1 o C kn menikkn lju pengupn ir tngki rektor ntr 1,4% - 2,7%. 3. Lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor dlh; Reinldy Nzr 661 Sekolh Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
. 0,772 kg/jm jik dy rektor 250 kw dn suhu ir permukn tngki 23,8 o C b. 0,884 kg/jm jik dy rektor 500 kw dn suhu ir permukn tngki 28,70 o C c. 0,914 kg/jm jik dy rektor 750 kw dn suhu ir permukn tngki 32,62 o C d. 0,976 kg/jm jik dy rektor 1000 kw dn suhu ir permukn tngki 35,58 o C e. 1,033 kg/jm jik dy rektor 1250 kw dn suhu ir permukn tngki 38,40 o C f. 1,152 kg/jm jik dy rektor 1500 kw dn suhu ir permukn tngki 42,70 o C 4. Pd suhu ir pendingin primer dengn hrg tertentu, lju pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor berkurng dengn nikny suhu udr rung rektor. Setip kenikn suhu udr rung rektor sebesr 1 o C kn mengurngi lju pengupn ir tngki rektor ntr 0,2% - 0,4%. 5. Dlm kondisi ketik rektor shutdown jumlh pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor reltif lebih rendh (39% - 41%) dibndingkn ketik rektor beropersi. Tetpi tetp memberikn kontribusi yng cukup berrti terhdp jumlh kndungn up ir di rung rektor. 6. Pengupn ir pendingin primer dri tngki rektor secr terus menerus kren pengopersin rektor dlm jngk beberp wktu, kn mengurngi ketinggin ir tngki. 7. Pd dy rektor 250 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 33,17 hri, pd dy rektor 500 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 30,46 hri, pd dy rektor 750 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 28,03 hri, pd dy rektor 1000 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 26,32 hri, pd dy rektor 1250 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 24,82 hri, dn pd dy rektor 1500 kw tinggi ir tngki rektor 7,15 m tercpi setelh rektor beropersi 22,22 hri. 8. Dengn sumsi sistem penmbh ir pendingin primer tidk beropersi, mk pd dy rektor 250 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 83 hri. Pd dy rektor 500 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 75,91 hri. Pd dy rektor 750 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 70,14 hri. Pd dy rektor 1000 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 65,66 hri. Pd dy rektor 1250 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 62,10 hri. Pd dy rektor 1500 kw tinggi minimum ir tngki tercpi setelh rektor beropersi 55,67 hri. UCAPAN TERIMAKASIH Terim ksih dismpikn kepd stf dn teknisi Fisik dn Termohidrolik Rektor sert Opertor dn Supervisor Sub. Bidng Opersi dn Perwtn Rektor - Pust Teknologi Nuklir Bhn dn Rdiometri BATAN ts bntunny. DAFTAR PUSTAKA 1. BIRTH R.B, 2003, Interphse Trnsport in Isotherml System, Trnsport Phenomen, Chpter 6, New York: Dept. Of Chem. Eng. Univ. of Wisconsin, J. Wiley & Sons. 2. CUSSLER EL, 2001, Mss Trnsfer in Fluid System, Prt II Diffusion. Cmbridge University Press. 3. ANONYMOUS, 2001, Sfety Anlysis Report TRIGA 2000 Rektor, Revision 2, 2001. Bndung; Centre for Reserch nd Development Nucler Techniques BATAN. Sekolh Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 662 Reinldy Nzr