APLlKASI PROGRAM RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4 UNTUK PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA REAKTOR KARTINI

(1)

Anhar R. Antarik.mwan, dkk. ISSN 0216 - 3128

_2/5

APLlKASI

PROGRAM RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4

UNTUK

PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA REAKTOR KARTINI

Anhar R. Antariksawan, Mulya Juarsa

Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, BATAN Tri Wulan Tjiptono, Syarip

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, BATAN

ABSTRAK

APLIKASI PROGRAM RELAP/SCDAPSIMIMOD3.4 UNTUK PERHITUNGAN TERMOHIDROLIKA REAKTOR KARTINI. Telah dilakukan perhitungan termohidrolika reaktor Kartini pada kondisi tunak menggunakan SCDAPIRELAPSIMIMOD3.4. Tujuan studi pada tingkat ini adalah memvalidasi program SCDAPIRELAPSIM untuk aplikasi reaktor riset, mengingat walaupun sudah tervalidasi untuk reaktor daya, validasi SCDAPIRELAPSIM untuk reaktor riset masih sangatterbatas. Makalah ini menguraikan ten tang pemodelan, nodalisasi, hasi/-hasi/ perhitungan tunak pada daya nominal 100 kW dan pembahasan

mengenai efek pemodelan dan beberapa data input parameter terpenting terhadap hasi/ dan keterpakaian hasi/ perhitungan. Perhitungan memperlihatkan konvergensi pada kondisi tunak. Sedang, hasil perhitungan menwyukkan beberapa ni/ai parameter yang sejalan dengan ni/ai dalam Laporan Analisis Keselamatan (LAK). Meskipun demikian, pembandingan dengan data pengukuran yang baik masih harus di/akukan agar validitas model dan program SCDAPIRELAPSIM untuk reaktor riset dapatterbukti.

Kata Kunci: RELAP, SCDAP, reaktor riset, TRIGA

ABSTRACT

APPLICATION OF RELAP/SCDAPSIMIMOD3.4 CODE FOR THERMO-HYDRAULIC CALCULATION OF KARTINI REACTOR. A Steady state thermal-hydraulic calculation of research reactor KATINI using SCDAP/RELAPSIMIMOD3.4 code has been performed. The objective of the study at this stage is to validate SCDAP/RELAPSIM code for research reactor. Although SCDAPIRELAPSIMIMOD3.4 has been validated with a wide range of nuclear power plant data, the application of this code to the research reactor is still limited. This paper describes modeling, nodalizalion, steady state calculation results at nominal thermal power of 100 kW, and discusses about influence of model and input data of certain important parameters to the applicability of calculation results. The calculation shows the convergence, and the operating parameter values which agree with those in the Safety Analysis Report (SAR). Even though. the comparison with. the actual measurements data is still needed in order to assure the validity of the model and the code for research reactor.

Key word~': RELAP, SCDAP, research reactor, TRIGA

PENDAHULUAN

RELAP/SCOAPSIM,(I]

_memprediksi _perilaku yang_sistemdirancang_reaktor _dalamuntuk

kondisi normal dan kecelakaan, dikembangkan oleh perusahan pengembang piranti lunak Innovative System Software (ISS) sebagai bagian dari Inter-national SCOAP Development and Training Program (SOTP). RELAP5 dan RELAP/SCOAP-SIM telah divalidasi untuk rentang kondisi kecelakaan yang luas menggunakan berbagai data eksperimen dan data instalasi, termasuk TMI-2. Akan tetapi, validasi model untuk reaktor riset masih

sangat terbatas, sebagai contoh pustaka.[2]Perbedaan

terpenting penggunaan program perhitungan itu adalah pada kondisi termohidrolika; pada reaktor daya pada umumnya tekanan jauh lebih tinggi dari pada di reaktor riset, sehingga dalam hal ini keberlakuan perhitungan sifat termodinamik fluida (air) pada tekanan rendah, khususnya pada kondisi transien, perlu divalidasi. Oleh karena itu, kelompok khusus dalam SOTP dibentuk untuk melakukan validasi dengan mengaplikasikan RELAP/SCOAP-SIM pada beberapa desain reaktor riset, dan membuat perbaikan model jika diperlukan. Anggota kelompok tersebut pada tahun 2004 dan 2005

. Prosiding PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006

(2)

216 _{ISSN 0216 - 3128}

Anhar R. Antariksawan, dkk. adalah: Nuclear Research Institute (Republik Ceko),

China Institute of Atomic Energy (Cina), Bang-ladesh Atomic energy Research establishment (Banglades) dan Badan Tenaga Nuklir Nasional (Indonesia).

Makalah ini betujuan untuk memberikan hasil aplikasi RELAP/SCOAPSIM untuk reaktor Kartini Yogyakarta, sebagai salah satu target reaktor yang dimasukkan dalam kegiatan validasi tersebut. Pembahasan akan ditekankan pada dasar pemodelan, nodalisasi, hasil perhitungan kondisi tunak dan efek pemodelan dan data masukan beberapa parameter penting terhadap hasil perhitungan. Sejauh ini validasi dengan data eksperimen untuk kondisi tunak ataupun transien tengah dilakukan.

DESKRIPSI RELAP/SCDAPSIM

RELAP/SCOAPSIM/MOD3.4 dikembangkan untuk menganalisis keseluruhan perilaku termo-hidraulik sistem pendingin reaktor dan teras dalam kondisi operasi normal atau kondisi kecelakan dasar desain dan bahkan kecelakaan parah. Model RELAP5 menghitung keseluruhan perilaku termo-dhidraulik sistem pendingin primer, sistem kendali, kinetika reaktor dan perilaku komponen sistem reaktor khusus, seperti katup dan pompa. Model SCOAP menghitung perilaku teras dan struktur bejana reaktor dalam kondisi normal dan kecelakaan. Bagian model SCOAP mencakup model komponen reaktor yang dapat dipilih oleh pengguna. Model SCOAP juga mencakup model untuk mengolah tahap akhir suatu kecelakaan parah, termasuk pembentukan debris dan kolam Ielehan, interaksi debrislbejana, dan kegagalan struktur

bejana. Model-model ini secara otomatis akan dipanggil oleh program ketika kerusakan di dalam teras dan bejana diprediksi terjadi.

DESKRIPSI REAKTOR KARTINI

Reaktor Kartini[3] adalah reaktor riset jenis TRIGA MARK " yang dirancang oleh General Atomic bertipe kolam dengan bahan bakar uranium zirkonium hidrida (U-ZrH). Tabel I memberikan spesifikasi terpenting Reaktor Kartini. Rancangan awal reaktor adalah untuk daya 250 kW, tetapi daya operasi maksimum hanya 100 kW.

Gambar I memperlihatkan potongan vertikal reaktor, sedang Gambar 2 memperlihatkan potongan horisontal pada ketinggian teras reaktor. Karena salah satunya ditujukan untuk penelitian, maka terdapat berbagai fasilitas penelitian seperti fasilitas iradiasi di teras, tabung berkas neutron dan termasuk pula perangkat subkritis. Teras reaktor, yang berbentuk silinder, dikelilingi oleh retlektor grafit. Kedua komponen tersebut terendam dalam air di dalam tangki reaktor berbentuk silinder. Oi luar tangki terdapat dinding beton tebal yang selain sebagai struktur penyangga tangki reaktor juga berfungsi sebagai perisai radiasi.

Teras reaktor tersusun dari bahan bakar, batang kendali dan elemen dummy yang tersusun secara melingkar seperti diperlihatkan pada Gambar 3. Di bagian atas dan bawah teras, terdapat Iempeng kisi sebagai tempat dudukan elemen bahan bakar. Teras dikelilingi retlektor yang ditempatkan di alas tempat dudukan retlektor.

Tabel 1. Spesifikasi utama Reaktor Kartini.

No. Item _Spesifikasi

I.

Desain _{TRIGA MARK II (General Atomic)}

2.

Jenis Reaktor kolam

3.

Daya termal 250 kW (desain) /100 kW (operasi) 4.

Material Bahan bakar U-ZrH 5.

Pendingin Air ringan

6.

Pengayaan uranium 20% 7.

Kategori pendinginan Alamiah 8.

Geometri bahan bakar Silinder 9.

Susunan bahan bakar _{Melingkar (annular)} 10.

Material kelongsong Baja tahan karat

I

aluminium

Proslding PPI - PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006

(3)

AI/har R. AI/tariksawan, dkk. ISSN 0216-3128 Alumun,um Tank

217

-Bulk Shielding Facility Core Lead 637

f~i;!;tij;~:K~;::{i~:i.:i;~f.t~g;:(j~ff~;f~J,

..

905

Gambar 1. Potongan vertikal reaktor.

Graphite Reflector RadIal Bearnport Alumunium Casing Heavy Concrete Door on Tray Door Plug Graphite Boral Unit: em Graphite Boral __ - __ Graphite

-~---__ '" Alumur'IIum Ca':jlng / Tangenbal Beamport Shielding Water Thenna!ising Column Bulk Shielding

Gambar 2. Potongan horisontal reaktor.

Graf'1!

~

:g~

37.3nun

0"--"-

0~-"-Gambar 3. Konfigurasi bahan bakar di teras dan skema bahan bakar.

Prosiding I'l'l - I'DII'TN2006

(4)

218 _{ISSN 0216-3128} _{Anltar R. Antarihawall,} _dkk.

t

GAMBAR SISTEM PENDINGIN PRIMER DAN SEKUNDER REAKTOR KARTINI- P3TM BATAN

-1

• 0_

i}~~~~~~JB'If-~-:

:

QTI

:

I I I I I I I I I I II I I I I I t1 tJ

o

I I I I I \lAI" -~--~~---~ SISTEM SEKUNDER SISTEM PRIMER

I

~

.•... Gambar 4. Diagram alir sistem pendingin reaktor Kartini.

Gambar 4 memperlihatkan diagram alir pendingin reaktor Kartini. Pendinginan teras oleh air dirancang secara sirkulasi alamiah. Air masuk ke tangki reaktor dengan ujung pipa masuk yang berada di atas teras reaktor. Ketika daya meningkat, aliran air yang bertemperatur lebih rendah bergerak ke bawah, mas uk ke teras reaktor dari bagian bawah teras, sedang yang bertemperatur lebih tinggi akan bergerak ke atas. Di bagian atas tangki, sekitar satu meter dari bibir tangki, terdapat pipa hisap yang akan mengalirkan air panas ke penukar panas; sebagian aliran (sekitar 10%) akan menuju sistem pemumian. Aliran ini dilakukan oleh sebuah pompa sentrifugal. Terdapat dua penukar panas sebagai pilihan dalam setiap operasi; satu buah penukar panas tipe she/l-and-tube dan satu penukar panas tipe plat.

Pendingin sekunder mengalirkan air untuk mengambil panas dari sistem primer di salah satu penukar panas yang digunakan dan membuang panas tersebut ke udara menggunakan menara pendingin (menggantikan sistem kolam yang digunakan sebelumnya).

PEMODELAN

DAN NODALISASI

Pemodelan sistem instalasi reaktor Kartini

hanya dilakukan untuk sistem primer, sedang sistem sekunder diwakili oleh suatu sumber dingin tempat pembuangan panas akhir dari sistem primer dengan karakteristik yang ditentukan.

Model sistem primer sendiri dapat dibedakan pad a beberapa bagian, yaitu bagian tangki dan teras, bagian sistem pemipaan pendingin primer dan bagian penukar panas. Dalam model ini dipilih jalur pendinginan yang menggunakan penukar panas jenis she/l-and-tube. Jalur pemumian alir juga belum diperhitungkan dalam model yang dikembangkan ini. Isometri sistem yang dimodelkan ditunjukkan pada Gambar 5.

Sistem pemipaan primer terdiri atas model pemipaan air panas, penukar panas panas (sisi tabung) dan pemipaan air dingin. Selanjutnya, masing-masing bagian model sistem tersebut dibagi ke dalam beberapa nodes, baik dalam bentuk single

volume, pipe, dan branch serta junctions yang

menghubungkan nodes terse but. Gambar 6(a) memperlihatkan nodalisasi sistem pemipaan primer. Penukar panas she/l-and-tube yang memiliki aliran 6 lintasan di sisi tubes dimodelkan seperti pad a Gambar 6(b). Aliran sisi sekunder yang merupakan aliran melintas tegak lurus tubes di an tara bajJles dimodelkan seperti ditunjukkan pada Gambar 6(b).

Prosiding PPI - PDIPTN 2006

(5)

Anhar R. Antariksawan, dkk. Reactor tank ISSN 0216 - 3128 I:L.6036 "'" !from.

puri ficatian

__ ••

syst em.

I

• primary p\mp

2/9

2'"'

pr imary p\mp

",

·'· .••.•I:L.-555 mm ,i••.:)10

Gambar 5. Tata letak sistem yang dimodelkan.

snglv:>I-460

snglwl-431

sng'v:>1-421

snglv:>'·410

(a) (b)

Gambar 6. (a) Nodalisasi pemipaan primer dan (b) nodalisasi penukar panas.

Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

(6)

220

-hot channel ISSN 0216 - 3128 average channel

Gambar 7. Nodalisasi tangki reaktor Kartini.

Anlrar R. Antaribawan, dkk.

from cold-leg

Gambar 8 memperlihatkan luaran tampilan. Fasilitas ini juga memungkinkan pengguna mengikuti secara langsung nilai-nilai parameter pad a nodes yang ada selama perhitungan berlangsung. Dengan cara ini. pengguna akan dapat menilai apakah perhitungan berjalan ke arah yang diinginkan.

Bagian tangki reaktor masih dapat dibedakan dalam model teras dan model air tangki reaktor. Dalam model ini, teras akan dibagi dalam tiga daerah, yaitu kanal panas, kanal rerata dan kanal dingin. Kanal panas mewakili enam buah bahan bakar di ring terdalam (Ring B), sedang kanal dingin mewakili daerah yang terisi oleh elemen dummy dan sisanya diwakili oleh model kanal rerata. Dalam konteks ini yang dimaksud kanal adalah daerah di sekitar bahan bakar yang dialiri oleh air pendingin yang memperoleh panas dari bahan bakar yang dikelilinginya. Bahan bakarnya sendiri akan dimodelkan sebagai struktur sumber panas yang secara radial dibagi dalam tiga daerah, yaitu daerah bahan bakar, cclah (bcrisi gas) dan kelongsong. Sedang, air tangki reaktor dibagi dalam beberapa bagian untuk dapat memodelkan aliran air di dalam tangki. Baik di dalam teras maupun di tangki, model memungkinkan adanya cross-jlow. Gambar 7 memperlihatkan model sekaligus nodalisasi tangki reaktor.

,-teras Penukar panas she//-and-tube

f''''''~ ~

~!!!!Iii:-::-. ~ ·.=!It ••••••

•.•

:! I,••

'

...

~

,

....

L

_{Pompa primer}

..·..

.!!!!!i~

_'"

HASIL

PERHITUNGAN

DAN

PEM-BAHASAN

Visualisasi 3D Sistem Dimodelkan

Sebelum perhitungan dilaksanakan, SCDAP/ RELAPSIM memberikan fasilitas pad a pengguna untuk memeriksa kembali geometri sistem yang dimodelkan dalam bentuk gratis tiga dimensi (3D).

Gambar 8. Tampilan 3D sistem reaktor Kartini.

Perhitungan Tunak

Perhitungan kondisi tunak dilakukan untuk daya nominal reaktor Kartini, yaitu 100 kW. Untuk perhitungan ini, beberapa besaran operasi seperti

Prosldlng PPI • PDlPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN Yogyakarta, 10 Jull 2006

(7)

Allhar R. AlltariksaWall, dkk. ISSN 0216 - 3128

_22/

laju pendingin primer dan sekunder serta temperatur air sekunder yang masuk ke penukar panas ditetapkan. Perhitungan acuan menggunakan harga konduktivitas celah sebesar 0,5093 W/mK. Selain itu, dalam perhitungan ini kehilangan panas dari pemipaan ke udara maupun dari tangki ke dinding bet on tangki reaktor tidak diperhitungkan (diangap adiabatis). Laju alir pendingin primer dan sekunder ditentukan masing-masing sebesar 6,96 kg/s dan

13,6 kg/so

Pencapaian kondisi tunak diketahui dari konvergensi hasil perhitungan yang dapat dilihat

pula dari kurva beberapa parameter operasi. Gambar 9 memperlihatkan kurva daya termal, masing-masing yang dibangkitkan bahan bakar, baik di kanal panas maupun kana) rerata, dan yang dipindahkan ke sisi sekunder. Oaya teras adalah jumlah dari daya yang dibangkitkan dalam kanal panas dan daya dibangkitkan dalam kanal rerata. Terlihat bahwa kondisi tunak sudah dapat dicapai yang ditunjukkan dengan harga yang konstan dan nilai yang sarna antara daya teras dan daya yang dipindahkan ke sistern sekunder. Oalarn perhitungan ini diperlukan langkah waktu hingga sekitar 5000 detik untuk rnencapai kondisi tunak yang diinginkan.

O.ooE+OO 0.0 1.20E+05 1.00E+05 8.00E+04 E"

~

:; 6.ooE+04 >-..

"

4.ooE+04 2.00E+04 800 7.00 600 5.00 Ui a. :!!. .= 4.00 1i

"

~

3.00

~~~e~-. : lC;;::: ;;,; ;;~, ;;;;;; - e- . days kanal rerata

- -tr·daya teras (

.. O· . daya ke sekunder

•

500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0 4000.0 4500.0 5000.0 waktu (do!lk)

Garnbar 9. Hasil perhitungan daya termal.

· . , . · . · ·_· ._.. .. ' . · ... · ' .. · . . .· : '. : : . . · . ..

~~~~~~~**~~~

· . · . · . · . .- . , · . · ... · · . . · . · . · · . . ~I

-.()- laju alir primer - G· laju alir bypass --&-Iaju aHrkanal panas

2.00 1 I- -0--laju alir kanal rerata - ~- ·Iaju kanal dingin

1.00

0.00

0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0 4000.0 4500.0 5000.0

wak!u (detlk)

Gambar 10. Hasil perhitungan laju alir air pendingin.

(8)

222 _{ISSN 0216 - 3128}

Anhar R. Antarik.mwan, dkk. Gambar 10 memperlihatkan nilai laju alir air

pendingin, yaitu laju alir total (di pipa pendingin utama), laju alir pendingin yang masuk ke teras (melalui bypass), laju alir yang melalui kanal panas, kanal rerata dan kanal dingin. Sebagian air pen-dingin yang masuk ke tangki reaktor seeara alamiah akan ada yang mengalir melalui ruangan di sebelah luar teras (bypass) dan masuk ke teras reaktor, sedang sebagian akan be ream pur dengan air yang keluar dari teras. Karena sirkulasi air merupakan aliran alamiah, maka fraksi air yang mengalir ke teras akan ditentukan oleh panas atau daya yang dibangkitkan di teras reaktor. Hasil perhitungan laju alir ini juga memperlihatkan hasil yang konvergen.

Gambar II memperlihatkan harga temperatur pusat bahan bakar dan temperatur luar kelongsong, baik di kanal panas maupun kanal rerata. Semuanya memperlihatkan telah tereapainya kondisi tunak.

Hasil-hasH untuk beberapa parameter penting

350.00

348.00

346.00

diperlihatkan pad a Tabel 2. Beberapa nilai para-meter tersebut dapat dibandingkan dengan yang ter-cantum dalam LAKY! Laju alir pendingin primer sebesar 6,94 kg/s ditetapkan berdasarkan kapasitas aliran maksimum 110 GPM. Temperatur air pen-dingin primer masuk ke tangki reaktor diperoleh sebesar 305,40 K (sekitar 32,25 0c), karena tempe-ratur dingin sekunder ditetapkan sebesar 3 1°C, yang merupakan perkiraan temperatur rata-rata udara luar. Laju alir pendingin sekunder ditetapkan sebesar 13,6 kg/s karena untuk memperoleh perubahan tempe-ratur air sekunder sekitar I °C seperti pada LAK dan pengukuran di lapangan, meskipun untuk perubahan temperatur itu, laju alir sekunder di LAK ditetapkan sebesar sekitar II, I kg/so Perbedaan ini dapat terjadi akibat pemodelan aliran di sisi shell penukar panas yang belum sempuma mengingat jenis aliran yang ada. Oi sisi lain, perlu dikaji kesesuaian korelasi perpindahan panas yang ada dalam RELAP/SCOAP-SIM/M003.4 ini dengan jenis aliran yang ada.

344.00 342.00

g

!i 340,00

I

338.00

j

336.00 334.00 332.00 330.00 .. ,." . -- ".. " . . . . .{;6.-A-A1:;.1:;.Jf,,-A1>.:A-h.1>.·EMi.:;:"E6.Ii.-6.·6.Ii.6.-6.·h.-E6.1i.6&6.1i.·66.·6.6-6.·6.'6.1i.6lS6.-6/:!,.!:,·6.·/:.:6.

- -<1)- temp. pusatb.b.panas - e-.temp. kelongsong, panas - - ,,- - temp. pusetb.b., rerata

-e-

temp. kelong50ng, rerata

328.00

0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0 4000.0 4500.0 5000.0 waktu (detlk}

Gambar

t t.

Hasil perhitungan temperatur bahan bakar.

Tabel 2. Hasil perhitungan kondisi tunak.

Parameter Nilai 100 305,40 308,84 0,118 0,101 5,72 6,94 13,6 304,15 305,90 0,053 0,74 399,70 362,42

(9)

Anhar R. Antariksawan, dkk. ISSN 0216-3128 223

-Laju alir pendingin ke teras diperoleh sebesar 5,155 kg/s atau sekitar 0,74 dari laju alir pendingin di pipa primer, sedang yang tercantum di LAK adalah sebesar 4,67 kg/so Akan tetapi perkiraan laju alir di LAK ini tidak didukung dengan uraian dasar penetapannya. Dengan laju alir tersebut, LAK memprediksi temperatur maksimum bahan bakar pad a daya 100 kW adalah sebesar 103,66 °C (376,81 K), sedang perhitungan ini memperkirakan sebesar 126,55 °C (399,70 K). Perbedaan ini dapat terkait dengan nilai konduktivitas celah. Pengaruh nilai konduktivitas dibahas dalam bagian berikut.

Efek Pemodelan

dan Nilai Data Input

Model Pompa

Dalam model yang dikembangkan saat ini, tidak digunakan model pompa yang tersedia di RELAP/SCDAPSIM karena dibutuhkan data pompa yang lebih lengkap yang sementara ini tidak diperoleh di lapangan. Dalam model dikembangkan ini, sebagai ganti model pompa digunakan model input TMDPJUN. Dengan model input ini, laju alir air pendingin primer ditetapkan konstan dengan nilai yang diberikan oleh pengguna. Kelemahan model input ini akan terasa untuk perhitungan transien, terutama untuk analisis dengan kondisi pompa trip (biasanya pada perhitungan transien, misalkan kehilangan aliran pendingin), pada saat mana laju alir melalui pompa ditentukan oleh kondisi hidraulik aliran. Tetapi, untuk kondisi tunak, hal itu tidak berpengaruh pada hasil perhitungan.

Model Sisi Sekunder Penukar Panas

Model penukar panas shell-and-tuhe telah dibuat secara cukup lengkap. Kesulitan terutama pada pemodelan aliran sisi shell (aliran sekunder) yang merupakan aliran tegak lurus melintasi berkas tabung yang berganti arah sesuai dengan arah jendela hajj/e. Penentuan dimensi volume dan luas pen am pang aliran perlu dilakukan secara cermat. Hal ini terutama akan menentukan hasil perhitungan

pressure drop. Dalam konteks ini, model yang

dikembangkan mungkin masih perlu penyempur-naan. Hal ini akan lebih baik lagi, apabila dimungkinkan validasi secara eksperimental dengan memasang alat ukur tekanan di sisi masuk dan keluar aliran sisi shell. Di sisi lain, korelasi perhitungan perpindahan panas dan pressure drop yang diper-gunakan RELAP/SCDAPSIM untuk kasus jenis aliran seperti ini masih pelru diverifikasi.

Model Cross-Flow

Aliran pendingin secara sirkulasi alamiah yang terjadi di dalam tangki dan, terutama, di teras

reaktor mengharuskan dimodelkannya tangki reaktor dan teras ke dalam beberapa volume kendali yang berbeda. Namun demiian, model tersebut juga harus memungkinkan aliran di antara volume kendali, baik secara aksial (arah utama aliran) ataupun pad a arah ke samping yang tegak lurus arah aliran utama (cross-flow). Besamya aliran cross-flow ini sangat ditentukan oleh nilai koefisien kerugian aliran. Nilai ini harus ditetapkan dalam input RELAP/SCDAP-SIM. Dalam model yang dikembangkan ini, nilai tersebut masih bersifat trial-and-error mengingat memang tidak ada data untuk parameter tersebut, demikian pula dengan cara perhitungan analitis. Namun demikian, dari beberapa kali run perhitungan dengan beberapa nilai yang berbeda, nilai hasil perhitungan untuk temperatur bahan bakar tidak terlalu terpengaruh, demikian pula dengan nilai temperatur air di tangki reaktor. Perbedaan secara kuantitatif tidak dapat diberikan di sini mengingat rentang variasi nilai koefisien tersebut sangat besar dan jumlah junction untuk cross-flow banyak. Satu hal yang terpengaruh oleh variasi nilai koefisien tersebut adalah kecepatan konvergensi perhitungan untuk menapai kondisi tunak.

Nilai Konduktivitas

Celah

Nilai konduktivitas celah mempengaruhi hasil perhitungan untuk temperatur pusat bahan bakar dan temperatur kelongsong, tetapi tidak berpengaruh besar pada temperatur pendingin. Untuk beberapa nilai konduktivitas celah diperoleh nilai temperatur bahan bakar dan kelongsong yang berbeda seperti diperlihatkan pada Tabel 3. Secara keseluruhan perbedaan nilai konduktivitas celah 1000% membuat perbedaan nilai temperatur pusat bahan bakar sekitar 4,8%. Nilai temperatur kelongsong tidak ban yak berbeda karena lebih ditentukan oleh perpindahan panas konveksi dengan air pendingin.

Tabel 3. Perbandingan nilai temperatur untuk konduktivitas celah yang berbeda.

Temperatur Temperatur Nilai Konduk-maksimum maksimum tivitas

pusat bahanpermukaan bakar keIongsong 0,166 W/mK1) 414,63 362,49 0,5093 W/mK2) 399,70 362,42 1,66 W/mK 394,70 362,42 Kurva Huda3) 399,58 362,42

I)nilai konduktivitas helium pada 400 K, I atm[4]

2)nilai konduktivitas celah bahan bakar PWR[5] 3)berdasarkan pendekatan kurva konduktivitas (k)

fungsi temperatur (7)[61,yaitu:

(10)

224

-

ISSN 0216-3128 _{Anllar R. Antariksawan, dkk.}

k= 0,208 W/mK pad aT= 0 K dan k = 1,706 W/mK pad a

T=

1778 K.

Nila; Parameter

Operasi Sis; Sekunder

Temperatur dan laju alir air pendingin se-kunder menentukan besamya koefisien perpindahan panas dari sisi primer ke sisi sekunder yang pada akhimya akan menentukan temperatur air pendingin primer. Rentang temperatur pendingin sekunder sesungguhnya tidak terlalu besar meng-ingat temperatur udara luar relatif tidak berubah banyak. Oleh karena itu, nilai laju alir pendingin sekunder sangat penting untuk dapat diukur secara tepat agar memperoleh hasil perhitungan yang tepat pula.

KESIMPULAN

Pemodelan dan perhitungan kondisi tunak reaktor Kartini telah dilakukan menggunakan RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4. Hasil perhitungan pada kondisi tunak 100 kW memperlihatkan konver-gensi. Jika diperbandingkan dengan beberapa nilai parameter yang tercantum dalam LAK, hasil-hasil tersebut memperlihatkan kesesuaian yang cukup baik, meski masih terdapat perbedaan. Beberapa penyempumaan pemodelan, khususnya untuk pompa, aliran sisi sekunder penukar panas dan aliran melintang

(emu-flow),

dan penggunaan data input yang lebih tepat, khususnya nilai konduktivitas celah. Untuk dapat memberikan hasil validasi yang lebih meyakinkan perlu dilakukan perbandingan dengan data terukur pada kondisi yang sarna dengan perhitungan.

UCAP AN TERIMAKASIH

Naskah ini berisi sebagian dari hasil kegiatan validasi RELAP/SCDAPSIM untuk reaktor riset yang dilakukan berdasarkan kerjasama antara BAT AN dan ISS (Amerika Serikat). Terimakasih kami sampaikan pada Dr. Chris Allison dari ISS yang telah memberikan panduan dalam penggunaan dan pemodelan dengan RELAP/SCDAPSIM ini. Ucapan terimakasih juga tertuju pada Sdr. Ismu Handoyo, Giamo, Joko dari PTRKN dan Sdr. Mujilan (PTAPB) yang telah membantu melakukan pengukuran sistem pemipaan di lapangan untuk pembuatan isometri sistem instalasi reaktor Kartini.

DAFT AR PUST AKA

I. ALLISON, C. M., and WAGNER, R. J.,

RELAP/SCDAPSIM/MOD3.4 Supplemental

Input Manual, Innovative System Software,

LLC, Dec., 2004.

2. HARI, S., HASSAN, Y. A. and TU, J., Analysis of Transient Event Without Scram in a Research

Reactor Using the RELAP5/Mod3.2 Computer

Code, Nuclear Technology, 130(3), pp. 269-309, June, 2000.

3. PUSA T PENELITIAN NUKLIR YOGY

A-KART A (PPNY), LAK Reaktor Kartini Rev. 3, April, 1996.

4. PERRY, R. H. and GREEN, D., Chemical Engineering Handbook, 61h ed., Mc Graw-Hill.

1984.

5. CHO, Y. J. and JUNG, J., Exercise of Large Break Loss-ol-Coolant Accident, Material of IAEA Regional Training Workshop on Safety Analysis and Computer Code Utilization, Taejon, ROK, April 22-May 3, 2002.

6. ALLISON, C. M., RELAP TRIGA Model Part II, Material of BATAN-IAEA Regional Workshop on Thermal-hydraulic Safety Analysis of Research Reactors, Bandung, Indonesia, November 29-December 10, 2004.

TANYAJAWAB

Agus Taftazani

- Apa yang dimaksud dengan konduktivitas celah?

- Bagaimana konduktivitas antar kelongsong bahan bakar?

- Syarat konduktivitas celah apa harus >,

<

dari konduktivitas pendingin air?

- Konduktivitas celah reaktor riset jika dibandingkan dengan PLTN apa bisa? Dan syarat-syaratnya?

Tri Wulan Tjiptono

- Konduktivitas dari gas yang berada diantara teras bahan bakar dengan kelongsong.

- Berbeda, konduktivitas antar kelongsong bahan bakar adalah konduktivitas air.

- Secara umum konduktivitas gas

<

air.

- Hal tersebut tergantung pada gas isian, dan pada

umunya sama karena gas isian untuk bahan

bakar reaktor riset dan PLTN sama seperti

helium.

Prosldlng PPI • PDIPTN 2006

Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN