KARAKTERISASI PERUBAHAN TEKANAN DAN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/fisika/fisika_bukuI... · ISSN 1410 – 8178 Buku I hal 225 KARAKTERISASI PERUBAHAN TEKANAN DAN

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 27 Juli 2011

Ismu Handoyo, dkk. ISSN 1410 – 8178 Buku I hal 225

KARAKTERISASI PERUBAHAN TEKANAN DAN TEMPERATUR PADA UNTAI UJI BETA (UUB) BERDASARKAN VARIASI DEBIT

ALIRAN

Ismu Handoyo, Kiswanta, Joko Prasetio, Ainur Rosidi, Mulya Juarsa Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir-BATAN, PUSPIPTEK Serpong, Tangerang, 15310

E-mail:[email protected]

ABSTRAK

KARAKTERISASI PERUBAHAN TEKANAN DAN TEMPERATUR PADA UNTAI UJI BETA (UUB) BERDASARKAN VARIASI DEBIT ALIRAN. Kegiatan ini telah dilakukan dengan menggunakan fasilitas Untai Uji BETA (UUB), dimana air sebagai media kerjanya. Studi tersebut dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui karakteristik perubahan tekanan dan temperatur yang diakibatkan perubahan debit aliran. Penelitian dilakukan dengan dua parameter, yaitu uji dingin dan uji pemanasan pada air dengan temperatur 40oC, 50oC, dan 60oC. Air disirkulasikan dengan pompa sentrifugal berdaya 1,5 kW, debit air divariasikan dari 0,00009 m3/s; 0,000494 m3/s dan 0,000898 m3/s. Tekanan maksimal yang terjadi pada ekserimen tanpa heater adalah 3 bar, kenaikan tekanan yang terjadi disebabkan oleh adanya gaya yang diberikan oleh putaran pompa dan faktor dari hidrodinamik, dan kenaikan temperatur yang terjadi pada eksperimen tanpa pemanas disebabkan oleh adanya faktor gesekan antara fluida dengan dinding tabung, sedangkan pada eksperimen menggunakan pemanas, tekanan yang tertinggi sebesar 8 bar. Eksperimen menggunakan pemanas menyebabkan tekanan yang terjadi karena adanya penggabungan efek termal dan hidrodinamik. Kenaikan temperatur rata-rata pada debit aliran 0,00009 m3/s sebesar 16,59 oC, debit aliran 0,000494 m3/s sebesar 3,307 oC, dan debit aliran 0,000898 m3/s kenaikan temperatur rata-rata 1,066 oC. Kata Kunci :Beda tekanan dan temperatur aliran, debit, friksi

ABSTRACT

CHARACTERIZATION OF PRESSURE AND TEMPERATURE CHANGES IN BETA TEST LOOP (UUB) UNDER FLOWRATE VARIATION. This activity has been carried out using BETA Test Loop Facility (UUB), where water as the working media. The study was conducted with the objective of identifying the characteristics of pressure and temperature changes resulting from changes of flow rate. Research carried out by two parameters, namely the cold test and test the water by heating at temperatures 40 oC, 50 oC and 60 oC. Water is circulated with a centrifugal pump of 1.5 kW power, water flowrate was varied such as: 0.00009 m3/s; 0.000494 m3/s and 0.000898 m3/s. Maximum pressure that occurs in eksperiment without heating is 3 bar, the rise of pressure is due to the force exerted by the rotation of the pump and hydrodynamic factor. The temperature rise that occurs in experiments without heating is caused by friction between the fluid and the tube wall, whereas in experiments using the highest pressure heater is 8 bar. Experiments using the heater causes the pressure that occurs from the merger of thermal effeck with hydrodynamic, and an increase in average temperature on the flowrate of 0.00009 m3/s is 16.59 oC, flowrate of 0.000494 m3/s is 3.307 oC, and for flowrate of 0.000898 m3/s, average temperature rise is 1.066 oC. Keywords: Differential pressure and temperature of flow, flowrate, friction.



ISSN 1410 – 8178 Ismu Handoyo, dkk Buku I hal 226

PENDAHULUAN

ntai Uji BETA (UUB) merupakan fasilitas penelitian yang digunakan sebagai pendukung

untuk eksperimen simulasi kecelakaan reaktor. Selama ini UUB digunakan untuk mensimulasikan kecelakaan yang disebabkan oleh kehilangan air pendingin (LOCA, Loss of Coolant Accident), khususnya fenomena termohidrolika selama peristiwa pasca LOCA (Post-LOCA)[1]. Selama ini parameter yang mendasari eksperimen hanya bergantung pada perubahan temperatur saja, sedangkan tekanan pada sistem UUB selalu dikondisikan pada tekanan atmosfer (untai terbuka). Paramater laju aliran hanya ditentukan berdasarkan pencatatan waktu penenggelaman (bottom reflooding) bagian uji saja.

Semenjak tahun 2001 hingga sekarang, telah dilakukan penelitian tentang fenomena rewetting selama quenching[2] menggunakan bagian uji QUEEN-I dan bagian uji QUEEN-II dengan hasil eksperimen yang baru diperoleh berupa data visualisasi untuk memahami fenomena rewetting dan pendidihan. Selain itu diperoleh juga data perubahan temperatur selama pendinginan yang digunakan untuk menghitung kecepatan rewetting[3] menggunakan UUB pada kondisi untai terbuka (tekanan desain UUB sebesar 10 bar dan temperatur air 90oC, adalah pengoperasian UUB tetap pada tekanan terbuka / 1 bar). Kebutuhan untuk simulasi eksperimen kecelakaan parah mengharuskan UUB dapat dioperasikan pada kondisi untai tertutup. Karakterisasi perubahan tekanan dan temperatur UUB dengan variasi laju aliran pada kondisi untai tertutup menjadi kegiatan yang akan menentukan parameter awal untuk eksperimen Severe Accident (SA). Studi tersebut dilakukan untuk mengetahui karakteristik perubahan tekanan dan temperatur yang diakibatkan perubahan debit aliran. Penelitian dilakukan dengan dua parameter, yaitu uji dingin dan uji pemanasan pada air dengan temperatur yang bervariasi. Diharapkan hasil kegiatan berupa data eksperimen yang digunakan untuk analisis selanjutnya.

TEORI

1. Pompa Sentrifugal Pompa adalah suatu alat atau mesin yang

digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk

(suction) dengan bagian keluar (discharge). Pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan) untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang aliran.

Jenis pompa yang digunakan pada Fasilitas UUB adalah pompa sentrifugal, dimana prinsip kerjanya adalah mengubah energi kinetis (kecepatan) fluida menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. Fluida yang memasuki pompa sentrifugal dengan seketika diarahkan langsung ke area bertekanan rendah pada pusat impeller, ketika impeller dan sudu berputar, ini akan memindahkan daya gerak kepada fluida yang datang. Suatu perpindahan daya gerak terhadap fluida yang bergerak akan meningkatkan kecepatan fluida. Ketika kecepatan suatu fluida meningkat, maka energi kinetik pun meningkat. Fluida yang berenergi kinetik tinggi akan terdorong keluar dari impeller dan masuk ke volute. Volute adalah suatu bagian pompa yang secara terus menerus meningkatkan cross-section area yang dirancang untuk mengkonversikan energi kinetik dari fluida menjadi fluida bertekanan. [4]

2. Perubahan Tekanan Fluida pada Sistem Aliran

Perubahan tekanan dalam aliran fluida terjadi karena adanya perbedaan ketinggian, perbedaan kecepatan aliran fluida akibat perubahan atau perbedaan penampang, dan gesekan fluida. Perubahan tekanan pada aliran tanpa gesekan dapat dianalisis dengan persamaan Bernoulli yang memperhitungkan perubahan tekanan ke dalam perubahan ketinggian dan perubahan kecepatan. Dengan demikian perhatian utama dalam menganalisis kondisi aliran nyata adalah pengaruh dari gesekan. Gesekan akan menimbulkan penurunan tekanan atau kehilangan tekanan dibandingkan dengan aliran tanpa gesekan. Berdasarkan lokasi timbulnya kehilangan, secara umum kehilangan tekanan atau kerugian akibat gesekan ini dapat digolongkan menjadi 2, yaitu: kerugian mayor dan kerugian minor.

Kerugian mayor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan aliran fluida pada sistem aliran tetap atau konstan. Kerugian mayor ini terjadi pada sebagian besar penampang sistem aliran maka dari itu dipergunakan istilah ‘mayor‘. Sedangkan kerugian minor adalah kehilangan tekanan akibat gesekan yang terjadi pada katup-katup, sambungan T, sambungan L, dan pada penampang yang tidak konstan. Kerugian minor meliputi sebagian kecil penampang sistem aliran, sehingga digunakan istilah ’minor’.

U




2.1. Kerugian tekanan mayor Kerugian tekanan mayor adalah rugi

tekanan akibat gesekan pada sistem aliran tube lurus[6] yang dapat dihitung dengan persamaan (1):

(1)

harga f merupakan faktor gesekan yang diperoleh dari korelasi H.Blasius, untuk aliran turbulen pada tabung dengan permukaan halus dengan jangkauan bilangan Reynolds tak terbatas[7,8], yang dapat dihitung dengan persamaan (2):

(2)

Untuk aliran laminer harga f didapat dari korelasi Hagen-Poiseuille[7,8]:

(3)

2.2. Kerugian tekanan minor Selain kerugian tekanan akibat gesekan

pada sistem aliran tabung/pipa lurus, terjadi juga rugi tekanan akibat adanya belokan, pelebaran dan penyempitan penampang, sambungan-sambungan, katup, dan aksesoris lainnya. Kerugian minor akibat fitting dan katup[6,7] dapat dituliskan dengan persamaan (4):

(4)

dimana KL adalah koefisien kehilangan pada fitting dan katup, yang sangat bergantung pada bentuk komponen fitting dan katup, tapi tidak terlalu dipengaruhi oleh nilai dari bilangan Reynolds untuk jenis aliran dengan bilangan Reynolds yang besar. Harga-harga KL ditunjukkan pada Tabel 1.

Kerugian tekanan minor berdasarkan koefisen kehilangan adalah:

(5)

Tabel 1.Harga-harga Koefisien kehilangan, KL[8]

Jenis Fitting dan katup Koefisien kehilangan, KL

Elbow 90o 0,75 Katup Bola dengan fully open

0,05

Pelebaran (Enlargement)

1,00

Penyempitan (Contraction)

0,50

Tee 0,40 Union 0,04 Check valve, swing 2,00

2.3. Kerugian tekanan total Kerugian tekanan total adalah jumlah dari

rugi tekanan yang terjadi akibat adanya forced convection (konveksi paksa) yang dihasilkan oleh pompa sirkulasi yang menyebabkan terjadinya gesekan fluida terhadap dinding tabung. Kerugian tekanan juga terjadi akibat adanya belokan-belokan maupun sambungan yang menyebabkan aliran air sedikit terhambat dan juga kerugian tekanan terjadi akibat adanya perbedaan luas penampang dari permukaan yang dilalui oleh air. Berdasarkan hal tersebut, maka untuk menghitung kerugian tekanan (pressure drop) total yang terdapat pada loop UUB dapat digunakan persamaan (6):

(6)

3. Pepindahan Kalor

Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu yang mempelajari perpindahan energi sebagai akibat dari adanya perbedaan temperatur di antara dua medium, misal: sesama medium padat atau medium padat dan fluida. Energi yang berpindah tersebut dinamakan kalor (heat). Kalor akan berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium dengan temperatur yang lebih rendah. Perpindahan ini berlangsung terus sampai terjadi kesetimbangan temperatur di antara dua medium tersebut atau tidak terjadi perbedaan temperatur di antara kedua medium.

Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi dapat berupa konduksi, konveksi, atau radiasi. Dalam aplikasinya, ketiga mekanisme ini dapat saja berlangsung secara simultan. Besarnya daya kalor yang dipindahkan pada suatu aliran akan menyebabkan tejadinya perubahan entalpi per satuan waktu dari aliran seperti diberikan pada persamaan (7) : q = .cp .(ΔT ) (7) dimana : q = daya kalor (W), = massa (kg), cp = panas jenis (J/kg°C) dan ∆T = beda temperatur (oC)

TATA KERJA

1. Bahan dan Alat Komponen utama dari UUB adalah:

bagian uji yang berbentuk silinder vertikal yang terdiri dari batang pemanas dan tabung gelas Pyrex (kuarsa) transparan yang disebut bagian uji QUEEN (Quenching Experiment), pompa sirkulasi, tube SS304, cooler, katup-katup manual, dan solenoid, tangki air, penukar kalor dan pemanas (heater). Pemanas ini, yang disebut pula




pemanas awal (pre-heater), digunakan untuk memanaskan air yang menuju ke bagian uji. Pemanasan dilakukan dengan pemanas listrik berdaya total 45 kW. Sedangkan di bagian sekunder, terdapat menara pendingin yang dihubungkan dengan kondensor sebagai pengganti Equipment Cooling Water System (ECWS). Pompa digunakan sebagai sarana transportasi air dari menara pendingin ke kondensor dengan media sistem pipa PVC. Foto UUB seperti ditunjukan pada Gambar 1.

Gambar 1. Foto Untai Uji BETA (UUB) dan

komponen

2. Bahan Bahan-bahan yang digunakan pada UUB

antara lain: 1. Tube Stainless Steel (SS) grade 304 2. Termokopel 3. Elbow SS 316 4. Tee SS 316 5. Union SS 316 6. Ball valve SS 316 7. Cross SS 316 8. Check valve SS 316 9. Flens SS 316.

3. Alat Alat-alat yang digunakan pada UUB,

adalah: 1. Pompa sentrifugal 2. Cooler tank 3. Preheater 4. Tangki air 5. Pressure gauge 6. Temperature gauge 7. Flowmeter 8. DAS (Data Acquisition System)

4. Metode Eksperimen di dalam penelitian ini

dilakukan dalam dua tahap, pertama eksperimen tanpa pemanas dan yang kedua eksperimen

menggunakan pemanas. Eksperimen tanpa pemanas dilakukan dengan memvariasikan frekuensi putaran pompa dari frekuensi putaran pompa 5 Hz sampai dengan frekuensi putaran pompa 50 Hz, dan pada eksperimen menggunakan pemanas, diguinakan frekuensi putaran pompa 5 Hz, 25 Hz, dan 45 Hz. Data berupa variasi debit air pada loop UUB yang didapatkan dari hasil eksperimen berasal dari pengubahan frekuensi pompa secara kontinyu yang dikontrol melalui inverter pada panel kontrol utama.

Data hasil pencatatan eksperimen diolah dalam bentuk kurva dengan menggunakan aplikasi/program Origin v.8.0, kemudian menentukan gradiennya pada masing-masing kurva.

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil eksperimen di dalam penelitian ini

diklasifikasikan menjadi 4 kategori melalui dua tahap, pertama eksperimen tanpa pemanas dan yang kedua eksperimen menggunakan pemanas. Data berupa variasi debit air pada loop UUB yang didapatkan dari hasil eksperimen berasal dari pengubahan frekuensi pompa secara kontinyu yang dikontrol melalui inverter pada panel kontrol utama. Klasifikasi tersebut adalah :

a. Konversi frekuensi putaran pompa menjadi debit aliran

Hasil eksperimen frekuensi putaran pompa dikonversikan menjadi debit aliran, dimana terlihat perubahan frekuensi putaran pompa terhadap debit aliran. Pengukuran debit aliran pada flowmeter elektromagnetik hanya memunculkan satuan liter per-detik, kemudian dikonversi ke dalam meter kubik per-detik, hasil dari konversi frekuensi putaran pompa terhadap debit aliran ditunjukan pada Gambar 2.

Gambar 2. Kurva hubungan frekuensi pompa terhadap debit air pada eksperimen tanpa pemanas




0 600 1200 1800 2400 3000 3600 42000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90R2

1= 0.92253

R22= 0.90434

R23= 0.92728

R24= 0.94697

R25= 0.95008

R26= 0.93074

F30Hz F50Hz

F45HzF40Hz

F35HzF25Hz

F20HzF15Hz

F10Hz

Tem

pera

tur,

T [0 C

]

Waktu, t (detik)

TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6

F5Hz

TC = termokopel

TC1= inlet pompaTC2= outlet pompaTC3= inlet heaterTC4= outlet heaterTC5= inlet kondensorTC6 = outlet heater

Gambar 2. menunjukkan kenaikan debit air pada kondisi uji dingin yang dipengaruhi oleh naiknya frekuensi pompa secara kontinyu, hal ini dikarenakan ketika frekuensi pompa dinaikkan, putaran sudu akan semakin cepat dan akan menghisap maupun mendorong air dengan semakin cepat pula. Berdasarkan kurva hubungan antara frekuensi pompa terhadap debit air pada Gambar 2. diperoleh korelasi linier sebagai berikut:

Q(f) = 7,73x10-6 + 1,92x10-5 . f [m3/s].

Gradiennya adalah 1,92x10-5 sehingga untuk mengetahui debit aliran pada setiap perubahan frekuensi setiap 1 Hz dapat diketahui dengan menggunakan korelasi linier di atas.

b. Eksperimen tanpa pemanas Eksperimen tanpa pemanas dilakukan

dengan mensirkulasikan air pada loop tanpa dihidupkannya pemanas di dalam pemanas mula. Kondisi ini menunjukkan bahwa tidak ada input kalor ke dalam fluida (dalam hal ini air). Kenaikan temperatur pada air diharapkan hanya terjadi karena faktor hidrodinamika selama sirkulasi berlangsung dengan memvariasikan debit aliran air. Hasil pencatatan selama eksperimen ditunjukkan pada Gambar 3.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0 outlet pompa inlet heater outlet heater

Teka

nan

(BAR

)

Debit m3/S

P1 P2 P3 P4

R21= 0,8586

R22= 0,89173

R23= 0,86136

R24= 0,8798

Gambar 3. Kurva karakteristik kenaikan tekanan terhadap debit air

Keterangan:

P1 : Pressure gauge yang terpasang pada keluaran pompa

P2 : Pressure gauge yang terpasang pada masukan flow meter

P3 : Pressure gauge yang terpasang pada preheater

P4 : Pressure gauge yang terpasang pada keluaran preheater/masukan cooler.

Kurva karakteristik kenaikan tekanan terhadap debit seperti ditunjukan pada Gambar 3. pada debit aliran air 0,00009 m3/s sampai dengan debit aliran 0,000494 m3/s tekanan belum mengalami kenaikan, pengaruh dari hidrodinamik tidak berpengaruh pada debit aliran rendah, Tekanan mengalami kenaikan pada saat debit aliran 0,000604 m3/s sampai dengan debit aliran 0,000904 m3/s sedangkan pada saat debit aliran tinggi kenaikan temperatur dipengaruhi oleh faktor hidrodinamik.

Dari hasil pengukuran temperatur dengan menggunakan pembacaan DAS maka diperoleh kurva karakteristik yang ditunjukan pada Gambar 4.

Gambar 4. Kurva karakteristik perubahan temperatur air terhadap waktu

Kurva karakteristik perubahan temperatur air terhadap waktu yang ditunjukkan pada Gambar 4. Dapat dilihat bahwa pada temperatur awal 25oC pada TC1, setelah 3600 detik air mengalami kenaikan temperatur sebesar 31oC dan TC 2 sampai dengan TC6 kenaikan temperatur tetap seragam tidak ada perbedaan sama sekali, kenaikan temperatur pada eksperimen uji dingin disebabkan oleh adanya faktor gesekan antara air dan dinding tabung.

c. Eksperimen menggunakan pemanas Eksperimen menggunakan pemanas

dilakukan dengan mensirkulasikan air pada loop dengan dihidupkannya pemanas di dalam pemanas mula. Kondisi ini menunjukkan bahwa ada input kalor ke dalam fluida. Sirkulasi berlangsung dengan memvariasikan debit aliran air dari debit aliran 0,00009 m3/s, debit aliran 0,000494 m3/s , dan debit aliran 0,000898 m3/s dengan temperatur air 40 oC, 50 oC, dan 60oC. Pencatatan data dilakukan dengan mengamati tekanan yang terukur oleh pressure gauge dan pengambilan data perubahan temperatur terhadap waktu pada setiap




titik termokopel dilakukan oleh DAS. Hasil dari eksperimen dengan menggunakan pemanas perubahan tekanan terhadap variasi debit aliran air maka dari ketiga kondisi tersebut dapat dibandingkan, perbandingan tersebut diperlihatkan pada Gambar 5.

0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.00100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tair 40oC

keluar pompa masukan flow meter preheater keluar preheater

Debit Aliran, Q [m3/s]

Teka

nan,

P [b

ar]

P1 P2 P3 P4

(a)

0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.00100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10Tair 50oC


P1 P2 P3 P4Te

kana

n, P

[bar

]


(b)

0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.00100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tair 60oC

Tek

anan

, P [b

ar]



P1 P2 P3 P4

(c)

Gambar 5. Kurva perbandingan perubahan tekanan terhadap temperatur air

Gambar 5 menunjukkan kurva perbandingan perubahan tekanan terhadap temperatur air, Gambar 5.(a) menunjukkan perubahan tekanan pada temperatur 40oC, (b) menunjukan perubahan tekanan dengan temperatur 50oC, dan (c) menunjukan perubahan tekanan dengan temperatur 60oC, dimana terlihat bahwa tekanan pada temperatur pemanasan 60oC adalah yang tertinggi yaitu hingga mencapai 8,8 bar pada debit air 0,000898 m3/s. Tingginya tekanan yang terjadi pada debit ini disebabkan oleh penggabungan antara distribusi kalor (thermal effect) dengan gaya yang diberikan oleh pompa (hydrodynamics effect). Sementara pada debit 0,000090 m3/s faktor dominan yang menyebabkan tekanan mencapai 8,5 bar adalah akibat kalor yang diberikan. Kemudian faktor hyrodynamics tidak terlalu berpengaruh mengingat debit air yang rendah. Sedangkan pada debit 0,000494 m3/s faktor dominan yang menyebabkan tekanan adalah faktor hydrodynamics sehingga tekanan maksimal yang terjadi adalah 7,6 bar.

d. Hasil pengukuran perubahan temperatur air terhadap waktu dengan variasi debit aliran air

Dengan diperolehnya hasil dari pengukuran DAS berupa perubahan temperatur air berdasarkan variasi debit aliran, maka hasil dari karakteristik dapat dibandingkan sesuai dengan debit aliran air seperti ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. (a) menunjukkan perubahan temperatur terhadap waktu dengan debit aliran 0,00009 m3/s, (b) menunjukkan perubahan temperatur terhadap waktu dengan debit aliran 0,000494 m3/s, dan (c) menunjukkan perubahan temperatur terhadap waktu dengan debit aliran 0,000898 m3/s, pada debit 0,0009 m3/s. Waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur air di dalam tabung adalah sekitar 500 detik mengacu pada kecepatan aliran yang rendah maka distribusi kalor dalam satu sirkulasi belum merata. Waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur air dari Tair awal sampai Tair = 40oC adalah 400 detik, sementara pada kenaikan temperatur 50 oC membutuhkan waktu 800 detik dan untuk kenaikan pada temperatur 60 oC membutuhkan waktu 1600 detik pada debit 0.000494 m3/s. Profil kenaikan temperaturnya berbeda dengan profil temperatur pada debit 0.0009 m3/s. distribusi kalor yang terjadi lebih cepat mengacu pada kecepatan aliran yang meningkat pula, sehingga temperatur air di tube meningkat sampai 44oC. Temperatur pada TC4 dan TC5 paling tinggi karena posisi termokopel dekat dengan media sumber panas, sedangkan pada debit aliran air 0,000898




m3/s,kenaikan temperatur di setiap posisi termokopel hampir merata dikarenakan debit aliran tinggi maka distribusi temperaturnya cepat merata di setiap loop.

0 500 1000 1500 2000 250020

30

40

50

60

70

80

90R2

1 = 0.99614R2

2 =0.99616R2

3 =0.99697R2

4 =0.98633R2

5 =0.98632R2

6 =0.99687

Debit Aliran, Q 0.00090 m3/s

Tem

pera

tur,T

[o C] TC1

TC2TC3TC4TC5TC6

Waktu, t [detik]

(a)

0 500 1000 1500 2000 250020

30

40

50

60

70

80

90R1= 0.99655R2= 0.99672R3= 0.9967R4= 0.99337R5= 0.99285R6= 0.99693

Debit aliran, Q 0.000494 m3/s

Tem

pera

tur,

T [o C

]

Waktu, t [detik]

TC1 = inlet pompaTC2 = outlet pompaTC3 = inlet heaterTC4 = outlet heaterTC5 = inlet kondensorTC6 = outlet kondensor

TC1TC2TC3TC4TC5TC6

(b)

0 500 1000 1500 2000 2500202530354045505560657075808590

R1=0.99775R2=0.99804R3=0.99831R4=0.99683R5=0.99669R6=0.99799

Debit Aliran, Q 0.000898 m3/s

TC1 = inlet pompaTC2 = outlet pompaTC3 = inlet heaterTC4 = outlet heaterTC5 = inlet kondensorTC6 = outlet kondensor

TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6

Tem

pera

tur,

T [o C

]

Waktu, t [detik]

(c)

Gambar 6.Kurva perbandingan perubahan temperatur terhadap waktu berdasarkan variasi debit aliran

KESIMPULAN

Karakterisasi UUB diperlukan untuk mengetahui kemampuan UUB dalam mendukung kegiatan penelitian termohidrolika reaktor di PTRKN. Penelitian mengenai perubahan tekanan dan temperatur telah dilakukan untuk mengetahui karakterisasi UUB dengan sistem aliran tertutup. Tekanan maksimal yang terjadi pada eksperimen tanpa pemanas adalah 3 bar, kenaikan tekanan yang terjadi disebabkan oleh adanya gaya yang diberikan oleh putaran pompa dan faktor dari hidrodinamik, dan kenaikan temperatur yang terjadi pada eksperimen tanpa pemanas disebabkan oleh adanya faktor gesekan antara fluida dengan dinding tabung, sedangkan pada eksperimen menggunakan pemanas, tekanan yang tertinggi adalah sebesar 8 bar. Dalam eksperimen menggunakan pemanas, perubahan tekanan yang terjadi adalah akibat adanya penggabungan efek termal dengan hidrodinamik, dan kenaikan temperatur rata-rata pada debit aliran 0,00009 m3/s sebesar 16,59 oC, debit aliran 0,000494 m3/s sebesar 3,307 oC, dan debit aliran 0,000898 m3/s kenaikan temperatur rata-rata sebesar 1,066 oC.

DAFTAR PUSTAKA 1. Juarsa, Mulya dkk., Laporan Analisis

Keselamatan Eksperimen Post-LOCA menggunakan bagian uji QUEEN-II, PTRKN BATAN, Serpong, 2007.

2. Handono Khairul dkk., Simulasi Fenomena LOCA di Teras Reaktor melalui Pemodelan Eksperimental (II), Rancang Bangun Untai Uji BETA, Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir V, Serpong, 2000.

3. Handono Khairul dkk., Eksperimental Reflooding Pada Untai Uji BETA: Karakterisasi dan Eksperimen Awal, Prosiding Presentasi Ilmiah Teknologi Keselamatan Nuklir VI, Serpong 2001.

4. Sularso, Tahara Haruo, Pump and Compresor, (edisi ketujuh), PT Pradnya Paramita, Jakarta, 2000.

5. James R. Welty, Charles E. Wiks, Robert E. Wilson, Gregory Rorrer, Dasar-dasar Fenomena Transport volume 1 Transfer Momentum edisi keempat, diterjemahakan oleh: Ir. Gunawan Prasetio, Erlangga, Jakarta, 2002.

6. Moran, Michael J., Howard N. Shapiro, Bruce r. Munson, David P. Dewitt, Introduction to Thermal Systems Engineering: Thermodynamics, Fluid Mechanics and Heat Transfer, John Wiley & Sons, Inc., USA 2003.




7. Perry, Robert H., Don W. Green, Perry’s Chemichal Engineers Handbook7th Edition, 2006

8. King, RP., Introduction to Practical Fluid Flow, Butterworth-Heinemann, Burlington, GBR, 2002.

9. Douglas J. F, Gasiorek J.M, Swaffield J.A, “Fluid Mechanics second edition”, Longman Singapore Publishers Pte Ltd, Singapore, 1985.

Documents

KARAKTERISASI PERUBAHAN TEKANAN DAN …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/fisika/fisika_bukuI... · ISSN 1410 – 8178 Buku I hal 225 KARAKTERISASI PERUBAHAN TEKANAN DAN