ANALISIS WARM WATER LAYER SEBAGAI SISTEM PROTEKSI PADA REAKTOR SERBA GUNA G. A. SIWABESSY DENGAN MENGGUNAKAN KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176

ANALISIS WARM WATER LAYER SEBAGAI SISTEM PROTEKSI PADA REAKTOR SERBA GUNA G. A. SIWABESSY DENGAN MENGGUNAKAN KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA Tiar Fridianto1, Tri Agung Rohmat1, M. Dhandhang Purwadi2 1

Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik, UGM, Jl. Grafika,Yogyakarta, 55281 2 Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir - BATAN Kawasan PUSPITEK Serpong, 15310

Abstrak ANALISIS WARM WATER LAYER SEBAGAI SISTEM PROTEKSI PADA REAKTOR SERBA GUNA G. A. SIWABESSY DENGAN MENGGUNAKAN KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA. Salah satu sistem keselamatan yang ada di Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) adalah Warm Water Layer System. Sistem ini merupakan lapisan air hangat yang dibentuk di atas kolam reaktor untuk mencegah air pendingin primer yang telah teraktivasi dan terkontaminasi agar tidak naik ke permukaan kolam dan mengenai pekerja dan lingkungan yang berada diatasnya. Analisis keselamatan tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan paket program perhitungan komputer seperti program analisis struktur dan program komputasi dinamika fluida seperti FLUENT. Komputasi dinamika fluida tersebut mampu memberikan informasi-informasi dan karakteristik-karakteristik profil warm layer di kolam reaktor RSG-GAS. Sehingga informasi-informasi tersebut dapat dijadikan acuan supaya warm water layer dapat terbentuk dan berfungsi secara optimal. Kata kunci: RSG-GAS, Warm Water Layer, Komputasi Dinamika Fluida

Abstract WARM WATER LAYER ANALYSIS AS A PROTECTION SYSTEM OF G.. A. SIWABESSY MULTIPURPOSE REACTOR USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS. One of the safety systems that exist in the RSG-GAS Siwabessy is Warm Water Layer System.The warm water layer formed above the reactor pool to prevent the primary coolant water that has been activated and contaminated do not rising to the surface of the pool and harm the workers and the environment above it. The safety analysis can be performed using a computer calculation program package such as program structure analysis and computational fluid dynamics programs such as FLUENT. program structure analysis and computational fluid dynamics programs such as FLUENT. Computational fluid dynamics is able to provide the information and characteristics of the warm layer profile in the RSGGAS reactor pool. So this information can be used as a reference so that warm water layer can be formed and functioning optimally. Keywords: RSG-GAS, Warm Water layer, Computational Fluid Dynamics

Tiar Fridianto, dkk

803

STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA


PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Reaktor Serba Guna G. A. Siwabessy (RSG-GAS) di Serpong merupakan fasilitas nuklir terbesar di Indonesia memerlukan suatu analisis keselamatan instalasi daya nuklir. Bagian-bagian terpenting dari analisis keselamatan dilakukan dengan menggunakan paket program perhitungan komputer seperti program analisis struktur dan program komputasi dinamika fluida. Salah satu contoh paket program komputasi dinamika fluida yang telah banyak digunakan adalah FLUENT. Program komputasi dinamika fluida ini merupakan suatu teknologi komputasi yang memiliki spesialisasi dalam melakukan analisis aliran fluida terutama dinamika fluida. Hasil analisis komputasi dinamika fluida sering berupa prediksi kualitatif dan juga kuantitatif tergantung dari persoalan serta masukkan dari data. Program perhitungan ini juga digunakan untuk perhitungan di area keselamatan reaktor. Program ini merupakan pengembangan dari banyak program perhitungan maju. Metode analisis keselamatan dengan menggunakan komputasi dinamika fluida ini dapat memberikan pemahaman mendalam, prediksi penyeluruh dan efisiensi waktu serta biaya.

warm water layer. Hal ini diperlukan dalam menentukan parameter-parameter kontrol atau kondisi batas dan juga untuk pertimbangan kajian baik yang berupa teknis baik operasi, perawatan atau pun kajian keselamatan reaktor. 1.2 Batasan Masalah Analisis dilakukan pada warm water layer system dengan menggunakan komputasi dinamika fluida. Software yang digunakan untuk komputasi dinamika fluida adalah FLUENT 6 yang saat ini dimiliki oleh Pusat . Asumsi-asumsi parameter-parameter baik masukkan, keluaran ataupun sistem pendukung juga dilakukan apabila diperlukan dengan pertimbangan toleransi yang tidak terlalu besar yang menyebabkan komputasi dan analisis menjadi menyimpang terlalu jauh. TINJAUAN PUSTAKA Purwadi[1] telah melakukan pemodelan dan komputasi dinamika fluida dari kolam reaktor RSGGAS Serpong. Analisis dinamika fluida kolam reaktor RSG-GAS dilakukan dengan pemodelan tiga dimensi menggunakan perangkat lunak FLUENT 6. Bentuk fisik kolam reaktor dimodelkan dengan suatu model yang sangat sederhana berbentuk silinder seperti pada Gambar 1.

1.2 Rumusan Masalah RSG-GAS di Serpong menggunakan kolam reaktor terbuka (open pool tank) untuk sistem pendinginnya. Air dalam kolam reaktor berguna sebagai pendingin terhadap teras. Sehingga desain dari kolam reaktor RSG-GAS dalam hal proteksi harus mempertimbangkan adanya sistem proteksi warm layer yang ada dibagian atas dari kolam untuk mencegah air pendingin yang terkena radioaktif naik ke atas permukaan dan dapat mengenai pekerja dan lingkungan yang berada di atasnya. Parameter-parameter yang berkaitan dengan karakteristik kolam reaktor yaitu aliran fluida beserta fenomenanya yang mempengaruhi kinerja sistem keselamatan dalam hal ini warm water layer, harus dikaji dan diteliti. Salah satunya dengan menggunakan komputasi dinamika fluida atau sering yang disebut sebagai CFD. Hal ini seperti yang dituangkan dalam dokumen IAEA [2] berjudul Safety Guide on Safety Assessment and Verification.

Gambar 1. Pemodelan Kolam Reaktor

Dalam silinder tersebut terdapat ring distributor A, teras B pada bagian bawah silinder serta ring pemasukan-pengeluaran air panas C dan D pada bagian atas. Dimensi struktur model seperti tinggi silinder, ukuran ring, teras dan lain-lainnya disamakan dengan ukuran geometri kolam reaktor RSG-GAS aktual. Fluida pendingin yang berupa air, masuk ke dalam sistem melalui ring distributor A, dan fluida keluar melalui permukaan atas teras B dengan bentuk permukaan segi empat. Selain fluida pendingin yang masuk melalui A dan keluar melalui B, dalam sistem tersebut juga dimodelkan adanya sistem warm water layer pada permukaan kolam.

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah memberikan informasiinformasi dan juga data-data mengenai karakteristikkarakteristik aliran fluida serta perpindahan panas yang terjadi dalam kolam reaktor terutama profil STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

804

Tiar Fridianto, dkk

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 ada dan juga mempertimbangkan interaksinya disetiap elemen-elemen volum disekitarnya. 2.2.1 Persamaan Konservasi Massa Persamaan konservasi massa ini juga dikenal sebagai persamaan kontinuitas dengan menganut hukum kekekalan massa. Kekekalan massa adalah laju aliran massa netto di dalam elemen adalah sama dengan laju perubahan massa tiap satuan waktu. Hal tersebut dapat dilihat dari persamaan dasar sebagai berikut: (1)

Gambar 2. Pola Distribusi Temperatur Fluida Dalam Kolam RSG-GAS

Hasil analisis terbukti mendemonstrasikan pola aliran pendingin di dalam kolam reaktor RSG-GAS seperti gambar 2 yang menunjukkan distribusi suhu yang terjadi dalam kolam reaktor. Keterbatasan pemodelan yang ada ini yaitu masih sederhana dan detail masukkan keluaran belum secara detail membahas kinerja dan dari warm water layer . TEORI 2.1. Komputasi Dinamika Fluida

(2) Persamaan 1 menyatakan bahwa dalam aliran tunak, aliran massa yang memasuki dan meninggalkan volume kendali harus persis setimbang dimana ρ adalah densitas, A adalah luasan permukaan, dan V adalah kecepatan aliran kemudian persamaan 1 dan persamaan 2 dengan menggunakan persamaan teorema transpor Reynolds maka akan didapatkan persamaan dengan peubah B menjadi B = m dan β=dm/dm=1.

Komputasi Dinamika Fluida merupakan ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas reaksi kimia dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaanpersamaan numeris. Sebuah perangkat lunak komputasi dinamika fluida mampu memberikan simulasi aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur dan sistem akustik hanya dengan pemodelan dikomputer.

Persamaan tersebut merupakan persamaan untuk volume kontrol yang berubah bentuk. Kemudian untuk volume kendali yang tetap akan menjadi persamaan.

2.2. Volume Kendali

Apabila volume kendali hanya mempunyai sejumlah masukan dan keluaran untuk satu dimensi maka persamaan tersebut akan dapat menjadi persamaan.

Volume kendali ini merupakan elemen-elemen volume hingga yang didapat dari hasil diskritisasi suatu bagian atau daerah aliran fluida pada suatu aliran. Pendekatan volume kendali ini tidak mengamati pergerakan setiap partikel fluida tetapi mengamati medan aliran pada daerah yang telah ditentukan saja. Persoalan utama yang harus diselesaikan dalam dinamika fluida adalah masalah kekekalan parameter umum yang menjadi ciri fenomena fisis yang ada. Penyelesaian terhadap tiga persamaan konservasi ini akan dapat digunakan untuk mengungkap berbagai sifat dan karakteristika dari berbagai fenomena yang terjadi dalam dinamika fluida. Persamaan-persamaan konservasi tersebut diterapkan pada setiap elemen volum hingga yang Tiar Fridianto, dkk

805

(3)

(4)

(5) 2.2.2 Persamaan Konservasi Momentum Momentum suatu partikel atau benda secara umum merupakan perkalian massa m dengan kecepatan V. Partikel-partikel aliran fluida mempunyai momentum. Oleh karena kecepatan aliran berubah baik dalam besarannya maupun arahnya, maka momentum partikel-partikel fluida juga akan berubah. Menurut hukum Newton II, diperlukan gaya F untuk menghasilkan perubahan tersebut yang sebanding dengan besarnya kecepatan perubahan momentum. Gaya dapat terjadi karena adanya STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 kontak antara fluida dengan bidang batas (misal : dinding pada belokan pipa).

(6) Kemudian dengan mempertimbangkan suatu gaya atau banyak gaya yang bekerja pada suatu sistem maka persamaan 6 menjadi persamaan yang menunjukan adanya resultan gaya.

dimana r adalah vektor posisi dari O sampai ke unsur massa dm. Kemudian V adalah kecepatan unsur massa tersebut. Persamaan kemudian dapat menjadi persamaan yang menunjukkan bahwa momen total sama dengan jumlah atau superposisi momen semua gaya-gaya yang bekerja terhadap titik O.

(12) Kemudian untuk volume kendali dengan kondisi tidak ada perubahan bentuk partikel fluida secara umum dapat diperlihatkan pada persamaan

(7) Selanjutnya persamaan 7 dapat menjadi persamaan dengan melibatkan volum kontrol.

(13) (8) Inisial cv menunjukkan jangkauan atau daerah dari volum kontrol dan inisial cs menunjukkan jangkauan atau daerah dari permukaan kontrol. Permukaan kontrol adalah suatu batas permukaan dari volum kontrol. Persamaan-persamaan tersebut di atas merupakan persamaan pada momentum linear. Pada kasus-kasus dinamika fluida dengan menggunakan volume kontrol juga dapat meninjau dari persamaan momentum sudut yang terjadi. Apabila sekitar sistem memberikan suatu momentum M terhadap pusat massa sistem maka akan timbul adanya efek putaran.

(14) (15) Kemudian hukum kedua termodinamika mengaitkan perubahan entropi dS dengan penambahan kalor dQ dan suhu mutlak T, maka akan berlaku juga persamaan. (16)

(9) Persamaan 9 merupakan persamaan kekekalan momentum sudut atau hukum kekekalan momentum sudut. H adalah momentum sudut sistem itu terhadap pusat massanya dimana (10)

Persamaan sebagai hukum pertama termodinamika digunakan dalam volum kontrol dengan menggunakan persamaan tersebut dengan teorema transpor Reynolds.

(17)

Suatu partikel fluida pada dasarnya adalah tidak tegar yang selalu berubah-ubah dengan kecepatan yang juga berubah-ubah, maka konsep momen inersia massa tidak dapat dipakai. Hal yang harus dilakukan adalah menghitung momentum sudut sesaat. Apabila O adalah titik acuan untuk menghitung momen tersebut maka momentum sudut terhadap O adalah

Energi per satuan massa dalam persamaan tersebut di atas dilambangkan dengan e atau . Energi per satuan massa e disini dapat terdiri dari beberapa jenis seperti yang diperlihatkan pada persamaan. (18) Lambang eother disini bisa merupakan reaksi kimia, reaksi nuklir dan efek elektrostatik dan medan magnet. Apabila diperlukan eother dilibatkan

(11)


2.2.3 Persamaan Konservasi Energi Apabila suatu sistem melibatkan adanya suatu kalor dQ atau usaha dW maka energi sistem dE tersebut harus berubah menurut persamaan energi atau hukum pertama termodinamika.

806

Tiar Fridianto, dkk

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 meskipun pada aplikasi umum tidak digunakan. Apabila eother diabaikan dan hanya mempertimbangkan tiga suku lainnya dan juga jika ditinjau dengan sumbu z horisontal dalam tinjauan ruang, maka persamaan akan menjadi persamaan. (19) Kemudian meninjau pada usaha persatuan waktu dW/dt juga dapat terdiri dari beberapa jenis yang dapat diperlihatkan pada persamaan. (20) Laju usaha yang dilakukan oleh gaya tekanan hanya terjadi pada permukaan. Fluks usaha tekanan sama dengan gaya tekanan pada unsur permukaan dA yang kecil kali komponen kecepatan normal pada arah masuk ke dalam volume kendali.

(24) Lambang τ adalah vektor tegangan pada permukaan elemen dA. Persamaan 20 dapat diubah menjadi persamaan 25 sesuai dengan persamaan 21 dan persamaan 24. (25) Tanda ss disini adalah stream surface atau permukaan garis alir yang menunjukkan bahwa laju usaha geser memiliki kondisi dimana permukaan kendali berupa garis alir. Jika persamaan 25 dan persamaan 21 dimasukkan ke dalam persamaan 17, maka suku usaha tekanan dapat digabung dengan suku fluks energi karena mempunyai unsur integral V.n sehingga akan menjadi persamaan 26.

(21) Kemudian laju total tekanan didapatkan dengan integral dari persamaan melalui seluruh permukaan kendali yang dilambangkan dengan cs.

(22) Kemudian suku selanjutnya adalah usaha geser yang merupakan hasil kali setiap tegangan kekentalan dan komponen kecepatan yang ada.

(26) Akhirnya dengan mempertimbangkan persamaan energi per satuan massa e sesuai persamaan dan juga tinjauan usaha persatuan waktu yang dimasukkan pada persamaan, maka persamaan tersebut akan menjadi bentuk umum persamaan energi untuk volume kendali tetap akan menjadi persamaan dimana .

(23)

(27) 2.3 Sistem Pendingin RSG G. A.Siwabessy Pada operasi normal, pendingin primer disirkulasikan di dalam sistem pendingin primer oleh dua pompa primer yang bekerja secara paralel satu sama lain. Pendingin yang berasal dari dua alat penukar panas memasuki kolam reaktor melaui pipa distribusi balik horizontal yang terletak kurang lebih 1,2 m dibawah bagian tengah teras reaktor. Distributor tersebut mempunyai diameter sekitar 3,8 m dan membentuk sudut 360 oC. Tinggi distributor bervariasi pada arah azimuth

Tiar Fridianto, dkk

807

untuk mendapatkan distribusi kecepatan massa yang seragam di sekeliling lingkaran. Jet pedingin yang memancar dari matriks lubang-lubang di dalam saluran distribusi disemprotkan sambil mengalir ke atas. Sebagian besar air pendingin primer yang kembali ke dalam kolam dihisap kembali dari teras reaktor dan reflektor. Hanya sebagian kecil dari air kolam yang terperangkap di dalam aliran pendingin primer. Gambar 3 memperlihatkan sistem siklus air pendingin dan juga sistem siklus warm water layer.



Gambar 3. Diagram Sistem Pendingin

2.4 Warm Water Layer System Sistem purifikasi dan lapisan air hangat kolam menyediakan lapisan air hangat yang telah dimurnikan pada permukaan kolam reaktor dengan suhu sedikit lebih tinggi dari suhu kolam untuk mencegah naiknya pengotor aktif ke permukaan kolam. Sistem lapisan air hangat setebal 1,5 m pada permukaan kolam. Selain itu sistem ini menyediakan air pengisian dan pembilasan pada tabung-tabung berkas. Sistem purifikasi dan lapisan air hangat terdiri dari pompa-pompa serta filter mekanik dan penukar ion, didesain untuk laju aliran 10 m3/h pada kondisi resin baru dan filter mekanik bersih, dengan pemanas yang berkemampuan termal maksimum 180 kW. Laju alir sistem purifikasi dan lapisan air hangat bervariasi bergantung dari kondisi sistem. Untuk keselamatan sistem laju alir dibatasi sampai 2 m3/jam. Apabila laju alir mencapai 2 m3/jam, heater dan pompa akan mati. Tekanan sebelum pompa juga dibatasi minmum 0,5 bar. Apabila tekanan sebelum pompa mencapai 0,5 bar pompa akan terus akan mati secara otomatis. Sistem kendali otomatis mengatur keluaran pemanas untuk menjaga beda suhu < 8oC antara permukaan kolam reaktor dan bagian bawah kolam. STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

808

Tersedia 2 x 100% pompa sirkulasi sistem purifikasi dan lapisan air hangat, masing-masing berkapasitas aliran 10 m3/jam dan filter-filter utuk laju aliran 10 m3/jam (filter penukar ion dan filter resin trap). Komponen-komponen pipa dan katup sistem purifikasi dan lapisan air hangat terbuat dari baja tahan karat. Aliran sistem purifikasi dan lapisan air hangat diisap dari pipa melingkar (ring header) yang terletak 1750 mm dibawah permukaan air kolam reaktor dan mengalir melalui pipa isap ke pompa lapisan air hangat. Di dalam pemanas, suhu air yang telah dimurnikan dinaikan untuk mencapai kondisi lapisan air hangat yang diinginkan pada permukaan kolam reaktor. Selama operasi normal, panas yang dihasilkan oleh pemanas dikendalikan secara otomatis dari indikator beda suhu untuk mempertahankan suhu sekitar 8 oC lebih tinggidari pada suhu bagian bawah kolam. Catu daya pemanas dibuat saling kunci terhadap indikator aliran, guna mencegah dioperasikannya pemanas pada saat aliran sistem kurang dari 3 m3/jam, pada harga ini pemanas secara otomatis padam. Laju aliran total sistem diukur dengan indikator aliran dan bisa diatur dengan katup pengatur. Air yang telah dimurnikan dan dihangatkan dikembalikan ke kolam reaktor melalui pipa Tiar Fridianto, dkk

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 lingkaran distributor yang terletak 250 mm dibawah permukaan air kolam melalui pipa distributor melingkar yang terbuat dari AlMg3.

e. Melakukan analisis terhadap data-data hasil f.

METODE Penelitian ini terdiri dari langkah-langkah kerja yang dapat dibagi menjadi beberapa bagian. Langkah penelitian tersebut adalah : a. Mengumpulkan data-data dan studi literatur baik itu ke lapangan untuk verifikasi, ke laboratorium komputer, dan tempat literaturliteratur lain disertai dengan konsultasi dosen dan para ahli. b. Melakukan validasi data-data dan juga parameter-parameter untuk batasan-batasan cakupan penelitian termasuk juga kondisi batas, kondisi inisial, dan batasan-batasan lain. c. Melakukan komputasi dinamika fluida yaitu dengan menggunakan GAMBIT untuk membuat geometri, meshing serta kondisi masukkan dan menggunakan FLUENT sebagai solver-nya. d. Melakukan validasi data-data hasil penelitian dan komputasi

penelitian dan komputasi dengan disertai konsultasi dengan dosen dan para ahli. Mengambil kesimpulan dan disertai dengan pembuatan laporan penelitian.

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pembuatan Geometri Geometri kolam reaktor dibuat dengan bentuk dasar silinder dengan diameter 5 m dan tinggi 12,5 m. Hal ini diambil menurut Laporan Analisis Keselamatan[3] atau LAK bahwa tinggi permukaan air kolam adalah 12,5 m. Geometri ini memperhitungkan bentuk teras yaitu dengan bentuk dasar sebuah balok. Face pada gambar atas teras dijadikan kondisi batas keluaran air pendingin reaktor. Kemudian geometri juga mempertimbangkan dari pipa Primary Suction Pipe dan Primary Return Pipe. Ukuran juga ditentukan dari pengukuran perkiraan skala gambar pada LAK.

Gambar 4. Pembuatan Geometri Reaktor

Bentuk dan posisi dari warm water ring return distributor menurut LAK berada pada 250 mm permukaan air kolam. Geometri dibuat dengan membuat suatu titik-titik lubang dengan menempel pada dinding kolam dan berada pada 250 mm dibawah permukaan kolam. Kemudian pada batas antara kolam reaktor dengan kolam penyimpanan, lubang-lubang masukkan tidak digambarkan karena memang kondisi aslinya pipa tidak membentuk Tiar Fridianto, dkk

809

lingkaran sempurna. Seperti warm water ring return distributor, warm water ring suction distributor memiliki bentuk yang sama dan menempel pada dinding kolam dan berada pada 1750 mm dibawah permukaan kolam. Primary Ring Distributor yang terletak pada dasar kolam di buat dengan ukuran sesuai dengan hasil penskalaan gambar pada LAK. Primary Ring Distributor nantinya juga sabagai kondisi batas STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 masukkan aliran air pendingin reaktor yaitu pada face/edge bagian atas gambar primary ring distributor yang berbentuk matriks kotak-kotak kecil. Hasil bentuk pemodelan kolam reaktor dapat dilihat pada gambar 4. 4.2 Proses Meshing dan Penentuan Kondisi Batas Meshing untuk geometri dilakukan dengan metode bottom-up. Meshing garis dilakukan pada bagian garis yang membentuk primary ring distribution yang kemudian diikuti dengan proses meshing bidang dengan menggunakan elemen Tri : Pave. Kemudian diikuti proses meshing volum dengan menggunakan elemen Tet/Hybrid dan tipe Tgrid. Proses meshing menghasilkan sebanyak 189354 elemen volum Tgrid.

melingkar dibawah kolam untuk masukan aliran pendingin primer dan pipa warm layer return distributor untuk masukkan aliran warm water layer. Kondisi batas untuk keluaran ditentukan pada permukaan atas teras reaktor dan pipa warm layer suction distributor. Kemudian di atas permukaan kolam ditentukan sebagai permukaan bebas. Percepatan gravitasi diaktifkan sebesar 9,8 m/s2 ke arah bawah. 4.3 Hasil Simulasi Simulasi berikut dilakukan pada kondisi masukkan dan keluaran sesuai persyaratan dari LAK. Kondisi masukkan aliran pendingin bertempertur 40 oC dengan kecepatan 4.8 m/s dan untuk kondisi masukkan aliran warm water layer bertemperatur 50 oC dengan kecepatan 2 m/s.

Gambar 6. Profil Suhu Gambar 5. Meshing Geometri Reaktor

Kemudian dari peninjauan mesh yaitu menggunakan tool examine mesh terlihat bahwa 100 % elemen aktif. Tetapi terdapat satu elemen yang memiliki kualitas yang tidak baik, tetapi masih dapat diterima karena kualitas elemen tersebut masih dibawah angka 0,85 yaitu sebesar 0,816417. Elemen tersebut berada pada ring distributor terletak pada dasar kolam.

Gambar 5. Kondisi Batas

Gambar 7. Profil Suhu Tampak Atas

Kondisi batas untuk masukkan ditentukan pada pipa STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

Gambar 6 di atas memperlihatkan profil kontur suhu pada kolam reaktor. Terlihat bahwa lapisan air hangat terbentuk diatas permukaan kolam reaktor dengan suhu sekitar 50oC dan fluida pendingin dibawah bersuhu 40 oC. Terjadi penipisan lapisan air hangat pada batas antara kolam reaktor dengan kolam penyimpanan bahan bakar. Hal ini terjadi karena pada daerah ini tidak ada lubang masukkan air hangat sehingga pada daerah ini air hangat tidak terdistribusi dengan baik.

810

Penipisan terlihat jelas pada gambar 7. Gambar ini Tiar Fridianto, dkk

SEMINAR NASIONAL VI SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 18 NOVEMBER 2010 ISSN 1978-0176 juga memperlihatkan adanya penipisan pada daerah perbatasan antara kolam reaktor dengan kolam penyimpanan yang dilihat dari atas permukaan kolam. Gambar 8 memperlihatkan lintasan aliran fluida dan juga suhunya. Pada bagian atas lintasan berwarna merah menunjukkan lintasan air dengan dengan suhu 50 oC yang masuk dari ring distributor warm water atas kemudian diserap oleh ring suction warm water bagian bawah.

KESIMPULAN Hasil simulasi menunjukkan adanya kondisi dari bentuk geometri kolam reaktor yang dapat menyebabkan menipisnya warm water layer dan menyebabkan paparan radiasi di atas permukaan kolam reaktor menjadi tinggi. Kondisi batas masukkan aliran pendingin yang diterapkan dalam simulasi bertempertur 40 oC dengan kecepatan 4.8 m/s dan untuk kondisi masukkan aliran warm water layer bertemperatur 50 oC dengan kecepatan 2 m/s. Kondisi penipisan ini terjadi akibat air hangat tidak terdistribusi secara baik pada daerah kolam reaktor yang berbatasan dengan kolam penyimpanan bahan bakar. Pipa distribusi air hangat tidak dapat diterapkan pada daerah ini karena terdapat pintu pembatas yang dapat dibuka dan ditutup untuk memasukkan bahan bakar dari kolam reaktor ke kolam penyimpanan. UCAPAN TERIMAKASIH

Gambar 8. Profil Suhu dengan Tampilan Garis Lintasan

Air pendingin yang didekat ring distributor suction warm water juga ikut tersedot meskipun dalam jumlah yang kecil. Sebagian besar air pendingin yang bersuhu sekitar 40 oC (warna biru) masuk melalui ring distributor aliran pendingin yang berada didasar kolam, akan masuk ke arah teras melalui bagian atas teras untuk mendinginkan bahan bakar.

Penelitian ini tidak akan berjalan dengan baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu kami mengucapkan terima kasih untuk : a. Kepala Pusat Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy yang telah menyediakan data terutama data geometri kolam reaktor. b. Kepala Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir yang telah menyediakan sarana komputasi yaitu komputer dan software FLUENT. c. Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir yang telah mengadakan program beasiswa. d. Berbagai pihak yang telah membantu kelancaran penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA 1.

2.

3. Gambar 9. Tampilan Garis Lintasan Tanpa Mengaktifkan Tampilan Warm Layer

4.

Gambar 9 memperlihatkan garis linatasan fluida tanpa mengaktifkan tampilan lintasan dari warm water layer system. Terlihat bahwa air pendingin dari bawah ada yang naik ke permukaan kolam reaktor. Hal ini dapat menyebabkan paparan radiasi pada permukaan kolam reaktor menjadi tinggi.

Tiar Fridianto, dkk

811

Purwadi,M.D., Analisis Dinamika Fluida Kolam Reaktor RSG-GAS dengan FLUENT 6, Pusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset BATAN, Serpong (2004). IAEA, “Accident Analysis for Nuclear Power Plants” (Safety Reports Series No. 23), IAEA, Vienna (2002). BATAN, ”Laporan Analisis Keselamatan RSGGAS Rev. 10”, Pusat Reaktor Serba Guna BATAN, Serpong (2008). White, F.M., “Fluid Mechanics”, 4th Edition, McGraw-Hill, University of Rhode Island, United State (2001) 129-174.




812

Tiar Fridianto, dkk

ANALISIS WARM WATER LAYER SEBAGAI SISTEM PROTEKSI PADA REAKTOR SERBA GUNA G. A. SIWABESSY DENGAN MENGGUNAKAN KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA

Recommend Documents