## INVESTIGASI TRANSIEN TEKANAN DAN TEMPERATUR SUNGKUP AP1000 DALAM KECELAKAAN SBO DENGAN SET-POINT TEKANAN PENGGUYURAN BERBEDA
Hendro Tjahjono Pusat Teknologi dan Keselamatan Reaktor Nuklir, BATAN email: hendro@batan.go.id , telp: 021-7560912, fax: 021-7560913 Diterima editor: 6 Januari 2015 Direvisi editor: 3 Februari 2015 Disetujui untuk publikasi: 6 Februari 2015

## ABSTRAK
INVESTIGASI  TRANSIEN  TEKANAN  DAN  TEMPERATUR  SUNGKUP  REAKTOR  AP1000 DALAM  KECELAKAAN  SBO  DENGAN  SET-POINT  TEKANAN  PENGGUYURAN  BERBEDA. Reaktor  AP1000  menerapkan  konsep  pendinginan  eksternal  untuk  mengantisipasi  naiknya  tekanan  akibat terjadinya  kecelakaan  kehilangan  seluruh  catu  daya  listrik  atau  Station  Black  Out  (SBO).  Mekanisme pembuangan  kalor  peluruhan  secara  pasif  dilakukan  melalui  Passive  Residual  Heat  Removal  System (PRHRS)  yang  diteruskan  ke  In-containment  Refueling  Water  Storage  Tank  (IRWST)  dan  selanjutnya  pada sungkup  reaktor.  Sungkup  didinginkan  secara  eksternal  melalui  konveksi  alamiah  pada  celah  udara  dan melalui  penguapan  air  pendingin  yang  diguyurkan  di  permukaan  luar  dinding  sungkup  ketika  tekanan sungkup  mencapai  1,7  bar  sesuai  set-point  yang  diterapkan.  Dengan  mekanisme  ini,  tekanan  akan  naik sampai  mencapai  nilai  maksimum  tertentu  dan  kemudian  turun  kembali  ketika  pendinginan  sungkup  sudah mulai efektif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana pengaruh perbedaan set-point tekanan  pengguyuran  tersebut  terhadap  tekanan  dan  temperatur  maksimum  yang  dicapai.  Metode  yang digunakan adalah dengan melakukan simulasi menggunakan model perhitungan analitik berbasis Matlab-07 pada  kondisi  transien  yang  mampu  mengestimasi  daya  kalor  yang  dievakuasi,  tekanan  dan  temperatur  di dalam  sungkup  terhitung  mulai  terbentuknya  uap  di  dalam  sungkup.  Hasil  simulasi  menunjukkan  pola transien  tekanan  dan  temperatur  yang  naik  hingga  maksimum  dan  turun  kembali  ke  suatu  nilai  yang  relatif tetap. Dengan variasi set-point mulai dari 1,7 bar hingga 5 bar, tekanan maksimum yang dicapai meningkat dari 3,5 bar hingga 5 bar dan temperatur maksimum dari 117 °C hingga 125 °C. Dapat disimpulkan bahwa di AP  1000,  dengan  naiknya  set-point  tekanan  dimulainya  pendinginan  eksternal  melalui  pengguyuran  air berpengaruh menaikkan tekanan dan temperatur maksimum yang terjadi akibat SBO.
Kata kunci: Transien tekanan, set-point pendinginan eksternal sungkup, AP1000, SBO.

## ABSTRACT
INVESTIGATION  OF  AP1000  CONTAINMENT  PRESSURE  AND  TEMPERATURE  TRANSIENT UNDER STATION BLACK  OUT ACCIDENT WITH DIFFERENT PRESSURE SET-POINTS. AP1000 reactor  applying  external  cooling  concept  to  anticipate  the  increase  in  pressure  due  to  Station  Black  Out (SBO).  Disposal  mechanism  of  decay  heat  conducted  through  the  Passive  Residual  Heat  Removal  System (PRHRS)  to  In-containment  Refueling  Water  Storage  Tank  (IRWST)  and  subsequently  forwarded  to  the reactor containment. Containment is externally cooled through natural convection in the air gap and through evaporation cooling water poured on the outer surface of the containment wall when the pressure attaints 1.7 bars  according  to  the  applied  pressure  set-point.  With  this  mechanism,  the  pressure  will  increase  until  it reaches certain maximum value and then decrease when containment cooling already begun effectively. The purpose of this study was to determine the effect of the set-point to the maximum pressure and temperature reached.  The  utilized  method  is  to  perform  simulations  using  Matlab-07  model  of  analytical  calculations based on a transient state that is capable of estimating the power of heat evacuated and the pressure in the containment. The  simulation  results  show  the  pattern  of  pressure  and  temperature  transient  rises  to  a maximum and drops back to a value that is relatively constant. With the set-point variation ranging from 1.7 bars to 5 bars , the maximum pressure varies from 3.5 bars to 5 bars and the maximum temperature varies from 117 °C to 125 °C. It can be concluded that with increasing the set-point pressure of starting the external cooling with water, the maximum pressure and temperature increase.
Keywords: Transient pressure, containment external cooling set-point, AP1000, SBO.

## PENDAHULUAN
Ketika  terjadi  Station  Black  Out  (SBO)  yaitu  padamnya  seluruh  sumber  daya  listrik  tanpa adanya daya cadangan, maka seluruh pompa akan padam yang segera diikuti oleh padamnya reaktor. Kalor  peluruhan  yang  masih  terus  diproduksi  harus  tetap  dibuang  oleh  sistem  pendingin  untuk mencegah  naiknya  temperatur  elemen  bakar  melampaui  batas  keselamatannya.  Kejadian  pemicu kecelakaan  reaktor  tipe  PWR  telah  dipelajari  oleh  beberapa  peneliti  seperti  Yun  Wang  et  al.  yang melakukan  penelitian  pada  reaktor  CPR1000  [1],  Soon  Heung  Chang  et  al.  yang  meneliti  respon sistem  keselamatan  pasif  terhadap  kecelakaan  di  luar  dasar  desain  (Beyond  Design  Basis  Accident, BDBA) pada kondisi SBO [2], dan juga dibahas dalam dokumen Westinghouse Non-Proprietary Class 3  dari  Westinghouse  AP1000  [3].  Dalam  kondisi  SBO  yang  diperpanjang,  yaitu  lebih  dari  72  jam, beberapa  peneliti  juga  telah  melakukan  investigasi  seperti  Ye  Cheng  et  al.  yang  menelitinya  untuk reaktor AP1000 [4], dan Mukesh Kumar et al. yang menelitinya untuk Advanced Heavy Water Reactor (AHWR)  [5]  dan  Andrija  Volkanovski  yang  membahas  implikasi  SBO  terhadap  keselamatan  [6]. Kedua reaktor tersebut menggunakan sistem pendinginan pasif yang diperhitungkan mampu mengatasi kasus SBO.
Kemampuan evakuasi kalor dari sungkup secara pasif telah diteliti melalui penelitian-penelitian sebelumnya. Dari hasil penelitian Hendro Tjahjono [7] tentang kemampuan sungkup AP 1000 dalam mengevakuasi  kalor  melalui  pendinginan pasif dengan guyuran air di permukaan sungkup  diperoleh bahwa untuk setiap kondisi temperatur sungkup, terdapat suatu nilai debit tertentu yang memberikan kemampuan evakuasi daya secara maksimum. Debit yang optimal tersebut akan naik seiring dengan naiknya  temperatur  sungkup.  Penelitian  tersebut  didukung  program  perhitungan  sifat  fisis  uap  dan udara serta  program termodinamika  uap  yang telah  dikembangkan dalam  penelitian sebelumnya [8]. Wang  Yan  [9,10]  juga  telah  melakukan  perhitungan  secara  numerik  terhadap  unjuk  kerja  sistem pendingin sungkup AP1000 ketika terjadi LOCA pada sisi primer. Tekanan dan temperatur sungkup dievaluasi selama 72 jam dan diperoleh bahwa tekanan sungkup mencapai maksimum pada 5,08 bar dan temperatur maksimum sebesar 148,89 °C dengan waktu capaian yang sangat cepat yaitu kurang dari  1  jam  karena  uap  langsung  mengisi  ruang  sungkup  dengan  cepat.  Hasil  ini  juga  sesuai  dengan hasil perhitungan Farzad Choobdar Rahim [11] dan Andi Sofrany et al. [12] yang menunjukkan bahwa sistem pendinginan pasif sungkup ketika terjadi LOCA mampu menahan kenaikan tekanan pada suatu nilai  maksimum  di  bawah  5  bar  absolut  jika  sistem  guyuran  air  berfungsi  sesuai  ketentuan,  yaitu setelah tekanan mencapai 1,7 bar.
Ketika  terjadi  SBO  di  reaktor  AP1000,  berhentinya  pompa  sekunder  yang  berfungsi  sebagai pengisi air pada pembangkit uap menyebabkan turunnya permukaan air di pembangkit uap dan hal ini akan  memicu  penutupan  katup  isolasi  dari  sistem  primer  ke  pembangkit  uap.  Dengan  tertutupnya aliran ke pembangkit uap, pembuangan kalor sisa dan kalor peluruhan akan diambil alih oleh sistem keselamatan pasif, yaitu dengan terbukanya aliran air dingin dari Core Make-up Tank (CMT) menuju sisi inlet teras reaktor. CMT ini berperan untuk menyerap kalor peluruhan di awal-awal reaktor padam. Pada Gambar 1 ditunjukkan sistem keselamatan pasif dari reaktor AP1000 [3].
Selanjutnya,  pembuangan  kalor  peluruhan  dilakukan  melalui  penukar  kalor  Passive  Residual Heat  Removal  Sistem  (PRHR-HX)  yang  akan  membuang  kalor  ke  In-containment  Refueling  Water Storage  Tank  (IRWST).  Temperatur  air  di  dalam  IRWST  akan  naik  hingga  mencapai  temperatur didihnya  sehingga  terjadi  perubahan  fasa  ke  uap  yang  akan  mengisi  seluruh  volume  kosong  dari sungkup.  Saat ketika temperatur didih untuk seluruh air di IRWST tercapai inilah yang dijadikan saat awal  pengisian  sungkup  dengan  uap  air  yang  menyebabkan  naiknya  tekanan  sungkup.  Dengan demikian  waktu  mulai  naiknya  tekanan  sungkup  ditentukan  oleh  volume  air  di  IRWST  yang mengalami kenaikan temperatur dari temperatur lingkungan ke temperatur didih pada tekanan sungkup (1 atmosfer di awal) dan juga volume air di CMT yang naik dari temperatur awal yang sama dengan temperatur awal sungkup ke temperatur rata-rata pendingin primer.
Gambar 1. Sistem keselamatan pasif pada reaktor AP1000 [1]
Di sisi lain, ketika uap mulai mengisi sungkup yang menyebabkan naiknya temperatur sungkup, terjadi  juga  proses  pembuangan  kalor  melalui  dinding  sungkup  yang  akan  menyebabkan terkondensasinya  sebagian  uap  di  dalam  sungkup.  Selama  massa  uap  yang  terkondensasi  dalam interval waktu tertentu masih  lebih kecil dari massa uap yang diproduksi, maka tekanan sungkup akan naik  terus  sebagai  fungsi  waktu.  Massa  uap  yang  diproduksi  tergantung  pada  daya  kalor  peluruhan yang  diterima  oleh  air  di  IRWST,  sedangkan  massa  uap  yang  terkondensasi  tergantung  pada kemampuan  sungkup  dalam  mengevakuasi  kalor  secara  pasif,  baik  melalui  konveksi  alamiah  udara yang  diperkuat  dengan  efek  cerobong  di  celah  sungkup,  maupun  melalui  guyuran  air  dari  tangki Passive  Containment  Cooling  Water  Storage  Tank  (PCCWST)  di  permukaan  luar  sungkup  bagian dalam. Dalam manajemen kecelakaan di AP1000, guyuran air mulai diberikan ketika tekanan sungkup telah  mencapai  1,7  bar.  Set-point  tekanan  awal  mulai  dilakukannya  pengguyuran  menjadi  parameter penting  karena  bisa  berpengaruh  pada  naiknya  tekanan  sungkup.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk mengetahui sejauh mana pengaruh perbedaan set-point tekanan pengguyuran terhadap tekanan dan temperatur maksimum yang dicapai.
Metode  yang  digunakan  adalah  dengan  terlebih  dahulu  mengembangkan  suatu  program perhitungan transien tekanan sungkup menggunakan bahasa pemrograman Matlab-07. Program yang dibuat ini didukung oleh program perhitungan pendinginan eksternal sungkup untuk menghitung daya evakuasi sungkup yang telah dikembangkan sebelumnya dan juga oleh program-program perhitungan sifat  fisis  air,  uap  dan  udara.  Dalam  perhitungan  ini  diasumsikan  bahwa  isi  ruang  sungkup  bersifat homogen sehingga nilai seluruh parameter di dalamnya bukan merupakan fungsi ruang.

## TEORI
Kalor peluruhan sebagai fungsi waktu sangat bergantung kepada lamanya reaktor dioperasikan dan besarnya daya operasi reaktor dapat didekati dengan persamaan (1) yang dikembangkan oleh M. Ragheb dari University of  Illinois [13], yaitu:
] ) ( [ 10 48 , 6
2 , 0 0 2 , 0 3 0 − − − + − × = T t t P P t (1)
dengan P t = Daya pada saat t setelah reaktor padam (W) P 0 = Daya operasi reaktor sebelum padam (W) t 0 = Waktu operasi reaktor hingga padam (detik) t = Waktu terhitung sejak reaktor padam (detik)
Besar  energi  kalor  yang  diperlukan  untuk  menaikkan  temperatur  air  di  CMT  dari  temperatur awal hingga temperatur rata-rata pendingin primer dapat dirumuskan dengan persamaan (2)
) .( CMT primer P CMT CMT T T c m Q − = (2)
dengan Q CMT = energi kalor yang diserap air pendingin CMT (Joule) m CMT = massa air pendingin di CMT (Kg) c P = panas jenis air (J/Kg.K) T primer = temperatur rata-rata sistem primer (K) T CMT = temperatur awal air pendingin di CMT (K) Energi ini diambil dari energi peluruhan yang diintegrasi dari daya peluruhan sesuai persamaan (3)
∫ = 1 0 t t CMT dt P Q (3)
dengan  t1  adalah  waktu  yang  diperlukan  untuk  menaikkan  temperatur  air  dari  CMT  hingga  sama dengan temperatur rata-rata pendingin primer.
Untuk  memanaskan  air  pendingin  IRWST  dari  temperatur  awal  sungkup  ke  temperatur  didih pada tekanan sungkup diperlukan energi kalor sesuai persamaan (4)
) .( 0 T T c m Q sat P IRWST IRWST − = (4)
dengan Q IRWST = energi kalor yang diserap air pendingin IRWST (Joule) m IRWST = massa air pendingin di IRWST (Kg) T sat = temperatur saturasi pada tekanan sungkup (K) T 0 = temperatur awal air pendingin di IRWST (K)
Dengan  demikian  total  energi  yang  diperlukan  untuk  memanaskan  air  CMT  dan  menaikkan temperatur IRWST hingga mencapai titik didihnya adalah sama dengan energi kalor peluruhan mulai dari awal kejadian pemicu hingga air IRWST mulai mendidih, yang ditunjukkan pada persamaan (5).
∫ = + 2 0 t t IRWST CMT dt P Q Q (5)
Dari  persamaan  (5),  waktu  t2  yang  merupakan  awal  mulai  terisinya  sungkup  dengan  uap  dapat dihitung.
Tekanan dalam sungkup dihitung dengan mengasumsikan uap dan udara sebagai gas ideal yang memenuhi persamaan (6).
uap ud s s uap ud s m m R T p
BM
BM V 
 = +
      (6)
dengan p s = Tekanan sungkup (Pa)
V s = Volume ruang bebas di sungkup (m 3 ) m uap = massa uap air (Kg) BM uap =berat molekul uap air (mol/Kg) m ud = massa udara (Kg) BM ud =berat molekul udara (mol/Kg) R= konstanta universal gas ideal (8,31J/mol.K) T s = temperatur sungkup (K)
Perubahan massa uap dalam suatu interval waktu ∆ t merupakan massa uap yang diproduksi di IRWST  dalam  interval  waktu  tersebut  dikurangi  massa  uap  yang  terkondensasi  di  sungkup  dalam interval waktu yang sama.
kondensasi produksi uap m m m ∆ − ∆ = ∆ (7)
Massa uap yang diproduksi di IRWST dalam interval waktu ∆ t dihitung sesuai dengan persamaan (8)
d t produksi L t P m ∆ = ∆ . (8)
dengan P t = daya kalor peluruhan pada saat t (W) L d = kalor laten pendidihan  (J/Kg)
Massa  uap  yang  terkondensasi  di  dinding  sungkup  dalam  interval  waktu ∆ t  bisa  dirumuskan  dalam persamaan (9)
k s kondensasi L t P m ∆ = ∆ . (9)
dengan P s = daya kalor yang dievakuasi sungkup ke lingkungan pada saat t (W) L k = kalor laten kondensasi  (J/Kg)
Pada kondisi tekanan yang sama, nilai kalor laten kondensasi sama dengan kalor laten pendidihan.
Temperatur campuran dari dua gas yang berbeda temperatur dalam suatu ruangan bisa dihitung dengan menerapkan azas Black, yaitu kalor yang diberikan oleh gas yang temperaturnya lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh gas yang temperaturnya lebih rendah. Dari azas ini dapat diperoleh nilai temperatur campuran seperti dirumuskan dalam persamaan (10)
2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 . . . . P P P P campuran c m c m T c m T c m T + + =
(10)
dengan T 1 = Temperatur gas ke-1 (K) m 1 =massa gas  ke-1 (Kg) c P1 = panas jenis gas ke-1 (J/Kg.K) T 2 = Temperatur gas ke-2 (K) m 2 =massa gas  ke-2 (Kg) c P2 = panas jenis gas ke-2 (J/Kg.K)

## METODOLOGI
Metode  yang  digunakan  dalam  menentukan  parameter  termal  sungkup  sebagai  fungsi  waktu adalah  menggunakan  metode  analitik  dengan  mengkombinasikan  persamaan-persamaan  dasar termodinamika dan perpindahan kalor dengan persamaan-persamaan empiris hasil-hasil penelitian dari literatur. Pendekatan yang digunakan dalam metode ini adalah:
• Parameter  termal  maupun  fisis  dalam  ruang  sungkup  diasumsikan  homogen  sehingga  bukan merupakan fungsi ruang. Terkait dengan hasil penelitian Yu et al. [14] yang mengatakan bahwa di dalam sungkup terjadi stratifikasi termal, nilai parameter dalam asumsi homogen ini bisa diartikan sebagai nilai rata-rata parameter di dalam sungkup.
• Parameter  fisis  dalam  ruang  sungkup  konstan  dalam  setiap  step  waktu  tertentu  dan  merupakan fungsi temperatur.
• Diasumsikan  tidak  terjadi  reaksi  eksotermal  dari  uap  dengan  struktur,  sistem  dan  komponen  di dalam sungkup yang bisa menimbulkan sumber energi baru.
• Uap air dan udara di dalam sungkup diasumsikan sebagai gas ideal sehingga memenuhi persamaan gas ideal.
Selanjutnya,  tata  kerja  investigasi  parameter  termal  sungkup  disusun  dalam  diagram  alir  pada Gambar 2 dengan tahapan proses dijelaskan sebagai berikut:
a. Proses perhitungan dimulai dengan mengambilan data penting yang diperlukan, yaitu:
- Data  geometri  mencakup  volume  CMT,  volume  IRWST,  volume  bebas  ruang  sungkup, tebal  dinding  sungkup,  lebar  celah  sungkup.  Data  geometri  terkait  dari  reaktor  AP1000 diberikan pada Tabel 1.
- Data sifat fisis, baik untuk air, uap, maupun udara serta dinding sungkup yang  mencakup massa  jenis,  panas  jenis,  konduktivitas,  kalor  laten  pendidihan  atau  pengembunan, viskositas, koefisien ekspansi.
- Data  parameter  termal  mencakup  temperatur  udara,  temperatur  awal  sungkup,  temperatur awal air pendingin di CMT dan IRWST, tekanan awal sungkup, kelembaban udara.
Tabel 1. Data geometri terkait AP1000 [3,11] No. Parameter Nilai 1 Volume ruang sungkup (m 3 ) 58300 2 Volume air di IRWST (m 3 ) 2100 3 Volume air di PCCWST (m 3 ) 3000 4 Volume air di 2 CMT(m 3 ) 140 5 Tebal dinding sungkup bagian dalam (m) 0,0444 6 Tinggi sungkup (m) 65,634 7 Diameter sungkup dalam (m) 39,624
Gambar 2. Diagram alir proses perhitungan transien parameter termal sungkup
Perhitungan waktu awal sungkup mulai terisi uap (pers.5)
Data Input: geometri, termal,  fisis Mulai Perhitungan kalor peluruhan (pers.1) Perhitungan perubahan massa uap (pers 7,8,9)
Sub-program perhitungan daya evakuasi sungkup Perhitungan transien tekanan temperatur dan daya sungkup
(pers 6,10)
t=t+ ∆ t t>72 jam? Selesai tidak ya Sub-program sifat fisis
b. Proses  perhitungan  waktu  yang  diperlukan  untuk  tercapainya  temperatur  didih  air  di  IRWST sejak  reaktor  padam.  Waktu  yang  diperlukan  ini  merupakan  faktor  penting  yang  menentukan karena  pada  saat  itulah  tekanan  sungkup  baru  mulai  naik.  Semakin  lama  waktu  tersebut, semakin kecil kalor peluruhan dari reaktor sehingga akan semakin kecil pula produksi uap yang dihasilkan.  Perhitungan  waktu  ini  dilakukan  dengan  memecahkan  persamaan  (5)  dengan metode iteratif.
c. Proses  perhitungan  kenaikan  efektif  massa  uap  dalam  setiap  step  waktu  yang  dihitung berdasarkan  kenaikan  produksi  uap  dikurangi  dengan  kondensasi  uap  di  dinding  dalam sungkup.  Untuk  produksi  uap  dihitung  dengan  persamaan  (8)  dan  untuk  kondensasi  dihitung dengan persamaan (9). Daya untuk produksi uap dihitung dari daya peluruhan pada setiap step waktu    sedangkan  daya  untuk  kondensasi  dihitung  menggunakan  program  perhitungan evakuasi  kalor  dari  sungkup  yang  telah  dikembangkan  melalui  penelitian  sebelumnya  [7]. Dalam  hal  ini  moda  pendinginan  eksternal  sungkup  bisa  hanya  melalui  konveksi  alamiah dengan celah udara berdasarkan efek cerobong, atau bersama dengan guyuran air di permukaan atas  sungkup  oleh  sistem  pendinginan  sungkup  secara  pasif.  Sistem  proteksi  reaktor  AP1000 telah  diatur  sedemikian  sehingga  pendinginan  melalui  guyuran  air  baru  diberikan  setelah tekanan sungkup mencapai 1,7 bar. Sesuai dengan tujuan penelitian, pengaturan batas tekanan tersebut  divariasikan  dengan  nilai-nilai  berikut:  1,7  bar,  2,5  bar, 3  bar,  3,5 bar,  4  bar,  4,5  bar dan 5 bar.
d. Selanjutnya  dilakukan  perhitungan  tekanan  dan  temperatur  menggunakan  persamaan  (6)  dan (10) dalam setiap step waktu. Dalam hal ini, baik uap maupun udara diasumsikan sebagai gas ideal yang bisa bercampur dengan sempurna. Massa udara di dalam sungkup diasumsikan tetap sepanjang waktu yang ditinjau, yaitu 72 jam, yang merupakan perkiraan  waktu habisnya air di PCCWST.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil perhitungan daya kalor yang dievakuasi oleh sistem pendingin eksternal sungkup pada set- point tekanan berbeda (1,7 bar, 2,5 bar, 3 bar, 3,5 bar, 4 bar, 4,5 bar dan 5 bar) sebagai fungsi waktu dibandingkan dengan daya kalor peluruhan ditunjukkan pada gambar 3. Terlihat dari hasil ini bahwa daya  evakuasi  sungkup  baru  mulai  ada  pada  sekitar  9  jam  setelah  reaktor  padam  dimana  uap  hasil pendidihan  air  di  IRWST  mulai  memasuki  sungkup.  Ini  berarti  ada  tenggang  waktu  sekitar  9  jam sebelum  kejadian  SBO  mulai  berdampak  pada  sungkup.  Waktu  tersebut  merupakan  penjumlahan waktu pemanasan air di kedua CMT dari temperatur dingin ke temperatur rata-rata pendingin primer dan pemanasan air di IRWST hingga mencapai titik didihnya.
Gambar 3. Pengaruh set-point tekanan terhadap transien daya evakuasi sungkup Pembandingan  kurva  antara  daya  evakuasi  sungkup  dan  daya  kalor  peluruhan  menunjukkan adanya perpotongan kurva di sekitar 25 jam untuk set-point tekanan sesuai desain yaitu 1,7 bar, waktu perpotongan ini semakin awal ketika set-point tekanan diperbesar. Sebelum titik potong tersebut, daya kalor  peluruhan  menunjukkan  nilai  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  daya  evakuasi  sungkup,  tetapi setelah  itu  berbalik  daya  evakuasi  sungkup  yang  lebih  tinggi.  Dengan  lebih  tingginya  daya  kalor peluruhan,  berarti  produksi  uap  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  kondensasinya  sehingga  secara efektif  terjadi  penambahan  uap  sebagai  fungsi  waktu  yang  akan  menyebabkan  naiknya  tekanan  dan temperatur sungkup. Sebaliknya, ketika daya evakuasi melebihi daya kalor peluruhan, laju kehilangan uap karena terkondensasi melampaui laju produksi uap akibat kalor peluruhan. Hal ini menyebabkan laju menambahan uap bernilai negatif atau jumlah uap menurun sehingga tekanan sungkup menurun. Laju  perubahan  tekanan  sungkup  dalam  hal  ini  sebanding  dengan  perbedaan  nilai  daya  kalor  antara kalor  peluruhan  dan  kalor  evakuasi  sungkup.  Hal  ini  dapat  ditunjukkan  pada  Gambar  4  yang memberikan  transien  tekanan  absolut  sungkup  dalam  72  jam  untuk  beberapa  nilai  set-point  tekanan awal pengguyuran.
Untuk set-point tekanan sesuai yang digunakan di sistem proteksi AP1000, yaitu 1,7 bar, maka laju kenaikan tekanan mulai berkurang di tekanan sebesarnilai set-point tersebut dan mencapai puncak tekanan  sebesar  3,5  bar  di  sekitar  25  jam,  sehingga  sungkup  bisa  dikatakan  masih  aman  mengingat tekanan desainnya sebesar 5,08 bar absolut. Ketika nilai set-point dinaikkan mulai dari 2,5 bar hingga 5  bar  dengan  kenaikan  sebesar  0,5  bar,  maka  terlihat  bahwa  nilai  puncak  tekanan  semakin  tinggi. Selain itu, tercapainya tekanan maksimum tersebut terjadi lebih cepat sesuai dengan bergesernya titik potong kurva daya kalor ke waktu yang lebih awal. Sampai dengan set-point tekanan sebesar 4,5 bar, nilai  tekanan  puncak  masih  lebih  tinggi  dibandingkan  nilai  set-point,  namun  di  atas  4,5  bar,  nilai maksimum tekanan sama dengan nilai set-point nya. Hal ini disebabkan karena ketika tekanan sungkup mencapai  5  bar,  daya  kalor  evakuasi  sudah  melampaui  daya  kalor  peluruhan  (Gambar  3),  sehingga pengguyuran langsung berdampak pada penurunan tekanan sungkup.
0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Kalor Peluruhan dan Kalor Evakuasi Waktu (jam) Daya peluruhan setpoint 5 bar Daya evakuasi 3,5 bar 4 bar 4,5 bar 2,5 bar 3 bar 1,7 bar Daya Kalor (MW)
Gambar 4. Pengaruh set-point tekanan terhadap transien tekanan sungkup
Untuk  masing-masing  kurva  juga  bisa  diamati  bahwa  ketika  pengguyuran  dengan  air  belum dilakukan,  laju  kenaikan  tekanan  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  setelah  pengguyuran.  Laju kenaikan tekanan tersebut sedikit berkurang dengan naiknya set-point tekanan. Hal ini disebabkan nilai koefisien  perpindahan  kalor  sebelum  pengguyuran  dilakukan  masih  sepenuhnya  disebabkan  oleh pendinginan konveksi alamiah udara di celah sungkup dengan koefisien perpindahan kalor meningkat secara  tidak  signifikan  dengan  naiknya  temperatur.  Berbeda  dengan  ketika  pengguyuran  telah dilakukan, pengaruh temperatur dinding luar sungkup sangat signifikan mempengaruhi besar koefisien perpindahan  kalornya,  terutama  akibat  penguapan.  Semakin  tinggi  temperatur,  yang  berarti  juga semakin tinggi tekanan, maka daya kalor evakuasi juga semakin tinggi, sehingga laju kenaikan tekanan berkurang.
Pola  transien  temperatur  sungkup  serupa  dengan  pola  transien  tekanan  sungkup  yang ditunjukkan pada Gambar 5 dengan adanya temperatur puncak untuk setiap set-point tekanan berbeda. Nilai temperatur maksimum yang dicapai bervariasi mulai dari 117 ° C pada set-point tekanan sesuai sistem proteksi AP1000 yaitu 1,7 bar, hingga sebesar 125 ° C pada nilai set-point 5 bar. Laju kenaikan temperatur sebelum  pengguyuran  menunjukkan tren  yang  menurun,  walaupun tidak  signifikan,  yang disebabkan oleh bertambahnya koefisien perpindahan kalor di celah udara dengan naiknya temperatur.
10 20 30
40 50 60 70 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 x 10 5 Transien Tekanan Sungkup Waktu (jam) 2,5 bar 1,7 bar 3 bar 4 bar 4,5 bar 5 bar 3,5 bar Tekanan(Pa)
Gambar 5. Pengaruh set-point tekanan terhadap transien temperatur sungkup
Sebagai  bahan  pembandingan,  pada  Gambar  6  ditunjukkan  hasil  analisis  transien  tekanan sungkup AP1000 selama 3 hari (72 jam) untuk kondisi kecelakaan LOCA pada lengan dingin (Double- Ended  Cold  Leg  Guillotine,  DECLG)  yang  dihitung  dengan  Code  komputer  SATAN-VI  [15].  Pada Gambar 7 ditampilkan hasil perhitungan transien tekanan sungkup dengan program berbasis Matlab-07 untuk  kecelakaan  SBO  dari  penelitian  ini  (satuan  tekanan  disamakan  dengan  Gambar  6  untuk memudahkan  pembandingan,  yaitu  dalam  psig).  Kedua  kurva  transien  tekanan  tersebut  jelas menunjukkan pola yang berbeda satu sama lain. Pada kecelakaan LOCA besar, air primer panas yang dikeluarkan dengan cepat berubah wujud menjadi uap dan langsung mengisi ruang sungkup sehingga tekanan  sungkup  naik  dengan  cepat  dan  turun  kembali  seiring  dengan  dilakukannya  pengguyuran. Bertahannya  tekanan  sungkup  di  atas  20  psig  disebabkan  karena  adanya  produksi  uap  yang  terus berlangsungdengan  adanya  kalor  peluruhan.  Jadi  dalam  peristiwa  LOCA  besar,  uap  dalam  sungkup diproduksi  oleh  dua  macam  energi,  yaitu  oleh  entalpi  tinggi  dari  air  panas  lanjut  yang  keluar  dari lobang bocor, dan selanjutnya diproduksi oleh kalor peluruhan.
Gambar 6. AP1000 DECLG long-term LOCA (SATAN-VI code [16] )
Gambar 7. AP1000 Station Black Out (Matlab- 07)
Sangat  berbeda  dengan  kecelakaan  LOCA  yang  langsung  berdampak  menaikkan  tekanan sungkup,  pada  peristiwa  SBO  tekanan  baru  naik  ketika  pendidihan  di  IRWST  telah  dimulai.  Waktu pencapaian  kondisi  ini  relatif  lama  karena  terlebih  dahulu  harus  memanaskan  air  di  CMT  dan dilanjutkan  dengan  air  di  IRWST.  Berbeda dengan peristiwa LOCA  yang  menggunakan entalpi  dan
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 10 20 30 40 50 60 Waktu (hari) T e k a n a n (P s ig ) 10 20 30 40 50 60 70 90 95 100 105 110 115 120 125 130 Transien Temperatur Sungkup Waktu (jam) 5 bar 3 bar 1,7 bar 2,5 bar 3,5 bar 4 bar 4,5 bar Temperatur (C)
kalor  peluruhan  sebagai  sumber  energi  pemproduksi  uap,  sumber  energi  untuk  pemanasan  tersebut pada  peristiwa  SBO  hanya  dari  kalor  peluruhan  saja.  Jadi  sangat  wajar  jika  capaian  tekanan  dari peristiwa LOCA lebih tinggi dibandingkan dengan SBO.

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pengaruh set-point tekanan untuk dimulainya pendinginan sungkup dengan pengguyuran air terhadap tekanan maksimum yang bisa dicapai sangat signifikan.  Semakin  tinggi  set-point  tekanan,  atau  dengan  kata  lain  semakin  ditunda  pengguyuran, tekanan dan temperatur maksimum yang dihasilkan akan semakin tinggi dan waktu pencapaian nilai maksimum  yang semakin cepat. Dengan variasi set-point tekanan dari 1,7 bar hingga 5 bar, tekanan maksimum yang dicapai juga bervariasi dari 3,5 bar hingga 5 bar dan temperatur maksimum bervariasi dari  117 ° C  hingga  125 ° C.  Jika  dibandingkan  dengan  kecelakaan  LOCA  besar  seperti  DECLG, kecelakaan  yang  dipicu  oleh  SBO  berlangsung  lebih  lambat  dalam  proses  kenaikan  tekanan  dan temperatur. Besar tekanan maksimum yang dicapai juga lebih rendah dibandingkan kecelakaan LOCA besar.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  ditujukan  untuk  Andi  Sofrany  Ekariansyah  yang  berpengalaman  dalam analisis kecelakaan reaktor AP1000 menggunakan RELAP5,  atas kesediaannya untuk berdiskusi dan memberikan  saran  pertimbangan  terkait  dampak  kecelakaan  baik  LOCA  maupun  SBO  terhadap karakteristik  parameter  termal  dari  sungkup  reaktor  AP1000  yang  banyak  memberikan  nilai  tambah dalam penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Jun  Wang,  Wenxi  Tian,  Yapei  Zhang,  Lie  Chen,  Longze  Li,  Luteng  Zhang,  Yukun  Zhou, Guanghui  Su,  Suizheng  Qiu.  The  Development  of  Module  In-Vessel  Degraded  Severe Accident Analysis Code MIDAC and the Relevant Research for CPR1000 during the Station Blackout Scenario. Progress in Nuclear Energy 76 (2014) 44-54.
2. Soon  Heung  Chang,  Sang  Ho  Kim,  Jae  Young  Choi.  Design  of  Integrated  Passive  Safety System (IPSS) for ultimate passive safety of nuclear power plants. Nuclear Engineering and Design 260 (2013) 104–120.
3. Westinghouse Non-Proprietary Class 3. Westinghouse AP1000 Nuclear Power Plant Coping with Station Blackout, April 2011.
4. YE Cheng, ZHENG Mingguang, WANG Yong, QIU Zhongming. Study on the Long-Term Passive Cooling Extension of AP1000 Reactor. Nuclear Science and Techniques 24 (2013) 040601.
5. Mukesh Kumar, A K Nayak, V Jain, P K Vijayan, And K K Vaze. Managing a Prolonged Station  Blackout  Condition  in  AHWR  by  Passive  Means.  Nuclear  Engineering  and Technology, Vol. 45 No. 5 October 2013.
6. Andrija Volkanovski, Andrej Proˇsek. Extension of Station Blackout Coping Capability and Implications on Nuclear Safety. Nuclear Engineering and Design 255 (2013) 16– 27.
7. Hendro  Tjahjono.  Optimasi  Pendinginan  Eksternal  pada  Model  Sungkup  PWR-1000 menggunakan  Metode  Estimasi  Analitik.  Jurnal  Teknologi  Reaktor  Nuklir  Tri  Dasa  Mega, Volume 16, Nomor 2, Juni 2014.
8. Hendro  Tjahjono.  Analisis  Transien  Parameter  Termal  Droplet  dalam  Menara  Pendingin PLTN. Jurnal Teknologi Reaktor Nuklir Tri Dasa Mega, Vol.11 No. 03, Oktober 2009.
9. Wang  Yan.    Analysis  Model  for  the  Passive  Containment  Cooling  System,    Journal  of Convergence Information Technology(JCIT) Volume 7, Number 13, July 2012.
10. Wang  Yan.  Preliminary  Study  for  the  Passive  Containment  Cooling  Analysis  of  the Advanced PWR, Energy Procedia 39 ( 2013 ) 240 – 247.
11. Farzad  Choobdar  Rahim.  Analysis  of  Containment  Volume  Effect  on  the  Pressure  and Temperature during LOCA in the AP1000 Reactor Containment, IJNESE Volume 2, Issue 3 September 2012, pp. 92-96.
12. Andi  Sofrany  Ekariansyah,  Susyadi,  Surip  Widodo.  Pemodelan  Sistem  Pendinginan Sungkup  secara  Pasif  menggunakan  RELAP5.  Jurnal  Teknologi  Reaktor  Nuklir  Tri  Dasa Mega, Vol. 14 No.3 Oktober 2012, pp. 137-145.
13. M.  Ragheb.  Decay  Heat  Generation  in  Fission  Reactors. www.ewp.rpi.edu ,  Univercity  of Illinois, Ragheb-Ch8-2011.
14. Yu  Yu,  Fenglei  Niu,  Shengfei  Wang,  Yingqiu  Hu.  One-Dimensional  Model  For Containment  In  AP1000  Nuclear  Power  Plant  Based  on  Thermal  Stratification.  Applied Thermal Engineering 70 (2014) 25-32.
15. Westinghouse  Electric  Co.  AP1000  European  Design  Control  Document,  Chapter  6: Engineered Safety Features. EPS-GW-GL-700 Revision 0, 2009.