1

STUDI PENGARUH CHIMNEY PADA MODA PENDINGINAN KONVEKSI

BEBAS DI REAKTOR SERBA GUNA GA SIWABESSY

Gideon Rendy Natanael 1)

; Endiah Puji Hastuti 2)

1) Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Yogyakarta,

2) PTRKN-BATAN Serpong

rendydun@gmail.com; endiah@batan.go.id

ABSTRAK

STUDI PENGARUH CHIMNEY PADA MODA PENDINGINAN KONVEKSI

BEBAS DI REAKTOR SERBA GUNA GA SIWABESSY. Pendinginan konveksi bebas

merupakan salah satu moda operasi RSG GAS. Moda ini dioperasikan untuk tujuan

eksperimen fisika reaktor, seperti kalibrasi batang kendali dan pengukuran fluks neutron

dengan metoda iradiasi keping atau wire. Pada studi ini dipelajari fenomena efek chimney

terhadap kinerja perpindahan panas pada moda pendinginan konveksi bebas. Studi

dilakukan menggunakan piranti lunak perhitungan perpindahan panas konveksi bebas pada

bahan bakar berbentuk pelat, NATCON. Simulasi pemodelan dilakukan pada RSG GAS

berbahan bakar U3Si2-Al dengan tingkat muat 4,8 gU/cm3, dengan variabel tinggi chimney

dan variabel daya. Hasil studi mengenai efek chimney terhadap perpindahan panas

konveksi bebas di RSG GAS, menggunakan program NATCON menunjukkan bahwa:

driving force meningkat dengan cukup signifikan sebagai fungsi daya reaktor. Hasil studi

juga menunjukkan bahwa dibandingkan dengan efek penambahan tinggi chimney,

peningkatan daya reaktor lebih signifikan meningkatkan driving force dan TONB.

Kata kunci: chimney, konveksi bebas, RSG-GAS, NATCON

ABSTRACT

CHIMNEY EFFECT STUDY ON NATURAL CONVECTION COOLING MODE AT

RSG GA SIWABESSY MULTIPURPOSE REACTOR. Free convection is one of RSG

GAS operation mode. This mode operation is dedicated for reactor physic experiment, like

control rod calibration and neutron flux measurement, by foil or wire irradiation.

Purposed of this study is to learned the chimney effect phenomena against to heat transfer

perform at free convection cooling mode. The study was done by using NATCON code

which analyze the free convection heat transfer on plate fuel type. The simulation model

was done for RSG GAS with U3Si2-Al fuel meat density of 4,8 gU/cm3, using two variabel

each are chimney height and reactor power. Regarding the study of chimney effect against

to free convection heat transfer in RSG GAS, by using NATCON shows that: the driving

force increase significantly as a reactor power function. The study also shows that the

reactor power more significantly increase the driving force and TONB than addition of

chimney height .

Keywords: chimney, free Convection, RSG-GAS, NATCON

2

PENDAHULUAN

Sesuai dengan Laporan Analisis Keselamatan (LAK) RSG-GAS, terdapat 4

(empat) moda pengoperasian reaktor. Salah satu diantaranya adalah moda operasi 2, moda

ini digunakan pada start-up dan operasi daya rendah, dimana reaktor dioperasikan pada

~ 1% dari daya nominal (300KW), termasuk kondisi kritis dan subkritis[1]

. Beberapa

eksperimen fisika reaktor mensyaratkan penggunaan moda pendinginan konveksi bebas di

dalam reaktor. Eksperimen kalibrasi batang kendali misalnya, m e m e r l u k a n moda

pendinginan konveksi bebas agar diperoleh kondisi yang diinginkan yaitu tidak adanya

umpan balik reaktivitas. Demikian juga untuk pengukuran fluks neutron menggunakan

keping (foil) atau kawat (wire), dipersyaratkan tidak dizinkan adanya aliran pendingin

yang deras agar keping atau kawat tidak hanyut terbawa aliran pendingin. Dalam hal ini

sejak awal pengoperasian reaktor, pompa pendingin primer sengaja tidak dioperasikan

dengan pembatasan daya reaktor.

Selain hal diatas, pendinginan konveksi bebas digunakan untuk mendinginkan panas

sisa hasil peluruhan. Hal ini berlangsung ketika terjadi transisi dari moda pendinginan

konveksi paksa menjadi reaktor shutdown (padam), walaupun reaktor sudah padam, daya

reaktor dari panas peluruhan masih cukup tinggi, dimana hal ini dapat menyebabkan

pelelehan bahan bakar. Reaktor RSG GAS beroperasi dengan pendinginan konveksi

paksa pada saat operasi normal. Setelah reaktor shut-down secara normal, maka daya

reaktor dari reaksi fisi berhenti dan menyisakan panas sisa. Namun pompa pendingin

primer masih tetap beroperasi selama beberapa jam, hingga panas sisa cukup kecil dan

memungkinkan konveksi alam berjalan tanpa menyebabkan kenaikan suhu bahan bakar

yang signifikan. Saat pompa pendingin primer sudah mati, sistem pendinginan reaktor

memanfaatkan konveksi bebas di mana aliran pendingin terjadi akibat perbedaan

densitas fluida panas dan fluida dingin dan terbukanya katup sirkulasi alam yang berada

di bawah teras reaktor[1]

.

Organisasi pengoperasi Pusat Reaktor Serba Guna dalam Laporan Analysis

Keselamatan (LAK) RSG GAS menyatakan bahwa reaktor dapat beroperasi secara

aman pada daya 1% dari daya nominal (300 kW) dengan mode konveksi bebas[1]

.

Berkaitan dengan hal tersebut, studi ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh tinggi

chimney terhadap parameter termohidrolika pada moda pendinginan konveksi bebas

3

yang berlangsung di RSG GAS. Analisis termohidrolika dilakukan terhadap moda

pendinginan konveksi bebas pada kondisi tunak (steady state) menggunakan program

perhitungan NATCON. NATCON adalah program perhitungan perpindahan panas satu

dimensi pada elemen bakar berbentuk pelat dengan moda pendinginan konveksi

bebas.

TEORI

Perpindahan Panas Konveksi Bebas

Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi

panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai

mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan fluida cair atau gas.

Menurut cara menggerakkan aliran pendinginnya, perpindahan panas konveksi

diklasifikasikan dalam konveksi bebas (free convection=natural convection) dan konveksi

paksa (forced convection). Bila gerakan mencampur berlangsung semata-mata sebagai

akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu, maka hal ini disebut

konveksi bebas atau alamiah (natural). Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu

alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa.

Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi sebagian besar bergantung pada

gerakan mencampur fluida. Oleh karena itu studi perpindahan panas konveksi didasarkan

pada gerakan mencampur fluida. Mekanisme perpindahan panas dengan cara konveksi

berlangsung dengan cara sebagai berikut: mula-mula panas akan mengalir dengan cara

konduksi dari permukaan ke partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi tersebut akan

menaikkan suhu dan energi dalam partikel-partikel fluida ini. Kemudian partikel-partikel

fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam fluida

sehingga bercampur, dan memindahkan sebagian energinya ke partikel fluida yang lain.

Fluida yang densitasnya menurun cenderung lebih ringan karena mempunyai gaya apung

yang diakibatkan oleh perbedaan densitas di sekitarnya. Gaya apung fluida ini diimbangi

oleh gaya gesek yang diakibatkan oleh fluida di sekitarnya. Ketika gaya apung ini dapat

mengimbangi gaya gesek tersebut atau bahkan melebihi, maka fluida panas dapat

bergerak ke atas. Ketika naik ke atas, fluida dingin akan mengisi tempatnya, sehingga

terbentuklah aliran atau sirkulasi[2]

.

4

Moda pendinginan konveksi bebas yang dilakukan di RSG GAS memiliki syarat

atau batas operasinya. Pada pengoperasian reaktor menggunakan moda pendinginan

konveksi bebas diberlakukan batas kondisi operasi sebagai berikut[1]

:

1. Daya maksimum sebesar 1% dari daya nominal atau 300 KW

2. Alarm karena perioda, 10 detik, batas scram, 15 detik.

3. Bridging untuk kenaikan daya di atas 300 KW.

Efek Chimney

Chimney di dalam reaktor adalah kolom berisi air di atas teras reaktor yang tidak

terpanasi. Karena tidak terdapat elemen bahan bakar didalamnya, maka aliran di dalam

chimney akan memiliki gesekan yang lebih kecil daripada di dalam teras. Kualitas

pendingin yang berada dalam chimney (xch) secara umum sama dengan pendingin yang

keluar dari kanal (xe), sehingga xch = xe. Tidak ada panas yang dibangkitkan maupun

ditambahkan di dalam chimney, maka xch tidak akan berbeda di dalam arah aksialnya. Jika

rasio slip di dalam chimney dianggap sama dengan yang ada di dalam teras, maka fraksi

void akan konstan dan sama dengan keluaran kanal. Sesuai penjelasan di atas maka

kerapatan pendingin di sepanjang chimney akan sama dengan kerapatan pendingin yang

keluar dari kanal ρe, adanya penambahan tinggi chimney Hch akan meningkatkan tekanan

sebesar [3]

:

FD = (ρch – ρe) Hch (g/gc) (1)

dengan:

FD = driving force, Pa

ρch = densitas pendingin di dalam chimney, kg/m3

Hch = tinggi chimney, m

g = gravitasi, kg/m2

gc = faktor konversi

drifing force ini diperlukan didalam sirkulasi pendinginan alami. Driving force semakin

besar apabila tinggi chimney bertambah, akan tetapi penambahan tinggi chimney akan

menimbulkan kerumitan dalam mekanisme pemasukkan bahan bakar, target iradiasi serta

batang kendali, terutama apabila pergerakan batang kendali diatur dari atas. Oleh karena

itu pertimbangan dari berbagai aspek diperlukan dalam menentukan tinggi chimney.

5

Gambar 1 (a) sirkulasi aliran massa di reaktor sederhana dengan resirkulasi internal

(b) aliran sirkulasi alam di dalam reaktor yang terdiri dari sebuah kanal dan chimney

Program Perhitungan NATCON

Program perhitungan NATCON dikembangkan untuk menganalisis termohidrolika

pada keadaan tunak dari elemen bakar jenis pelat pada reaktor riset yang didinginkan

secara konveksi bebas[3]

. Batas maksimum pengoperasian daya reaktor pada sistem

pendinginan konveksi bebas adalah suhu terjadinya awal pendidihan inti (ONB=Onsef of

Nucleate Boiling). Program tersebut antara lain akan menghitung gaya apung, gaya

gesek, kecepatan pendingin, koefisien perpindahan panas, suhu kelongsong, suhu bahan

bakar dan suhu dinding dimana terjadi awal pendidihan inti, berdasarkan korelasi

Bergles­Rohsenow. Air pendingin mengalir mengambil panas yang dibangkitkan oleh

bahan bakar dengan arah aliran dari bawah ke atas karena adanya perbedaan rapat massa

dalam air pendingin. Gaya apung yang dihasilkan diimbangi dalam arah yang berlawanan

oleh gaya gesek yang dihasilkan dari aliran air pendingin yang mempunyai densitas

tertentu. Gaya apung dan gaya gesek tersebut ditunjukkan oleh persamaan(2) dan (3) di

bawah ini :

(2)

6

dengan :

ρ c = rapat massa rerata dari kolom air yang terpanasi, dirumuskan

sebagai:

(3)

ρ AMB = rapat massa dari pendingin dalam tangki reaktor, kg/m³.

Ac = luas tampang lintang kanal pendingin, m²;

Lc = panjang kolom air yang terpanasi dari kanal pendingin, m.

g = gaya gravitasi, m/det2

.

Gaya apung menyebabkan suatu aliran yang dihambat oleh gaya gesek yang

menghasilkan suatu penurunan tekanan. Kecepatan dari aliran akan mencapai suatu harga

tertentu yang disebut kecepatan terminal di mana gaya apung tepat setimbang atau

diimbangi oleh gaya gesek. Gaya gesek ini dapat dinyatakan sebagai :

(4)

dengan:

ρ = rapat massa dari pendingin di lokasi yang ditunjukkan, kg/m³;

f = faktor gesekan;

v = kecepatan aliran di sisi inlet, m/detik;

g = percepatan gravitasi, diambil harga g = 9,80665 m/det²;

Δzi = tinggi kenaikan dari nodal dalam kanal pendingin, m;

DH = garis tengah atau diameter hidrolik dari kanal pendingin, m.

Suku pertama dan suku ketiga dalam tanda kurung pada persamaan (4) di atas

menandakan untuk masuk ke dalam dan bocor keluar, sementara itu suku kedua adalah

penurunan tekanan atas seluruh kanal yang berasal dari aliran. Faktor gesekan dihitung

7

dari:

(5)

Di mana Ϛf adalah tetapan faktor gesekan dan Re adalah bilangan Reynolds.

Kecepatan pendingin masuk (inlet) diiterasi sampai dicapai/diperoleh kesetimbangan

antara gaya apung dan gaya gesek dari adanya densitas cairan. Apabila kecepatan

terminal ini diketahui, maka koefisien perpindahan panas dan suhu keadaan tunak dari

pendingin, kelongsong dan bahan bakar dapat ditentukan harganya.

TATA KERJA/PEMODELAN

Studi terhadap fenomena efek chimney di RSG GAS dilakukan dengan

memodelkan tinggi chimney dengan variasi ketinggian masing-masing 8; 10; 11,45; 14 dan

16 m. Efek tinggi chimney dianalisis menggunakan program NATCON terhadap parameter

termohidrolika. Dalam studi digunakan 2 metode pemodelan untuk analisis ini yaitu:

1. Pemodelan dengan tingkat daya maksimum yang diizinkan yaitu 1% dari daya

nominal 30 MW atau sebesar 300 kW. Pemodelan ini dilakukan pada daya 300

kW. Dengan pemilihan opsi tingkat daya yang akan dihitung, program

NATCON hanya akan mengiterasi pada daya yang telah diberikan.

2. Pemodelan dengan opsi 0, untuk perhitungan daya otomatis. Hal ini akan

menyebabkan paket program NATCON akan mengiterasi dari daya 10 kW

sampai dengan daya pada saat suhu ONB berlangsung, dalam pembahasan akan

dibatasi sampai daya 300 kW.

Input data yang diperlukan meliputi geometri reaktor, geometri bahan bakar dan

distribusi faktor puncak daya aksial untuk program NATCON disajikan dalam Tabel 1.

8

Tabel 1. Data Input [5]

PARAMETER NILAI

Dimensi elemen bakar & elemen kendali (mm) 77,1x81x600

Tebal pelat elemen bakar (mm) 1,3

Lebar kanal pendingin (mm) 2,55

Jumlah pelat tiap elemen bakar 21

Jumlah pelat tiap elemen kendali 15

Material kelongsong elemen bakar AlMg2

Tebal kelongsong elemen bakar (mm) 0,38

Dimensi bahan bakar (mm) 0,54x62,75x600

Material bahan bakar U3O8Al

Pengkayaan U-235 (w/o) 19,75

Densitas Uranium dalam bahan bakar (g/cm3) 4,8

Jumlah U-235 tiap elemen bakar (g) 250

Jumlah U-235 tiap elemen kendali (g) 178,6

Material absorber Ag-In-Cd

Konduktivitas termal U3Si2-Al, 4,8 gU/cm3, W/m K 107

Konduktivitas termal AlMg2, W/m K 180

Variabel tinggi chimney, m 8; 10; 11,45; 14, 16

Suhu inlet rerata air kolam, (oC) 40,5

Beberapa input data dapat diasumsikan jika memang tidak diketahui, tetapi semakin sedikit

input yang merupakan asumsi maka hal tersebut akan membuat perhitungan menjadi lebih

presisi. Beberapa input data yang merupakan asumsi antara lain :

1. Kriteria untuk konvergensi gaya apung dan gaya gesek, diberikan nilai sebesar 0,01

agar hasil dari input dapat menjadi konvergen. Unutk kriteria konvergen yang

terlalu kecil, 0,0001 misalnya, akan sulit untuk mendapat hasil yang konvergen.

2. Harga tebakan awal untuk laju aliran pendingin, diasumsikan sebesar 0,03. Angka

ini tidak terlalu berpengaruh untuk hasil output dikarenakan akan diiterasi oleh

program tersebut untuk mencapai harga yang sebenarnya.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil perhitungan dengan variabel daya masing-masing 10; 100, 200 dan 300 kW

dan pemodelan tinggi chimney masing-masing 8; 10; 11,45; 14 dan 16 m dirangkum dalam

9

Tabel 2, tinggi chimney 11,45 m adalah tinggi existing chimney RSG GAS. Simulasi tinggi

chimney sengaja dilakukan untuk mempelajari efeknya terhadap driving force dan

selanjutnya terhadap kemampuan pendinginan sirkulasi alam.

Tabel 2. Hasil Perhitungan Parameter Termohidrolika Konveksi Bebas

Tinggi

Chimney (m)

Tingkat Daya

Reaktor

(kW)

Suhu Koefisien Perpindahan

panas,

(W/m2 K)

Coolant Velocity

(cm/s)

Mass

Velocity (kg/m2 s)

Driving

Force (Pa)

Meat (oC)

Kelongsg(oC)

Pendingin ( oC)

TONB ( oC)

In Out

8 10 41,66 41,66 41,46 120,16 741,6 2,68 2,69 26,64 27,92

8 100 46,79 46,78 43,6 120,45 742,5 8,34 8,35 82,74 89,86

8 200 51,88 51,85 44,89 120,61 743,1 11,79 11,81 117,02 129,85

8 300 56,79 56,75 45,87 120,74 744 14,45 14,48 143,38 161,83

10 10 41,58 41,58 41,37 123,05 741,6 2,98 2,99 29,61 31,15

10 100 46,59 46,58 43,3 123,32 742,4 9,24 9,25 91,65 100,60

10 200 51,62 51,59 44,49 123,48 742,9 12,98 13,00 128,78 144,93

10 300 56,51 56,47 45,38 123,6 743,3 15,90 15,93 157,75 181,07

11,45 10 41,53 41,53 41,31 123,53 741,6 3,18 3,18 31,58 33,28

11,45 100 46,48 46,47 43,13 125,79 742,3 9,83 9,84 97,54 107,87

11,45 200 51,49 51,46 44,26 125,94 742,8 13,75 13,77 136,48 154,99

11,45 300 56,35 56,31 45,1 126,06 743,2 16,85 16,88 167,16 193,87

14 10 41,47 41,46 41,24 128,41 741,5 3,50 3,51 34,77 36,77

14 100 46,33 46,32 42,9 128,65 742,2 10,78 10,79 107,01 119,22

14 200 51,3 51,27 43,94 128,79 742,7 15,03 15,04 149,1 171,65

14 300 56,13 56,09 44,73 128,9 743 18,36 18,39 182,15 214,65

16 10 41,43 41,43 41,19 130,86 741,5 3,74 3,74 37,08 39,31

16 100 46,24 46,23 42,75 131,1 742,2 11,47 11,48 113,82 128,13

16 200 51,18 51,15 43,74 131,24 742,6 15,96 15,98 158,39 184,15

16 300 56 55,96 44,49 131,34 742,9 19,43 19,46 192,81 229,35

Dapat diketahui dari Tabel 2 bahwa perubahan tinggi chimney mempengaruhi

hampir keseluruhan aspek termohidrolika di dalam reaktor, suhu bahan bakar (meat),

kelongsong dan pendingin mengalami penurunan. Kecepatan pendingin di sisi inlet dan

outlet relatif sama, setelah gaya apung mengatasi gaya dorong di dalam kanal pendingin.

Perbedaan temperatur terjadi cukup signifikan dengan adanya perubahan daya reaktor,

sementara itu koefisien perpindahan panas relatif sedikit terjadi peningkatan sebagai fungsi

kenaikan daya. Peningkatan koefisien perpindahan panas ditunjukkan pada Gambar 2.

10

Gambar 2. Distribusi Koefisien Perpindahan Panas Berdasarkan Penambahan Tinggi

Chimney

Kenaikan koefisien perpindahan panas dan penurunan suhu pendingin terjadi walau

tidak mempunyai nilai yang signifikan. Suhu bahan bakar banyak dipengaruhi oleh besar

daya yang dibangkitkan oleh elemen bahan bakar yang terdapat dalam pelat bahan bakar,

oleh karena itu dapat dilihat untuk perubahan tinggi daya dari 10 kW hingga 300 kW

(batas operasi moda pendingin konveksi bebas RSG GAS), suhu bahan bakar naik cukup

signifikan. Kelongsong yang menempel langsung dengan meat juga terpengaruh karena

perubahan ini. Suhu kelongsong dan meat pun tidak jauh berbeda. Hal ini dapat dijelaskan

karena dalam moda pendinginan konveksi bebas, aliran pendingin sangat kecil sehingga

kedua suhu tersebut relatif sama. Suhu pendingin tidak mengalami kenaikan yang berarti

baik itu dengan perubahan tinggi chimney ataupun perubahan tingkat daya reaktor, sebab

posisi T pendingin keluaran masih di dalam elemen bakar, sehingga tidak ada pengaruh

chimney yang berada di atas teras reaktor.

Suhu pendidihan inti atau TONB (Onset of Nucleate Boiling Termperature) adalah

suhu dimana permukaan kelongsong akan mulai membentuk gelembung. Reaktor harus

dioperasikan dibawah suhu pendidihan inti, karena adanya gelembung ini akan memicu

terjadinya instabilitas aliran di dalam kanal pendingin. Selisih suhu pendidihan inti dengan

suhu kelongsong disebut ΔTONB. Semakin besar ΔTONB ini maka pada pengoperasian

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Ko

efi

sie

n P

erp

ind

ahan

Pan

as

(W/m

2 K

)

Tinggi Aksial Bahan Bakar (m)

8 m

10 m

11,45 m

14 m

16 m

11

reaktor pada tingkat daya tersebut akan semakin aman. Besar ΔTONB akibat perubahan

tinggi chimney dan variasi daya dirangkum dalam Tabel 3.

Tabel 3 Perubahan Delta T ONB Terhadap Variabel Daya dan Tinggi chimney

Tinggi

Chimney (m)

Tingkat Daya

Reaktor (kW)

Suhu

ΔTONB Kelongsong

(oC)

TONB

(oC)

8 10 41,66 120,16 78,5

8 100 46,78 120,45 73,67

8 200 51,85 120,61 68,76

8 300 56,75 120,74 63,99

10 10 41,58 123,05 81,47

10 100 46,58 123,32 76,74

10 200 51,59 123,48 71,89

10 300 56,47 123,6 67,13

11,45 10 41,53 123,53 82

11,45 100 46,47 125,79 79,32

11,45 200 51,46 125,94 74,48

11,45 300 56,31 126,06 69,75

14 10 41,46 128,41 86,95

14 100 46,32 128,65 82,33

14 200 51,27 128,79 77,52

14 300 56,09 128,9 72,81

16 10 41,43 130,86 89,43

16 100 46,23 131,1 84,87

16 200 51,15 131,24 80,09

16 300 55,96 131,34 75,38

Dari Tabel 3 terlihat bahwa perubahan tinggi chimney akan meningkatkan suhu

pendidihan inti. Naiknya suhu pendidihan inti menyebabkan naiknya ΔTONB pada tiap

tingkat daya, walaupun mengalami kenaikan, perubahan ΔTONB ini tidak signifikan,

sementara itu marjin terhadap terjadinya pendidihan inti juga masih cukup besar. Pada

daya 300 kW dengan tinggi chimney existing, marjin terhadap ΔTONB = 69,75oC, sementara

apabila tinggi chimney 16 m maka ΔTONB = 75,38oC.

Driving force atau disebut gaya angkat banyak dipengaruhi oleh perubahan tinggi

chimney. Hal ini kemudian sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa penambahan

12

tinggi chimney akan meningkatkan daya angkat, atau dapat dilihat pada persamaan (1).

Daya angkat ini juga sebanding dengan tingkat daya reaktor seperti dapat dilihat pada

Gambar 3.

Gambar 3 Distribusi Driving Force Berdasarkan Perubahan Tingkat Daya

Driving force ini diakibatkan oleh perbedaan densitas pendingin yang berada dalam

kanal karena adanya pemanasan dari bahan bakar yang ditransfer ke kelongsong.

Pendingin yang mempunyai suhu lebih tinggi akan mempunyai densitas lebih ringan

sehingga akan terangkat ke atas, sedangkan pendingin yang lebih dingin akan turun,

sehingga terjadilah sirkulasi pendinginan konveksi bebas. Dari Gambar 3 tampak bahwa

driving force meningkat secara linier sebagai fungsi kenaikan daya reaktor, sementara hal

yang sama terjadi apabila tinggi chimney bertambah.

Pengaruh tinggi chimney terhadap perubahan driving force ini ditunjukkan pada

Gambar 4.

20

70

120

170

220

0 100 200 300

Dri

vin

g F

orc

e (

Pa

)

Daya Reaktor (kW)

Tinggi Chimney 8 m

Tinggi Chimney 10 m

Tinggi Chimney 11,45 m

Tinggi Chimney 14 m

Tinggi Chimney 16 m

13

Gambar 4 Distribusi Driving Force Berdasarkan Perubahan Tinggi Chimney

Driving force bertambah besar akibat bertambahnya tinggi chimney, hal ini

berdampak terhadap besar kecepatan alir massa pendingin (mass velocity) seperti terlihat

pada Tabel 2. Mass velocity yang bertambah ini tentu saja mempengaruhi besar panas yang

dapat diambil dari meat. Hal inilah yang menyebabkan semakin tinggi chimney, maka suhu

meat dan kelongsong akan menurun, walaupun penurunan yang terjadi tidak signifikan.

Bila dibandingkan antara peningkatan driving force sebagai fungsi penambahan tinggi

chimney dengan hal yang sama sebagi fungsi peningkatan daya, maka Gambar 4

menunjukkan dengan jelas bahwa peningkatan daya lebih berperan dalam peningkatan

driving force dibandingkan dengan penambahan tinggi chimney.

KESIMPULAN

Dari hasil studi mengenai efek chimney terhadap perpindahan panas konveksi bebas

di RSG GAS, menggunakan program NATCON menunjukkan bahwa: driving force

meningkat dengan cukup signifikan sebagai fungsi daya reaktor. Penambahan tinggi

chimney meningkatkan driving force relatif kecil dibandingkan dengan peningkatan daya

reaktor. Marjin terhadap suhu awal pendidihan inti ΔTONB bertambah besar apabila tinggi

20

70

120

170

220

8 10 12 14 16

Dri

vin

g F

orc

e (

Pa

)

Tinggi Chimney (m)

Daya 10 kW

Daya 100 kW

Daya 200 kW

Daya 300 kW

14

chimney bertambah. marjin ini masih cukup besar meskipun tanpa penambahan tinggi

chimney. Parameter termohidrolika seperti suhu meat, kelongsong dan pendingin

mengalami penurunan akan tetapi tidak signifikan. Perubahan suhu ini dapat dikarenakan

adanya peningkatan driving force. Besarnya perubahan driving force ini mengakibatkan

berubahnya kecepatan aliran massa pendingin.

DAFTAR PUSTAKA

[1] PUSAT REAKTOR SERBA GUNA-BATAN, “Laporan Analisis Keselamatan

RSG GAS Rev 10”, Desember 2008

[2] FRANK KREITH, ARKO PRIYONO, “Prinsip-prinsip Perpindahan Panas”, edisi

ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1991.

[3] M.M. EL-WAKIL, “Nuclear Heat Transport”, The American, Nuclear Society, La

Grange Park, Illinois, 1978.

[4] R. S. SMITH dan W. L. WOODRUFF, "A Computer Code, NATCON, for The

Analyses of Steady-State Thermal-Hydraulics and Safety Margins in Plat-Type

Research Reactors Cooled by Natural Convection", ANL/RERTR/TM-12, Argonne

National Laboratory, Argonne, Illinois.

[5] T.M. SEMBIRING, S. PINEM, SETIYANTO, “Validation of the Monte Carlo

Code MVP on the First Criticality of Indonesian Multipurpose Reactor”,

http://www-pub.iaea.org.MTCD/publications/PDF/P1360_ICRR_2007_CD/Papers

/T.M.%20Sembiring.pdf, diunduh Juli 2013.