PENDINGIN RSG GAS

Prosiding Seminar ke-7 Tekn%gi dan Kese/amatan PLTN Serra Fasi/itas Nuk/irBandung. 19 Febroari 2002 ISSN: 0854 -2910

SIMULASI UNTUK MENGAMA TI PERUBAHAN SUHU P ADA

PENDINGIN RSG GAS

U t aj a

Pusat Pengembangan Perangkat Nuklir -Batan

ABSTRAKSIMULASI UNTUK MENGAMATI PERUBAHAN SUHU PADA PENDINGINRSG GAS. Sistem pendingin RSG GAS yang terdiri daTi siatem primer clan systemseklmder, bertugas membuang panas dari teras ke udara luar. Untuk mengamati perubahan suhuakibat perubahan kondisi udara luar atau perubahan jumlah aliran penndingin, lebihaman dilakukan dengan cara simulasi. Makalah ini akan menguraikan simulasi untukmenentukan perubahan suhu pendingin RSG GAS berdasarkan kinerja alat penukarpanas (heat exchanger = HE) clan kinerja menara pendingin (Cooling tower = CT).

Simulasi dilakukan dengan program komputer dengan sitem operasi WINDOWS 95atau lebih tinggi. Perubahan suhu didasarkan pada proses pemindahan panas padapenukar panas clan menara pendingin. Simulasi ini akan menunjukkan perubahansuhu air tangki reaktor akibat perubahan suhu clan kelembaban udara luar atau akibatperubahan jumlah aliran pendingin. Sebagai contoh perubahan kelembaban udaradaTi 60 % ke 80% pada suhu udara 30 °C clan daya 32400 kWatt akan mengubahsuhu air tangki daTi 37.97 °C ke 40.03 °C.

ABSTRACTSIMULATION FOR TEMPERATURE CHANGING INVESTIGATION AT RSGGAS COOLING SYSTEM. The RSG GAS cooling system consides of primary andsecondary system, is used for heat rejection from reactor core to the atmoshere. Fortemperature changing investigation cause by atmospherict condition changing orcoolant flow rate changing, is more safe if done by simulation. This paper describes thesimulation for determine the RSG GAS coolant temperature changing base on heatexchanger and cooling tower characteristic. The simulation is done by computerprogramme running under WINDOWS 95 or higher. The temperature changing isbased on heat transfer proccess on heat exchanger and cooling tower. The simulationwill show the water tank temperature changing caused by the temperature andhumidity of the atmoshere or by coolant flow rate changing. For example the humiditychanging from 60% to 80% at atmospherict temperature 30 °C and 32400 kWattpower will change the tank temperature from 37,97 DC to 40,03 DC.

290

Prosiding Seminar ke-7 Tekn%gi &m Kese/amatan PLTN Serlo Fasi/itas Nuk/irBandung, 19 Februari 2002 ISSN: 0854 -2910

PENDAHULUAN

Sistem pendingin pada reaktor riset merupakan salah satu sistem yang penting

karena menyangkut keselarnatan baik keselarnatan reaktor (bahan bakar) dan

keselamatan manusia Sistem ini terdiri daTi sistem primer dengan komponen utarna

alat penukar panas dan sistem sekunder dengan komponen utarna menara pendingin

yang akan membuang panas teras reaktor ke udara luar. Perubahan kondisi udara

baik suhu maupun kelembaban dan debit aliran pendingin akan mengubah suhu air

tangki reaktor. Perubahan seperti ini sulit dilakukan pada keadaan riel lapangan

karena me-nyangkut keselamatan, sehingga perlu dikerjakan dengan cara simulasi.

Simulasi dilakukan dengan program komputer untuk memperlihatkan perubahan suhu di

sisi primer dan sisi sekunder hila terjadi perubahan kondisi udara. Suhu di sisi sekunder

ditentukan oleh kondisi udara luar( suhu dan kelembaban) lewat perpindahan panas

pada menara pendingin, sedangkan suhu di sisi primer ditentukan oleh suhu disisi

sekunder lewat perpindahan panas pada alat penukar panas. Dengan cara simulasi .ini

perubahan suhu akibat perubahan kondisi udara luar atau perubahan jumlah aliran

pendingin dan perubahan daya dapat diperlihatkan dengan mudah dan aman.

Dengan membandingkan suhu hasil simulasi dan suhu riel yang ada di lapangan,

dapat dilakukan prediksi penurunan kinerja alat penukar panas atau menara pendingin.

Hal ini akan membantu prediktive maintenance.

TEORI DASAR.

Untuk memperrnudah pernahaman proses simulasi akan diuaraikan teori dasar

perpindahan panas pada penukar panas clan menara pendingin.

1. Teori dasar perpindahan panas pada penukar panas.

Perpindahan panas dari rangkaian primer ke rangkaian sekunder berlangsung di

penukar panas. Karena suhu air di rangkaian primer lebih tinggi daTi suhu air

rangkaian sekunder maka akan timbul konveksi panas daTi primer ke sekunder.

Diagram perubahan suhu dapat dilihat pada Gambar 1 halaman berikut. (1)

di

T l' -T 2' = ( T l' -T 1 ")/Z

T1'-T1"=P/WP

(1)

(2)T2"-T2' = P/WS (3)

Prosiding Seminar ke-7 Teknologi Ihn Keselamatan PLTN Serta Fasilitas NuklirBandung. 19 Febroari 2002 ISSN: 0854 -2910

T1

T2"

T l' = suhu air sisi primer masuk HE; T 1" = suhu air sisi primer keluar HET 2' = suhu air sisi sekunder masuk HE ; T 2" = suhu air sisi sekunder keluar HE

Gambar Diagram perubahan suhu di sisi primer clan sekunder.

Dimana : P = daya reaktor ; WP = harga air sisi primer; WS = harg air sisi sekunder

Z = koefisien suhu dinyatakan dengan :

z= 1- Exp{-(I-X)T1}) I ( 1- x Exp{-(I-X)T1}) (4)

Dimana

x = WP/WS ; 11 = kF/WP

k = koefisien perpindahan panas total

F = luas bidang pemindah panas

Harga Z dipengaruhi oleh harga WP, WP/WS, koefisien perpindahan panas total dan

luas bidang pemindah panas.

2. Teori dasar menara pendingin.

Pemndahan panas dari rangkaian sekunder ke udara luar dilakukan oleh menara

pendingin. Pemndahan panas terjadi karena entalpi air di rangkaian sekunder lebih

tinggi dibanding dengan entalpi di udara luar, sehingga panas berpindah dari air ke

udara luar. Perpindahan panas terjadi oleh kontak langsung antara air dengan udara luar

292

Prosiding Seminar ke-7 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas NuklirBandung, 19 Febroari 2002 ISSN: 0854 -2910

disertai dengan penguapan. Kemampuan pemindahan panas suatu menara pendingin

dinyatakan dengan persamaan : (2)

KaV/L = C (UG) -R(5)

Dimana : Ka V /L :: parameter blok pendingin

C , n :: koefisien rnenara pendingin

L = laju aliran air lewat menara pendingin

G = laju aliran udara lewat menara pendingin

Kemampuan pemindahan panas pada persarnaan 5) hams sarna dengan kernampuan

pemindahan panas oleh udara luar akibat perbedaan entalpi yang dinyatakan dengan: (2)

ttKaV/L = J dT/(Hw-Ha)

(6)t2

Dimana

Hw = entalpi air ; Ha entalpi udara Iuar ; tl = suhu air rnasuk menara pen

dingin; t2 = suhu air keluar menara pendingin.

Harga Hw dipengaruhi oleh suhu air sedangkan Ha dipengaruhi oleh suhu udara basah.

Entalpi udara Ha dihitung dengan persamaan berikut :

Ua = 0.28735 To + (597,3 + 0,435 To) AU(7)

Dimana : Tu = suhu udara luar ; AH = kelembaban absolut = gram uap / gram udara

Penentuan suhu air dilakukan dengan menyelesaikan serempak persamaan 5), 6) dan 7).

dengan cara coba coba. Proses perhitungan menyangkut proses integrasi persamaan

6)

dan pembacaan data psychometri secara berulang-ulang. Hila hat ini dilakukan dengan

perhitungan tangan akan memerlukan waktu lama dan membosankan, sehingga untuk

itu diperlukan sebuah program komputer yang dapat mensimulasikan suatu perubahan

dan memberikan hasilnya dengan cepat.

293

Prosiding Seminar ke-7 Tekn%gi dan Kese/amatan PL1N Serta Fasi/itas Nuk/irBandung, 19 Febroari 2002 ISSN: 0854 -2910

SIMULATOR

Program yang mensimulasikan perubahan kondisi udara atau perubahan jumlah

aliran dan menarnpilkan basil selanjutnya dinamakan simulator. Simulator ini dibuat

dengan bahasa pemrograman Visual Basic 5 (4). AIur logika pemrograman

ditarnpilkan pada Larnpiran. Proses dirnu1ai dengan memberikan rnasukkan suhu udara,

kelembaban dan % daya reaktor. Program akan membaca data sistem pendingin dan

menentukan harga L/G dan KaV/L menara pendingin sebagai harga disain untuk proses

perhitungan selanjutnya. Berdasar suhu udara dan kelembaban, program

menghitung suhu basah ( wet bulb) udara. Dengan dasar suhu basah ini dihitung suhu

air yang masuk menara pendingin. Perhitungan dilakukan dengan cara coba-coba

dengan mengubah ubah suhu air masuk menara pendingin, sampai didapat harga Ka V /L

menara pendingin sarna atau harnpir sarna dengan harga Ka V /L udara luar. S uhu yang

didapat (T 2') dipakai untuk rnenghitung T i', T I' dan T I ". Simulasi perubahan aliran

pendingin dilakukan dengan mengubah data pendingin di file data.

akan

HASIL DAN BAHASAN

Penempatan kornponen pacta simulator tampak pacta Gambar 2 berikut.

HE = heat exchanger; CT = Cooloing tower

Gambar 2. Simulator terdiri daTi TERAS, HE dan CT

294

Prosiding Seminar ke- 7 Td7lo1ogi dan Keselamalan PLTN Serlo Fasililas NuklirBandllng, 19 Februari 2002 ISSN: 0854-2910

Sebelah kiri untuk masukan suhu udara, kelembaban udara dan % daya

Perubahan besaran lain dilakukan pada halaman file data di Gambar 3 berikut.

reaktor.

Gambar 3. Data awal realtor

Data RSG GAS yang dipakai sebagai data pokok pada simulator meliputi besaran

berikut. (3)

Hasil eksekusi simulator untuk berbagai harga kelembaban udara luar tertera pada Tabel

1, Tabe12 clan Tabe13 berikut.

295

Prosiding Seminar ke-7 Teknologi don Keselamalan PLlN Serla Fasilitas NuklirBandung, 19 Febroari 2002 ISSN: 0854 -2910

Tabell. Suhu untuk daya 32400 kWatt, debit primer nominal.

Suhu (OC) RH (%) Tw (OC) T2'(OC) T 2" (OC) T,'(OC) r 1 "(OC)

30 90 28.8 33 41.02

40.57

50.07

49.63

41.03

85 28.1 32.56 40.58

80

75

27.4

26.7

32

31.5

40.02 49.07 40.03

39.5339.52 48.57

Tabel 2. Suhu untuk daya 32400 kWatt, debit primer 80% nominal.

Suhu (Oc) I Tw (OC) T 2'\C)RH (%) T 2" (OC) T\'(OC) T I "<:'C)

30 90 28.8 33 41.02 51.29 39.99

85 28.1 32.56 40.57 50.85 39.55

80 27.4 32 40.02 50.29 38.99

75 26.7 31.5 39.52 49.79 38.49

Tabe13. Suhu untuk daya 32400 kWatt debit normal, suhu udara kering 31°C

Tabel 1, Tabel 2 dan Tabe1 3 memperlihatkan perubahan suhu T1',T1",T2' dan T2"

akibat perubahan kelembaban udara. Pada Tabel 2 debit pendingin primer dikurangi

hinggatinggal 80%. Dari suhu T 1 ", ter1ihat bahwa suhu tangki akan turun dibanding

296

Prosiding Seminar ke-7 Teknologi dim Keselamatan PL1N Serlo Fasilitas NuklirBandung, 19 Februari 2002 ISSN: 0854 -2910

dengan suhu T I" pada Tabel 1 (debit 100%), tetapi suhu air keluar teras T l' akan lebih

tinggi dibanding dengan kondisi pada debit nominal. Tabel 3 memperlihatkan

perubahan suhu akibat perubahan kelembaban tetapi didasarkan pada suhu udara 31°C.

Dari Tabel 3 dan Tabell dapat dilihat bahwa suhu T I', T 1 ", T 2' dan T 2' akan sarna hila

suhu udara basah (Tw) sarna. lni dapat dilihat dengan membandingkan harga Tabel 1

pada RH 85% dengan harga Tabel 3 pada RH 78%, dinlana pada kedua kondisi ini

memberikan suhu udara basah Tw sebesar 28.1 °C. Bahwa suhu pendingin reaktor

akan ditentukan oleh suhu udara basah Tw, akan terlihat pula dengan membandingkan

suhu pendingin pada suhu udara 30 °c dan RH 90% (Tabell) dengan suhu pendingin

pada suhu udara 31°C dan RH 80% (Tabel 3). Walaupun suhunya lebih tinggi, tetapi

karena memiliki suhu udara basah Tw lebih rendah rnaka suhu pendingin reaktor juga

akan lebih rendah. Harga yang didapat pada Tabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3 akan sulit

didapat dilapang-an karena kondisi udara luar tidak dapat diatur.

Implikasi litbang.

Simulasi seperti yang diuraikan pada rnakalah ini akan membantu mempelajari sifat

sistem pendingin suatu real1or. Dengan simulasi dapat dilakukan perubahan ( variasi )

kinerja suatu komponen rnisal dengan mengurangi jurnlah menara pendingin dan meng-

amati perubahan suhu yang terjadi. Selain itu dapat membantu pelaksanaan prediktip

maintenance, rnisal mengetahui penurunan kemampuan penukar panas. Hal ini dilaku-

kan dengan membandingkan suhu basil pengukuran di lapangan dengan suhu basil

simulasi.

UCAP AN TERIMA KASIH

Karni sarnpaikan terirna kasih

menyempurnakan makalah ini.

kepada KPTF P2PN yang telah mernbantu

ACUAN

1. M.MIKHEYEV, "Fundamentals of Heat Transfer", Peace Publisher, Moscow

2. "CTI CODE TOWER", CTI, USA, 1967

3. "SAR-RSG GAS", Revisi 7 Badan Tenaga Atom Nasional

4. EV ANGELOS PETROUTSOS, "Mastering Visual Basic 5", Sybec, San Fransisco

USA, 1997

297

Prosiding Seminar ke-7 Teknologi don Keselamatan PLTN Serta Fasilitas NuklirBandung, 19 Februari 2002 ISSN: 0854 -2910

Lampiran.

c~~~~~~),.,

---po

~

~

~

I

~

..,{KaV/L} 1 = C(L/G) -n

~

{KaV/L} 2 = J dT/(Hw-Ha)

~

" 'TIDAK

< /~~> (KaV/L)'-..YA

~

"~~/

'fr

ULANG?TIDAK

(:~~~Gambar 4. Alur logika program simulasi

298