8/13/2019 Prinsip Desain Termal
1/19
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
2/19
Kekhasan reaktor nuklir
Perbedaan utama antara PLTN dengan PLTkonvensional:
pada PLT konvensional, besarnya suhudibatasioleh proses pembakaranbatubara, minyak atau gas.
suhu pada PLTN dapat meningkatterus-menerusjika laju pengambilankalor lebih kecil daripada lajupembangkitan kalor.
2
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
3/19
Pengambilan energi pada reaktor merupakanmasalah yang kompleks :
a. rapat daya sangat besar
b. bahan bakar tidak dikonsumsi secarakonvensional, tetapi berada pada geometriyang tetap selama bertahun-tahun
c. medan radiasi nuklir ==> membatasipemilihan bahan bakar dan struktur
3
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
4/19
Tujuan : mengoptimasi output daya per satuan massa
bahan bakar dapat belah (fisionable) meminimalkan ukuran teras untuk mengurangi
volume shielding dan pengungkung/sungkup
akan tetapi: menghasilkan gradien suhu yang tinggi stress termal yang besar pada komponen
teras
Rapat daya
4
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
5/19
PLT fosil 10 - -Turbin
pesawat45 - -
Roket 20.000 - -HTGR 8,4 44 125
CANDU 12 110 190
BWR 56 56 180
PWR 95 - 105 95 - 105 190 - 210
LMFBR 280 280 4205
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
6/19
Konsumsi bahan bakar
bentuk geometri perangkat bahan bakar harusutuh baik dalam kondisi normal maupunkecelakaan
suhu harus dibatasi untuk mencegah perubahangeometri termasuk pelelehan bahan bakar dan
kelongsong
reaksi kimia antara bahan bakar, kelongsong,moderator dan pendingin harus dihindari
6
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
7/19
Medan radiasi
Efek aktivasi, tangkapan parasitik dankerusakan akibat radiasi merupakan
perhatian utama dalam pemilihan bahan
penggunaan bahan yang mahal dan tidakkonvensional mengakibatkan pembatasantermal pada operasi reaktor
e.g. Zr: absorpsi neutron parasitik kecil tetapi, kekuatan struktur rendah dan
pelepasan energi eksotermal tinggi
7
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
8/19
Dengan adanya kendala-kendala tersebut di atas:
harus ada jaminan bahwa kondisi lokaltidakakan membahayakan integritas teras padasembarang lokasi
batasan-batasan sistem harus ditentukan olehsuhu dan/atau kondisi aliran pendingin yangmaksimaldan bukan nilai rata-rata sepertipada aplikasi-aplikasi non-nuklir
8
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
9/19
Tujuan desain termal
Densitas daya yang besar ==> mengurangivolume teras.
Daya spesifik yang besar ==> mengurangijumlah bahan bakar.
Suhu keluaran pendingin yang tinggi ==>
menaikkan efisiensi termodinamika
B U T ........
9
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
10/19
Batasan suhu bahan bakar
Titik leleh 2800C utk UO2, 2500C utk UC
titik leleh turun seiring lamanya pemaparan bahan
bakar
UO2 : turun 32C setiap 10 GWD/MTU
Batasan lain:
suhu BB metal tidak menyebabkan perubahan fase(contoh U metal, T=667C)
gradien suhu yg tinggi dapat menyebabkan cracking
10
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
11/19
Kelongsong berfungsi untuk mencegah produk fisiyang dihasilkan di bahan bakar terlepas ke pendingin.
Kelongsong mengalami tegangan (stress)baikeksternal (akibat tekanan tinggi dari pendingin)maupun internal (akibat pembentukan tekanan gas fisipada gap).
Kelongsong juga mengalami stress termal akibatperbedaan suhu.
Batasan termal terkait dengan critical heat flux.
Batasan termal kelongsong
11
B h d
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
12/19
Batasan suhu pendingin Pembatasan suhu pendingin agar tercapai perilaku
pendingin yang diinginkan PWR : suhu bulkpendingin di bawah suhu saturasi. LMFBR : suhu natrium cukup rendah sehingga kapasitas
perpindahan kalor dapat maksimum.
Batasan terhadap kenaikan suhu pendingin yang melewatiteras
kenaikan suhu dikehendaki cukup tinggisehinggaperpindahan kalor pada SG cukup efisien tetapi, diinginkan agar kenaikan suhu serendah
mungkin sehingga shock termal dapat dikurangi (misalsaat scram).
12
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
13/19
Batasan termal pada LWR
Pin bahan bakar dengan kelongsong logam
Tujuan pembatasan : mempertahankan integritaskelongsong Batasan :
suhu maksimum kelongsong fluks kalor (MDNBR dan MCPR)
lihat Table 2-2 Kazimi and Todreas
13
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
14/1914
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
15/1915
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
16/19
Batasan termal pada HTR
Coated particles (TRISO, BISO) Tujuan pembatasan : mengatur laju pelepasan gas fisi
yang berdifusi melalui coating Batasan : suhu maksimum pada bagian tengah partikel bahan
bakar 1575 K pada 100% daya 1875 K pada kondisi puncak transien
lihat Table 2-2 Kazimi and Todreas16
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
17/19
Marjin desain termal
cos
z
H
J0
2, 405 r
R
< r >
< z >
17
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
18/19
Marjin desain termal
Average (rata-rata)nilai yang dirata-rata terhadap volume teras atau pin secaraaksial
Peak (puncak)disebut pula hotspot; nilai yang mengacu pada lokasi fisik di
mana terjadi nilai yang ekstrem
Nominalnilai suatu parameter yang dihitung menggunakan variabel-
variabel yang ditentukan pada keadaan desain Maximum (maksimum)nilai parameter yang dihitung dengan mempertimbangkanfaktor deviasi yang diizinkan terhadap nilai-nilai yang
ditentukan pada kondisi desain18
8/13/2019 Prinsip Desain Termal
19/19
Fig. 2-5, Todreas & Kazimi
19