PEMODELAN TERMOHIDROLIKA SUB-KANAL ELEMEN BAKAR AP-1000 MENGGUNAKAN RELAP5

dokumen-dokumen yang mirip
ANALISIS KARAKTERISTIKA FRAKSI VOID PADA KONDISI RE-FLOODING POST LOCA MENGGUNAKAN RELAP5

ANALISIS PERBANDINGAN KINERJA PERANGKAT BAHAN BAKAR PLTN TIPE PWR AP 1000 DAN PWR 1000 MWe TIPIKAL DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM KOMPUTER

PEMODELAN MULTI-KANAL TUBE-SIDE PADA PEMBANGKIT UAP PLTN 1000 MW

EVALUASI PARAMETER DESAIN TERMOHIDROLIKA TERAS DAN SUB KANAL PLTN AP1000 PADA KONDISI TUNAK

ANALISIS KEHILANGAN ALIRAN PENDINGIN PRIMER RSG-GAS MODA SATU JALUR

ANALISIS PEMISAHAN UAP KERING PADA SEPARATOR PEMBANGKIT UAP AP1000

SIMULASI PEMODELAN TERMOHIDROLIKA SISTEM PENDINGIN KOLAM RSG-GAS. Sukmanto Dibyo *

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

APLIKASI PROGRAM RELAP5/MOD3.2 UNTUK SIMULASI BEAM TUBE RUPTURE RSG-GAS Andi Sofrany Ekariansyah, Susyadi, Sukmanto Dibyo *)

ANALISIS SUDU KOMPRESOR AKSIAL UNTUK SISTEM TURBIN HELIUM RGTT200K ABSTRAK ABSTRACT

STUDI KARAKTERISTIK ALIRAN PADA TUJUH SILINDER VERTIKAL DENGAN SUSUNAN HEKSAGONAL DALAM REAKTOR NUKLIR MENGGUNAKAN PAKET PROGRAM FLUENT

PEMBUATAN KODE KOMPUTER UNTUK ANALISIS AWAL TERMOHIDROLIK SUBKANAL PENDINGIN REAKTOR LWR

STUDI PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PADA SUSUNAN SILINDER VERTIKAL DALAM REAKTOR NUKLIR ATAU PENUKAR PANAS MENGGUNAKAN PROGAM CFD

OPTIMASI KINERJA IHX UNTUK SISTEM KOGENERASI RGTT200K

PENGARUH DAYA TERHADAP UNJUK KERJA PIN BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE PWR PADA KONDISI STEADY STATE

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

PEMODELAN SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT200K UNTUK MEMPEROLEH KINERJA YANG OPTIMUM ABSTRAK

EVALUASI KESELAMATAN REAKTOR TIPE PWR PADA KECELAKAAN PUTUSNYA JALUR UAP UTAMA

PENGARUH VARIASI BAHAN PENDINGIN JENIS LOGAM CAIR TERHADAP KINERJA TERMALHIDROLIK PADA REAKTOR CEPAT

Analisis Termal Hidrolik Gas Cooled Fast Reactor (GCFR)

APLIKASI PROGRAM CHEMCAD UNTUK DESAIN PEMBANGKIT UAP PWR. Sukmanto Dibyo

PEMETAAN DISTRIBUSI SUHU DAN DNBR PADA PERANGKAT BAHAN BAKAR AP1000-EU. Muh. Darwis Isnaini Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN

ANALISIS TEGANGAN PADA SAMBUNGAN NOSEL MASUK DAN KELUAR BEJANA TEKAN REAKTOR DENGAN MEH

KARAKTERISTIK TERMOHIDROLIK REAKTOR TRIGA 2000 UNTUK KONDISI 110 PERSEN DAYA NORMAL

ANALISIS SIFAT TERMAL TERHADAP UNJUK KERJA PIN BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE PWR PADA KONDISI TUNAK

PENGARUH PENAMBAHAN ALIRAN DARI BAWAH KE ATAS (BOTTOM-UP) TERHADAP KARAKTERISTIK PENDINGINAN TERAS REAKTOR TRIGA 2000 BANDUNG

REAKTOR AIR DIDIH (BOILING WATER REACTOR, BWR)

ANALISIS POMPA PENDINGIN REAKTOR TRIP PADA REAKTOR TRIGA-2000 MENGGUNAKAN RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4. A. R. Antariksawan *)

BAB I PENDAHULUAN di Bandung dan Reaktor Kartini yang berada di Yogyakarta. Ketiga reaktor

PENGAMATAN PERPINDAHAN PANAS PENDIDIHAN SELAMA PROSES PENDINGINAN PADA BATANG PEMANAS BERTEMPERATUR TINGGI

Website : jurnal.ftumj.ac.id/index.php/semnastek

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-192

DESAIN TERAS SUPERCRITICAL WATER COOLED FAST BREEDER REACTOR

STUDI PARAMETER REAKTOR BERBAHAN BAKAR UO 2 DENGAN MODERATOR H 2 O DAN PENDINGIN H 2 O

EVALUASI DESAIN PRESSURIZER PADA PWR 1000 MWe TIPIKAL, PWR 1000 MWe KSNP DAN AP 1000

Kata kunci: analisis transient aliran, SSSR, aliran sirkulasi alam, loop primer, kondisi normal.

STUDI ANALITIK POLA ALIRAN DAN DISTRIBUSI SUHU DINDING ELEMEN BAKAR SILINDER DI TERAS REAKTOR NUKLIR SMALL MODULAR REACTOR

PENGUJIAN IRADIASI KELONGSONG PIN PRTF DENGAN LAJU ALIR SEKUNDER 750 l/jam. Sutrisno, Saleh Hartaman, Asnul Sufmawan, Pardi dan Sapto Prayogo

BAB I PENDAHULUAN. Gambar 1.1. Potensi dan kapasitas terpasang PLTP di Indonesia [1]

VERIFIKASI PERHITUNGAN TEMPERATUR ELEMEN BAKAR REAKTOR KARTINI

ANALISIS KINERJA PRECOOLER PADA SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT200K UNTUK PROSES DESALINASI

REAKTOR PEMBIAK CEPAT

Efek Kebocoran Beamtube dan Pipa Primer Penukar Panas Pada Suatu Model Reaktor Riset 1 MW Berbahan Bakar Tipe Silinder (Reinaldy Nazar)

ANALISIS LAJU ALIR PENDINGIN DI TERAS REAKTOR KARTINI

Endiah Puji Hastuti dan Sukmanto Dibyo

ANALISIS TRANSIEN AKIBAT KEHILANGAN ALIRAN PENDINGIN PADA TERAS SILISIDA RSG-GAS MENGGUNAKAN KODE EUREKA-2/RR

PENGGUNAAN FLUENT UNTUK SIMULASI DISTRIBUSI SUHU DAN KECEPATAN PADA ALAT PENUKAR KALOR

KARAKTERISTIKA PERPINDAHAN PANAS TABUNG COOLER PADA FASILITAS SIMULASI SISTEM PASIF MENGGUNAKAN ANSYS

BAB I PENDAHULUAN. Tabel 1.1 Besaran dan peningkatan rata-rata konsumsi bahan bakar dunia (IEA, 2014)

BAB I PENDAHULUAN I. 1. Latar Belakang

EVALUASI DESAIN TERMAL KONDENSOR PLTN TIPE PWR MENGGUNAKAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

ANALISIS PERPINDAHAN PANAS PADA COOLER TANK FASSIP - 01

OPTIMASI DIMENSI BAHAN BAKAR UNTUK REAKTOR BERBAHAN BAKAR UO 2 DENGAN MODERATOR DAN PENDINGIN AIR RINGAN (H 2 O)

REAKTOR PIPA TEKAN PENDINGIN AIR DIDIH MODERATOR GRAFIT (RBMK)

Diterima editor 12 Maret 2012 Disetujui untuk publikasi 02 Mei 2012

SIMULASI KARAKTERISTIK ALIRAN DAN SUHU FLUIDA PENDINGIN (H 2 O) PADA TERAS REAKTOR NUKLIR SMR (SMALL MODULAR REACTOR)

BAB III DAUR ULANG PLUTONIUM DAN AKTINIDA MINOR PADA BWR BERBAHAN BAKAR THORIUM

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) ISSN X STUDI LITERATUR PENGEMBANGAN NANOFLUIDA UNTUK APLIKASI PADA BIDANG TEKNIK DI INDONESIA

ANALISIS KECELAKAAN KEHILANGAN PENDINGIN SEKUNDER REAKTOR TIPE PIUS MENGGUNAKAN RELAP5/MOD2. Ign. Djoko Irianto*

REAKTOR GRAFIT BERPENDINGIN GAS (GAS COOLED REACTOR)

MODEL AUTOMATA PENGOPERASIAN DAN PERSIAPAN UNTAI UJI TERMOHIDRAULIKA BETA

INVESTIGASI KARAKTERISTIK TERMOHIDROLIKA TERAS REAKTOR DAYA KECIL DENGAN PENDINGINAN SIRKULASI ALAM MENGGUNAKAN RELAP5

ANALISIS KARAKTERISTIK TERMAL INTERMEDIATE HEAT EXCHANGER PADA RGTT200K

PERPINDAHAN PANAS PIPA KALOR SUDUT KEMIRINGAN

HASIL PERHITUNGAN DAN ANALISIS

PENELITIAN KECELAKAAN KEHILANGAN PENDINGIN DI KAKI DINGIN REAKTOR PADA UNTAI UJI TERMOHIDROLIKA REAKTOR

PEMODELAN SISTEM PENDINGINAN SUNGKUP SECARA PASIF MENGGUNAKAN RELAP5.

RISET KECELAKAAN KEHILANGAN AIR PENDINGIN: KARAKTERISTIK TERMOHIDRAULIK

Analisis Neutronik pada Gas Cooled Fast Reactor (GCFR) dengan Variasi Bahan Pendingin (He, CO 2, N 2 )

REAKTOR PIPA TEKAN PENDINGIN AIR DIDIH MODERATOR GRAFIT (RBMK)

Diterima editor 11 Desember 2010 Disetujui untuk publikasi 2 Februari 2011

BAB IV HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN. 4.1 Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Single Flash System

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

STUDI PERPINDAHAN PANAS SELAMA REWETTING PADA SIMULASI PENDINGINAN PASCA LOCA*

ANALISIS PERFORMA UNTUK SISTEM TURBIN DAN KOMPRESOR. Oleh Sri Sudadiyo Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir - BATAN

Analisa Energi, Exergi dan Optimasi pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap Super Kritikal 660 MW Nasruddin*, Pujo Satrio

REAKTOR AIR BERAT KANADA (CANDU)

PERHITUNGAN AWAL DESAIN TERMAL PENUKAR PANAS SISTEM PENDINGIN RRI-50

ANALISIS PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP DEGRADASI GRAFIT OLEH AIR INGRESS PADA TERAS RGTT200K.

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

PENENTUAN FRAKSI BAKAR PELAT ELEMEN BAKAR UJI DENGAN ORIGEN2. Kadarusmanto, Purwadi, Endang Susilowati

ANALISIS VISUAL PENDINGINAN ALIRAN DUA FASA MENGGUNAKAN KAMERA KECEPATAN TINGGI ABSTRAK ABSTRACT

BAB IV PEMILIHAN SISTEM PEMANASAN AIR

PENENTUAN PREDIKSI WAKTU EKSPERIMEN PERPINDAHAN KALOR PENDIDIHAN MENGGUNAKAN BUNDEL UJI QUEEN-1

DISTRIBUSI TEMPERATUR SAAT PEMANASAN DAN PENDINGINAN PER- MUKAAN SEMI-SPHERE HeaTING-03 BERDASARKAN TEMPERATUR AWAL

BAB 3 METODELOGI PENELITIAN

MODUL 3 TEKNIK TENAGA LISTRIK PRODUKSI ENERGI LISTRIK (1)

TERMODINAMIKA TEKNIK HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA BAGI VOLUME ATUR. Chandrasa Soekardi, Prof.Dr.Ir. 1 Sistem termodinamika volume atur

Analisa Pengaruh Variasi Pinch Point dan Approach Point terhadap Performa HRSG Tipe Dual Pressure

Jurnal FEMA, Volume 1, Nomor 4, Oktober 2013

Diterima editor 14 September 2009 Disetujui untuk dipublikasi 11 Januari 2010

Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

PENINGKATAN UNJUK KERJA KETEL TRADISIONAL MELALUI HEAT EXCHANGER

B 040. Badan Tenaga Nuklir Nasional 2012

STUDI KARAKTERISTIK PRESSURIZER PADA PWR

VERIFIKASI ULANG ALAT PENUKAR KALOR KAPASITAS 1 kw DENGAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

PROBLEM PENGUKURAN TEMPERATUR DALAM FLUIDA MENGALIR (*)

Transkripsi:

Urania Vol. 16 No. 4, Oktober 2010 : 145-205 PEMODELAN TERMOHIDROLIKA SUB-KANAL ELEMEN BAKAR AP-1000 MENGGUNAKAN RELAP5 ABSTRAK Suroso (1) dan Sukmanto Dibyo (1) Pusat Teknologi Rekayasa dan Keselamatan Nuklir (PTRKN)- BATAN Kawasan Puspiptek Gedung 80, Serpong, Tangerang 15314 Email : suroso@batan.go.id (Naskah diterima : 27-8-2010, disetujui : 24-9-2010) PEMODELAN TERMOHIDROLIKA SUB-KANAL ELEMEN BAKAR AP-1000 MENGGUNAKAN RELAP 5. Investigasi terhadap karakteristik termohidrolika elemen bakar merupakan langkah penting berkaitan dengan aspek desain teras reaktor. Makalah ini menganalisis termohidrolika sub-kanal elemen bakar AP-1000 menggunakan paket RELAP5. Pendekatan model sub-kanal lazim dipakai dalam analisis termohidrolika elemen bakar. Paket program RELAP5 dapat menganalisis karakteristik termohidrolika teras dan sistem reaktor yang dalam analisis sub-kanal ini menggunakan nodalisasi yang terdiri dari model pipa, time dependent junction, time dependent volume dan struktur kalor. Untuk itu, data desain yang terkait dengan parameter termohidrolika dan data geometri sub-kanal dipakai sebagai acuan. Investigasi kondisi steady dilakukan untuk menganalisis data termohidrolika sub-kanal elemen bakar dan simulasi transient untuk mengetahui awal pembangkitan fraksi void dengan cara pengurangan laju aliran pendingin. Hasil analisis meliputi distribusi temperatur aksial kelongsong, temperatur pendingin, heat flux dan fraksi void. Pada kondisi steady, model ini diverifikasi dengan data parameter desain termohidrolika AP-1000 yang mana secara umum telah menunjukkan kesesuaian. Hasil simulasi yang dilakukan dengan pengurangan laju alir menunjukkan bahwa fraksi void terbentuk setelah laju alir turun menjadi 0,1230 kg/s. Hal ini penting untuk dikaji karena berkaitan dengan kondisi kritis teras reaktor. Kata kunci: pemodelan sub-kanal, elemen bakar AP-1000, dan RELAP5. ABSTRACT SUB-CHANNEL THERMAL-HYDRAULIC MODELING OF AP-1000 FUEL ELEMENT USING RELAP 5. Investigation of fuel element thermal-hydraulic characteristic is important step related to aspect of reactor core design. This paper analysis the AP-1000 fuel element sub-channel thermalhydraulic using RELAP5 code. The sub-channel model approach is usual in the fuel element thermal-hydraulic analysis. The RELAP5 code is capable to analyze the core and reactor system thermal-hydraulic, that used the nodalization, consists of pipe model, time dependent junction, time dependent volume and heat structure. Therefore, data of design include thermal-hydraulic parameter and sub-channel geometry is applied as a references. The analysis is carried out in case of steady-state and transient simulation for the cost down flow of coolant. The steady state investigation is used to analyze the sub-channel thermal-hydraulic of fuel and transient simulation to know beginning of void fraction respectively appear by decreasing of coolant flow rate. The analysis result including of distribution temperature of axial cladding, cooling temperature, heat flux and void 194

Pemodelan Termohidrolika Sub-Karnal Elemen Bakar AP-1000 menggunakan RELAP5 (Suroso, Sukmanto Dibyo) fractions. The model of steady-state was verified with the parameter of AP-1000 thermal-hydraulic design in which shows a good agreement. Simulation results carried out by reducing the flow rate shows that the voids fraction formed after the flow rate fell to 0.1230 kg/s. It is important for assessment in the future because it is relate to the critical condition of the reactor core. Keywords: Sub-channel modeling, fuel element of AP-1000,and RELAP5. PENDAHULUAN Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) jenis Pressurized Water Reactor (PWR) di dunia paling banyak digunakan dibandingkan jenis-jenis lain, baik yang telah beroperasi, dalam pembangunan maupun masih dalam perencanaan. Pembangkitan kalor pada PLTN terjadi di teras reaktor oleh reaksi fisi nuklir, kemudian kalor dipindahkan ke pendingin yang kemudian digunakan untuk membangkitkan uap di pembangkit uap. Uap yang terbentuk digunakan untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik [1]. Teras reaktor merupakan komponen penting dari suatu instalasi reaktor karena awal pembangkitan energi terjadi di teras dan salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengevaluasi desain teras PWR adalah perhitungan dengan menggunakan paket program komputer RELAP5. Paket program ini dapat digunakan untuk melakukan analisis termohidrolika teras reaktor PWR dan sangat penting sebagai perangkat lunak untuk mengetahui karakteristik termohidrolika teras dan sistem reaktor [2]. Persamaan paket program membutuhkan pemodelan yang memerlukan menekankan verifikasi dengan data acuan sehingga keberlakuan model yang dibuat dapat dikonfirmasikan. Oleh karena itu dalam analisis ini dititik-beratkan pada investigasi desain termohidrolika elemen bakar AP-1000 antara model dan data acuan untuk parameter laju aliran pendingin, temperatur pendingin dan temperatur kelongsong. Pada pemodelan sub-kanal elemen bakar AP-1000 ini, dilengkapi dengan model volume, junction, heat structure dan time dependent junction yang menggunakan nodalisasi untai terbuka dan dilengkapi dengan kondisi batas sebagai time-dependent volume (tmdpvol) [3]. Sub-kanal (sub-assembly) merupakan model pendekatan yang dapat merepresentasikan kondisi termohidrolika desain teras reaktor [4]. Pendekatan model sub-kanal, lazim dipakai sebagai pemahaman dasar dalam analisis termohidrolika elemen bakar. Hasil model termohidrolika sub-kanal ini adalah berupa pemodelan dan hasil verifikasi data sub-kanal desain termohidrolika elemen bakar AP-1000 yang sekaligus untuk keberlakuan model yang dibuat dengan menggunakan program RELAP 5. Diharapkan dari hasil analisis ini dapat digunakan untuk melakukan review terhadap desain termohidrolika elemen bakar teras AP-1000 disamping itu tentu saja dapat meningkatkan pemahaman dan kemampuan sumber daya manusia (SDM) Indonesia untuk menguasai teknologi reaktor dan mampu berperan sebagai Technical Support Organization (TSO) dalam mendukung beroperasinya PLTN di Indonesia. TEORI 1. MODEL SUBKANAL Analisis sub-kanal adalah suatu metode yang dapat dipakai dalam menyelesaikan persoalan untuk aliran di dalam banyak kanal yang terhubung secara kontinyu di sepanjang kanal di mana perangkat elemen bakar dibagi dalam beberapa volume pada PLTN jenis PWR, aliran pendingin di dalam teras reaktor merupakan aliran satu fase, oleh karena itu dipergunakan pendekatan volume sub-kanal 195

Urania Vol. 16 No. 4, Oktober 2010 : 145-205 pendingin sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 4. Dalam pendekatan volume sub-kanal terdapat beberapa penyederhanaan, antara lain karakteristika sub-kanal seperti kecepatan dan densitas ke arah aksial diwakili oleh satu harga rerata. Selain persamaan kekekalan massa, energi dan momentum, maka persamaan konstitutif juga digunakan dalam penyelesaian model subkanal pada RELAP5. Persamaan umum yang penting dalam hal ini adalah [5], Persamaan distribusi aksial fluks neutron sepanjang elemen bakar : z z ccos H (1) Kalor volumetrik sebanding dengan fluks neutron, (2) q ''' z q ''' c z e z cos H di mana q dan q c adalah kalor volumetrik di titik z di tengah elemen bakar, H e adalah tinggi ekstrapolasi. Dari neraca kalor unsur dz pada titik z dan tidak terjadi perubahan fasa, maka kenaikan kalor pada pendingin sama dengan kalor pembangkitan unsur dz kondisi steady, sehingga : mc (3) Gambar 4. Model sub-kanal. p dt f di mana, q ''' A dz c e m: laju alir pendingin c p : kalor jenis pendingin dt f : kenaikan temperatur pendingin antara z dan z+dz A c : luas penampang temperatur elemen bahan bakar. Apabila persamaanpersamaan tersebut diselesaikan maka diperoleh, t f 2 (4) t f 1 ''' qc A c c p H. m di mana, t f2 : tempertaur pendingin keluar teras t f1 : temperatur pendingin masuk teras 2. RELAP5 Paket program RELAP5 merupakan program komputer yang telah digunakan secara luas di seluruh dunia untuk melakukan analisis kondisi steady maupun transien pada suatu sistem termal dan hidrodinamika pendingin air ringan pada reaktor nuklir maupun non-nuklir. Paket program ini dikembangkan dari model node dan junction multi-dimensional termohidrolika untuk menghitung watak keseluruhan termohidrolika sistem pendingin. Generasi fasa uap dalam perhitungan adalah hasil kondisi pada penguapan maupun kondensasi. Model yang digunakan merupakan sistem hidrodinamika nonequilibrium dan non-homogeneous dua-fluida termasuk perpindahan gas-gas tak terkondensasi, perpindahan kalor konvektif, konduksi kalor satu dimensi pada struktur sistem, kinetika reaktor, sistem kontrol dan logika trip. Paket program juga mengandung model komponen sistem yang ada pada pada reaktor pendingin air ringan (Light Water Reactor, LWR) seperti pompa, katup, separator dan sebagainya. Komponen hidrodinamika dapat memodelkan single volumes, time-dependent volumes, pipa, anulus, separator, percabangan, akumulator dan pompa. Setiap e 196

Pemodelan Termohidrolika Sub-Karnal Elemen Bakar AP-1000 menggunakan RELAP5 (Suroso, Sukmanto Dibyo) model saling terhubung dengan model junction baik berupa time-dependent juction, single/multiple junction atau katup. Struktur kalor terdapat pada komponen pembangkit kalor maupun pada bagian yang terjadi perpindahan kalor yang dihubungkan dengan komponen hidrodinamika. Struktur kalor juga dapat mewakili struktur yang melingkupi suatu kanal aliran dan pada reaktor dapat digunakan untuk memodelkan dinding bejana reaktor, rod bahan bakar, dan U-tubes dari pembangkit uap. Data kinetika reaktor digunakan untuk mewakili perilaku daya reaktor berdasarkan pendekatan titik [6]. kinetika Komponen hidrodinamika memiliki korelasi persamaan satu dimensi untuk fluida tunggal maupun aliran dua fasa air dan uap di mana persamaan dasarnya terdiri dari persamaan kekekalan massa, momentum dan energi. Model kesetimbangan dua fasa, diselesaikan secara numerik dalam persamaan implisit. Gambar 2. menunjukkan kecepatan pada batas (boundary) yang didefinisikan dengan menggunakan momentum control volumes di antara batas volume kontrol massa dan energi. Gambar 2. Skematika nodalisasi volume kontrol massa, energi dan momentum TATA KERJA Sebagai ilustrasi sistematika, maka langkah kegiatan untuk evaluasi desain termal bundel elemen bakar AP-1000 menggunakan program RELAP5 dapat diberikan seperti Gambar 3. Terlihat pada gambar terdapat 4 langkah pekerjaan yaitu penyiapan data geometri dan parameter operasi, pembuatan model sub-kanal, penyusunan file input, running. 197

Urania Vol. 16 No. 4, Oktober 2010 : 145-205 Penyiapan data geometri, Penyiapan data parameter operasi Pembuatan model subkanal Penyusunan file input Running kondisi steady Verifikasi (data acuan) Simulasi pengurangan laju alir Gambar 3. Sistematika alur tata kerja pemodelan BUNDEL ELEMEN BAKAR AP-1000 Bundel elemen bakar (EB) AP-1000 terdiri dari 264 fuel rods dalam rangkaian 17x17 square array. Bagian tengah EB memiliki guide thimble yang menjaga integritas kelengkapan instrumentasi untuk monitoring temperatur air dan fluks neutron di dalam teras. Guide thimbles dihubungkan dengan nosel atas dan bawah EB dan didukung dengan struktur penyangga untuk fuel grids. Setiap fuel rod terdapat per (spring) untuk menahan pellet berada pada tempatnya sementara itu juga diberi ruang di dalam rod untuk ekspansi volume karena deformasi karena panas, radiasi neutron, dan dampak produk fisi gas. Bundel EB pada AP-1000, mempunyai panjang aktif 4,267 m dan grid pencampur aliran (flow mixing grids). Gambar 1 menunjukkan bundel elemen bakar dan rod AP-1000 dan Tabel 1 adalah data desain spesifikasinya [7]. Gambar 1. Rod dan bundel elemen bakar [7]. 198

Pemodelan Termohidrolika Sub-Karnal Elemen Bakar AP-1000 menggunakan RELAP5 (Suroso, Sukmanto Dibyo) Tabel 1. Data desain AP-1000 [4]. No. Parameter Data desain 1. Panjang aktif bahan bakar (m) 4,2672 2. Diameter rod (m) 0,0095 3. Diameter ekivalen sub-kanal (m) 0,011179 4. Rod pitch (m) 0,01260 5. Plenum atas (m) 0,164465 6. Flow area sub-kanal (m 2 ) 0,0000878 7. Stand-off assembly (m) 0,143129 8. Kecepatan efektif pendingin (m/s) 4,85 9. Temperatur inlet pendingin (K) 552,44 10. Temperatur outlet pendingin (K) 629,64 11. Temperatur outlet pendingin dari teras (K) 633,84 12. Laju aliran massa pendingin (kg/s) 0,27961 13. Pressure drop (Pa) 271429 14. Heat flux rata-rata (W/m 2 ) 628710 Pada analisis termohidrolika sub-kanal elemen bakar, maka dalam pendekatan model pembangkitan kalor dari rod bahan bakar dipakai model struktur kalor dan penyerapan kalor oleh model volume pendingin. Model pendingin sub-kanal dialirkan secara up-flow menggunakan model time-dependent-junction (tmdpjun). Gambar 5 menunjukkan pemodelan sub-kanal yang diaplikasikan pada RELAP5. Model ini terdiri dari 1 heat-structure, 1 volume sub-kanal aksial, dan 2 time dependent volume yang merepresentasikan kondisi plenum. 199

Heat flux (W/m2) F aktor Daya Urania Vol. 16 No. 4, Oktober 2010 : 145-205 Tmdpvol 250 j-245 p-220 8888 heat-structure Nod Nod Nod 8 Nod 6 Nod 4 p-160 2 tmdpjun- j-155 P-200 sub-kanal Gambar 5. Nodalisasi sub-kanal pada RELAP 5 HASIL DAN PEMBAHASAN 1 Tmdpvol 150 Gambar 6. menunjukkan distribusi heat flux dan faktor daya aksial sebagai fungsi panjang kanal elemen bakar. Panjang kanal aktif bahan bakar AP-1000 MWe adalah 4,267 m. Aliran pendingin di teras reaktor berlangsung dari bawah ke atas. Angka 0,0 m pada panjang kanal bahan bakar menunjukkan posisi terbawah dan posisi tertinggi di ujung kanal 4,267 m. 1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 Heat flux F aktor daya 0 1 2 3 4 P a nja ng ka na l a ktif (m) 1.30 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Gambar 6. Distribusi faktor daya aksial dan heat flux fungsi panjang kanal bahan bakar AP 1000 MWe. 200

Temperatur (K ) F aktor Daya Pemodelan Termohidrolika Sub-Karnal Elemen Bakar AP-1000 menggunakan RELAP5 (Suroso, Sukmanto Dibyo) Distribusi faktor daya aksial sepanjang kanal bahan bakar tampak mengikuti fungsi Cosinus A, hal ini sesuai dengan distribusi aksial fluks neutron, demikian pula sesuai dengan pembangkitan panas yang terjadi pada bahan bakar arah aksial. Pola faktor daya ini diperoleh dari kondisi desain dengan nilai tertinggi dari faktor daya ditentukan yaitu sebesar 1,2. Heat flux yang diperoleh dari perhitungan menunjukkan kecenderungan mengikuti pola distribusi faktor daya sepanjang kanal bahan bakar arah aksial, hal ini juga menunjukkan bahwa telah sesuai antara faktor daya dan pembangkitan panas pada bahan bakar sepanjang kanal bahan bakar. Nilai tertinggi heat flux terjadi pada faktor daya tertinggi yaitu 1636000 W/m 2, sedangkan nilai heat flux tertinggi dari data desain AP-1000 kondisi desain adalah 1630000 W/m 2. Jadi perbedaan nilai heat flux tertinggi adalah sekitar 0,06 %, perbedaan ini relatif kecil. Gambar 7 menunjukkan distribusi temperatur kelongsong, temperatur pendingin dan faktor daya sebagai fungsi panjang kanal untuk AP-1000. 1200.00 1.60 1000.00 800.00 1.20 600.00 400.00 200.00 0.00 Temperatur kelongs ong Temperatur pendingin F aktor daya 0 1 2 3 4 P a nja ng ka na l a ktif (m) 0.80 0.40 0.00 Gambar 7. Kurva temperatur kelongsong, pendingin dan faktor daya sebagai fungsi panjang kanal Distribusi temperatur kelongsong dan temperatur pendingin dari RELAP5 menunjukkan distribusi temperatur kelongsong sepanjang kanal bahan bakar telah mengikuti pola faktor daya, dengan demikian, sudah sesuai dengan pola pembangkitan panasnya. Berbeda halnya dengan distribusi temperatur pendingin sepanjang kanal bahan bakar. Temperatur pendingin semakin naik dengan bertambahnnya panjang kanal bahan bakar mengikuti arah aliran pendingin. Hal ini karena adanya akumulasi panas dari tiap node bahan bakar pada pendingin. Temperatur pendingin masuk kanal bahan bakar kondisi desain untuk AP-1000 adalah 553,4 K. Nilai temperatur ini digunakan sebgai input program. Temperatur keluar di ujung kanal bahan bakar diperoleh sebesar 596,48 K. Kondisi desain temperatur keluar PWR 1000 adalah 597,81 K. Perbedaan antara hasil perhitungan dan kondisi desain untuk temperatur keluar pendingin lebih rendah 0,22 %. Nilai perbedaan ini tidak cukup signifikan, sehingga dapat dikatakan hasil ini menunjukkan kesesuaian dengan kondisi desain. Hasil perhitungan termohidraulika subkanal elemen bakar AP-1000 menggunakan paket RELAP 5 yang dapat diperoleh diantaranya adalah nilai turun tekanan (pressure drop). Hasil perhitungan diperoleh 201

Urania Vol. 16 No. 4, Oktober 2010 : 145-205 nilai turun tekanan yaitu sebesar 263000 Pa, sedangkan kondisi desain adalah 271429 Pa, jadi terdapat perbedaan sebesar 3,10 %. Angka penurunan tekanan aliran yang lebih tinggi ini dapat disebabkan karena distribusi temperatur pendingin pada pemodelan lebih rendah daripada data desain, namun perbedaan dianggap tidak cukup signifikan. Data selengkapnya hasil perhitungan kondisi steady yang dibandingankan dengan kondisi desain diberikan pada Tabel 2. Tabel 2. Komparasi hasil pemodelan sub-kanal kondisi steady No. Parameter Data desain Hasil pemodelan Perbedaan 1 Temperatur inlet pendingin (K) 553,44 553,44 0,00 % 2 Temperatur outlet pendingin (K) 597,81 596,48 0,17 % 3 Temperatur terendah kelongsong (K) - 846,57 4 Temperatur tertinggi kelongsong (K) - 1021,16 5 Laju aliran pendingin (kg/s) 0,30 0,30 0,00 % 7 Pressure drop (Pa) 271429 263000 3,10 % 8 Heat flux tertinggi (W/m 2 ) 1,635E+6 1,636E+6 0,06 % Simulasi pengurangan laju alir pendingin pada sub-kanal elemen bakar AP- 1000 disajikan pada Gambar 8 dan 9, di mana ditunjukkan kurva laju alir dan dampak pembangkitan fraksi void ditiap node aksial secara simultan sebagai fungsi waktu (detik). Laju alir nominal pada sub-kanal adalah 0,3000 kg/s. Nilai ini ketika digunakan sebagai input untuk perhitungan distribusi temperatur kelongsong, pendingin dan heat flux pada keluaran hasil simulasi oleh RELAP 5 juga menunjukkan nilai yang sama. Simulasi dilakukan dengan pengurangan laju alir dari angka nominalnya. Data penurunan laju alir didasarkan pada data asumsi coast down flow pada simulasi program PCTRAN [6.]. Hasilnya menunjukkan bahwa fraksi void pada node-8 terbentuk setelah laju alir turun menjadi 0,1230 kg/s. Hal ini penting untuk dikaji karena berkaitan dengan kondisi kritis teras reaktor, tabulasi data tersebut di disajikan pada Tabel 3 dengan mengambil node-1, node-2, node-4 node-6 dan node-8. Node-1 adalah posisi di mana pendingin masuk. Tampak bahwa setiap node memiliki kurva pembangkitan void yang berbeda, pada node-1 terjadi pembangkitan void setelah laju alir pada 0,0155 kg/s. 202

Pemodelan Termohidrolika Sub-Karnal Elemen Bakar AP-1000 menggunakan RELAP5 (Suroso, Sukmanto Dibyo) Tabel 3. Fraksi void sebagai fungsi pengurangan laju alir pendingin Laju alir kg/s) Node 200-1 Node 200-2 Node 200-4 Node 200-6 Node 200-8 0.2990 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.2200 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.1600 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.1200 0.0000 0.0000 0.0000 0.0613 0.1128 0.0880 0.0000 0.0000 0.0149 0.2476 0.4096 0.0700 0.0000 0.0000 0.1450 0.4365 0.6124 0.0540 0.0000 0.0000 0.2758 0.5421 0.7432 0.0430 0.0000 0.0089 0.4276 0.6780 0.8344 0.0350 0.0000 0.0701 0.5076 0.7704 0.8927 0.0280 0.0000 0.1319 0.6053 0.8351 0.9345 0.0246 0.0000 0.2077 0.6994 0.8924 0.9663 0.0220 0.0000 0.2826 0.7686 0.9372 0.9877 0.0199 0.0000 0.3480 0.8241 0.9590 0.9929 0.0170 0.0000 0.4103 0.8624 0.9757 0.9951 0.0150 0.0121 0.4665 0.9006 0.9851 0.9977 0.0140 0.0491 0.5117 0.9274 0.9826 0.9998 0.0050 0.1221 0.5979 0.9609 0.9863 0.9999 Meskipun simulasi ini tidak diverifikasi terhadap data desain mengingat tidak cukup data untuk membandingkannya, namun hasil investigasi secara umum, kondisi ini cukup memuaskan di mana awal pembangkitan void terjadi pada bagian posisi pendingin keluar sub-kanal, pada posisi ini panas terakumulasi yang mengakibatkan pembangkitan void lebih awal. 203

Urania Vol. 16 No. 4, Oktober 2010 : 145-205 Gambar 8. Penurunan aliran massa pendingin fungsi waktu Gambar 9. Fraksi void pada tiap node aksial sebagai fungsi waktu SIMPULAN Hasil perhitungan termohidraulika subkanal elemen bakar AP-1000 MWe menggunakan paket program RELAP5 yang meliputi distribusi temperatur kelongsong, pendingin dan heat flux sepanjang kanal aktif, berhasil dilakukan untuk validasi model subkanal pada RELAP5 dan tidak terdapat perbedaan yang signifikan terhadap data desain yang diacu. Hasil simulasi yang dilakukan dengan pengurangan laju alir menunjukkan bahwa fraksi void terbentuk setelah laju alir turun menjadi 0,1230 kg/s. Hal ini penting untuk dikaji karena berkaitan dengan kondisi kritis teras reaktor. 204

Pemodelan Termohidrolika Sub-Karnal Elemen Bakar AP-1000 menggunakan RELAP5 (Suroso, Sukmanto Dibyo) DAFTAR PUSTAKA 1. SUROSO, DIBYO S., (2010), Analisis Efisiensi Siklus Rankine Pada Untai Termodinamika PWR 1000 MWe, Prosiding Seminar Pengembangan Energi Nuklir 2010, PPEN BATAN, Jakarta. 2. ANONIM, (1995), RELAP5 Code Development Team, RELAP5/MOD3. Code Manual User Guide and Input Requirements, NUREG/CR-5535-V2. Idaho National Engineering Laboratory, Washington DC. 3. KUNDO, MISAYA, (2008), Practical Work of Relap5 Analysis, IAEA, NSRA. 4. RALPH,A.NELSON et al., (1996), Phenomogical Thermal-hydraulic model of Hot Rod bundel experiencing and optimization methodology for closure development, Reflood completion report, DOE, USA. 5. KAZIMI, M.S and TODREAS, N.E., (1991), Nuclear System I, Hemisphere Publishing Corporation, New York. 6. http//www.ukap1000application.com. (2010) 7. SUKMANTO D. et al, (2009), Pengembangan model Bagian uji QUEEN- II menggunakan RELAP5, Laporan akhir Block-Grant, PTRKN-BATAN. 205