analisis th coolod-n axp vs pcdigilib.batan.go.id/e-prosiding/lkstn_2008/artikel_doc/b... · web...

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir: 6-7 Agustus 2008(317-331)

VERIFIKASI PROGRAM COOLOD-N VERSI PC DENGAN VERSI AXPMuh. Darwis Isnaini*

ABSTRAK

VERIFIKASI PROGRAM COOLOD-N VERSI PC DENGAN VERSI AXP. Telah dilakukan suatu verifikasi program Coolod-N yang dijalankan pada komputer personal (personal computer-PC) dengan versi AXP. Analisis ini dilakukan dengan latar belakang semakin banyaknya program komputer perhitungan (code) di BATAN yang semula dijalankan menggunakan komputer AXP, dikopi pada komputer PC dengan prosesor Pentium 4 dan sistem operasi Windows NT kemudian di -compile dengan Compaq Visual Fortran. Tidak ada perubahan berarti yang dilakukan, hanya memberi nomor urut pada subrutin dan fungsi yang digunakan, dan menggabungkan 5 subprogram atau fungsi yang terpisah ke dalam program induk (main program). Verifikasi ini diperlukan dengan tujuan untuk mengetahui berapa prosen perbedaan hasil perhitungan antara versi AXP dan PC. Sebagai acuan di dalam perhitungan ini adalah data termohidrolika RSG-GAS baik untuk bahan bakar oksida dan silisida. Hasil perhitungan untuk elemen bakar oksida pada daya nominal 30 MW dengan komputer PC, menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan suhu pendingin keluaran dan pembangkitan panas rerata, tetapi terdapat perbedaan pada suhu maksimum pelat 143,27 oC (perbedaan dengan AXP 0,11%), dam suhu maksimum meat 170,80 oC (perbedaan 0,094%), sedangkan untuk marjin keselamatan terhadap ketidak-stabilan aliran S sebesar 3,30 (perbedaan nilai –3,79%, tetapi perbedaan arti fisis 13%. Hal ini disebabkan karena perambatan ralat/ perbedaan ketelitian pada PC dan AXP yang berbeda pada tiap tahap perhitungan. Dari hasil tersebut, dilihat dari sisi penggunaan program Coolod-N versi PC lebih unggul karena dapat digunakan pada sembarang komputer PC, dan memiliki kemampuan dan hasil yang sama dengan versi AXP pada perhitungan distribusi suhu pendingin, pelat, meat, fluks panas dan pembangkitan panas, namun memiliki kelemahan untuk menghitung marjin keselamatan karena menyebabkan perbedaan nilai yang signifikan.

Kata-kata kunci: Verifikasi program Coolod-N versi AXP dan PC.

ABSTRACT

VERIFICATION OF COOLOD-N CODE PC VERSION BY AXP VERSION. Verification of Coolod-N code PC version by AXP version has been carried out. The background of this analysis, there were several BATAN’s code that has been run using AXP at first, and now has been coppied into Pentium4 persomal computer, based on Windows NT operating system and has been compiled using Compaq Visual Fortran. There were not any significant changing in the program, only give subroutin and function number, and gather 5 sub program and function into main program together. The verification was needed to know how much deviation between the output of AXP and PC. The calculation based on thermalhydraulic data of RSG-GAS each for oxide and silicide fuel. The calculation result for oxide fuel, nominal power 30 MW using Coolod-N PC version, shows that there were not any deviation on the outlet coolant temperature, and the average heat generation, but there were deviation on the maximum plate temperature 143.27 oC (deviation with AXP 0.11%), and the maximum meat temperature 170.80 oC (deviation 0.094%), whereas the safety margin against the onset of flow instability S was 3.30 (-3.79% value deviation, but 13% physical deviation), these deviations came from the different sequence at each step calculation between PC and AXP. From these results, it can be conclused that Coolod-N PC version has more applicable on any kind PC, and has same capability with AXP version for calculating the

* Staf Peneliti pada PTRKN – BATAN

317


coolant, plate, meat temperature, heat flux and heat generation distribution, however it has less capability to calculate the safety margin, because has significant deviation.

Keywords: Verification, Coolod-N code, AXP and PC version.

PENDAHULUAN

Perkembangan kemampuan komputer personal (personal computer – PC) di dunia sangat pesat, baik perangkat keras maupun perangkat lunaknya, termasuk kapasitas perangkat keras dan waktu prosesnya. Dengan berkembangnya perangkat keras (hardware) komputer, banyak institusi seperti JAERI dan BATAN atau secara perorangan yang mengalihkan program komputernya dari mainframe dengan sistem operasi (operating system) AXP ke PC yang dioperasikan dengan Windows atau Unix. Beberapa program komputer untuk perhitungan teras, termohidrolika teras, sistem, dan lain-lain, telah dikopi dari AXP dan berhasil dikompilasi (compile) dan dijalankan (running) dengan baik di komputer PC. Salah satu program komputer di antaranya adalah Coolod-N[1], yaitu sebuah program komputer yang dipakai untuk melakukan analisis termohidrolika teras reaktor riset dengan elemen bakar jenis pelat, seperti JRR-3 dan RSG-GAS. Dengan latar belakang bahwa program komputer Coolod-N sudah dapat dijalankan pada komputer PC, maka perlu dilakukan verifikasi dengan program Coolod-N versi AXP. Verifikasi dilakukan, dengan tujuan untuk mengetahui berapa prosen perbedaan hasil perhitungan termohidrolika teras menggunakan program Coolod-N versi PC dan AXP, dengan obyek teras RSG-GAS, mengacu pada data Laporan Analisis Keselamatan (Safety Analysis Report - SAR) Revisi 7[2] untuk elemen bakar jenis oksida dan silisida. Verifikasi ini juga bertujuan untuk menjawab perubahan data termohidrolika karena penggantian elemen bakar dari jenis oksida menjadi jenis silisida dengan tingkat muat yang sama yaitu 250 g U-235 per elemen bakar atau kerapatan 2,96 g/cc.

Pada penelitian sebelumnya tentang “Uji Benchmark Termohidrlika Teras Kerja RSG-GAS Dalam Keadaan Tunak” oleh Praptoriyadi, dkk.[3], telah dilakukan perbandingan hasil perhitungan antara program yang digunakan oleh pemasok (Interatom), dengan beberapa program komputer yang dimiliki BATAN antara lain Coolod-N, PLTEMP, Heathyd dan Paret-ANL, dengan hasil perbedaan kurang dari 3,7%, sehingga disimpulkan bahwa ke empat program komputer tersebut dapat dipakai sebagai alat penganalisis keselamatan termohidrolika teras RSG-GAS

Pada penelitian lainnya tentang “Penelitian Karakteristik Termohidrolika Teras Silisida dan Penentuan Laju Alir pada Stringer Iradiasi RSG-GAS” oleh Isnaini[4], dilakukan perhitungan termohidrolika teras RSG-GAS dengan program Coolod-N dan laju alir dengan menggunakan program Caudvap. Dari penelitian tersebut salah satu kesimpulannya adalah perhitungan termohidrolika teras RSG-GAS dengan program Coolod-N versi AXP sudah diverifikasi dengan program COBRA III/C dan divalidasi

318

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir: 6-7 Agustus 2008

dengan hasil pengukuran memberikan kesesuaian yang baik (perbedaan kurang dari 5%).

Beberapa penelitian di RSG-GAS yang dilakukan dengan menggunakan program Coolod-N adalah : a) Pendinginan pada berbagai jumlah pelat di dalam elemen bakar tipe MTR[5] , b) Analisis termohidrolika teras RSG-GAS pada kondisi tunak dengan menggunakan bahan bakar silisida[4], c) Penentuan laju alir minimum teras oksida RSG-GAS, d) Analisis termohidrolika pada kanal terluar elemen bakar RSG-GAS[7], dan e) Evaluasi termohidrolika kondisi tunak teras RSG-GAS pada operasi daya 15 MW dengan 1 pompa pendingin primer[8], serta beberapa penelitian lainnya. Dari beberapa penelitian di atas yang dilakukan dengan komputer AXP yang dikelola oleh PPIN-BATAN, program tersebut sudah teruji kehandalannya untuk dipakai guna melakukan analisis termohidrolika teras RSG-GAS, dan hanya membutuhkan waktu running (central processing unit – cpu time) hanya beberapa menit. Untuk menghindari ketergantungan dengan AXP, maka pada tahun 2005 program Coolod-N di-compile dengan Compaq Visual Fortran yang berbasis Windows pada komputer PC baik oleh JAERI dan BATAN secara terpisah, dan telah berhasil dijalankan pada komputer PC.

Dengan adanya tugas untuk meng-update data Laporan Analisis Keselamatan (Safety Analysis Report – SAR) RSG-GAS dari bahan bakar oksida menjadi silisida, maka kesempatan untuk menguji kehandalan program Coolod-N versi PC, dengan cara melakukan perhitungan ulang termohidrolika teras RSG-GAS untuk bahan bakar oksida dan silisida. Dari hasil perhitungan dengan program Coolod-N versi PC dan versi AXP, ternyata dijumpai beberapa perbedaan hasil perhitungan. Dengan latar belakang bahwa telah dijumpai beberapa perbedaan hasil perhitungan dengan program Coolod-N versi PC dan AXP, maka di dalam makalah ini akan dilakukan analisis termohidrolika teras dengan program Coolod-N, dengan cara mencari penyebab perbedaan, dan menyimpulkan perbedaan tersebut dapat diterima atau tidak. Tujuan penelitian ini adalah diperoleh suatu verifikasi hasil perhitungan program Coolod-N versi PC dengan versi AXP.

DASAR TEORI

Paket Program COOLOD-N

Program perhitungan komputer (code) COOLOD-N adalah suatu program komputer yang dipergunakan untuk perhitungan distribusi suhu dua dimensi, yaitu arah radial (arah ketebalan meat dan pelat) (y) dan arah aksial (z). Perhitungan dilakukan dengan cara mengasumsikan pembangkitan panas di dalam meat bahan bakar konstan ke arah radial (Q = q”/yU = konstan) atau hanya terjadi konduksi panas satu dimensi. Gambar 1 menunjukkan model perhitungan distribusi suhu di dalam pelat bakar, yaitu dari arah luar (pendingin) ke dalam (pelat dan meat).

319

Gambar 1. Model perhitungan pelat bahan bakar


Beberapa persamaan yang digunakan untuk perhitungan distribusi suhu pendingin, pelat dan meat bahan bakar adalah :(1) Suhu bulk pendingin : Tb

(1)

(2) Suhu permukaan luar pelat (kelongsong, wall) : TW

(2)(3) Suhu permukaan dalam pelat : TWB

(3)(4) Suhu permukaan meat bahan bakar : TBU

(4)(5) Suhu maksimum meat bahan bakar : TUo

(5)di mana :

Tb : Suhu (temperatur) bulk pendingin, oCTin : Suhu masukan (inlet) pendingin, oCTW : Suhu permukaan luar pelat (wall), oCTWB : Suhu permukaan dalam pelat, oCTBU : Suhu permukaan luar meat bahan bakar, oCTUO : Suhu maksimum meat bahan bakar, oCFb : Faktor penaikan suhu bulk

Ff : Faktor penaikan suhu film

320


Fw : Faktor penaikan suhu pelat (wall)FB : Faktor penaikan suhu batas antara pelat dan meat (Bond)FU : Faktor penaikan suhu meat bahan bakarG : Laju aliran massa , kg/m2 detA : Luas aliran, m2

Cp : Panas spesifik, kcal/kg oCQ : Laju pembangkitan panas, kcal/jamZ : Jarak dari kanal masukan, mq” : Fluks panas, kcal/m2 jam atau W/cm2

h : Koefisien perpindahan panas secara konveksi, W/cm2 oCkW : Konduktivitas termal pelat (wall), W/cm oKkB : Konduktivitas termal batas antara pelat dan meat (Bond), W/cm oKkU : Konduktivitas termal meat bahan bakar, W/cm oKyw : Tebal pelat (wall), cmyB : Tebal Bond, cmyU : Tebal meat bahan bakar, cm

Pada tahun 1994[7], ke dalam program komputer Coolod-N versi AXP ditambahkan parameter yang dipakai untuk menentukan batas keselamatan sesuai dengan desain RSG-GAS[2,9], yaitu parameter pelepasan gelembung (bubble detachment parameter) yang dirumuskan dengan:

(6)

di mana:Ts : suhu saturasi pendingin, oCv : kecepatan pendingin, cm/sz : jarak dari kanal pendingin masukan, cm.

Sedangkan faktor keselamatan terhadap ketidakstabilan aliran (the safety margin against the onset of flow instability ratio) S[2,9] dirumuskan dengan:

(7)

di mana c : parameter pelepasan gelembung kritis, secara eksperimen ditentukan sebesar 22,1 cm3 oK/J. Nilai marjin keselamatan S dihitung secara manual.

Pada perhitungan ini, ditambahkan juga perhitungan secara manual untuk mencari suhu maksimum meat bahan bakar, jika terjadi oksidasi pada permukaan pelat elemen bakar, dengan ketebalan maksimum lapisan oksida sebesar 0,0025 mm[2].

TATA KERJA

321


Urutan langkah yang dilakukan adalah :1. Mengkopi source paket program Coolod-N dari mainframe ke komputer PC,

dengan menggunakan program WS_FTP32.2. Memodifikasi paket program Coolod-N yang dilakukan pada program induk

(main program) dengan memberi nomor urut subrutin dari nomor 1 sampai 97, dan nomor urut fungsi dari nomor 1 sampai 24. Memasukkan sub program IEAJT1, IEAJT2, IEAJT3, TSATCN dan FUNCTION yang semula dipanggil dengan “INCLUDE (IEAJT1)” ke dalam program induk dengan perintah “COMMON /IEAJT1/” dan seterusnya, dan menghilangkan satu persamaan STARD pada FUNCTION karena menyebabkan warning.

3. Mengkompilasi paket program Coolod-N dengan menggunakan compiler Compaq Visual Fortran pada komputer Pentium4 yang berbasis Windows NT.

4. Melakukan linking obyek-obyek pada paket program untuk mendapatkan file.exe, yaitu suatu file yang dapat dipakai untuk menjalankan program Coolod-N.

5. Proses 2 s/d. 4 di atas dilakukan berulang, sehingga tidak lagi didapatkan error atau warning saat pengompilasian dan linking.

METODE PERHITUNGAN

Di dalam perhitungan, pendisain membagi panjang pelat elemen bakar ditambah pemegangnya (total 62,5 cm) menjadi 51 titik aksial dengan jarak antar titik yang seragam, sedangkan pada model ini panjang pelat elemen bakar (60 cm) dibagi menjadi 13 titik aksial dengan jarak seragam 5 cm, ditambah ujung atas dan bawah masing-masing 1,25 cm. Hal ini dilakukan untuk menyederhanakan 7 perhitungan yang lain, setelah terlebih dahulu dicoba pembagian menjadi 51 dan 13 titik aksial pada program Coolod-N ternyata memberikan suhu maksimum pelat dan meat bahan bakar yang sama, dengan kelebihan grafik distribusi suhu yang lebih halus pada pembagian 51 titik aksial. Perhitungan ini menggunakan data teknis RSG-GAS yang tercantum pada Tabel 1.

322


Tabel 1. Data Disain dari RSG-GAS (teras oksida)[2]

UmumJumlah Elemen Bakar Standar dan Elemen KendaliDimensi Elemen Bakar Standar/ Kendali, mm x mm x mmTebal Pelat Bahan Bakar , mmLebar Kanal Pendingin, mmJumlah Pelat Bahan Bakar di dalam EB dan di dalam EKTebal Kelongsong, mmDimensi Daging (meat) Bahan Bakar, mm x mm x mmPengkayaan nominal 235U , %Kerapatan Uranium Bahan Bakar, g/cc

Parameter TermohidrolikDaya Reaktor, MWPanas yang Dibangkitkan Bahan Bakar , %Tekanan Masuk Teras, barAliran Pendingin (Konveksi Paksa, arah dari atas ke bawah)Laju Alir Minimum Aliran Sistem Primer, kg/detLaju Alir Efektif Teras Aktif, kg/det atau prosentaseKecepatan rerata Pendingin Sepanjang Pelat Bakar, m/detPenurunan Tekanan di Teras, bar

40 dan 877,1 81 6001,32,5521 dan 150,380,54 62,75 60019,752,96

301001,997

800618 atau 77%3,70,5

Adapun data kanal panas untuk elemen bakar oksida dan silisida tercantum pada Tabel 2.

Tabel 2. Faktor kanal panas untuk bahan bakar jenis oksida dan silisida.[2,10]

Jenis Faktor Jenis Bahan bakarOksida

(U3O8-Al)Silisida

(U3Si2-Al)Faktor Radial total untuk elemen bakar terpanas, FR 2,60 2,398Faktor Puncak Radial untuk Sub Kanal Panas 1,07 1,07Faktor Teknis Kenaikan Suhu untuk Sub Kanal Panas 1,023 1,023Faktor Fluks Panas untuk Titik Terpanas Fq” 1,2 1,2Faktor Puncak Daya Aksial, FA 1,6 1,71

323


Batas Keselamatan

Dalam melakukan perhitungan termohidrolika sub kanal dari RSG-GAS, digunakan batasan keselamatan sebagaimana spesifikasi teknis yang tertera pada Tabel 1[2], antara lain :

a. Batasan suhu maksimum dari pelat dan pusat meat bahan bakar masing-masing 145 dan 179 oC

b. Batas minimum terhadap ketidakstabilan aliran (S) pada daya lebih sebesar 2,67

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil kompilasi dan linking terhadap source program berupa file.exe paket program yang siap digunakan untuk melakukan analisis termohidrolika. Paket program ini dapat dijalankan pada komputer PC dengan sistem operasi Windows NT/2000/XP. Dengan demikian penggunaan paket program Coolod-N menjadi lebih mudah dibandingkan dengan versi AXP yang selalu bergantung pada komputer AXP di PPIN.

Sebelum dilakukan verifikasi hasil perhitungan Coolod_N versi AXP dengan versi PC, terlebih dahulu dilakukan untuk mengetahui perbedaan hasil, antara:a. Perhitungan dengan data masukan (input) daya nominal reaktor (30 MW), laju alir

total sistem pendingin primer 800 kg/det, dan suhu pendingin masukan 40,5oC, dengan

b. Perhitungan dengan data masukan (input) daya nominal reaktor (30 MW), laju alir total sistem pendingin primer 800 kg/det, dan suhu pendingin masukan 44,5oC.

Perhitungan pada daya 30 MW untuk jenis bahan bakar oksida, dengan suhu pendingin masukan 40,5 dan 44,5oC dengan program Coolod-N versi PC menunjukkan hasil, bahwa: a. Perubahan suhu pendingin antara masukan dan keluaran reaktor, baik untuk suhu

masukan pendingin 40,5 dan 44,5oC, besarnya sama 10,08oC,b. Perbedaan suhu pelat antara hasil perhitungan dengan suhu masukan pendingin

40,5 dan 44,5oC sekitar 0,6oC,c. Perbedaan suhu meat bahan bakar antara hasil perhitungan dengan suhu masukan

pendingin 40,5 dan 44,5oC sekitar 0,6oC,d. Marjin keselamatan minimum terhadap ketidak stabilan aliran S untuk suhu

masukan pendingin 40,5 dan 44,5oC masing-masing 3,62 dan 3,30.Ringkasan hasil perhitungan menggunakan program Coolod-N baik dengan

komputer AXP maupun PC untuk bahan bakar oksida disajikan pada Tabel 3, sedangkan untuk bahan bakar silisida pada Tabel 4. Hasil perhitungan ini dilakukan dengan data masukan laju alir teras sebesar 800 kg/detik, dan suhu pendingin masukan sebesar 40,5oC untuk mencari hasil suhu pendingin keluaran reaktor, dan suhu

324


pendingin masukan sebesar 44,5oC untuk mencari suhu maksimum pelat, suhu maksimum meat, dan marjin keselamatan terhadap ketidakstabilan aliran minimum S, baik untuk daya nominal reaktor 30 MW maupun daya lebih 34,2 MW

Tabel 3. Uji Benchmark perhitungan termohidrolika teras RSG-GAS berbahan bakar oksida pada kanal terpanas untuk laju alir minimum 800 kg/det.

SAR[2,10] COOLOD-N (AXP) COOLOD-N (PC)Daya total reaktor, MWt 30,0 34,2 30,0 34,2 30,0 34,2Sahu keluaran teras, oCKenaikan suhu di teras, oC

50,510,0

----

50,5810,08

51,9911,49

50,5810,08

51,9911,49

Suhu rerata keluaran kanal pendingin, oC

74,4 74,4 71,86 75,68 72,93 76,89

Rapat daya rerata, W/cm3

Rapat daya maks, W/cm3

(deviasi thd SAR, %)

15378210

--9915

1536,858397,34(2,28)

1752,019572,97(-3,45)

1537,078398,56(2,29)

1752,269574,36(-3,44)

Fluks panas rerata, W/cm2

Fluks panas maks, W/cm2


41,5221,7

----

41,5226,73(2,27)

47,30258,47

41,5226,76(2,28)

47,31258,51

Kecepatan pendingin, m/detik (dev. , %)

3,70 3,50 3,65(-1,35)

3,65(4,29)

3,65(-1,35)

3,66(4,57)

Suhu saturasi, oC 116,9 116,44 116,45 116,14 116,46Suhu maksimum pelat, oC(deviasi thd SAR, %)

145 -- 143,11(-1,30)

147,85(1,97)

143,27(-1,19)

148,00(2,07)

Suhu maksimum meat, Awal siklus oC

(deviasi thd SAR, %) Akhir siklus oC


175

200

179

207

170,64(-2,49)195,84(-2,08)

179,23(0,13)207,94(0,45)

170,80(-2,4)196,0(-2,0)

179,38(0,21)208,11(0,54)

TONB = TONB – Tpelat , oC -- -12,74 -17,35 -12,85 -17,66Penurunan tekanan P barDi ujung pelatKeluar teras 0,50

0,2000,552

0,1990,553

0,1990,527

0,1990,527

Parameter pelepasan gelembung, minimum

-- 75,8 59,4 72,9 56,4

Batas keselamatan, S min(deviasi thd SAR , % )

3,38 2,67 3,43(1,48)

2,69(0,75)

3,30(-2,37)

2,55(-4,49)

DNBR min 1,07 0,93 1,07 0,93

Hasil perhitungan untuk elemen bakar jenis oksida dalam Tabel 3 dapat diamati, bahwa :a. Secara umum, hasil perhitungan dengan program Coolod-N versi AXP dan PC

dibandingkan dengan SAR tidak terlalu banyak perbedaan. Untuk daya nominal 30 MW, hasil perhitungan dengan Coolod-N relatif lebih kecil dibandingkan SAR,

325


sedangkan untuk daya lebih 34,2 MW, hasil perhitungan dengan Coolod-N relatif lebih besar dibandingkan SAR, bervariasi dari –3,45% sampai 4,57%. Hal ini bisa disebabkan pembulatan angka pada SAR, dan perbedaan jumlah titik aksial pada pemodelan.

b. Perbandingan hasil perhitungan program Coolod-N antara versi AXP dan versi PC pada keluaran kenaikan suhu teras, rapat daya, fluks panas dan kecepatan pendingin hanya terjadi perbedaan 0,015%. Perbedaan yang sangat kecil ini terjadi, karena pada perhitungan tersebut dilakukan pada rumus-rumus dasar yang datanya langsung dari data masukan. Adapun hasil perhitungan pada distribusi suhu pelat bahan bakar perbedaannya bervariasi antara 0,00 % (pada masukan kanal) dan 2,49% (pada keluaran kanal), dan pada distribusi suhu tengah meat bahan bakar perbedaannya bervariasi antara 0,00% (pada kanal masukan) dan 2,54% (pada kanal keluaran), dengan perbedaan suhu maksimum pelat 0,11% dan perbedaan suhu maksimum meat 0,094%. Perbedaan ini disebabkan oleh perambatan ralat (sequence) akibat angka ketelitian pada AXP dan PC yang berbeda, yaitu pada urutan hitung yang kedua (lihat Lampiran 1), dimana masukan pada urutan kedua diperoleh dari urutan pertama. Dari perbedaan ini, perhitungan distribusi suhu dengan program Coolod-N versi PC dapat dipergunakan untuk analisis keselamatan.

c. Perbedaan hasil perhitungan program Coolod-N antara versi AXP dan versi PC akan semakin besar untuk perhitungan parameter pelepasan gelembung yang terletak pada urutan ketiga (lihat Lampiran 1), di mana distribusi suhu saturasi, suhu bulk pendingin, kecepatan pendingin dan fluks panas diperoleh pada urutan kedua. Dari hasil perhitungan marjin keselamatan S minimum pada daya nominal diperoleh 3,43 (AXP) dan 3,30 (PC) dan pada daya lebih diperoleh 2,69 (AXP) dan 2,55 (PC). Secara angka perbedaan hanya –3,79% dan –5,20%, tetapi secara fisis berarti terjadi perbedaan marjin keselamatan sebesar 13% dan 14%. Dari perbedaan secara fisis ini, perhitungan marjin keselamatan S antara program Coolod-N versi AXP dan PC terlalu besar.

326


Tabel 4. Uji Benchmark perhitungan termohidrolika teras RSG-GAS berbahan bakar silisida pada kanal terpanas untuk laju alir minimum 800 kg/det.

COOLOD-N (AXP) COOLOD-N (PC)Daya total reaktor, MWt 30,0 34,2 30,0 34,2Sahu keluaran teras, oCKenaikan suhu di teras, oC

50,5810,08

51,9911,49

50,5810,08

51,9911,49

Suhu rerata keluaran kanal pendingin, oC

74,12 78,25 75,27 79,56

Rapat daya rerata, W/cm3

Rapat daya maks, W/cm3

(deviasi dengan AXP, %)

1536,859042,02

1752,0110.307,90

1537,079043,33(0,014)

1752,2610.309,33

(0,014)Fluks panas rerata, W/cm2

Fluks panas maks, W/cm2

(deviasi dengan AXP, %)

41,5244,14

47,3278,31

41,5244,17(0,012)

47,3278,35(0,014)

Kecepatan pendingin, m/detik 3,65 3,66 3,65 3,66Suhu saturasi, oC 116,45 116,46 116,45 116,46Suhu maksimum pelat, oC(deviasi dengan AXP, %)

145,81 150,48 145,96(0,10)

150,66(0,12)

Suhu maksimum “meat”, Awal siklus oC (deviasi dengan AXP, %) Akhir siklus oC (deviasi dengan AXP, %)

153,18

177,85

158,88

187,01

153,33(0,10)178,00(0,08)

159,07(0,12)187,19(0,10)

TONB = TONB – Tpelat , oC -15,36 -19,90 -15,67 -20,20Penurunan tekanan Ploss, bar Di ujung pelat Keluar teras

0,1990,527

0,1990,527

0,1990,527

0,1980,528

Parameter pelepasan gelembung, minimum

66,3 51,0 63,4 48,0

Batas keselamatan , S min(deviasi dengan AXP, %)

3,00 2,31 2,87(-4,33)

2,17( -6,06)

DNBR min 0,99 0,87 0,99 0,87

Adapun hasil perhitungan program Coolod-N versi AXP dan PC untuk elemen bakar jenis silisida dapat dilihat pada Tabel 4. Dari tabel ini terlihat bahwa : a. Perbandingan hasil perhitungan program Coolod-N antara versi AXP dan versi PC

untuk elemen bakar silisida pada urutan hitung kedua terjadi perbedaan 0,014%, sama dengan perbedaan pada elemen bakar oksida.

b. Adapun perbedaan nilai marjin keselamatan S minimum pada daya nominal diperoleh 3,00 (AXP) dan 2,87 (PC) dan pada daya lebih diperoleh 2,31 (AXP) dan 2,17 (PC). Secara angka perbedaan hanya –4,33% dan –6,06%, tetapi secara

327


fisis perbedaannya adalah 13% dan 14%, sama besarnya dengan perbedaan marjin keselamatan untuk elemen bakar oksida.

c. Perbedaan yang besar pada hitung ketiga (lihat Lampiran 1), dikarenakan nilai yang dipakai pada hitung ketiga diperoleh dari hitung kedua, dan nilai dari hitung kedua diperoleh dari hitung pertama. Hal ini disebabkan adanya perambatan ralat (ketelitian angka dibelakang koma) yang berbeda dari program FORTRAN versi AXP dan PC, sehingga menyebabkan akumulasi perbedaan pada hitung kedua dan ketiga.

KESIMPULAN

Hasil verifikasi program Coolod-N versi AXP dan PC dengan SAR untuk perhitungan distribusi rapat daya, fluks panas, suhu memberikan kesesuaian yang baik, sedangkan untuk perhitungan marjin keselamatan diperoleh perbedaan yang signifikan secara fisis. Dari sisi penggunaan, program Coolod-N versi PC memiliki keunggulan dibanding versi AXP, karena dapat digunakan pada sembarang komputer PC yang bersistem operasi Windows, serta kemampuan yang sama untuk analisis distribusi rapat daya, fluks panas dan distribusi suhu pendingin, pelat dan meat bahan bakar pada reaktor riset dengan elemen bakar tipe pelat, namun memiliki kelemahan untuk analisis marjin keselamatan terhadap ketidak stabilan aliran S, karena menyebabkan perbedaan yang sangat signifikan dibandingkan AXP.

DAFTAR ACUAN

1. KAMINAGA, M., “Coolod-N: A computer code, for the analysis of steady-state thermal-hydraulics in plate-type research reactors”, JAERI–M 90-021, JAERI, February 1990.

2. ANONIM, “RSG - Safety Analysis Report Revisi 7”, BATAN, Jakarta, September 1989.

3. PRAPTORIYADI, G., dkk, “Uji benchmark termohidrolika teras kerja RSG-GAS dalam keadaan tunak”, Prosiding Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir V, PPI-BATAN, Jakarta, 24-25 Januari 1995.

4. ISNAINI, M.D., “Penelitian Karakteristik Termohidrolika Teras Silisida dan Penentuan Laju Alir pada Stringer Iradiasi RSG-GAS”, Presentasi Ilmiah Jenjang Peneliti Muda, P2TRR-BATAN, Serpong, 19 Agustus 2004.

328


5. ISNAINI, M.D., KUNTORO, I., “Pendinginan pada berbagai jumlah pelat di dalam elemen bakar tipe MTR “ Prosiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir, PEBN-BATAN, Jakarta, 18-19 Maret 1996.

6. PUTRANTA K., ISNAINI M.D., SAPTOADI D., “Analisis termohidrolika teras RSG-GAS pada kondisi tunak dengan menggunakan bahan bakar silisida” Prosiding Laporan Penelitian PRSG Tahun 1994/95, PRSG-BATAN, Jakarta, 1995.

7. PUTRANTA K., ISNAINI M.D., SAPTOADI D., “Analisis termohidrolika pada kanal terluar elemen bakar RSG-GAS”, Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN ke-2, PPTKR-PRSG - BATAN, Serpong, 26-28 Juli 1994.

8. ISNAINI M.D., MURAYAMA Y., “Evaluasi termohidrolika kondisi tunak teras RSG-GAS pada operasi daya 15 MW dengan 1 pompa pendingin primer” Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Litdas Iptek Nuklir, P3TM-BATAN, Yogyakarta, 14-15 Juli 1999.

9. GYSLER, “Benchmark Calculation for MPR 30”, Komunikasi Pribadi, 11 Maret 1994.

10. ANONIM, “Laporan analisis keselamatan penggantian elemen bakar U3O8 ke U3Si2 densitas 2,96 gr/cc”. No. Ident: RSG.OTH/LAK/01/98, PRSG – BATAN, 1998.

DISKUSI

SRIYONO

Percepatan penguasaan teknologi PLTN perlu direalisasikan dalam bentuk yang lebih nyata. Seberapa jauh kemampuan kita untuk dapat mendesain (hingga membayar) PLTN.

DARWIS

Ada baiknya kita meniru model Korea atau RPI. Korea beli PLTN proven dulu, lalu dipelajari, baru mendesain sendiri. Demikian juga proyek RPI dulu, meniru model RSG. Dari sini kita bisa merunut model perhitungan model aslinya, memverifikasi kemampuan kita dalam pemodelan dan perhitungan.

329


SUWOTO

Apa sumber yang menyebabkan perbedaan hasil antara program yang di AXP dan di PC ? Karena kalau waktu “compile” di program PC tanpa ada “error message” atau “warning” yang muncul, maka dapat dipastikan hasilnya akan sama karena “source” programnya sama.

DARWIS

Perbedaan disebabkan oleh sequence (perbedaan) jumlah angka desimal antara AXP dan PC yang berbeda, contoh π = 3.14 dan 22/7. Marjin keselamatan s diperoleh dari urutan perhitungan ketiga, sehingga mendapatkan kesalahan/perbedaan dari urutan perhitungan sebelumnya.

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

1. Nama : Muhammad Darwis Isnaini2. Tempat/Tanggal Lahir : Yogyakarta, 16 Desember 19633. Instansi : PTRKN-BATAN4. Pekerjaan / Jabatan : Peneliti Madya5. Riwayat Pendidikan : Sarjana Teknik Nuklir UGM Yogyakarta, 19906. Pengalaman Kerja : 1992-2005, PRSG-BATAN 2006-sekarang, PTRKN-BATAN7. Publikasi (Makalah) :

Analisis desain termohidrolika subkanal elemen bakar PWR KNSP dalam matrik 2 x 2, seminar PTAPB Yogyakarta, 2007

Analisis desain termohidrolika sub kanal elemen bakar PWR-1000 tipikal dalam matrik 3 x 3, Seminar PLTN, 2007

Analisis desain termohidrolika sub kanal elemen bakar PWR-1000 Tipikal dalam matriks 4 x 4, Seminar PTAPB Yogyakarta, 2008.

330


Lampiran 1. Diagram alir program Coolod-N

331

Mulai

Baca Input :- Banyak kanal- Ukuran geometri EB, pelat,- Ukuran kanal pendingin- Daya- Laju alir, - faktor aksial dan radial

Hitung 2 : Kanal rerataHitung distribusi :- Koefisien perpindahan panas- Fluks panas- Rapat daya - Suhu pendingin- Suhu pelat- Suhu meat

Hitung 3 : Hitung distribusi- Kecep. pendingin- Penurunan tekanan- TONB

- Fluks panas ONB- DNBR, OFIR- Parameter (z)

Cetak Hasil

Selesai

Hitung 2 : Kanal panasHitung distribusi :- Koefisien perpindahan panas- Fluks panas- Rapat daya - Suhu pendingin- Suhu pelat- Suhu meat

Hitung 3 : Hitung distribusi- Kecep. pendingin- Penurunan tekanan- TONB

- Fluks panas ONB- DNBR, OFIR- Parameter (z)

Hitung 1 :- Suhu keluaran pendingin teras- Luas kanal pendingin total- Pembangkitan panas rerata- Fluks massa rerata

analisis th coolod-n axp vs pcdigilib.batan.go.id/e-prosiding/lkstn_2008/artikel_doc/b... · web...

Documents