Prosiding Seminar Hasil Peneli~ianPRSG Tahun 1997//998 I

ISSN 0854-5278

PENGEMBANGANI PAKET PROGRAM KOMPUTER PEMANTAUAN

RADIASI (;AMA DISEKIT AR F ASILIT AS NUKLIR

Yus R. AkhmadPudjijanto MS.

ABSTRAKPENGEMBANGAN PAKET PROGRAM KOMPUTER PEMANTAUAN RADIASI GAMA DISEKITAR FASILITAS NU IR. Paket program komputer untuk pernantauan radiasi ganla di sekitarfasilitas nuklir telah dikemban an sehingga dapat dic,mgkokkan pada portable gama analyzer yangtersedia secara komersial. Taha paling penting dati kegiatan pada tahun pertama tel,m berhasil dilc\\"ati;yaitu bahwa paket program tel dicoba dan berhasil mentr.msfer file data (distribusi tinggi pulsa) d,mluaran spektrometer MicroNO AD (produk ORTEC) kemudian mengolahnya menjadi data besarandosimetri dan fisika. Paket p gram ini diberi nama GABA TAN (Ganlll1a Analyzer of Batan) daDNAGABAT (Natural Gamma alyzer of Batan). PrograIn GABATAN dapat digunakan di berbagaifasilitas nuklir untuk mengan isis medan foton gama sampai energi 9 MeV. Sedangkan programNAGABA T digunakan untuk enganalisis sumbangan foton gama alam terhadap laju paparan di suatulokasi.

ABSTRACTDEVELOPMENT OF mE MPUTER CODE TO MONITOR GAMMA RADIATION IN THENUCLEAR FACILITY ONTMENT. Computer codes for gamma radiation monitoring in thevicinity of nuclear facility whi h have been developed could be introduced to the commercial portablegama analyzer. The crucial stag of the first year activity was succeeded; that is the codes have been testedto transfer data file (pulse high .tribution) from MicroNOMAD gamma spectrometer (ORTEC product)and to convert them into do emetry ,and physics quantities. Those computer codes are called asGABATAN (Gamma Analyz of Batan) and NAGABAT (Natural Gamma Analyzer of Batan).GABA TAN code can isable to sed at various nuclear facilities for analyzing gamma field up to 9 Me V,while NAGABA T could be use for analyzing the contribution of natural gamma rays to the exposure ratein the certain location.

serap di belbagai media, dan lain lain.

Dalam perkembangannya, walaupun

teknik ini andal untuk mengkarakterisasi medan

radiasi garna, tetapi pada masa lalu tidak umum

untuk penggunaan survei rutin di lapangan

karena memerlukan peralatan yang tidak prilktis.

Pacta saat ini, dengan pesatnya perkembangan

tcknologi komputer dan elektronika, maka SUdiUl

memungkinkan lmtuk penyederhiUJaannya

schillgga tcknik ini dilpat dikcmbimgkiul dim

mclellgkapi pcrillatan survci Afultichannel

ana~\-zer (MCA) dan komput.cr pribiJdi (PC)

bcrukurall kccil (portahle) sudah tcrscdia seCilriJ

komersial. Oleh k,lrenil itu di PRSG 111etoda

millrik respon dikcmbimgkall guna me'engkapi

per,llatim pclIgawasan maupun pcllcliti,Ul

PENDAHULUAN

Untuk memenuhi k tuhan praktek

keselamatan keIja radiasi, p flu diupayakan

penyediaan / penguasaan teknik pengukur.m yang

andal. Penerapan metoda ma respon untuk

menganalisis mcdan radiasi mna daTi hasil

pcngukuran dengan spektrom ter gama yang

mcnggunakan detektor sintila i NaI(TI) telah

lama diusulkan oleh peneliti terda1rulu 1,2,3).

Dengan C<1ra ini distribusi uks (spcktnim

cnergi) di lokasi dctcktor at ditcntukan

melalui proscdur matcmatik, dikenal dengm1

istilah unfolding, ymlg d 1,lkan kcpada

distribusi tinggr pulsa tcrhadap salur. Daridati\,.",fluks ini dapat dillituJlg berb, gai bcs,lran lain

scpcrti laju paparml, cnergi I erati\, Jaju dosis

ISSN 0854-5278 Penentuan Kehi/angan.Sukmanto Dibyo

Proses keluamya (mengalirnya) nergi

kalor dari dinding pipa berlangsung cara

konduksi melalui ketebalan dan lapisan pipa,

kombinasi konveksi alam dan radiasi panas pada

udara di luar pipa. Adapun konveksi alam t rjadi

oleh panasnya udara dekat dinding pipa yang

kemudian densitasnya turun, udara panas naik

berpindah serta ditempati oleh udara lai dan

seterusnya. Kondisi perpindahan kalor se III

ini dapat diselesaikan dengan metoda yang

dikemukakan oleh Heilman deng

korelasi empiris.

fenomena pendinginan udara di sekelilingnya

yang mengambil kalor dari permukaan luar pipa.

Kalor yang mengalir dari dalam suatu

pipa silinder, luas permukaan perpindahan

kalornya adalah perkalian diameter pipa dengan

panjang pipa yang dinyatakan dengan (2r) 7t.L

clan gradien suhunya merupakan inkremen

panjang dr sebagaimana ditunjukkan pada

gambar I. Pada gambar tersebut, tampak bahwa

pipa diisolasi atau dilapis clan membawa aliran

air kalor pada suhu ts clan suhu udara di luar ta.

Perbedaan suhu total antara suhu aliran di dalam

pipa dengan suhu udara di luar pipa adalah ts-

Tujuan

Resistan aliran kaIor, teIjadi melalui lapisan-

lapisan sebagai berikut :

1

2

3

.Berdasarkan uraian dalam pendah luau

di alas, tujuan dari penelitian ini adalah k

menghitung jurnlah energi kalor yang hil g di

sepanjang pipa pendingin primer RSG- AS,

dengan dernikian dapat memberikan info si

besarnya deviasi pengukuran daya a

kalorimetri. Di rnasa mendatang il

perhitungan ini dapat diaplikasikan

analisis termal pacta kondisi tunak sistem loop

pendingin primer. ~,,~ 4

Resistan a1iran kalor daTi pennukaan pipabagian dalaDl melalui ketebalan pip amenuju permukaan pipa bagian luarResistan lapisan cat pada dinding luarpipa, biasanya sangat kecil karenaketebalan cat sangat tipis, jadi besarnya 4dan to mendekati SaDlaResistan daTi ballan isolasi. (dalamkasus pipa pendingin primer RSG-GAS,resistansi ini tidak diisolasi)Resistan sekeliling udara yangmengambil kalor daTi permukaan luarpipa.TEORI

Besaran suhu di luar dinding PiP! (di udara) tidak hanya tergantung pada resi tansi

pennukaan kalor saja, tapi juga pen aruh

OD

Gam,ar 1. Penampang Pipa.

100

Prosiding Seminar Hasil PenelitianPRSG Tahun 1997/1998

ISSN 0854 -5278

Akhirnya terlihat bahwa pelepasan

energi kalor dipengaruhi oleh konveks alam dan

radiasi kalor yang terjadi karena perb suhu

antara pennukaan luar pipa dengan s udara

luar. Perpindahan kalor secara kon alam

terjadi oleh terpanaskannya udara y dekat

dengan dinding pipa yang kemudian densitasnya

turun. Udara panas naik lalu ditempati oleh udara

yang tidak panas dan seterusnya seperti

ditunjukkan pada gambar 2.

tha

)

t t

\11

udara

Gambar 2. Perpindahan Kalor Konduksi, Konveksi Dan Radiasi.

Pengaruh gabungan konveks' alarn dan

radiasi kalor tidak dapat disel' oleh

resistansi pacta persamaan peIpi kalor

konvensional seperti ini,

Ra=La/(kaA) (I)

di mana,Ra : resistansi udara

iKa konduktivitas tennal u

A : luas perpindahan kalor

La : Panjang lintasan.

tersebut di atas dapat diperoleh sebagai dtldQ.

Aliran kalor dari pipa yang mempengaruhi udara

di luar pipa yang biasa disebut heat loss,

diperhitungkan sebagai satuan besaran

konduktansi k/L (Wattlm2 external surface °C

temperature difference). Besaran konduktansi ini

merupakan kebalikan dari resistansi L/k yang

menggantikan kebalikan resistan untuk seluruh

permukaan yakni L/(k A). Dengan lata lain,

besaran suku ini mempakan konduktansi per m2

aliran kalor permukaan. Besaran resistansi

didimensikan sebagai rn2.0C/Watt. Kebalikan

samaIl ini adalah ha yang didirnensikan :

Hal ini disebabkan oleh karena La di daTa tidak

terdefmisi (tidak dapat ditentukan p gnya)

dan pengaruh udara ini juga kaligus

ditambahkan dengan pelpindahan k lor oleh

radiasi kalor. Secara eksperimen, perb daan suhu

antara dinding pipa dengan udara se ling ini

bisa diketahui dengan cara rnengukur uhu-suhu

antara permukaan luar pipa dan s u udara

tersebut.

Dengan menggunakan bes~ Q, A

daD dt maka kombinasi resistan kedu~ pengaruh

Watt/m20C dan ini merupakan koefisien

perpindahan kalor permukaan. Gambar 3 di

bawah menunjukkan contoh grafik plot

koefisien perpindahan kalor permukaan daTi pipa

( dengan variasi diameter pipa ) dan suhu

permukaan ke udara sekitar 250C (77oF), data ini

diperoleh daTi basil empiris eksperimen Heilman

101

ISSN 0854-5278 Penentuan Kehilangan.Suknlanto Dibyo

[3) D ..ala ekspenmen

perhitungan sebagai

gernkan udara dalarn

digunakan faktor koreksi. (41

proses

perhitungan,

8

Grafik Kaefisien Perpi~dahan Kalar (Heilman)7

"'1""" ,! .,.:, ,..,;.,;" .' .'-""

..' ..., ...' .' .:.:; -;'" :.: ;. --

.'-" ;. -.: --: .,:;-_.::;:.:..::..-

1

00 100 200 ~o 400 $00 600 700

Perbe aan Suhu (t-77)F

Gambar 3. Perpindahan lor Konveksi I Radiasi Pada Pipa Horisontal

Berdasarkan uraian sebelumnyaF at disusun persamaan perpindahan kalor

pipasbb

.(5)P~rpindahan kalor konduksi pacta ketJalan plpa:

21r ks(12 -11). ,(2In OD/IDq=

2 Perpindahan kalor melalui ketebalaq catpada dinding pipa : --_J_--

2tr kcj(3)(to -tl)

Q=lnODl/ID2

3 Radiasi dan Konveksi ke udara

.(4)1

q=ha;rOD(ta -to)..

Graflk yang dikemukakan olehHeilman

pada Gambar 3 terlihat bahwa koeflSienha tidak

hanya tergantung pada suhu a1iran yang dibawa

tetapi juga suhu pada sisi luar dinding pipa dan

udara. Kebalikan ini juga merupakan salah satu

resistansi yang diperlukan untuk perhitungan

perbedaan suhu total, dan ha sebagai koefisien

peI})indahan kalor permukaan tidak dapat

dihitung langsung kecuali dengan metoda trial

error. Langkah trial error ditampilkan pada

gambar4.Persamaan (3) ini diabaikan karena (*tl )

sangat kecil sehingga gabungan daTi p an

di atas, jumlahheat loss diekspresikan sbb :

102

ini digunakan ~am

pendekatan. Pen~anih

Prosiding Seminar Hasil PenelitianPRSG Tahun 1997/1998

ISSN 0854 -5278

'\. Hitung ha

L~~~j=f.~~-1tdk ya

[~~Gambar 4. Diagram Perhitungan

Zona-I: Pipa antara kamar katup ke penukar

kalor (Lekivalen total=24,445m)

Zona-II: Dinding Shell penukar kalor

(Lekivalen total= 16,O30m)

Zona-III: Pipa daTi Penukar kalor ke kolam

reaktor (Lekivalen tota1=32,29m).

Perhitungan awal yang dikerjakan,

diterapkan untuk zona 1 sebagaimana

ditunjukkan di Gambar 5. S~lanjutnya

berdasarkan basil yang diperoleh dari ~asus pada

zona I, dapat diaplikasikan pada per~tungan di

zona-zona yang lain. Di dalam s~tem pipa

pendingin primer RSG-GAS, daerahfPelepasan kalor dapat di bagi menjadi 3 zo seperti

ditunjukkan pada gambar 5 yakni :

103

ISSN 0854-5278 Penentuan Kehi/angan.Sukmanto Dibyo

sarna, q/oss pada zona II dan III dapat diperolehPERHITUNGAN

Data pipa sistem pendingin primer yang

diketahui dan digunakan di dalam perhi an

akn" b [2J pada zona I y 1 S b:

B~iil s,eel IKonduktivitasTennal B~~Q<s)

26 BTU/(lb at I

Suhu Udara rerata diluar pipa (ta)

27 °c = 80,~ of

Subu aliran Terata

yangd~va45 °c = ll~ of

Diameter Pipa 600 mm ND =23:5rl:nC

=1,~3 ft

Zona II : qloss = 346 BTU/jam.ft

Zona III : qloss = 312 BTU/jam.ft

Selumh heat loss dati pipa pendingin primer bisa

dihitung dengan mengetahui panjang total pipa

pendingin primer.

.Zona-I: Pipa antara kamar katup ke penukar

kalor (L.kiwl.n total=24,445m)

.Zona-II: Dinding Shell penukar kalor

(L.kiwlon total=16,O30m)

.Zona-III: Pipa dati Penukar kalor ke kolam

reaktor (L.kiwl.n total=32,290m).

Besarnya qloss ditampilkan pada label berikut :

Leki.llen(m)

qloss(watt/m)

qloss

(watt)Zona

Dari data-data ini dapat dicari j ah

kalor yang mengalir dari aliran air di da pa

melalui ketebalan pipa ke udara di luar pipa,

Langkah asurnsi awal : ",..."'"Suhu aliran air t1 = 113 of ; ,,::t; ~

_77 =36 OF c": ...""

t1 ,;;;, , 24,44516,03032,290

~~292,7

9289,15203,39451,2

23943

IIIIII

Dari Gambar 3 (menggunakan satuan BrItiSh)diperoleh ha = 2,1 BTU/(jam.fl2 .oF) ~]

Total

Energi kalor total yang lepas di sepanjang pipa

pendingin primer Qtot = 23944 watt = 23,9

= 431,6BTU/jam.lin.ft

Jadi apabila daya reaktor 25 Mwatt maka

besarnya heat loss sebesar 0,1 %.

Pemeriksaan kembali f ses perpindahan konduksi kalor melalui bahan pipa

dengan persamaan 1 diperoleh : ""

t) =11O,3°F

PEMBAHASAN

Harga heat loss ini sangat tergantung

dari daya reaktor yang membangkitkan energi

atau suhu air di dalam pipa daD juga kondisi

gerakan/subu udara di luar pipa. Makin besar

perbedaan suhu antara air di dalam pipa dengan

subu di luar pipa (makin besar daya reaktor)

maka makin besar pula heat loss yang teIjadi.

Dalam perhitungan heat loss penelitian ini hanya

digunakan harga pendekatan Terata pacta daya

reaktor 25 Mwatt yang dapat di anggap mewakili

keadaan kondisi operasi reaktor.

Apabila harga t1 ini dipakai gai

asumsi untuk langkah perhitungan b .tnya

maka akan konvergen dan didapat harga lo.~s

pacta zona I = 405 BTU/(jam.ft) atau 380 att/m

panjang pipa. Dengan cara perhitungan yang

104

~

Prosiding Seminar Hasi! Pene!i/ianPRSG Tahun 1997/1998

ISSN 0854 -5278

Ja.vaban:

Tidak dipertimbangkan dalarn desain. Topik heat

loss diangkat sebagai upaya memperoleh akurasi

analisis terrnal hidrolika sistem loop pendingin

primer

Perlu disampaikan di sw bahwa

besamya heat loss dapat membe~ informasi

sejauhmana deviasi yang teIjadi pada engukumn

daya reaktor secara kalorimetri basil

menunjukkan bahwa harga heat los myata

relatifkecil yakni 23,944 bvatt.

Penanya : Endiah Puji Hastuti

KESIMPULAN

tPipa dan sistem pendingin p' er RSG-

GAS, subu udara di luar dinding ipa rerata

Pertan}'aan :

Darimana persmnaan empiris itu dibuat ?

Apakah daTi basil eksperimen sendiri ?

Bagaimana batasan-batasan berlakunya per-

samaan tersebut ?

25°C (udara tidak bergerak) d(Ul di f am pipa pendingin primer mengalirk(Ul air de g(Ul subu

antara 45°C rnaka tetjadi heat /0 sebesar

23,944 kwatt.Jmvaban :

Persamaan ernpiris basil eksperimen heilman

dengan batasan suhu udara 77°F.

Penanya : Tukiran

ACUAN PUSTAKA

1. KERN DQ, "Process Heat sfer",

International Edition, Mc.Graw Int.

Book Company, halaman 16-21.

2. BATAN, "Safety Analysis Report ~-30",

Revisi 8, Volume 1.3. HEILMAN RH, " Industrial Engi eering of

Chemistry ", V.6, 1954.

Pertan}'aan :

Bisa tidak kita menentukan berapa % heat loss

akibat proses konduksi, konveksi dan radiasi

masing-masing perhitungan sementara ?4 COKER AK, Heat Tracer Requ;ref ents For

heat loss from insulated pipel; es, Gulf

Publishing Co,1995, Chapter 8.Jawaban :

Heat loss (q) mernpakan besaran energi yang

mengalir dati fluida panas melalui ketebalan pipa

ke udara diluar pipa. Jadi ~ooduksi = q konvebi +PERTANYAAN

Penanya : Jupiter S. PaneQradiasi

Rarnbatan panas (secara seri)

Pertanyaan :

Apakah dalam desain sistem pemipa primer

RSG Gas faktor heat loss belum

dipertimbangkan ?

Kalau sudah, bagairnana hasil perhi gaD ini

hila dibandingkan dengan data desain t ebut.

105