PENGARUH RODA GLA PADAPENDNGNAN REAKTOR SERBA GUNA SWABESSY-30 Utaja Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta A B 5 T R A K Setelah shut down, suatu reaktor nuklir masih melepaskan panas sisa. Panas sisa ini harus dapat dibuang supaya bahan bakar tetap terjaga keutuhannya. Pembuangan panas sisa pada reaktor penelitian RSG - 30, dilakukan dengan tetap memberikan aliaran air pada teras reaktor selama 40 detik dari saat shut down. Proses ini dapat dipenuhi, karena ada roda gila yang dipasang pada poros pompa. Telah dilakukan analisis, dan didapat hubungan antara kemampuan pemindahan panas terhadap waktu. Dari hubungan ini didapat kesimpulan, bahwa sistem p~pa dan roda gila mapu memindahkan panas sisa setelah shut down. Penarikan keimpulan tersebut dapat dilakukan dengan membandingkan grafik pembuangan panas dan grafik panas sisa terhadap waktu. Ditinjau dari segi pembuangan panas, ternyata RSG 30 cukup aman walau~un terjadi scram oleh padamnya aliran listrik. A B 5 T RAe T The nuclear reactor releases residual heat after shut down process. This residual heat must be removed to keep the integration of the fuel element. The rejection of the residual heat process in RSG - 30, is done by allowing water flow in the core, during 40 second after shut down process. This process is fulfilled by installing the fly wheel at the pump shaft. t was analysed, and it was found that there was a relation betwen the heat rejection ability and time. By this relation, it can be concluded that the pump and fly wheel system are able to reject the residual heat after shut down process. This conclusion can be made by comparing the curve of the heat rejection and residual heat versus time. From heat rejection, the RSG - 30 is safe enough although there will be scram due to electrical disturbance accident. 649
650 PENDAHULUAN Salah satuo cara yang ditempuh untuk membuang panas sisa akibat scram pad a RSG - 30 ialah dengan memasang suatu roda gila pada paras pompa atau motor pompa. Dengan adanya roda gila ini, pompa masih akan berputar selama 40 detik untuk mencapai 15% putaran awal, pada sa at listrik jala-jala padam, sehingga tenaga listrik ke pompa terputus. Untuk mengetahui kemampuan pendinginan saat terjadi scram dengan tenaga pompa terputus, diadakan analisis. Untuk ini mulamula disusun persamaan kesetimbangan moment, denganb memperhatikan faktgr yang berpengaruh. Persamaan yang telafl tersusun kemudian diselesaikan, dan dicari hubungan antara waktu dan kecepatan put~r..kecepatan putar pompa, menentukan jumlah aliran air dalam, rangkaiaon primer. Jumlah aliran ini sangat menentukan perpindahan panas pada teras reaktor. Dengan demikian, apabila 'hubungan antara waktu dan kecepatan putar pompa diketahui maka hubungan antara waktu dan pemindahan panas akan dapat diketahui pula. Hubungan antara waktu dan jumlah panas sisa pada tersa telah diketahui. Dari hubungan tersebut, akan dapat diketahui apakah sistim roda gila yang terpasang cuckup mampu mengatasi masalah prerpindahan-panas.. ANALSS DAN PERHTUNGAN. 1 Mencari kecepatan putar sebagi fungsi waktu. 1 ) Momen kelembamam pad a roda gila dinyatakan dengan M=ti-= duj d t
651 5. ~ w 1 2 3 4 2) Momen pada pompa untuk mengatasi geseran zat cair (air) pada sistim. M = torsi = or i 3) Momen untuk mengatasi geseran mekanik pada poros. M = k Ckonstan) dengan M = momen, = momen kelembaban,~= percepatan sudut GV= kecepatan sudut. Bila momen diatas disusun, maka berlaku keseimbangan dengan persamaan act) d t -'+T+k=O Dari teori pompa dapat dituliskan T = To
652 sehingga persamaan menjadi d( J d t + To :2 CU + k = o ( 1 ) Persamaan diatas diusahakan menjadi persamaan diferential lain yang dapat dipecahkan. Untuk ini diberikan perubahan baru 'Z. 5 = (V maka didapat dcv d = 1 2 5ubstitusi kedalam persamaan (1) memberi d 5 d..!l. 2 To + ----5 + 2 k = 0 ( 2) dengan To =.momen awal pompa, ~= sudut tempuh poros GOo = kecepatan sudut awal, Persamaan d~ferential (2) mempunyai jawaban 5 k - to:2 (1 + -) e o T (3 ) CO -) Kecepatan putar sesaat dari pompa dapat diyatakan dengan: - 10 :2 k e - -(4) k To ~1(1 To 2 Dari persamaan (4) ini dicoba dicari hubungan antara W -t at au.5:2-- t. Berdasarkan persamaan.sz-~jti)dt atau d S2-= 0.)d t,
653 2q k Arc = - V~ -- maka + 1+ -- ~) dapat We... ke dituris ~ To rt-o = e = q;. p; (5) ~ memberikan integral -2 Wo'" = kto -2T r (6 p ) q 1J - = Wo dt larc tg k tg = Wo dt d.5l- Dari data MPR - 30 t = 40 detik, UQr 152 rad/dtk, = 80 kgm2, didapat harga q = 0,1056, p = 1,1056, r = 8,4.10-4 ld/ujo = 0,15, T0= 776Nm Persamaan untuk menyatakan t - dapat dituliskan t = 48.21 t 1.2566 - Arc ~g V Dan persamaan (4) dapat dituliskan -4. e-a 4.1oJ'l..- (7 ) --(U = V 1, 1056 e-a 4 1-4 a J1- - 0,1 056 (8 ) CUo Dari kedua persamaan, dapat dinyatakan hubungan t- dan v.xvo - S2- Untuk menyatakan hubungan t- ~ Vo ' dapat dilakukan dengan substitusi. Tetapi hubungan ini lebih mudah dinyatakan dalam grafik. Untuk membuat grafik t - ~/~ o ' dimasukkan harga pada persamaan (7) sehingga diperoleh
.654 harga t. Kemudian dengan harga -D-~'yang sama, dimasukkan ke dalam persamaan (8) sehingga diperoleh harga ~~o Pasangan harga t - to/goo untuk setiap.j'l merupakan grafik t - ~/~o Grafik ini tertera pada gambar (2) dihalaman berikut. Grafik t - Q /~o ini digunakan untuk mencari perpindahan panas pad a teras reaktor. 11.2 Mencari perpindahan panas sebagai fungsi waktu Kecepatan putar poros pompa, akan mempengaruhi debit pompa, dan selanjutnya akan mempengaruhi pendinginan pada teras. Dari teori pompa dapat ditulis Q = h = Nu?-- deq, Nu = 0,037 Re 0.8 Pr 0.43 (. Pr Prw ) 0.25 Re = -v d eq -y Dan dapat ditulis h ho = (. Q = ( )0.8 Dengan menganggap T tidak berubah, maka dapat ditulis E Eo = ( )0.8 (9 ) dengan E h = =koefisien T~ panas beda A suhu bahan dari konveksi yang bakar lepas perpindahanpanas E = Panas sisa akibat peluruhan sinar 1dan ~ kan dengan dapat dinyata-
655 P -f - b ----- 0,004 e-4.4~.10 t + 0,0017 e-3.4.10 t Po ( 1 0 ) Dengan memperbandingkan harga pada persamaan (9) dan (10), dapat diketahui bahwa harga EEo lebih besar dari harga P/Po. lni berarti bahwa sistim pembuang panas (aliran air oleh pengaruh roda gila) mampu membuang panas bahan bakar ke dalam air di rangkaian primer. 1. KESMPULAN DAN SARAN SARAN Dari analisis dan perhitungan, dapat dibandingkan kemampuan pembuangan panas oleh pengaruh roda gila dan panas peluruhan yang dihasilkan oleh bahan bakar. Ternyata oleh adariya roda gila pada poros pompa, panas peluruhan dalam bahan bakar mampu dibuang ke luar, setidak tidaknya untuk waktu 40 detik dari saat terjadinya scram. Untuk analisis selanjutnya setelah 40 detik, diperlukan tinjauan pada peristiwa perindahan panas konveksi alamo ACUAN 1. B. NEKRASOV, "Hydraul ics", Peace Publ isher, Moscow. 2. BAT AN, "Kursus Teknologi Reaktor dan Pemanfaatan MPR-30 - BATAN, Jakarta. 3. 1.STONG etc,., Therma~ Analysis of Pressurized Water Reactor ",American Nuclear Sosiety, USA.
656 TANYA JAWAB 1. Syahbuddin Apakah faktor gesekan pompa & motor sudah diperhitungkan dalam perumusan W/Wo Jawaban : Faktor gesekan pompa & motor sudah dimasukkan dalam persamaan : M = k 2. Syarip Apakah formulasi dari panas sisa dari G( & ~ memang benar-benar berlaku untuk RSG? apa alasan-alasan/asumsiasumsinya, berhubung perkayaan dari PWR dengan'rsg jauh berbeda. Jawaban : Formulasi untuk P/Po diambil dari referensi untuk PWR belum disesuaikan dengan RSG 30. 3. Pada pet"'samaan (9).diperoleh dengan anggapan.6t pada bahan bakar dianggap 0 (tidak ada perubahan) apakah sudah pernah dianalisis bagaimana persamaan (9) berubah jika ada perubahan/kenaikkan suhu mendadak di bahan bakar, dan disertai scram, apakah roda gila masih kuat pengaruhnya? Jawaban : Belum pernah dianalisa untuk kenaikkan suhu yang mendadak sebelum scram. Belum dapat ditentukan apakah roda gila mampu untuk peristiwa diatas.
657 4. Made Berata Apakah aliran kecepatannya. air pada roda gila diperhitungkan Jawaban : Va. Kecepatan aliran dinyatakan dalam persamaan Q Qa = v Va =