studi awal pendinginan pada batang pemanas … · quenching [3,4] untuk menghitung kecepatan...

Proceeding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Reaktor, Yogyakarata 10 Juli 2007

1

STUDI AWAL PENDINGINAN PADA BATANG PEMANAS BERTEMPERATUR TINGGI MENGGUNAKAN BAGIAN UJI QUEEN-II

Mulya Juarsa, Puradwi I.W.

Pusat Teknologi reaktor dan Keselamatan Nuklir PTRKN Gd.80 Kawasan PUSPIPTEK Tangerang 15310 BANTEN

email: [email protected]

ABSTRAK STUDI AWAL PADA PENDINGINAN BATANG PEMANAS BERTEMPERATUR TINGGI MENGGUNAKAN BAGIAN UJI QUEEN-II. Pengamatan untuk memahami pendinginan pada peristiwa pasca LOCA merupakan langkah awal untuk menganalisis perpindahan panas pendidihan. Rewetting yang timbul pada pendinginan batang pemanas bertemperatur tinggi merupakan fenomena yang juga timbul pada proses penggenangan kembali teras reaktor setelah LOCA, dimana temperatur pembungkus bahan bakar masih bertemperatur tinggi. Bagian uji QUEEN-II telah dikonstruksi dan diuji untuk penelitian perpindahan panas pendidihan transien pada eksperimen pendinginan pasca LOCA. Pengujian dilakukan dengan memanaskan batang pemanas hingga mencapai temperatur hampir 900oC, kemudian didinginkan baik secara radiasi maupun didinginkan dengan air bertemperatur 85oC. Fenomena rewetting yang terjadi pada proses pendinginan dengan air diindikasikan dengan timbulnya rejim didih film yang memperlambat laju aliran pendinginan. Kecepatan rata-rata rewetting yang diperoleh adalah 9,68 mm/detik pada laju aliran air 15,76 mm/detik. Kata kunci: temperatur, rewetting, pendinginan.

ABSTRACT PRELIMINARY STUDY ON HIGH TEMPERATURE HEATED ROD COOLING USING QUEEN-II TEST SECTION. An Observation to understand cooling process in Post-LOCA event is a preliminary step to analyze boiling heat transfer. Rewetting which appears during cooling on high temperature heated rod is a phenomenon which also appears in reflooding process on reactor core after LOCA, where cladding fuel temperature is still high. The QUEEN-II test section was constructed and tested for research on transient boiling heat transfer on cooling experiment during Post-LOCA. Testing has been done by heated-up the rod until 900oC, and then cooling down by radiation and also by water with temperature of 85oC. Rewetting phenomena which occurs on cooling process by water is indicated by film boiling regime which slows down the water flow rate. Rewetting average velocity is 9.68 mm/s for water flow rate of 15.67 mm/s. Key Words: temperature, rewetting, cooling.


2

PENDAHULUAN

Dalam pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dimungkinkan

terjadinya kecelakan berdasarkan prediksi yang ditentukan selama rancangan desainnya.

Salah satunya adalah kecelakaan kehilangan air pendingin (Loss-Of-Coolant Accident,

LOCA) yang merupakan jenis peristiwa kecelakaan yang dipostulasikan dan menjadi dasar

desain (Desain Basic Accident, DBA) pada sistem keselamatan PLTN. Saat terjadinya

LOCA, di mana teras kekurangan air akibat bocornya salah satu dan atau kedua pipa

pendingin primer pada reaktornya akan mengakibatkan naiknya temperatur permukaan

kelongsong bahan bakar yang diakibatkan oleh panas peluruhan yang masih tinggi,

meskipun reaktor telah mengalami shutdown, sehingga sistem pendingin teras darurat

(emergency core cooling sistem, ECCS) akan bekerja secara otomatis [1]. Proses dari

terjadi kebocoran hingga terendamnya kelongsong bahan bakar merupkan peristiwa Post-

LOCA (pasca LOCA) yang terdiri dari tahapan pengosongan (blowdown), pengisian

kembali (refill) dan penggenangan kembali (reflooding). Peristiwa melelehnya teras jika

reflooding gagal mendinginkann teras termasuk kategori kecelakaan parah yang dapat

dianggap bagian akhir Post-LOCA. Pada reaktor air tekan (Pressurized Water Reactor,

PWR), proses pendinginan bahan bakar di dalam teras dilakukan dengan menggenangi

teras dari bagian bawahnya (bottom reflooding) dengan mengoperasikan pompa ECCS.

Fenomena yang muncul selama periode pendinginan salah satunya adalah terlihatnya

fluktuasi temperatur cladding pada bahan bakar yang timbul mulai awal penggenangan

hingga tenggelamnya seluruh bahan bakar oleh air, dimana temperatur maksimal cladding

akan mencapai 930oC [2], seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1 berdasarkan

kelayakan analisisnya.

Pemahaman Post-LOCA seperti disebut di atas telah dilakukan sejak tahun 2003

hingga tahun 2005 oleh penulis melalui penelitian tentang fenomena rewetting selama

quenching [3,4] untuk menghitung kecepatan rewetting dengan menggunakan bagian uji

QUEEN-I [4]. Meskipun capaian temperatur maksimal pada batang pemamanas hanya

600oC. Hasil penelitian menggunakan bagian uji QUEEN-I menunjukkan dan

membuktikan adanya pembagian rejim pendidihan selama pendinginan berlangsung.

Sedangkan, eksperimen menggunakan bagian uji QUEEN-II (alat eksperimen baru) pada

tahun 2006 dengan kondisi temperatur batang pemanas mencapai hampir 900oC memiliki

keadaan yang cukup berbeda. Sehingga, pernjelasan terkait hasil pengamatan pada

fenomena rewetting yang timbul menjadi bahan diskusi yang menarik.


3

0 50 100 150 200 250 300 350

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Waktu, t [detik]

Kriteria keputusan (1.200oC)

Temperatur menurun akibatCladding terendam kembali

Perubahan temperatur akibat fluktuasialiran pendingin di dalam reaktor

ECCS beroperasi

Bahan bakar terendam

Terjadinya Kebocoran

Temperaturpuncak,

930oC

Tem

pera

tur T

ube

Cla

ddin

gBa

han

Bak

ar,

T [o C

]

Gambar 1. Perubahan temperatur kelongsong bahan bakar pasca LOCA[2]

TEORI

Selama quenching pada temperatur permukaan suatu batang pemanas yang

bertemperatur tinggi (di atas temperatur saturasi air pendinginnya), batang pemanas tidak

akan serta merta dapat ditenggelamkan dan dibasahi oleh air pendingin, dikarenakan ketika

air akan menyentuh permukaan batang pemanas, penguapan terjadi sehingga

permukaannya tetap kering. Selanjutnya, peristiwa kontaknya air dengan permukaan

terjadi secara berulang, sembari batang pemanas mengalami penurunan temperatur dan

pada saat tertentu air akhirnya dapat membasahi permukaan batang pemanas. Pada bagian

di mana terjadi kontak antara air dan permukaan kelongsong disebut sebagai batas basah

(quenching front) atau rewetting, titik ini membatasi daerah kering dan daerah basah.

Dengan kata lain “rewetting” dapat pula diartikan bahwa permukaan kelongsong untuk

pertama kalinya terbasahi kembali setelah sebelumnya kering akibat LOCA. Sedangkan

istilah, quenching dapat berarti lebih umum, yaitu terjadinya pendinginan secara cepat oleh

fluida pada dinding yang awalnya bertemperatur tinggi, dan lebih sering disebut peristiwa

penenggelaman mendadak benda panas dalam suatu media pendingin.

Pendingin yang dimaksud adalah penurunan panas pada batang pemanas oleh

media pendingin dengan beda temperatur yang lebih rendah. Pendinginan disertai proses

pendidihan apabila temperatur batang pemanas memiliki temperatur di atas temperatur

saturasi air. Proses pendinginan terjadi dengan mekanisme perpindahan panas pendidihan

yang dimulai dari rejim didih film kemudian rejim didih transisi di mana temperatur

minimum didih film (minimum film boiling) tercapai, kemudian pendidihan berakhir pada


4

rejim didih inti sesaat setelah harga maksimum dari fluks kalor tercapai. Proses reflooding

dideskripsikan pada Gambar 2 yang menunjukkan aliran dan rejim perpindahan panas yang

diamati termasuk fenomena rewetting. Arah aliran pada Gambar 2 adalah menuju ke atas

secara konveksi paksa. Rejim pendidihan dari bagian bawah tersusun sebagai berikut: didih

inti, didih transisi dan didih film. Tq = Tmfb, merupakan temperatur batas basah atau

temperatur didih film minimum yang memisahkan rejim didih transisi dan rejim didih film.

Gambar 2. Proses reflooding dari bawah [5]

Berbeda dengan pendidihan kolam (pool boiling) rejim perpindahan panas pada

pendidihan aliran (flow boiling) ditentukan oleh berbagai variabel: laju alir massa, jenis

fluida, geometri sistem, fluks panas dan distribusi aliran [6]. Beberapa studi eksperimental

terkait rewetting yang timbul pada penggenangan dari bawah (bottom refolding)

diperlihatkan pada table 1.

Tabel 1. Beberapa studi eksperimental terkait rewetting yang timbul pada penggenangan dari bawah (bottom refolding) [7].

No Peneliti Geometri bagian uji

Panjang bagian panas (m)

Interval laju aliran air (lpm)

Temperatur awal batang pemanas (oC)

Interval kecepatan rewetting (mm/detik)

1. Duffey & Porthouse (1973) Annulus - 0,006 - 1,2 300 - 800 1 - 50 2. Piggot & Duffey (1975) Annulus 0.5 0,1 – 0,55 700 1,5 – 6,0 3. Piggot & Porthouse (1975) Annulus 1,2 0,036 – 3,6 400 - 700 1 - 33 4. Lee et al. (1978) Tube 4,0 1,2 – 6,1 450 - 650 25 - 170 5. Neti & Chen (1982) Tube 1,45 0,045 – 0,94 400 - 600 5 - 95 6. Bankoff et al. (1985) Tube 3,5 0,5 – 3,6 550 28-100 7. Tuzla et al. (1991) Rod bundle 1,2 0,56 – 2,1 800 1 - 5 8. Burnea et al. Annulus 0,8 - 350 - 600 160 - 380


5

KONSTRUKSI BAGIAN UJI QUEEN-II

Pada bagian ui QUEEN-II, selain rongga silindernya diharuskan tidak terisi oleh

pemanas atau material lain dan dengan pencapaian temperatur awal yang tinggi (800oC-

900oC), juga titik-titik pengukuran temperature (termokopel) diperbanyak menjadi 8 titik

yang dipasang secara vertikal sepanjang batang pemanas, mengingat untuk bagian uji

QUEEN-I hanya 2 titik pengukuran saja. Hal ini akan lebih menajamkan analisis pada

perhitungan kecepatan rewetting yang akan menjadi parameter acuan pada analisis

perpindahan panas pendidihannya. Konstruksi bagian uji QUEEN-II dapat dilihat pada

Gambar 3a dan diagram untai ui BETA termodifikasi diperlihatkan pada Gambar 3b.

Gambar 3a. Bagian Uji QUEEN-II dan Susunan 8 Titik Termokopel

GAMBAR.

DIAGRAM ALIR UNTAI UJI BETA - TS. QUEEN-IIRev-01QUEEN-II

PRE-HEATER

KONDENSER

TANKIRESERVOAR

V-03

V-01

V-04

POMPA

V-02

Drain (outlet)Plenum ATAS

PlenumBAWAH

Gambar 3b. Diagram Alir Untai Uji BETA (modifikasi 1)


6

METODE PENELITIAN

Penelitan awal untuk memahami karakteristik temperatur transien selama

pendingan pada batang pemanas bertemperatur tinggi (T=850oC) dilakukan dalam

beberapa tahap. Tahapan tersebut dilakukan agar setiap tahapan penelitian dapat

memberikan gambaran yang jelas tentang perpindahan panas radiasi dan konveksi.

Tahapan metode penelitiannya, adalah :

1. Melakukan karakterisasi pemanasan batang pemanas hingga mencapai temperatur

tinggi (850oC), berdasarkan data tegangan, daya dan temperatur batang pemanas.

2. Melakukan pengamatan proses pendingan batang pemanas bertemperatur tinggi

(850oC) tanpa air (pendinginan radiasi murni). Pendinginan radiasi yang diamati

berdasarkan dua kasus, yaitu keadaan pertama tanpa tabung kuarsa dan keadan

kedua dengan tabung kuarsa. Catatan, eksperimen yang akan dilakukan untuk

kasus pendinginan dengan tabung kuarsa.

3. Melakukan pengamatan proses pendingan batang pemanas bertemperatur tinggi

(850oC) dengan menggunakan air bertemperatur lebih dari 85oC pada laju aliran

tertentu. Pengamatan dititik beratkan pada kemampuan mekanik dan termal dari

bagian uji QUEEN-II dan mengamati fenomana rewetting yang timbul selama

pendinginan dengan air.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Uji Pemanasan Radiasi (Keadaan Tunak)

Pada tahap pertama dilakukan dengan menaikkan tegangan tahap demi setahap,

hingga tegangan maksimalnya.

Gambar 4. Kondisi pemanasan pada bagian uji QUEEN-II


7

Uji pemanasan secara radiasi ini dilakukan tanpa menggunakan tabung gelas kuarsa,

sehingga panas yang muncul dari open coil heater pada daya maksimalnya langsung

memanaskan batang pemanas. Dari Gambar 4, diperlihatkan proses pemanasan batang

pemanas hingga mencapai temperatur tertinggi (pembacaan termokopel sebesar 850oC).

Gambar 5a dan 5b secara bertururt-turut menjelaskan karakterisasi pemanasan pada

parameter terukur seperti daya versus tegangan dan temperatur versus posisi TC.

Pemanasan (Gambar 6a) dilakukan dengan menaikkan daya tegangan slide regulator

voltage, setiap 5 menit sebesar 20 volt. Kurva pada gambar 5a menunjukkan interpolasi

polynomial orde-2, dengan membandingkan hitungan teoritis:

2

( ) VP VR

(1)

dimana daya, P(V) dan tegangan, V adalah variabel. Sedangkan resistansi kawat, R

merupakan nilai konstan. Kurva hasil perhitungan dan pengukuran menunjukkan hampir

tidak adanya perbedaan. Dalam hal ini, pengukuran tegangan dan arus menggunakan alat

multitester digital adalah sebagai berikut:

Vmax = 220 Volt

Imax = 51 Ampere

Hasil pengujian menunjukkan daya pada tegangan maksimal 220 Volt antara perhitungan

dan pengukuran adalah Pukur = 10,43 kW dan Phitung =10,76 kW.

0 50 100 150 200 2500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

P(V) = (0.21)V2 + (1.7)V - 19.15 P(V) = (0.22)V

Day

a H

eate

r, P

[wat

t]

Tegangan Regulator, V [volt]

Daya Pengukuran Daya Perhitungan

Kurva Karakterisasi Pemanasan

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800L= 700 mmT = 553oC

L= 600 mmT = 788oC

L= 500 mmT = 867oC

L= 400 mmT = 860oC

L= 300 mmT = 845oC

L= 200 mmT = 790oC

L= 100 mmT = 686oC

BAWAH

Temperatur TC

Posi

si T

erm

okop

el, L

(mm

)

TC Temperatur, T [oC]

Kurva.Distribusi Temperatur padaposisi Vertikal

ATAS

L= 0 mmT = 331oC

Kurva. Posisi TC vs TemperaturKurva. Daya vs Tegangan

(a) (b)

0 50 100 150 200 2500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

P(V) = (0.21)V2 + (1.7)V - 19.15 P(V) = (0.22)V

Day

a H

eate

r, P

[wat

t]

Tegangan Regulator, V [volt]

Daya Pengukuran Daya Perhitungan

Kurva Karakterisasi Pemanasan

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800L= 700 mmT = 553oC

L= 600 mmT = 788oC

L= 500 mmT = 867oC

L= 400 mmT = 860oC

L= 300 mmT = 845oC

L= 200 mmT = 790oC

L= 100 mmT = 686oC

BAWAH

Temperatur TC

Posi

si T

erm

okop

el, L

(mm

)

TC Temperatur, T [oC]

Kurva.Distribusi Temperatur padaposisi Vertikal

ATAS

L= 0 mmT = 331oC

Kurva. Posisi TC vs TemperaturKurva. Daya vs Tegangan

(a) (b)

Gambar 5. Kurva-kurva karakteristik pemanasan


8

Gambar 5b, memperlihatkan posisi termokopel versus temperatur yang

memperjelas kondisi pemanasan di dalam pemanas semi-silinder keramik. Aliran panas

secara alamiah akan mengalir dari arah bawah ke atas, dan ini dibuktikan (melalui

pengamatan visualisasi) adanya pola panas pada bagian atas keramik. Kurva pada gambar

5b menunjukkan perbedaan temperatur dari arah bawah ke atas, terlihat bahwa temperatur

di bawah lebih dinging dari tujuh pembacaan temperatur lainnya. Pada posisi 200 mm

hingga 600 mm, pembacaan temperatur menunjukkan besar temperatur yang hampir sama

(rentang 800oC-900oC). Pada bagian atas, pembacaan temperatur mengindikasikan adanya

drop temperatur. Hal tersebut dapat diakibatkan oleh posisi termokopel yang dekat dengan

keluaran aliran udara panas. Keadaan yang menarik dari gambar 5b adalah distribusi panas

membentuk pola sinusoidal dan akan diperjelas pada bahasan selanjutnya.

Hasil Pendinginan Radiasi (Tanpa Air)

Gambar 6a dan 6b secara berturut-turut menunjukkan temperatur transien

pendinginan secara radiasi tanpa melalui tabung kuarsa dan melalui tabung kuarsa.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

TC No.1 TC No.2 TC No.3 TC No.4 TC No.5 TC No.6 TC No.7 TC No.8

TC T

empe

ratu

r, T

[oC]

Waktu, t [detik]

Kurva.Temperatur transienPendinginan radiasiDengan Tabung Kuarsa

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

TC T

empe

ratu

r, T

[o C]

Waktu, t [detik]


Kurva.Temperatur transienPendinginan radiasiTanpa Tabung Kuarsa

(b) Dengan tabung kuarsa(a) Tanpa tabung kuarsa

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000


TC T

empe

ratu

r, T

[oC]

Waktu, t [detik]

Kurva.Temperatur transienPendinginan radiasiDengan Tabung Kuarsa

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

TC T

empe

ratu

r, T

[o C]

Waktu, t [detik]


Kurva.Temperatur transienPendinginan radiasiTanpa Tabung Kuarsa

(b) Dengan tabung kuarsa(a) Tanpa tabung kuarsa Gambar 6. Kurva pendinginan radiasi tanpa air untuk To=850oC

Pada gambar 6a, selang waktu 0 detik hingga 1200 detik temperatur tertinggi turun sebesar

700oC. Sedangkan pada gambar 6b, pada selang yang sama, temperatur tertinggi turun

hanya 650oC. Kedua gambar tersebut (Gambar 6) menjelaskan pengaruh tabung kuarsa

yang telah menahan laju aliran panas, meskipun hanya sedikit. Pada interval temperatur

200oC hingga 1000oC, kapasitas panas tabung kuarsa cenderung meningkat[8]. Namun,

kenaikan ini dianggap linier dan dengan gradien temperatur yang tidak tajam kenaikannya.


9

Meskipun timbul perbedaan besarnya penurunan temperatur pada kedua kasus di atas,

perbedaan tersebut dapat dianggap tidak akan mempengaruhi laju aliran pendinginan saat

menggunakan air. Perbedaan tersebut tidak akan berpengaruh begitu air mulai mengalir

dari arah bawah yang secara bertahap menggenangi batang pemanas.

Hasil pendinginan dengan temperatur air 85oC

Pendinginan secara bottom reflooding dengan air bertemperatur 85oC dilakukan

sesaat setelah temperatur awal batang pemanas dicapai. Dalam penelitian awal ini,

temperatur tertinggi yang tercapai adalah 876oC. Kurva yang diperlihatkan pada gambar 7

mengulas kembali kurva pada gambar 5b, dimana distribusi temperatur searah posisi

vertikal termokopel menunjukkan bentuk sinusoidal. Bentuk sinusoidal dimungkinkan

tercapai karena adanya aliran konveksi udara yang masuk melalui bagian bawah semi-

silinder keramik heater dan keluar pada bagian atasnya (lihat gambar 8).

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

L=700 mm; T7=474oC

L=600 mm; T6=789oC

L=500 mm; T5=873oC

L=400 mm; T4=876oC

L=300 mm; T3=848oC

L=200 mm; T2=798oC

L=100 mm; T1=708oC

Posi

si Te

rmok

opel

, L [m

m]

Temperatur Awal TC, To[oC]

Temperatur Awal TC, To

Kurva.Distribusi Temperatur TC Rod pada posisi vertikal

L=0 mm; To=265oC

Gambar 7. Kurva distribusi temperatur awal Batang pemanas pada posisis vertikal

Proses ini merupkan sifat alamiah yang telah dikenal secara umum, bahwa udara akan akan

bergerak ke arah daerah panas. Pada gambar 7, jelas terlihat adanya perbedaan temperatur

di bagian bawah (TC8), bagian tengah (TC2-TC7) dan bagian atas (TC1). Bagian bawah

temperatur TC paling rendah, ini diakibatkan TC8 berada pada daerah semburan aliran

udara yang berasal dari udara lingkungan bertemperatur rendah dan fluks kalor yang

kurang rapat dibandingkan pada bagian tengah. Bagian tengah memperjelas adanya

kerapatan fluks kalor yang tinggi (memuncak pada TC3 dan TC4) selama proses


10

pemanasan yang terkumpul pada bagian tengah, namun dorongan aliran konveksi udara

membentuk kurva sinusoidal yang lonjong ke arah atas. Bagian atas, temperatur jauh lebih

rendah dari bagian tengah, namun masih lebih tinggi dibandingkan dari bagian bawah.

Gambar 8. Pola airan udara selama pemanasan.

Distribusi temperatur sinusoidal yang terbentuk dapat dikatakan cukup mewakili keadaan

fluks kalor pada reaktor nuklir.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Rew. TC6

Rew. TC5Rew. TC7

Rew. TC4

Rew. TC3

Rew. TC2

Rew. TC1

TC T

empe

ratu

r, T

[o C]

Waktu, t [detik]


Kurva. T-vs-t Parameter :Tair = 85oC

Trod=875oC

Rew. TC8

Proses pendinginanbottom reflooding

Gambar 9. Kurva pendinginan pada Tair = 85oC


11

Selama proses pendinginan dengan air, femonena pendidihan yang muncul sangat

menarik. Gambar 9 menjelaskan kurva pola penurunan temperatur secara transien, jika

diperhatikan pada salah satu garis (misal TC4), nampak adanya beberapa sloop penurunan

temperatur. Sloop tersebut diawali oleh radiasi dari detik ke-6 hingga detik ke-56.

Kemudian sloop rewetting, dari detik ke-56 sampai detik ke-64, sloop ini dikatakan

sebagai area rejim didih film, kemudian disusul pada sloop ketiga, area didih transisi dan

didih inti, dari detik ke-64 hingga detik ke-160. Keadaan ini sangat berbeda dengan riset

terdahulu dengan menggunakan bagian uji QUEEN-I pada temperatur awal 600oC.

Terbentuknya rejim didih film, didih transisi dan didih inti jelas terlihat selama

eksperimen berlangsung. Kurva pada gambar 9 menunjukkan temperatur transien selama

proses pendinginan bottom reflooding pada temperatur awal batang pemanas 876oC.

Rewetting terjadi secara berturut-turut dari arah bawah ke atas dan terjadi pada temperatur

yang berbeda sepanjang arah vertikal batang pemanas. Rewetting pada TC8, terjadi pada

detik ke-38 dan pada temperatur 250oC. Pada TC1, rewetting terjadi pada temperatur

385oC di detik ke-100. Kecepatan rata-rata rewetting dapat dihitung berdasarkan waktu

ketika rewetting terjadi pada TC8 dan TC1, diperoleh nilai kecepatan rata-rata rewetting

adalah 9,68 mm/detik. Jika dibandindingka dengan laju aliran air pada operasi dingin

(tanpa pemanasan Batang pemanas), yaitu 15,67 mm/detik, dengan kecepatan aliran

selama proses pendinginan, maka terjadi hambatan akibat timbulnya didih film.

Temperatur MFB terjadi pada selang temperatur 250oC – 700oC.

KESIMPULAN

Telah diperoleh hasil studi awal proses pendinginan batang pemanas bertemperatur

tinggi (876oC) pada bagian uji QUEEN-II yang telah desain pada tahun 2004 dan

dikonstruksi pada tahun 2005. Selama tahun 2006, fokus kegiatan adalah memahami

karakteristik temperatur transien selama pendinginan. Adapun kesimpulan hasil penelitian

awal ini adalah :

- Tercapainya temperatur pemanasan hingga hampir mencapai 900oC (realistik, 876oC).

- Pemahan penurunan temperatur transien secara radiasi (tanpa air pendingin) untuk

temperatur awal 850oC, baik yang melalui tabung kuarsa maupun tanpa tabung kuarsa.

Hasil ini membuktikan bahwa desain dan konstruksi QUEEN-II mampu beroperasi

sesuai dengan yang direncanakan.


12

- Pemahan penurunan temperatur transien selama pendinginan dengan air bertemperatur

85oC pada temperatur awal 876oC. Konstruksi tabung kuarsa terbukti mampu

mengalami proses pendinginan yang ekstrim.

- Kecepatan rata-rata prewetting adalah 9,68 mm/detik pada laju aliran air 15,67

mm/detik (1,562 lpm). Meskipun memiliki geometri yang berbeda, penelitian No.1,

No.2 dan No.10 (Tabel 1.) hasilnya mendekati hasil pengamatan pada eksperimen ini.

- Rejim pendidihan yang teramati adalah rejim didih film, didih transisi dan didih inti.

Dengan diperolehnya data dan validasi kemampuan bagian uji QUEEN-II pada eksperimen

awal ini, maka penelitian dengan variasi laju aliran dan variasi tempearur awal batang

pemanas dapat dilakukan pada tahun-tahun berikutnya.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih yang tak terhingga, disampaikan kepada Dr. Ir. Anhar Riza

Antariksawan yang telah membimbing penulis selama melakukan desian hingga pengujian

bagian uji QUEEN-II. Kepada rekan-rekan sub bidang termohidrolika BOFa PTRKN saya

mengucapkan beribu terimakasih atas bantuan dan dukungannya.

DAFTAR PUSTAKA

1. J.M. BROUGHTON et al., “A Scenario on The Three Mile Island Unit 2 Accident,” Nuclear Technology, Vol. 87, No. 1, 1989.

2. AGENCY OF NATURAL RESOURCES AND ENERGY, MITI-JAPAN, “Hopes to Make Safe More Secured” How the Safety of NPP is Secured in Policy Terms, Serial Publication of NPP Safety Demonstration /Analysis, Tokyo-Japan, 2001.

3. KHAIRUL HANDONO dkk., “Eksperimental Reflooding Pada Untai Uji BETA: Karakterisasi dan Eksperimen Awal”, Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir VI, Serpong 2001.

4. MULYA JUARSA dkk, “Studi Eksperimental Rejim Pendidihan Selama Proses Quenching pada Bundel Pemanas “QUEEN”, Prosiding Seminar ke-IX Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir, Jakarta, 2003.

5. CARBAJO, J.J., “A Study On The Rewetting Temperature”, Nuclear Engineering and Design, Vol, 84 page 21 – 52, 1984.

6. N.E. TODREAS and M.S. KAZIMI, “Nuclear Sistem I: Thermal Hydraulic Fundamentals”, Hemisphere Publishing, 1st ed., 1990.

7. A.K. SAXENA et al., “Experimental Studies on Rewetting of Hot Vertical Annular Channel”, Nuclear Engineering and Design,Vol. 208, page 283 – 303, 2001.

8. http://www.quartz.com/GE Quartz - Heat Capacity Chart.htm

studi awal pendinginan pada batang pemanas … · quenching [3,4] untuk menghitung kecepatan...

Documents