DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN.... ii ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR RUMUS... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Teori Nuklir... 4 2.1.1 Definisi Nuklir.... 4 2.1.2 Reaktor Nuklir... 5 2.1.3 Kecelakaan Reaktor Nuklir Fukushima Daiichi... 8 2.2 FASSIP-01... 9 2.2.1 Definisi FASSIP-01... 9 2.2.2 Cara Kerja Sistem dan Operasi FASSIP-01... 11 2.2.3 Heater Tank FASSIP-01... 14 2.3 Analisa Perpindahan Panas pada Heater Tank FASSIP-01... 15 2.3.1 Koefisien Perpindahan Panas Keseluruhan dan Tahanan Thermal..... 16 2.3.2 Analisa Efektifitas Heat Exchanger dan Number of Heat Transfer Unit (NTU).... 17 2.4 Analisa Perpindahan Panas pada Heater Tank Modifikasi FASSIP-01... 19 2.4.1 Efisiensi Extended Surface... 20 BAB III METODE PENELITIAN... 23 3.1 Deskripsi Penelitian... 23 3.2 Data... 24 3.3 Alat dan Bahan... 24 3.4 Prosedur Analisa..... 24 3.5 Langkah Penelitian... 25 3.5 Tempat dan Waktu Penelitian.. 25
3.6 Diagram Alir Penelitian... 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 28 4.1 Analisa Pada Pipa Utama Heater Tank FASSIP 01 Tanpa Permukaan Tambahan... 28 4.1.1 Simulasi Heater Tank FASSIP 01 Kondisi Inisial... 29 4.1.2 Analisa Hambatan Termal Heater Tank FASSIP 01... 33 4.1.3 Analisa Total Perpindahan Panas Heater Tank FASSIP - 01... 38 4.1.4 Analisa dan Simulasi Heater Tank FASSIP 01 Kondisi Sesungguhnya... 39 4.1.5 Analisa Efektifitas NTU Pipa Utama Tanpa Permukaan Tambahan... 41 4.2 Analisa Pada Pipa Utama Heater Tank FASSIP 01 Dengan Permukaan Tambahan... 45 4.2.1 Skematik Heater Tank FASSIP 01 Dengan Permukaan Tambahan... 46 4.2.2 Analisa Efektifitas NTU Pipa Utama Dengan Permukaan Tambahan... 47 4.2.3 Nilai Efisiensi Sirip Permukaan Tambahan... 49 4.2.4 Korelasi Jumlah Permukaan Tambahan Terhadap Efektivitas - NTU... 49 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 54 5.2 Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA. 55 PERNYATAAN LEMBAR ASISTENSI I LEMBAR ASISTENSI II SK SKRIPSI/ PEMBIMBING
ANALISA PERPINDAHAN PANAS PADA HEATER TANK FASSIP 01 Oleh Dosen Pembimbing : Mahran Noufal : Prof. Dr. Ir. I Gst. Bgs. Wijaya Kusuma Ir. I Nengah Suarnadwipa, MT. Abstrak FASSIP-01 adalah sebuah piranti analisa pengembangan metode sirkulasi alamiah yang bertujuan dasar untuk mengedepankan aspek keamanan teknologi struktur untuk PLTN. Prototype FASSIP-01 memiliki beberapa komponen penting, salah satunya adalah Tabung Heater. Tabung ini berfungsi sebagai tabung induk pemanas untuk memanaskan pipa utama FASSIP 01 yang melintas di dalamnya. Ketika panas mengalir dari tabung menuju pipa utama, fluida yang telah berubah temperaturnya dalam pipa utama bergerak sesuai untaian karena adanya efek buoyancy. Pergerakan ini berlangsung kontinyu seiring dengan kerja tabung heater yang bekerja sebaliknya dari konsep kerja tabung heater. Penelitian ini dilangsungkan dengan tujuan utama untuk mengetahui peningkatan unjuk kerja daripada pipa utama tabung heater dengan adanya tambahan permukaan yang diterapkan pada dinding dalam pipa utama. Penelitian FASSIP-01 telah dilakukan di Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN) namun data yang dihasilkan belum ditemukan yang meliputi temperatur dan kecepatan aliran fluida. Dikarenakan kurangnya data pembanding awal, penulis melakukan beberapa asumsi yang dipakai sebagai acuan daripada penelitian ini. Setelah ditentukan beberapa nominal asumsi awal, dilakukan simulasi terhadap aliran fluida di dalam pipa utama. Hasil yang didapat dari proses simulasi dengan asumsi ini digunakan sebagai data pembanding dasar untuk dilakukan analisa terhadap unjuk kerja pipa utama. Selanjutnya asumsi yang valid dan hasil simulasi dengan kondisi sesungguhnya menjadi hasil utama yang didapat dari penelitian ini. Dari penelitian yang dilakukan ditemukan bahwa telah terjadi peningkatan unjuk kerja yang meliputi laju perpindahan panas dan efektivitas yang dihasilkan. Dengan penambahan permukaan tambahan ditemukan bahwa laju perpindahan panas dan efektivitas meningkat. Laju perpindahan panas yang dihasilkan apabila tidak ditambahkan permukaan tambahan pada pipa menunjukkan hasil 55.760,56 Watt dan efektivitas 56,4%, sedangkan jika ditambahkan permukaan berbentuk juring berjumlah 2 buah maka akan menghasilkan daya sebesar 64.150,86 Watt dan efektivitas sebesar 64,9% dengan efisiensi sebesar 98%. Kata kunci: buoyancy, efektifitas, heater, heater tank, permukaan tambahan, perpindahan panas natural, simulasi.
HEAT TRANSFER ANALYSYS OF FASSIP 01 HEATER TANK Author Guidance : Mahran Noufal : Prof. Dr. Ir. I Gst. Bgs. Wijaya Kusuma Ir. I Nengah Suarnadwipa, MT. Abstract FASSIP 01 was an analysys tool that developed natural sirculation method that purposed for leading safe and secure aspect on structure of nuclear power plant. The prototype of FASSIP 01 had some important component of it, the one is Heater Tank. The tank was build as main heater to made main pipe of FASSIP 01 heated, located inside of the tank. When the heat was flows from the tank to the main pipe, the fluid that has changed temperature moving along the loop caused by the effect of buoyancy. This movement countinuously in lines with the heater tank working concepts. This research was carried out purposes for knowing the improvement value of main pipe performance with attachment the extended surface on inside wall of main pipe. The research of FASSIP 01 had been done at Indonesian Nuclear Researcher Agency (BATAN) but the result data was not completely found, included the temperature and real velocity of the flows. Caused by the less of main data that could be compared, We ve made some assumption used for according to on this research. After some of those assumption could determined, the simulation bout main flows of fluids at the main pipe was held. The result of simulation with some assumption used for main comparation datas with the result of performance analysys at main pipe. After all, the valid assumption and the result of simulation with real condition will be the main result as could as we got at this research. From this research, we could know that improvement of performance was happen including heat transfer rate and effectivity. With attachment of extended surface, the heat transfer rate dan the effectivity have increased. The heat transfer result if without the attachment of extended surface would be 55.760,56 Watt, dan the effectivity would be 56,4%, at the other side if the attachment of extended surface with pie (segments) type with total amount is 2 was active so the heat transfer rate would be 64.150,86 Watt and the effectivity would be 64,9% with the 98% efficiencies. Keywords: buoyancy, effectivity, extended surface, heater, heater tank, natural sirculation, simulation.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknik nuklir di Indonesia terkendala oleh beberapa faktor, di mana yang paling dominan adalah faktor keamanan dan keselamatan. Kedua faktor tersebut menjadi alasan pemerintah untuk belum mengembangkan pembangkit listrik bertenaga nuklir. Selain itu, teknologi pengayaan uranium dan juga penanganan limbah belum mampu dikuasai dengan baik, sehingga pengembangan teknologi nuklir skala besar belum memperoleh ijin dari pemerintah Indonesia. Meskipun demikian, beberapa penelitian pendukung teknologi nuklir telah dilakukan di Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) untuk dipersiapkan apabila pemerintah membuka ijin engembangan skala besar. Salah satu alat yang dikembangkan di BATAN adalah Fasilitas Simulasi Sistem Pasif atau yang dikenal dengan nama FASSIP-01. FASSIP-01 adalah sebuah prototype sistem pendingingan reaktor yang berwujud untaian alat yang memiliki fungsi sebagai simulator bekerjanya asas natural circulation yang dimaksudkan sebagai alternatif jika terjadinya kecelakaan pada reaktor nuklir. FASSIP-01 terdiri dari beberapa komponen penting, seperti Heater Tank, Cooler Tank, Expansion Tank, dll yang dihubungkan oleh beberapa section membentuk rectangular loop. Sistem FASSIP-01 menerapkan metode pertukaran kalor yang dirancang dan diujicobakan oleh ilmuwan nuklir di BATAN, Serpong. Salah satu komponen pemegang peranan penting pada riset FASSIP-01, yaitu Heater Tank merupakan sebuah tangki berbentuk silinder yang berisi fluida dan kemudian dipanaskan oleh piranti heater bertipe submerged untuk kemudian mengalirkan temperatur panas kepada section yang melintasi di tengah tengah tangki silinder. Fluida yang telah panas setelah melewati heater tank mampu mengalir menuju tangki pendingin untuk seterusnya bergerak mengalir secara kontinyu melalui untaian. Hasil penelitian simulasi yang dilakukan di BATAN menunjukan sistem penukar kalor FASSIP-01 belum bekerja secara sempurna, karena hanya mampu mengalirkan fluida dan mempertukarkan panas namun belum diketahui karakteristik
dan unjuk kerjanya. Pada kesempatan kali ini penulis hendak mendisain kembali sistem pertukaran kalor di FASSIP-01 dan menganalisis perpindahan panas yang terjadi untuk mengetahui karakteristik dan unjuk kerja pada Heater Tank FASSIP-01. Seperti yang telah sering terjadi bawasannya penambahan extended surface yang dilakukan oleh para peneliti pada kebanyakan kasus alat penukar kalor ditujukan untuk meningkatkan laju perpindahan kalor yang terjadi pada alat penukar kalor tersebut. Dengan adanya peningkatan laju perpindahan kalor pada alat penukar kalor maka hal tersebut akan berdampak pada meningkatnya efektifitas kerja alat penukar kalor itu sendiri. Mengingat konsep kerja heater tank FASSIP 01 yang merupakan aplikasi dari alat penukar kalor, maka atas dasar itulah penulis mencoba untuk mengaplikasikan adanya penambahan lapisan pada sisi luar pipa utama heater tank FASSIP 01 dengan harapan adanya peningkatan efektifitas yang dihasilkan. Hal ini penulis rasa akan mampu pula meningkatkan unjuk kerja daripada FASSIP 01 secara keseluruhan. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, maka ditemukan permasalah sebagai berikut: 1. Bagaimana analisa perpindahan panas pada heater tank FASSIP-01 dan analisa perpindahan panas yang terjadi secara keseluruhan pada untaian FASSIP-01? 2. Apakah ada peningkatan kerja yang dihasilkan dengan penambahan extended surface pada pipa utama heater tank FASSIP 01 atau tidak? 1.3 Batasan Masalah Agar tidak terlalu banyak yang dianalisis, maka batasan penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Sistem bekerja secara steady bukan fungsi waktu 2. Tidak ada energi yang tersimpan dalam sistem. 3. Tidak ada energy yang terbangkitkan. 4. Analisa perpindahan panas hanya membahas yang terjadi di heater tank.
1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari dilaksanakan penelitian dengan judul Analisa Perpindahan Panas Pada Heater Tank FASSIP-01 ini adalah sebagai berikut: 1. Menganalisis perpindahan panas pada heater tank FASSIP-01 dan menganalisis perpindahan panas yang terjadi secara keseluruhan pada untaian FASSIP-01. 2. Mengetahui adanya peningkatan kerja yang dihasilkan dengan penambahan extended surface pada pipa utama heater tank FASSIP 01 atau tidak. 1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari dilaksanakan penelitian yang berjudul Analisa Perpindahan Panas Pada Heater Tank FASSIP-01 adalah sebagai berikut: 1. Dapat menambah pengetahuan pembaca mengenai metode kerja alat penukar kalor baik pada FASSIP-01 secara keseluruhan ataupun hanya pada heater tank FASSIP-01 dan bagaimana improvisasi yang dapat dilakukan terhadapnya. 2. Dapat menambah pengetahuan pembaca dan referensi pembaca mengenai fenomena fenomena perpindahan panas yang terjadi pada riset FASSIP- 01. 3. Dapat dijadikan sebagai referensi untuk kemudian dilakukan penelitian penelitian selanjutnya.