ANALISIS KECELAKAAN PENYUMBA TAN P ARSJAL KANAL PENDINGUN ELEMEN BAKAR PADA TERAS OKSIDA DAN DISAIN TERAS SILISIDA RSG-GAS

Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juli 1999

152 Buku I

ANALISIS

KECELAKAAN

PENYUMBA TAN

P ARSJAL

KANAL

PENDINGUN ELEMEN

BAKAR

PADA TERAS

OKSIDA DAN DISAIN TERAS SILISIDA RSG-GAS

Endiah Puji Hastuti

Peneliti pada Pusat Reaktor Serba Guna-BATAN

Masanori Kaminaga

Peneliti pada Japan Atomic Energy Research Institute-JAERI

ABSTRAK

ANALISIS KECELAKAAN PENYUMBATAN PARSIAL KANAL PENl)IN;GIN ELEMEN BAKAR PADA TERAS OKSIDA DAN DISAIN TERAS SILISIDA RSG GAS. Te/ah di/akukan ana/isis kese/amatan termohidro/ika teras berbahan bakar oksida, U30S-A/ dengan densitas uranium 2.96 gU/cm3. Da/am ana/isis dianggap terjadi kece/akaan akibat kana/ pendingin yang tertutup. Ana/isis yang soma di/akukan pada disain teras berbahan bakar si/isida, U3Si2-A/ dengan densitas 3.55 gU/cm3. Ana/isis di/akukan pada kana/ terpanas dengan prosentase penyumbatan 0%, 10%, 20%, 50% don 70% menggunakan program COOLOD-N. Ana/isis di/akukan dengan asumsi kondisi terburuk don diasumsi penyumbatan terjadi ketika reaktor sedang dioperasikan pada tingkat daya /ebih. Data teknis sebagai fungsi /uas kana/ yang tersumbat dipero/eh dari hasi/ eksperimen yang di/akukan untuk geometri e/emen bakar RSG-GAS menggunakan fasi/itas untai uji hidro/ika JRR-3. Sebagai pembanding digunakan hasi/ ana/isis kondisi tunak tanpa penyumbatan kana.! pendingin. Ditinjau dari bolas kese/amatan terhadap instabi/itas a/iran, S reaktor tak dapat dioperasikan apabi/a prosentase /uas penyumbatan e/emen bakar /ebih dari 30%. Kondisi kece/akaan bergantung pada /uas kana/ yang tersumbat dantingkat daya operasi reaktor pada soot kece/akaan terjadi.

ABSTRACT

PARTIAL COOLANT CHANNEL BLOCKAGE ACCIDENT ANALYSIS ON RSG-GAS OXIDE CORE AND RSG-GAS SILICIDE CORE DESIGN The steady state analysis of thermal hydraulics accident of the RSG-GAS using U3°S-AI and U3Si2-AI fuels with uranium density of 2.96 gU/cm3 and 3.55 gU/cm3, respectively, due to channel blockage accident, was analyzed. Analysis on the hottest channel was carried out for each are 0%, J 0%, 20%, 50% and 70% of blockage, by using COOLOD-N code. The accident was analysed in the worst case condition and assumed to happen while the reactor was operated in over power level. The percentages of channel blockage data were obtained from the experiment for RSG-GAS fuel element on JRR-3 hydraulic rig. As a basic comparation, the steady state thermal hydraulic of the RSG-GAS with U3°S-AI and U3Si2-AI were analyzed. The analysis results, in the view poirit ofDNBR and margins of the flow instability, and concerning to the minimum flow rate, showing no enough margins to operate the RSG-GAS due to channel blockage accident condition, more than 30% of blockage. The accident becomes more severe if the lower percentage blockage and initial power level was reduced to the opposite condition.

PENDAHULUAN

nyumbatan aliran pendingin di sisi masUkan kanal elemen bakar. Kecelakaan seperti ini dapat terjadi pada reaktor tipe kolarn seperti RSG-GAS. Kecelakaan terjadi apabila ada suatu obyek yang jatuh daD menutupi sebagian luasan kanal pen-dingin. Untuk menganalisis model kecelakaan seperti ini Endiah daD Karninaga [1] telah melakukan eksperimen pada untai hidrol=ka JRR-3. Ekspe-rimeD dilakukan dengan menggunakiiD elemen bakar dummy tipe pelat daD kondisi operasi yang dibuat sarna dengan operasi teras RSG-GAS. Dari basil eksperimen ini diperoleh korelasi antara luas kanal yang tertutup daD koefisien gesek pada sisi masukan kanal pendingin elemen bakar. Hasil TZ"riteria keselamatan termohidrolika RSG-GAS

.I'-.rnensyaratkan bahwa di dalam teras tidak diijinkan terjadinya pendidihan inti, baik di suatu noktah panas (hot spot) maupun di posisi lain. Kriteria tersebut juga mengharuskan adanya jaminan keselamatan yang mencukupi terhadap instabilitas aliran daD rasio lewat bakar (burn out ratio), baik pada operasi normal maupun pada kondisi kecelakaan.

Salah satu aspek keselamatan yang ditinjau di sini adalah jaminan keselamatan termohidrolika terhadap kecelakaan, yang diakibatkan oleh

pe-Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15Juli 1999 Buku I ₁₅₃

Analisis keselarnatan tennohidrolika sebagai akibat tertutupnya sebagian luas kanal pendingin dilakukan pacta teras oksida dan disain teras silisida daTi RSG-GAS. Teras oksida RSG-GAS yang dimaksud di sini adalah teras berbahan bakar oksida U3Os-AI sedangkan teras silisida adalah teras ber-bahan bakar silisida U3Si2-AI. Analisis keselarnatan pacta disain teras silisida bertujuan untuk mendukung rencana BA TAN dalarn mengkonversi teras RSG-GAS. Konversi direncanakan akan dilakukan terhadap teras RSG-GAS daTi elemen bakar U3Os-AI dengan tingkat muat 2,96 gU/cm3 menjadi U3Si2-Al dengan tingkat muat 3,55 gU/cm3. Analisis dilakukan dengan menggunakan program COOLOD-N pacta kanal terpanas, dengan operasi daya lebih (114%) masing-masing dengan luas penyumbatan 0%,10%, 20%, 50% dan 70% (Garnbar 1). Hasil analisis menunjukan kondisi kecelakaan bergantung pacta luas kanal yang tersumbat dan pengoperasian daya reaktor pacta saat kecelakaan terjadi.

eksperimen tersebut selanjutnya digunakan dalarn perhitungan analisis keselarnatan termohidrolika teras RSG-GAS.

Arbie dalam disertasinya[Z] berhasil mem-buktikanbahwa teras reaktor berbahan bakar U3Siz-Al mempunyai beberapa keunggulan dibanding elemen bakar U3Os-AI. Hal ini ditunjukan pada densitas U3Siz yang lebih besar dari densitas U3Os. Pada konsentrasi uranium/cm3 bahan bakar (meat) yang sarna, elemen bakar U3Siz akan membentuk

ikatan matrik Al yang lebih kuat dibanding elemen bakar U3Os. Dari segi keselarnatan operasi, hal ini sangat menguntungkan karena produk fisi semakin sulit keluar. Keunggulan yang lain adalah konduk-tivitas U3Siz lebih besar dari kondukkonduk-tivitas U3Os. Aspek ini sangat terkait dengan termohidrolika teras. Pada disain tersebut dimensi pelat elemen bakar silisida clan elemen kendali dibuat sarna dengan tipe pelat elemen bakar RSG-GAS. Sistem-sistem di dalarn reaktor tidak mengalarni perubahan dengan adanya rencana tersebut.

I lO%PCCB I _{120%PCCB I}

I O%PCCB I

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999

154 Buku I

TEORI

GAS dengan kecepatan pending in 2 -3,6 m/detik atau setara dengan pendinginan 800 kgidet adalah 22,lcm3 °K/W det.[4 Harga instabilitas aliran' (8) merupakan perbandingan 17f1Jc. Nilai S minimum merupakan nilai tereI1dah sebagai batasan terjadinya kondisi transien clan antisipasi transien. Nilai S yang lebih besar dari nilai S minimum yang diperbolehkan, menunjukan kondisi operasi yang semakin aman.

Batasan Keselamatan

Penentuan batasan keselamatan bergantung pacta berbagai faktor. Faktor penting yang diper-hitungkan pacta analisis tennohidrolika adalah faktor nuklir radial dan distribusi faktor aksial serta faktor teknis seperti faktor ketidak pastian. Pengoperasian tingkat daya reaktor antara lain dibatasi oleh suhu pelat elemen bakar, kecepatan pendingin pacta kanal terpanas dan fluks panas maksimum. RSG-GAS menggunakan batasan keselamatan terhadap insta-bilitas aliran (S).

lnstabilitas aliran menggambarkan perubahan mendadak aliran pendingin melalui kanal yang dipanasi. Perubahan ini terjadi karena adanya transisi karakteristik penurunan tekanan dari aliran rase tunggal ke aliran dua rase atau sebaliknya. Batas keselamatan terhadap instabilitas aliran me-rupakan fenomena yang berkaitan dengan watak pembangkitan gelembung uap pacta pennukaan bi-dang yang dipanaskan secara pendidihan subcoo/ed. Selama inti-inti gelembung masih menempel pacta pennukaan pelat, maka inti gelembung ini secara praktis tidak mempengaruhi penurunan tekanan di sepanjang kanal. Jika intensitas pendidihan me-ningkat maka inti-inti pendidihan akan bergabung menjadi lebih besar dan akhirnya menjadi suatu gelembung. Jika intensitas pendidihan meningkat lagi maka gelembung ini akan mempengaruhi kafakteristik penurunan tekanan di dalam kanal. Parameter pelepasan gelembung dikorelasikan dengan persamaan[J]:

Model Kecelakaan Penyumbatan Kanal Pendingin Parsial (PCCB=Partial Coo-lant Channel Blockage)

Model kecelakaan diawali dengan jatuhnya suatu obyek ke dalam kolarn reaktor ketika reaktor sedang beroperasi pada daya maksirnum 114%. Obyek terbawa oleh aliran clan bergerak masuk ke sisi masukan teras clan selanjutnya menutupi luas aliran di sisi masukan kanal pendingin. Obyek yang menutupi kanal pendingin ini mengakibatkan pengurangan aliran pendingin di dalarn kanal yang mendinginkan pelat-pelat elemen bakar, atau bah-kan menyumbat sarna sekali. Jika obyek hanya menutupi sebagian lu~ kanal pendingin, rriaka disebut kecelakaan penyumbatan kanal pendingin parsial. Kejadian seperti ini sangatmungkin terjadi pada reaktor tipe kolarn terbuka dengan model elemen bakar tipe pelat paraler41. Kecelakaan men-jadi serius apabila bagian kanal pendingin yang tertutup semakin luas. Seberapa besar pengaruh luas kanal yang tertutup terhadap bares keselarnatan termohidrolika RSG-GAS akan dibahas dalarn makalah ini.

TATA KERJA/PEMODELAN

(1)

dengan

17 = parameter pelepasan gelembung. T s = suhu jenuh (saturasi) pendingin, °c T c = suhu pendingin campuran (bulk), °c V = kecepatan pendingin, cm/det

2

q" = fluks panas, w/cm

z = jarak dari sisi masukan kanal pendingin, cm

Parameter tersebut mengontrol apakah ge-lembung masih menempel atau telah terlepas dari dinding kanal. Laju alir di dalam kanal akan stabil jika parameter tersebut pada setiap titik di sepanjang kanal pendingin melampaui harga 17c. Harga 17c diperoleh dari data statistik berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh nowring[3] pada kanal persegi. Harga 110 untuk kanal pendin~in elemen bakar

RSG-Perhitungan dilakukan dengan menggunakan paket program COOLOD-N. Paket program yang dikembangkan oleh Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) ini digunakan untuk menganalisis termohidrolika teras reaktor riset tipe MTR pada kondisi tunak dengan tekanan dan suhu operasi rendah [5]. Program telah dimodiflkasi untuk menghitung batas keselamatan terhadap instabilitas aliran (8) yang digunakan oleh RSG-GAS. Program ini dapat dijalankan dengan menggunakah komputer sistem Dec-Alpha maupun komputer pribadi (PC = personal computer) jenis Pentium.

Analisis dilakukan terhadap perpindahan panas di dalam kanal pendingin dail elemen bakar dengan menggunakan basil eksperimen PCCB. Pengaruh luas PCCB terhadap kemampuan per-pindahan panas pendingin diamati dengan mem-perhatikan suhu pelat elemen bakar, suhu bahan

Proseding Pertemuan dan Presentasi llmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 _{Buku I}

155

HASIL DAN PEMBAHASAN

Teras Osida

bakar, batas terjadinya awal pendidihan inti da"n batas keselamatan terhadap instabilitas aliran. Parameter-parameter tersebut dihitung dengan asumsi pembangkitan panas di dalam bahan bakar konstan sepanjang arab radial. Perhitungan perpindahan panas didasarkan pada pemecahan persamaan konduksi panas satu dimensi ke arab radial, dengan jumlah maksimum titik (nodes) ke arab aksial sebanyak 21 titik daD jumlah titik di bahan bakar ke arab radial sebanyak 5 titik.

Analisis dilakukan pada kondisi terburuk (worst case condition), dengan menggunakan data laju alir minimal sebesar 800 kg/det daD laju alir minimum yan~ melalui sebuah elemen bakar adalah 46,54 m3/jam 6]. Data basil eksperimedl] disajikan dalam Tabell.

Table 1 Koefisien tahanan dan rasio /uas a/iran RSG-GAS sebagaifungsiPCCB.

% Penyumbatan Koefisien Tahanan

(Kentraooe)

Rasio Luas Aliran (Normal: PCCB)

Untuk mengetahui karakteristik termo-hidrolika dan batas keselamatan kondisi tunak pacta bermacam-macam luas kanal yang tersurnbat, maka analisis dilakukan dengan variasi daya lebih.( 114%) daTi daya 25MW dan 30MW. Data distribusifaktor aksial. dan laju alir pacta analisis teras oksida berdasar pacta hasil pengukuran teras ke-X. Faktor radial dan faktor tekDis (engineering factors) pacta teras setimbang (TWC = typical working core) diambil daTi SAR.

Panas yang dibangkitkan di dalam teras oksida, diasumsikan sebesar 92% daTi daya total yang dibangkitkan di dalam kolam. reaktOr17]. Dengan demikian maka analisis dilakukan pacta tingkat daya lebih 26,22MW dan 31,46MW. Hasil analisis berbagai variasi PCCB dan daya tersebut dirangkurn dalam Tabel 3.

Tabel 3 menunjukan bahwa kecepatan pending in rerata di dalam kanal dan penurunan tekanan sepanjang teras, semakin kecil apabila tampang lintang kanal pendingin yang tertutup semakin luas. Hal ini disebabkan karena apabila tampang lintang kanal yang tertutup semakin luas, akan berakibat pacta semakin besarnya koefisien gesek aliran di sisi masukan kanal-kanal elemen bakar. Selain itu mudah dipahami bahwa rasio laju alir pendingin melalui kanal-kanal pendingin juga akan semakin kecil dibanding dengan aliran normal.

0% 10% 20% 50% 70% 0.5 0.7 1.0 3.0 12.5 1.0 0.9712 0.9325 0.7581 0.4736

Selain data-data PCCB yang diperoleh dari hasil eksperimen juga digunakan data masukan untuk teras oksida dan disain teras silisida seperti yang ditunjukan di dalam Tabel2.

Tabel 2. Data masukan perhitungan teras oksidadan disain teras silisida.

No PARAMETER TERAS OKSillA DISAIN TERAS SILISmA

p= 114% x92%x 25MW P=114%x92%x 30MW p= 114%x25 MW p= 114%x30 MW 1 2 3 4 5 6 22.600 2.036 44.5 900.791 46.54 31.462 2.036 44.5 900.791 46.54 30.0 2.036 44.5 900.791 46.54 34.2 2.036 44.5 900.791 46.54 Pembangkitan daya, MW Tekanan sisi masukan, kg/cm2

Suhu masukan, °c

Laju alir teras, kg/S Laju alir elemen bakar, m3fh Faktor-faktor puncak daya:

FR FA Foool Ffilm F Hflx 2.600 1.600 1.167 1.260 1.200 2.600 1.600 1.167 1.260 1.200 2.391 1.914 1.167 1.260 1.200 2.391 1.914 1.167 1..260 1.200

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -J 5 Ju/i 1999

156 Buku I

Tabel3. Hasi/ Ana/isis Termohidro/ika Pada J;ana/ Terpanas Teras obida RSG-GAS.

No. PARAMETER

A. DAY A LEBffi 26,22MW. Kecepatan pendingin, m/det. f.p sepanjang teras,kgicm2 Tekanan kanal keluaran,kgicm2 Suhu jenuh kanal keluaran, °C Kenaikan suhu pendingin sepan-jang kanal, °C

Suhu maks. Kelongsong, °C Suhu maks. Meat

Fluks panas rerata, W/cm2 Fluks panas maks., W/cm2 Batas suhu terhadap ONB,OC Batas keselamatan terhadap: (a) DNBR (b) S=l1/l1C 0% PCCB 10% PCCB 20% PCCB 50% PCCB 700;0 PCCB 3.84 0.609 1.514 116.25 33.28 3.73 0.5818 1.541 116.44 34.26 3.59 0.5460 1.577 116.67 35.68 2.93 0.4028 1.720 117.60 43.87 1.87 0.2295 1.892 118.59 70.05 2 3 4 5 6. 7. 8. 9. 10. 11. 137.51 156.37 36.27 195.84 -7.89 138.31 157.19 36.27 195.84 -8.70 139.38 158.25 36.27 195.84 -9.77 143.92 162.79 36.27 195.84 -14.60 150.06 168.93 36.27 195.84 -22.29 1.45 4.63 1.40 4.43 1.35 4.17 1.10 2.94 0.69 0.56 I 2 3 4 5 3.86 0.610 1.513 116.28 39.92 .3.75 0.5824 1.54.1 116.45 41.1 3.60 0.5468 1.576 116.68 42.8 2.95 0.4033 1.719 117.6.1 52.6 1.88 0.2310 1.890 Il8.59 74.19 B. DAY A LEB1lI31,46MW.

Kecepatan pendingin, m/det. Ap sepanjang teras,kgicm2 Tekanan kana! keluaran,kgicm2

Suhu jenuh kana! keluaran, °C Kenaikan suhu pendingin sepan-jang kanal, °C

Suhu maks. Kelongsong, oC Suhu maks. Bahan bakar Fluks panasrerata, W/cm2 Fluks panas maks., W/cm2 Batas suhu terhadap ONB, °C Batas keselamatan terhadap: (a) DNBR (b) S=l1/l1C 6. 7. 8. 9. 10 11 144.59 167.23 43.53 235.01 -14.56 145.26 167.91 43.53 235.01 -15.26 146.14 168.79 43.53 235.01 -16.19 149.79 172.44 43.53 235.01 -20.27 154.75 177.40 43.53 235.01 -27.26 1.21 3.41 1.17 3.25 1.12 3.03 0.91 2.00 0.57

Pengaruh luas PCCB terhadap perpindahan panas di dalam kanal elemen bakar diuraikan dalam penjelasan berlkUt ini. Karena kanal pendingin tertutup secara melintang maka masih terdapat aliran di dalam kanal tersebut. Tepat di bagian bawah kanal yang tertutup aliran pendingin seolah berhenti, sehingg~ terjadi mekanisme perpindahan panas konveksi bebas di bagian tersebl't. Lapisan

batas antara pendingin yang diam daD aliran pendingin konveksi paksa yang berasal dari kanal yang masih terbuka akan bercampur (Gambar 2). Apabila luas kanal yang tertutup semakin luas, maka

pelat elemen bakar yang didinginkan dengan mekanisme konveksi bebas menjadi semakin luas

pula. Mekanisme perpindahan panas seperti ini sangat lambat dibandingkan dengan pendinginan konveksi paksa. Diketahui bahwa pembangkitan panas di dalam elemen bakar tetap sedangkan laju pendingin menurun akibat penyumbatan. Fenomena ini menyebabkan suhu di pennukaan kelongsong meningkat daD akhimya suhu pendingin akan melewati suhu jenuh pelat. Akibatnya batas suhu terhadap awal pendidihan inti (AToNB) semakin dekat bahkan melampauinya daD akhimya mulai terjadi pendidihan inti. Jika luas kanal yang tertutup semakin luas maka bukan saja terjadi pendidihan inti, bahkan gelembung akan pecah karena tercapainya suhu akhir pendidihan inti. Hal ini akan

Proseding Pertemuan don Presentasi llmiah

PPNY-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku I ₁₅₇

menyebabkan terjadinya aliran dua rase. Pecahnya gelembung yang disusul dengan terbentuknya gelembung barn akan menyebabkan instabilitas aliran di dalam kanal pendingin. Terbentuknya gelembung gelembung ini akan memberikan reaktivitas negatif pada teras, sistem kendali akan mengkompensasi dengan menaikan daya hingga mencapai batas daya lebih sesuai dengan setting pointnya. Sehingga batas keselamatan minimum terhadap DNBR dan S akan terlampaui. Pada kecelakaan seperti ini reaktor akan trip/ terpancung karena fluks panas lokal, yang ditandai oleh sinyal yang berasal dari detektor kesetimbangan fluks netron (unbalance load).

Dari kedua gambar tersebut terlihat bahwa kecelakaan PCCB ketika reaktor sedang dioperasikan pada tingkat daya lebih 31,46MW dan 26,22MW masing-masing mempunyai toleransi luas kanal yang tertutup maksirnum 30% dan 50%.

~

alil'lnpWa

Gambar 3. Hasi/ perhitungan PCCB teras oksida daya /ebih (26,22 MW): I ~ ~ t+ "' ;r \ Konvekli bebaa ~",~,... ~, ,+. ' I

~~t+

'+I I

:1t '+It;--

'I

~~

\

f

t I

I 'V

t

I

1

Jtt

~

\

~~

-~~-~ \ \

Gambar 2. Profit a!iran pada kana! yang meng-a!ami PCCB.

Gambar 4. Hasu perhitungan PCCB teras oksida daya lebih (31.46MW).

Hubungan antara luas kanal yang tertutup (PCCB) clan suhu jenuh, suhu kelongsong maksi-mum, DNBR dan Spada daya lebih 26,22MW dan 31,46MW masing-masing ditunjukkan oleh Gamba,r 3 dan Gambar 4. Apabila kecelakaan akibat PCCB terjadi ketika reaktor sedang dioperasikan pada tingkat daya lebih 26,22 MW, maka batas kesela-matan Smin pada daya lebih adalah sebesar 2,67.[4] Dari Gambar 3 terlihat bahwa barns keselamatan akan terlampaui apabila 1uas kanal yang tertutup lebih besar daTi 50%. Pada prosentase PCCB se-besar 50%, Smin pada daya lebih adalah 2,94, clan suhu maksimum kelongsong 143,92°C, dengan kecepatan pendingin sebesar 2,93 m/det. Pada Gambar 4, dengan daya lebih 31,46MW batas keselamatan terhadap instabilitas aliran, S mencapai harga minimum apabila luas kanal yang tertutup mencapai 30%.

Disain Teras Slisida RSG-GAS

Pembangkitan panas pada teras silisida diasumsi sebesar 100%. Asumsi ini lebih konser-vatif dibandingkan dengan asumsi untuk teras oksida. Analisis kecelakaan PCCB dilakukan pada pengoperasian reaktor dengan tingkat daya lebih 28,5MW dan 34,2MW. Faktor puncak daya radial dan distribusi faktor aksial pada perhitungan kanal terpanas diperoleh daTi basil perhitungan neutronik disain teras silisida, menggunakan' program BATAN-3Diff.l8] Sedangkan faktor-faktor teknis diambil daTi SAR untuk terasoksida. Data-data lain yang diperlukan sehubungan dengan sifat dan jenis elemen bakar yang digunakan seperti konduktivitas

Endiah PH, dkk. ISSN 0216 -3128

It \.'

Proseding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Juti 1999

158 Buku I

keselarnatan pada prosentase PCCB 0%, 10%, 2.0%, 50% dan 70%. Dari tabel tersebut terlihat bahwa karakteristik terrnollidrolika seperti kecepatan pendingin di dalarn kanal,' penurun~ tekanan sepanjang kanal pendingin dan batas keselarnatan mempunyai kecenderungan yang sarna seperti karakteristik teras oksida. Hubungan antara suhu dan batas keselarnatan terhadap prosentase PCCB untuk daya lebih 28,5MW dan 34,2MW masing-masing digarnbarkan pada Garnbar 5 clan Garnbar 6. panas, panas jenis dan porositas disesuaikan dengan

densitas uranium yang digunakan. Laju pendingin minimum dianggap sarna dengan yang digunakan untuk teras oks ida, karena tidak ada perubahan yang dilakukan pada pengoperasian sistem pendingin primer maupun sistem-sistem lainnya.

Hasil analisis disain teras silisida sesuai dengan variasi luas kanal yang tertutup, serta daya seperti yang telah ditentukan di atas, dirangkum dalam Tabe.l4. Tabel tersebutmemuat basil analisis

Tabel4. Hasil Analisis Termohidrolika Pada Kanal Terpanas Disain Teras silisida RSG-GAS.

No PARAMETER 0% PCCB 10% PCCB 20% PCCB 50% PCCB 70% PCCB I 23.4, 5. 3.83 0.6090 1.514 116.26 30.81 3.73 0.5820 1.541 116.44 31.72 3.58 0.5460 1.577 116.67 33.04 2.93 0.4027 1.720 117.59 40.62 1.86 0.2293 1.892 118.59 64.88 A. DAY A LEBill 28,SMW.

Kecepatan pendingin, m/det. ~p sepanjang teras,kgicm2 Tekanan kanal keluaran,kgicm2 Suhujenuh kana! keluaran, °C Kenaikan suhu pendingin sepan jang kanal, °C

Suhu maks. Kelongsong, °C Suhu maks. Bahan bakar Fluks panas rerata, W/cm2 Fluks panas maks., W/cm2 Batas suhu terhadap O~,oC Batas keselamatan terhadap: (a) DNBR (b)S=ll/llC

6.

7. 8.9. 10, 11. 142.86 148.13 39.43 227.36 -12.15 144:52 153.58 39.43 227.36 -17.90 142.86 148.83 39.43 227 ;36 .12.86 143.78 149.76 39.43 227.36 -13.80 150.54 l58.77 39.43 227.36 -24.55 1.25 4.24 1.21 4.08 1.16 3.86 0.94 2.88 0.59 0.52 1 2 3 4 5 3.85 0.6095 1.514 116.27 36.96 3.74 0.5830 1.541 116.45 38.05 3.60 0.5460 1.576 116.68 39.63 2;94 0.4030 1.719 117.60 48.71 1.87 0.2305 1.891 118.59 74.19 B. DAY A LEBffi 34,2MW.

Kecepatan pendingin, m/det. Lip sepanjafig teras,kgicm2 Tekanan kana! keluaran,kgicm2 Suhujenuh kanal keluaran, °C Kenaikan suhu pendingin sepanjang kanal, °C

Suhu maks. Kelongsong, °C Suhu maks. Bahan bakar Fluks panas rerata, W/cm2 Fluks panas maks., W/cm2 Batas suhu terhadap ONB,OC Batas keselamatan terhadap: (a) DNBR (b)S=ll/llC 6. 7.8.9. 10. 11, 148.96 156.13 47.31 272.83 -15.5G 149.52 156.69 47.31 272.83 -19.13 150.25 157.42 47.31 272.83 -19.90 153.39 160.55 47.31 272.83 -23.45 157.42 164.58 47.31 272.83 -29.21 1.04 3.28 1.01 3.15 0.97 2.96 0.79 1.81 0.49

Proseding Pertemuan dan Presentasi I/miah

PPNY-BATAN. Yogyakarta 14 -15 Ju/i 1999 _{Buku I}

159

yang sarna (pada teras oksida dan teras silisida) menunjukan nilai yang tidakjauh berbeda. Hat ini menunjukkan bahwa perpindahan panas pacta

elemen bakar silisida .lebih baik daripada oksida.

KESIMPULAN

Gambar 5. Hasil perhitungan PCCB disain teras silisida daya lebfh {28, 5 MW}.

Kesimpulan dari basil analisis keselamatan tennohidrolika terhadap model kecelakaan akibat jatuhnya suatu obyek, yang menutupi sebagian luas kanal pendingin elemen bakar pada teras oksida dan disain teras silisida RSG-GAS adalab:

I. Pada teras oksida, batas keselnmatan .terhadap instabilitas aliran mencapai nilai minimum yang diijinkan, apabila terjadi prosentase penyumbat-an kpenyumbat-anal pendingin ypenyumbat-ang mencapai 50% dan 30% arab melintang. Nilai batas tersebut masing masing pada pengoperasian tingkat daya lebih sebesar 26,22 MW dan 31,46 MW.

2. Pada disain .teras silisida batas keselamatan terhadap nilai S mencapai minimum, apabila penyumbatan mencapai 50% dan :t 27% ketika pengoperasian tingkat daya reaktor mas!ng-masing mencapai 28,5 MW dan 34,2 MW. 3. Meskipunanalisis'kecelaka.an akibat

penyumbat-an kpenyumbat-anal pendingin telab dilakukpenyumbat-an, tetapi perlu diingatkan agar prosedur pemeriksaan/inspeksi terhadap teras sebelum operasi mutlak diperlu-kan. Selain itu pengawasan ketat terhadap pengunjung di atas anjungan, ketika reaktor .sedang dioperasikan agar selalu dilakukan. Gambar 6. Hasil perhitungan PCCB disain teras

silisida daya lebih (34,2 MW).

UCAPAN TERIMA KASIH

Dari garnbar tersebut terlihat bahwa suhu kelongsong maksimum sebagai fungsi luas kanal yang tertutup lebih panas dibandingkan dengan teras oksida. Batas keselarnatan terhadap S clan DNBR semakin kecil apabila kanal yang tertutup semakin luas clan harga batas ini apabila dibandingkan dengan teras oksida, juga lebih kecil. Hal ini disebabkan karena pembangkitan daya pada teras silisida diasumsi dibangkitkan seluruhnya (100%) oleh elemen bakar. Batas keselarnatan mencapai harga minimum yang diijinkan sebesar 2,88 apabila kanal tertutup seluas 50% ketika reaktor dioperasi-kan pada daya 28,5MW. Apabilaketika kecelakaan terjadi reaktor sedang dioperasikan pada daya lebih 34,2M, nilai batas keselarnatan mencapai harga minimum ketika kanal tertutup seluas :t 27%. Konduktivitas panas silisida yang lebih besar daripada elemen bakar oksida tidak dibandingkan di sini, karena pembangkitan daya yang tidak sarna. Meskipun demikian apabila diarnati dengan lebih teliti maka terlihat bahwa batas keselarnatan minimum pada tingkat daya clan prosentase PCCB

Eksperirnen daD analisis irii dikerjakan dalarn pro~arn kerjasarna antara BATAN-JAERI, untuk itu penulis mengucapkan terirna kasih kepada DR. Hudi Hastowo selaku Kapus PRSG daD Mr. Kaieda selaku Director of Department of Research Reactor, Tokai Research Establishment serta Mr. Ichikawa selaku General Manager of department of Research ,Reactor Operation, yangtelah memberi kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan topik irii.

DAFTAR PUSTAKA

1. ENDIAH pun HASTUTI, MASANORI KAMI-NAGA, "Channel Blockage Experiment and Analysis by using JRR-3 Experiment Facility with Dummy Fuel Element", JAERI, April 1998.

2. BAKRI ARBIE, "Oxide To Silicide Fuel Con-version Study For Multipurpose Reactor G.A.

Proseding Pertemuan dan Presentasi /lmiah PPNY-BATAN; Yogyakarta /4 -/5 Juli /999

160 Buku I

Endiah PH

-RSG menggunakan batas keselamatan terhadap nilai instabilitas aliran (8) yang merupakan per-bandingan dari parameter pelepasan gelembung di suatu titik dengan nilai kritisnya. Untuk operasi daya normal nilai 8 = 2,67, untuk operasi daya lebih & ATW8 8 = 1,48.

-Analisis dilakukan pada 2 jenis daya pada 2 jenis BB teras RSG yaitu oksida & silisida. Dengan daya maskimum. dan dqya yang biasanya dioperasikan di RSG yang sebesar 25 MW.

Lily Suparlina

-Apa yang dimaksud dengan penyumbatan 10 %, .20 % dst sampai 70 %. Apakah prosentase tersebut untuk 1 plat elemen bakar, satu bundel atau satu teras? Dan bagaimanabentuk penyum-batannya, apakah dibagian atas saja, atau di-seluruh (disepanjang)kanal ?

Siwabessy", Disertasi Doktor, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 1996.

3. R.H. WHITTLE AND FORGAN, "A Correlation for the Minima in The Pressure Drop Versus Flow Rate Curves for Sub-Cooled Water Flowing in Narrow Heated Channels", Nucl. Eng.Design, 6, 89-99, 1967.

4. ANONYM, "Safety Analysis Report of the Indonesian Multipurpose Reactor

GA-Siwabessy", Rev.7, BAT AN, Sept. 1989. 5. MASANORI KAMINAGA, "Coolod-N: A

Computer Code for the Analysis of Steady-State Thennal Hydraulics in Plate-Type Research Reactors", JAERI-M 90-021, February 1990. 6. M. DARWIS ISNAINI dkk, "Pengukuran

Distribusi Laju Alir Teras X RSG-GA Siwa-bessy", Ident No. RSG/EFT/94/03mO.02/L., Juni 1994

7. NABBI R., ARBIE B., ENDIAH PH., KURNIA PUTRANTA, KUEHNE W., "Steady State Thermal hydraulics of the Indonesian Research Multipurpose Reactor GAS", Proceeding The Second Symposium on Research Reactors, Vol. 1, Jakarta, May 1989.

8. LIEM PENG HONG, BAKRI ARBIE, T .M. SEMBIRING, PRA YOTO, "Fuel Management Strategy for the New Eq~ilibrium Silicide Core Design of RSG-GAS (MPR-30)", Nuclear, Eng and Design, No. 180 pg. 207-219, 1998.

Endiah PH

-Variasi penyumbatan 10 % dst merupakan total luas sebuah elemen bakar arah melintang. Penyumbatan. hanya terjadi pada sisi masukan kanal-kanal elemen bakar.

Bambang Herutomo

-Bagaimana model tr~sfer panas ke pendingin diantara dua plat BB yang tersumbat ?

TANYAJAWAB

Endiah PH

-Kanal yang tersumbat diantara 2 pelat tidak seluruhnya tersumbat masih ado celah yang .dopat dialiri pendingin. Model perhitungan

dianggap forced convection, meskipun di bawah kanal yang tersumbat terjadi mekanisme PP secara koncekri alam (natura convection), karena PP secara konvekri pakra lebih dominan. Y. Sardjono

-Sebemlnya, harga MCPR (Minimum Critical Power Ratio) untuk bahan bakar oksida maupun silisidayang diijinkanim berapa? Baik im harga disain, operasi clan kecelakaan.

-Perhitungan dilakukan macam-macam daya, setau saya analisis kecelakaan dilakukan pada daya maksimum! Mohon komentar.