",9 Prosidi/lg Pertemllall dall Preselltasi Ilmiall PPNY-BATAN, Yof.:)'akarta 25-27 Al'ril1995
195
Bllku!
PERHITUNGAN PENURUNAN TEKANAN PADA KANAL UJI UUTR Farizal, SI;yana PPEN-BAT.4N, Jl. KH. Abdul Rohim, Mampallg Prapatan, Jakarta
ABSTRAK P ERH ITUNGAN P ENUR UNAN TEKANAN PADA KANAL UJI UUTR. P erhitll11ganpellll11l11antekanan pada kallaluji UUTR telah dilakukan Perhitll11gan dilalmkanuntuk aliran pada penampang kanaluji akibat gesekan (friksi) de ligan menggll11akan I1Imus-nmll/s empiris. Dalam perhitungan illi dilihat pengal1lh laju alir, tekallan dan suhu pada harga pelllll1l11w/ tekallan. Dan" hasi/ ped/itungan diperoleh bahwa penunll1an tekanan akall semakin besardellgallllailmya laju alirdan tekallan, tetapi sebalikllya tll11l11 apabila temperatur lIaik.
ABSTRACT PRESSURE DROP CALCUL4TION ON THE UUTR CANAL TEST. Pressure drop calculation on the UUTR callal test has been dolle. T7/ecalculatioll appliedfor streamflow on the cross section of the canal that rise byfrictioll between the wall of the callal alld thefluid. In this case, empiricalforoll/la used to examine the influence of drift velocity, pressure and temperature to pressure drop. T71eresults are the value of pressure drop will be bigger with increasillg of d,ijt velocity and pressure, and at the colltrwy will be smaller with increasing of temperature.
PENDAHULUAN
batang uji (test rod) yang dipanaskan dengan arus listrik (gambar 3).
P
endinginan pacta teras reaktor, yang berarti pengambilan panas dari bahan bakar kemudian memindahkallnyake pendingin sekunder, merupakan faktor yang menentukan keselamatan reaktor. Dalam kebanyakan rea1.1ordaya, pendingindialirkandengan pompa-pompa sehingga merupakan aliran paksa. Dalam hal ini daya pompa yang diberikan untuk mengalirkan pendingin diperlukan untuk mengatasi kerugian tekanan atau penurunan tekanan sepanjang kanal pendingin. Secara ul11umkerugian tekanan merupakan jumlah aljabar dari semua jenis kerugian tekanan, baik tekanan yang disebabkan oleh perubahan arah aliran karena belokan, karena perubahan penampang saluran, karena gesekan danjuga karena gravitasi. Untai Uji Tennodinarnika Reaktor (UUTR) dirancang sebagai alat untuk mempelajari fenomena temlohidrolika yang teIjadi pacta suatu reaktor jenis PWR. Untuk itu UUTR dibuat sedekat mungkin dengan kondisi aslinya (gambar 1). Pacta percobaan ini dihitung pressure drop (kerugian tekanan) pad a kanal uji UUTR yang dilakukan untuk mensimulasikankerugian tekanan di teras reaktor (gambar 2). Perangkat uji terdiri dari 36
ISSN 0216-3128
"', ~lj Pro nun II r
pr
rllor
up!
.LI
I
I
::;: "'ER r:r .'r1!I
P_a pri/r"'
I
Dna C....,
Lr'
Gambar 1. Pemodelall dall perbu1Ulil/gall ketil/ggial/ kompol/ell PWR {leI/gall UUTR
Farizal, dkk
Bllk"J
196
Prosiding Pertemllan don Presenlasi Jlmial, PPNY-BATAN. Yof{vakarta 25-27 April 1995
.
- Olpaungl
urmokop.,
«4
)
-, u~ h'... "/11"'.'
..'" on
IKur.. , "
.
:
.
3J~
~ 0
'"
12.1'
. TO.?
Gambar 3. Pellall/pang lilltallg kalla/llj; W2. 8t/on,
no.
L...,
rlo.uM
Gambar 2. Geoll/etr; kalla/llj; UUTR
karena bentuk kanal uji DUm yang hanya berbentuk silinder lurus tanpa belokan daD berpenampang tetap (gambar 2), maka pressure drop hanya dihitung yang berasal daTI gesekan, dengan rumus: .
tJJfr;c =
L
1-De - . ~2
2
(1)
TEORI dengan : Daya pemompaan diberikan lewat
dalam suatu PL TN
w = tJJ. Ac . v dengan : W = daya pemompaan (Watt) M= pressure drop (bar). A, = luas penampang lintang kanal pendingin (m\ . v = kecepatan aliran pendingin (mIs).
Farhal,dkk
f L Dc P
= = = =
faktor gesekan panjang kanal (m) diameter ekivalen (m) = 4AJP... rnpatjenis pendingin (kg/m3)
besar f adalah
f
= 0.184 R~.2
(2)
dengan Re, bilangan Reynold yang besamya adalah
ISSN 0116-3128
Prosidlllg Pertemlloll doli Preselltosi IImia" PPNY-BATAN. Yoliyokarto 25-27 April 1995
197
Bilka!
HASIL DAN PEMBAHASAN R. = De . V . P J.1
dengan, J.1= viskositas (Ns/m2)
Dalam perhitungan ini diambil asumsi kecepatan aliran tetap daTIpressure drop karena gravitasi diabaikan. Dengan kombinasi persamaan (2) daTI(3) maka persamaan (1) menjadi M=-.-J.1
0.184
L
2
D;.2
0.2
'p
0.8
'V
1.8 (4)
Dari persamaan (4) terlihat bahwa harga penurunan tekanan dipengaruhi oleh faktor geometri atau ukuran saluran, sifat-sifat fisika pendingin yaitu viskositas dan rapatjenisnya daTIkondisi operasi.
TATA KERJA Eksperimen dilakukan pacta untai uji termohidrolik reaktor yang merupakan simulasi sistem termohidrolik daTireaktorPWR. Dalam hal ini digunakan air sebagai fluida. Pengambilan data dilakukan daTisistem akuisisi data (DAS) yang acta dengan langkah-Iangkah sebagai berikut : 1. Persiapan Vntai Vji Termohidraulika Reaktor daTIsistem akuisisi data. 2. Menaikkan tekanan hingga 100 bar. 3. Laju alir pendingin primer ditetapkan 50% daTi laju alir total. 4. Menaikkan daya hingga I MW (daya dinaikkan sebesar IOOkW setiap 10 meDii) 5. Setelah daya I MW tercapai, laju air divariasikan da.i 50%, 60%, ke 70% daTI80% (perubahan dilakukan setiap 10 menit). 6. Pencatatan data melalui sistem akuisisi data (dilakukan setiap 10 mellit sebelum dilakukan perubahan parameter). 7. Setelah itu daya dinaikkan lagi ke 1,4 MW pada harga daya tetap laju alir divariasikan daTi80%, 70 %, 60%, 50%. 8. Menaikkan daya sebesar 1,4 MW daTIlaju alir divariasikan daTi 60% ke 70% daTI 80% langkah-langkah tersebut akan dilakukan pula untuk tekanan (sisi primer) 100bar daTI150bar. Pad a sisi sekunder, laju alir dipertahankan konstan pacta harga maksimum (katup By pass open 0%) daTIsuhu masukan (ke penukar panas) dipertahankan dibawah 40° C.
ISSN 0116-3128
Data hasH eksperimen pressure drop (lihat lampiran)yang diperoleh daTisistem akuisisi data telah dihitung dengan mengunakan rumus-rumusempiTis seperti yang dikemukakan pactapembahasan di alas. Dengan masukan tambahan berupa parameterparameterviskositas daTIvolumejenis yang diperoleh daTihandbook, maka hasil perhitungannya ditampilkan dalam bentuk tabel (Jihat label I) dan graf1k: penurunan tekanan fungsi laju alir pactadaya reaktor ~ 1000kW dan ~ 1410 kW (Jihatgambar 4 daTI5). Pactaeksperimen ini besar penurunan tekanan yang dicari hanyalah fungsi operasi. Artinya bila daTi persamaan (4) disebutkan harga penurunan tekanan tergantung pacta geometri daTIukuran saluran, jenis pendinginyang dipakai daTIkondisi operasi maka pada eksperimen ini faktor pertama yaitu geometri daTI ukuran saluran tidak disimulasikan karena dalam hal ini panjang kanal uji daTIdiameter ekivalen tetap besarnya. Faktorkedua yaitujenis pendinginjuga tetap yaitu air. Sehingga kita tidak dapat membandingkan penurunan tekanan daTiberbagai jenis pendingin. Adapun parameter operasi yang diukur adalah laju alir, tekanan daTIsuhu. Dari perhitungan yang dilakukan (lihatlabel hasil perhitungan,gambar 4 daTI 5) terlihatbahwa besar penurunantekanan tergantung pactabesamya ketiga parameter tersebut. Harga penurunan tekanan naik dengan kenaikan laju alir. lni dapat dijelaskan sbb.: Laju alir di dalanl kanal adalah aliran paksa yang menerima gaya daTiluar, dalam hal ini lewat gaya pemompaan. Adanya gaya tersebut menyebabkan timbulnya gaya aksi yang arahnya berlawanan berupa gesekan (friksi). Bila laju alir dikehendaki makin besar maka dibutuhkan daya pemompaan yang lebih besar daTI akibatnya gaya aksi yang munculjuga semakin besar yang berarti penurunan tekanannya semakin besar. Pengaruh temperatur daTItekanan terhadap harga penurunan tekanan dapat dijelaskan lewat perubahan sifat fisik pendingin. Pactatekanan relatif tetap, temperatur yang semakin tinggi menyebabkan viskositas (kekentalan) pendingin berkurang, juga rapatjenisnya berkurang dengankenaikan temperatur akibatnya friksinya dengan permukaan kanal berkurang daTIpenurunan tekanan pada temperatur yang lebih tinggi akan l11enjadilebih keci!. Sebaliknya pacta tel11peraturrelatif tetap daTI harga tekanan dinaikkan maka harga penurunan tekanan akan lebih tinggi disebabkan dengan mel11berikan tekanan lebih tinggi berarti gesekan antara pendingin dengan permukaan kanal menjadi lebih besar sehingga penurunan tekanan l11enjadinaik.
Fanzal, dkk
198
Prosiding Pertemuan datI Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku I
Tabell.
HasH perhitungan pressure drop pada kanal uji UUTR
Panjang kana! uji L = 5,26, Diameter ekivalen De = 8,321 X10-3m, Luas kana! alir A = 3,69 x 10 -3m2 No.
P (kW)
P ( bar)
I
1008
2
1020
3 4
rnTln (kg/s )
-1
V (rn/s)
rn. (10-4 Ns/rn)
rnZ90 (kg/s)
Tin (°C)
109,3
5,99
105,2
6,75
1,038
7,05
1,91
3,05
109,7
7,1
102,7
8,06
1,04
8,38
2,27
2,96
1003
llO 6
8,33
102,0
9,46
1,04
9,83
246
2,96
019
0,66
1002
llO,1
9,53
101,1
10,83
1,038
1l,24
3,05
2,93
0,28
0,86
O,ll
0,32
(lO!Jl?Ilkg)
(lOq./s)
t.Pc:ol ( bar)
I
t.prer ( bar)
0,12
0,33
0,16
0,48
5
1012
152,6
5,91
109,1
6,71
1,043
6,99
1,89
2,76
6
lOll
1525
709
107,7
8,04
1,042
8,38
2,27
283
0,15
0,46
7
1010
151,4
8,25
105,7
9,37
1,041
10,07
2,73
2,89
0,21
0,64
8
1010
151,4
9,51
103,6
10,80
1,039
1l,22
3,04
2,95
0,26
0,84
9
1423
105,4
5,98
124,7
3,73
1,05
7,07
1,91
3,54
O,ll
0,31
10
1418
107,9
7,21
128,9
8,10
1,064
8,62
2,34
3,66
0,16
0,47
II
1417
1042
8,27
128,7
9,27
1,064
9,89
2,68
3,62
0,21
0,62
102,8
9,49
126,6
10,68
1,06
1l,30
3,06
3,60
0,27
0,82
1,92
2,18
O,ll
0,29
228
2,19
0,14
0,43
12
1414
13
1414
151,7
5,94
130,4
6,67
1,062
7,09
14
1417
150,1
7,07
1286
7,95
1,600
8,43
1,059
9,85
2,67
2,22
0,20
0,60
1,058
1l,51
3,12
2,25
0,27
0,81
15
1409
150,8
8,26
127,3
9,30
16
1418
152,8
9,49
126,3
10,88
0.3[
0.31
I
i D.25; I
0.25 ~
!nJ !1;
! ~~ ,
I
0.15~
...t 0.1 5
I
I II
8 10 m (kgIs)
11
~ 5.73
,
0.1
12
8.1
8.27
m (ktIe) jdaya 1000 kwl
Gambar 4, Grafik dP vs m
Dari basil eksperimen terlihat juga bahwa untuk laju aliI yang sarna, temperatur daD tekanan yang sarna maka harga penurunan tekanan akan tetap/sarna. .Hila kita membandingkan harga penurnnan tekanan kalkulasi (perhitungan) dengan harga yang diperoleh dari DAS (eksperimen), diperoleh bahwa harga basil perhitungan lebih kecil daTieksperimen namun demikian keduanya memiliki pola yang sama.
Farizal, dkk
.
10.118
!d.,.1500 kWl
Gambar
50 Grafik dP vs m
Hal ini disebabkan pengambilan beberapa parameter yang berbeda seperti penentuan panjang kanal. Pada eksperimen, panjang kanal diukur mulai dari pendingin masuk hingga pendingin keluaryaitu 6,385 m sedangkan pacta metoda perhitungan, panjang kanal diambil hanya'sepanjang balling pemanas yaitu 5,257 mo Sedangkan harga penurunan tekanan berbanding lurns dengan panjang kanal, artinya hila panjang kanal diambil dua kalinya maka harga
ISS-N 0216-3128
ProsidiJlg Pertemaoll doli Presetlfasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yo;:yokorto 25-27 April 1995
199
Bilka!
penurunan tekanan akan dua kali daTiharga semula. Selain itu kontribusi pactapenurunan tekanan juga dipengaruhi oleh adanyabelokanpadakanal atau oleh adanya kekonvergenan/kedivergenan (perubahan luas penampang, mengecil/membesar). Artinya keberadaan belokan dan perubahan luas penampang akan memperbesarharga penurunan tekanan. Kedua faktor ini tidak ikut dimasukkan dalam perhitungan, padahal dengan diambilnya panjang kanal 6,385 m daTimulai air masuk hingga air keluar maka disana terdapat dua belokan (di atas dan di bawah) dan adanyakekonvergenan.Faktor lain yang juga menyebabkan hasilnya berbeda adalah penyederhanaan dalam perhitungan luas kanal aliI. Dari eksperimen ini terlihat untuk memperkecil harga penurunan tekanan adalah dengan mempertinggi temperatur kanal atau dengan bahasa reaktor mempertinggi daya operasi, tetapi hal ini dibatasi oleh aspek keselamatan,karena hila kita lihat daTi aspek tersebut berarti panas yang diangkut /dipindahkan oleh pendingin menjadi lebih besar. Jni berarti mempertinggi laju aliI. Tetapi sebaliknya laju aliI besar memang dapat memindah- kan panas lebih banyak dengan akibat semakin besar- nya penurunan tekanan dan ini berarti dibutuhkan daya pompa yang lebih besar. Jalan lain yang dapat dilakukan adalah dengan memperendah temperatur pendingin, tetapi ini dibatasi ol,eh aspck tem1odinamika pendingin. Sebagaijalan'keluar adalah dcngan kompromi antara aspek-aspek di atas. Hal lain yang juga diperhatikan untuk memperkecil penurunan tekanan adalah membuat permukaan kanal semulus mungkin, menjauhkan adanya korosi atau dengan memurnikan pendingin.
DAFTAR PUSTAKA ANHAR R. ANTARJKSAWAN, "Dasar TermohidraulikaReaktor Nuklir", Diktat Diklat Aspek Neutronik dan Tem10hidrolika PLTN, PPTKR-PRSG, Serpong, 1 994 2. ANHAR R. ANTARIKSAWANdaDHENDRO TJAHJONO, "Untai Uji Termohidraulika Reaktor (UUTR)", Diktat Praktikum Termohidrolika Reaktor, PPTKR-PRSG, Serpong, 1994 3. ROBERT PERRY & DON GREEN, "Perry's Chemical Engineer Handbook", Sixth Edition, Mc. Graw Hill inc. ed, 1984 4. Properties of Water and Steam in S-IUnits. 1.
TANYA JAWAB Supral)to - Apa pengaruh gradien suhu teras reaktor (dari bawah ke atas) perhitungan LlP - Metode apa yang digunakan untuk mengat:'lsi gradien suhu tersebut yang berkaitan sifat-sifat fisik fluida pendingin. - Seberapa jauh ketelitiannya antara perhitungan dan eksperimen. Farizal -
-
Da/am eksperimen ini suhu disepanjang kana/ uji dianggap homogen dan do/am hat ini T pada sisi inlet yang digunakan sebagai il1lputan pada perhitungal1. Eksperimen di/akukanuntukjluida satu fasa. Kete/itian 30 % hat ini l1Iengingat asul1lsi-asumsi yang kilo gunakan,
KESIMPUI,AN
-
1.
pressure drop karena gesekan. - panjang kanaluji (dil1lensi kanaluji)
Harga penurunan tekanan naik (semakin besar) hila laju aliI semakin besar baik untuk daya 1O0kWmaupun 1400kW daBuntuk tekanan 100 bar maupun 150bar. 2. Harga penurunan tekanan turun dengan naiknya temperatur. 3. Harga penurunan tekanan naik dengan naiknya tekanan. 4. Untuk laju aliI, tekanan dan temperatur yang sama harga pressure drop adalah sama. 5. Perbandingan harga penurunan tekanan perhitungan dengan harga penurunan tekanan experimen adalah mendekati 30%
ISSN 0216~3128
geometri kana/ uji yang dihitung hanya
-
penyederhanaan do/am perhitungan LuGS penmnpang kana/. Wa/aupun demikian polo pressure drop terhadap parameter-parameter yang kila te/iti memi/iki polo yang soma dengan hasil dari eksperil11en.
Widarto -
Yang saudara perhitungkan tersebut adalah pressure drop (beda) tekanan pada loop bagian mana. Adakah suatu pembanding dari suatu hasil yang saudara perhitungkan dengan hasil kaji lain sehingga dapat diyakini kebenarannya.
Farizal, dkk
100
Bllkll!
Farizal Perhitungan dilakukan pada kanal uji UUTR yang merupakan sebagian dari segmen loop primer. Pembandingnya adalah hasi/yang diperoleh dari eksperimen langsung. D T Sony T Yang dimaksud dengan UUTR ini apakah untai uji thermohidrolika yang actadi PPTKR? Yang saudara lakukan adalah melakukan penelitian daD membandingkan hasilnya dengan
Farizal, dkk
Prosidulg Pertemllan dun Preselltasi Ilmiall PPNY-BATAN. Yogyakarta 15-17 April 1995
perhitungan atau hanya melakukan perhitungan saja? Kalau melakukan penelitian berapa % perbedaannya dengan perhitungan. Farizal Ya, benar. Kami menggunakan UUTRyang ado di PPTKR. Kami melakukan perhitungan dengan menggunakan rumus-rumus empiris, kemudian komi bandingkan dengan hasil eksperimen yang diperoleh langsung. Menge/wi perbedaan hasilnya telah komi jelaskan. seperti pada pertanyaan dari Bp. Sliprapto.
ISSN 0216~3128
