## PEMETAAN DISTRIBUSI SUHU DAN DNBR PADA PERANGKAT BAHAN BAKAR AP1000-EU
Muh. Darwis Isnaini Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN
Diterima editor 12 April 2010 Disetujui untuk dipublikasi 20 Mei 2010
ABSTRAK PEMETAAN  DISTRIBUSI  SUHU  DAN  DNBR  PADA  PERANGKAT  BAHAN  BAKAR AP1000-EU . Telah dilakukan suatu pemetaan distribusi suhu dan DNBR minimum pada perangkat bahan bakar AP1000-EU. Untuk meningkatkan kemampuan SDM dalam memahami desain PLTN, diperlukan  karakteristik  desain  yang  lengkap.  Dengan  latar  belakang  bahwa,  untuk  mendapatkan karakteristik  termohidrolika  yang  lengkap,  maka  tujuan  penelitian  ini  melakukan  pemetaan distribusi distribusi suhu meat bahan bakar, kelongsong, pendingin dan DNBR minimum serta fluks panas dari 1/8 perangkat bahan bakar AP1000-EU pada kondisi BOC daya penuh, xenon setimbang dan  batang  kendali  terangkat  dari  teras.  Dipilihnya  objek  desain  AP1000-EU  ini  karena  dokumen kontrol  desain  AP1000  buatan  Westinghouse  Amerika  Serikat  ini  sedang  dalam  proses  sertifikasi oleh badan  regulasi  Inggris  (negara  Eropa).  Desain  AP1000-EU  mempunyai  daya  termal  reaktor yang  sama  3400 MWt, jumlah  perangkat  bahan bakar  sama  157  buah,  tekanan  operasi  15,1 MPa. Perangkat  bahan  bakar  AP1000-EU  terdiri  atas  264 rod bahan  bakar  dengan  ukuran  diameter sebesar 0,95 cm dengan panjang 426,72 cm.  Perhitungan dilakukan dengan code COBRA-EN pada 1/8  perangkat bahan bakar  posisi  G-9  dengan  faktor daya  bervariasi  dari  1,124  sampai 1,396,  dan hasilnya  dibuat  peta  distribusi.  Dari  hasil  pemetaan  menunjukkan  bahwa  suhu  maksimum  tengah meat sebesar  1032,95 o
Kata kunci : Pemetaan, distribusi suhu, DNBR, AP1000-EU.
C  jauh  lebih  rendah  dibanding  batas  maksimum  desain,  dan  DNBR minimum 4,395 jauh lebih besar dibanding batas minimum desain. Hasil pemetaan distribusi suhu, DNBR  dan  fluks  panas  pada  kondisi  operasi  normal,  daya  penuh  pada  awal  siklus,  cukup  untuk menjawab peta distribusi di akhir siklus bahan bakar.
ABSTRACT THE  MAPPING  OF  DNBR  AND  TEMPERATURE  DISTRIBUTION  FOR  EU-AP1000’S FUEL ROD ASSEMBLY .  The mapping of DNBR and temperature distribution for EU-AP1000’s fuel  assembly  was  carried  out.  The  development of  the  human resources capability  to  understand the NPP design, requires comprehensive characteristic design. The background of this research, is that  in  order  to  find  the  comprehensive  NPP  characteristic  design,  to  carry  out  the thermalhydraulics  distribution  mapping  during  NPP  operation,  involving    the  coolant,  cladding and meat temperatures, DNBR and heat flux distribution for one eighth EU-AP1000 fuel assembly on  the  condition  of  near  beginning  of  life,  hot  full  power,  equilibrium  xenon  and  unrodded  core. The EU-AP1000 was chosen as a research object, because of the AP1000 originally was designed by  Westinghouse  US,  however  the  design  control  document  (DCD)  is  on  approval  process  by  UK regulatory  (representative  European  countries).  The  design  of  EU-AP1000  has  thermal  power  of 3400 MWt, the number of fuel assemblies of 157, operation pressure 15.1 MPa. Each EU-AP1000 fuel assembly consists of 264 fuel rods which has 0.95 cm rod diameter and 426.72 cm rod length. The  calculation  was  done  using  COBRA-EN code  for 1/8  of  fuel assembly  of  G-9  position,  which has variation rodwise power factor of 1.124 to 1.396, and then from the output was made be a map. The mapping result shows that the maximum meat temperature of 1032.95 o
Keywords: Mapping, DNBR, temperature distribution, EU-AP1000.
C was much lower than the maximum limit design, and the safety margin of minimum DNBR of 4.395 was much higher than the  minimum  limit  design.  The  heat  flux,  DNBR  and  temperature  distribution  mapping  result  on normal operation, hot full power and near beginning of life condition were sufficient to response to the distribution mapping ones on the end of life of fuel assembly.

## PENDAHULUAN
Salah  satu  cara  untuk  menambah  peran  partisipasi  nasional  (konten  dalam  negeri) untuk  mendukung  rencana  pemerintah  untuk  membangun  suatu  pembangkit  listrik  tenaga nuklir  (PLTN)  adalah  dengan  meningkatkan  kemampuan  sumber  daya  manusia  dalam memahami desain PLTN yang akan dipilih. Untuk dapat memahami desain lebih rinci, maka diperlukan  karakteristik  desain  yang  lengkap  dari  suatu  PLTN.  Salah  satu  karakteristik desain  yang harus dipahami adalah  yang berkaitan dengan karakteristik termohidrolika dari rod bahan bakar. Dengan latar belakang bahwa untuk mendapatkan karakteristik desain yang lengkap,  maka  perlu  dilakukan  pembuatan  peta  (pemetaan)  distribusi  sifat-sifat  fisika  yang berkaitan  dengan  kondisi  termohidrolika rod bahan  bakar  selama  PLTN  beroperasi. Pemetaan distribusi sifat termohidrolika ini sangat penting untuk dilakukan, agar pemerintah dan  masyarakat  lebih  mudah  dalam  memahami  karakteristik  desain  dengan  melihat  peta distribusi termohidrolika rod bahan bakar seperti suhu meat bahan bakar, suhu kelongsong, suhu pendingin, DNBR dan fluks panas
Dalam  rangka  untuk  menunjang  pemenuhan  kebutuhan  energi  yang  mencapai  100 GW[1]  di  tahun  2025,  pemerintah  Republik  Indonesia  berencana  membangun  PLTN. Sebagai  bahan  dalam  mengambil  keputusan  dalam  memilih  jenis  PLTN,  maka  perlu dilakukan review terhadap data teknis tersebut baik secara global maupun secara rinci. Dari ratusan  PLTN  yang  beroperasi  di  dunia,  yang  paling  banyak  adalah  jenis  reaktor  air  tekan (Pressurized Water Reactor–PWR). Dari desain PLTN jenis PWR yang ada di dunia, diambil salah satu desain yang ada untuk diambil sebagai objek penelitian  yakni desain AP1000-EU. Dipilihnya  desain  AP1000-EU  ini  sebagai  objek  penelitian  karena  desain  PLTN  jenis AP1000 orisinil yang dibuat Westinghouse Amerika Serikat ini, dokumen kontrol desainnya sedang disertifikasi oleh badan regulasi Inggris (negara Eropa). Pada Tabel 1 disajikan data teknis dari AP1000-EU.
Tabel 1. Data teknis desain AP1000-EU.[2]
Jenis PLTN AP1000-EU Desainer Westinghouse Daya Termal (MW) Laju alir efektif (kg/jam) Tekanan operasi (MPa) Suhu inlet pendingin ( o
Suhu outlet pendingin ( C) o 3400 C) 48,44 x 10
15,10 6 279,44 324,66 Diameter teras (cm) Tinggi teras (cm) 304,04 426,72 Desain perangkat bahan bakar Jumlah perangkat Tipe Ukuran perangkat (cm x cm)
Jumlah rod /perangkat Jarak antar pusat rod (cm)
Diameter rod (cm) Diameter pelet (cm) 157 17 x 17 21,40 x 21,40 264 1,26 0,950 0,819 Fluks panas rerata (kW/m 2 Fluks panas maksimum (kW/m ) 2 628,71 ) 1634,71
Pada penelitian sebelumnya [3] telah dilakukan analisis desain termohidrolika subkanal PWR1000 tipikal dengan menggunakan code Cobra IV-I, dengan diperoleh hasil antara lain suhu maksimum kelongsong berkisar antara 344,3 – 349,3 o C, suhu maksimum tengah meat berkisar  antara  1030,2  – 2103,3 o C  dan  DNBR  minimum  berkisar  antara  4,29  – 1,83. Penelitian lainnya[4] telah dilakukan verifikasi desain termohidrolika teras PWR1000 tipikal dengan code THAL, diperoleh hasil antara lain suhu maksimum pelat sebesar 346,64 o C dan suhu  maksimum meat sebesar  2037,06 o C  dengan  DNBR  minimum  1,45.  Sedangkan penelitian lainnya[5] telah dilakukan verifikasi desain geometri rod bahan bakar PWR 1000 tipikal  buatan  Mitsubishi  dan  Westinghouse  dengan code COBRA-EN,  dengan  diperoleh hasil suhu maksimum permukaan luar kelongsong berkisar antara 331,35 – 333,45 o C, suhu maksimum tengah meat berkisar antara 880,05 – 953,85 o C dan  DNBR minimum berkisar antara 5,461 – 4,835 untuk PWR 1000 tipikal Westinghouse. Adapun untuk desain terburuk diperoleh  suhu  maksimum  kelongsong  dan  tengah meat masing-masing  346,35 o C  dan 1710,5 o
Dari ketiga penelitian sebelumnya dapat dijelaskan bahwa code THAL menggunakan pemodelan 1 rod tunggal untuk perhitungan termohidrolika, sedangkan code Cobra IV-I dan COBRA-EN  menggunakan  pemodelan  banyak rod bahan  bakar.  Adapun  perbandingan antara code Cobra IV-I dan COBRA-EN yang dimiliki oleh PTRKN, disajikan pada Tabel 2.
C, dan DNBR minimum sebesar 2,207.
Tabel 2. Perbandingan pemodelan pada code Cobra IV-I dan COBRA-EN[3,4,5].
Code Cobra IV-I Code COBRA-EN x Dikembangkan dari Cobra 3C
x Dipakai untuk analisis sub kanal saja
x Dikembangkan dari Cobra 3C
x Dapat  dipakai  untuk  analisis  sub  kanal (beberapa rod dalam  perangkat  bahan bakar) dan analisis teras. x Mempunyai korelasi yang lebih lengkap dibanding Cobra IV-I
• Tingkat kerumitan Cobra IV-I terdapat pada pembuatan data geometri rod
(data masing-masing rod , luas sub kanal, perimeter basah dan panas, dan koneksi masing-masing sub kanal), data faktor kanal panas aksial dan radial dipisah.
• Sub kanal persegi dimodelkan menjadi 2 sub kanal berbentuk segitiga, tidak bisa dimodelkan langsung dengan persegi
• Tingkat kerumitan Cobra EN terdapat pada pembuatan distribusi daya linier masing-masing rod (daya linier x faktor aksial x faktor radial) mis. 45 rod dengan 42 aksial berarti ada 1800 data yang harus diinputkan, maka input file menjadi lebih banyak dibanding Cobra IV-I
• Sub kanal berbentuk persegi dapat dimodelkan langsung dengan sub kanal persegi, sesuai kondisi PWR.
• Korelasi DNBR (ada 2) x Korelasi B&W-2
x Korelasi W-3
• Korelasi DNBR (ada 7)
x Korelasi B&W-2
x
Korelasi W-3
x Korelasi EPRI
x Korelasi Macbeth (12 koefisien) x Korelasi Macbeth (6 koefisien)
x Korelasi Biasi x Korelasi Barnet dimodifikasi
Karena code COBRA-EN memiliki kelebihan di dalam pemodelan sub kanal dibanding code Cobra IV-I dan THAL, maka hasil perhitungan dengan code COBRA-EN lebih valid (lebih mendekati) dengan  data pada dokumen  desain. Oleh  sebab itu untuk ke depan  perhitungan analisis sub kanal dan analisis teras ditekankan untuk menggunakan code COBRA-EN. Penelitian  di dalam makalah  ini bertujuan  untuk membuat pemetaan  distribusi suhu maksimum  tengah meat, suhu  maksimum  kelongsong,  suhu outlet pendingin,  DNBR  dan fluks panas maksimum pada 1/8 perangkat bahan bakar AP1000-EU dengan menggunakan code COBRA-EN. Selain itu juga akan disajikan perbandingan hasil perhitungan untuk rod terpanas operasional dan rod untuk kondisi desain terburuk dari AP1000-EU.
TEORI
Code COBRA-EN [6] Code COBRA-EN  dikembangkan  dari  COBRA-3C  yaitu code untuk  analisis  sub kanal dan analisis teras. Selain dikembangkan menjadi COBRA-EN, code COBRA-3C juga dikembangkan  menjadi  COBRA-3C/MIT  (modul  termohidrolika  dari code kinetika  teras MEKIN),  COBRA-IV-I  (untuk  analisis  sub  kanal),  NORMA  (untuk  simulator  reaktivitas) dan  QUARK  (untuk  analisis  dinamika  teras),  semua code di  atas  digunakan  untuk perhitungan pada reaktor daya air ringan (jenis BWR dan PWR).
Gambar 1. (a) Gambar teras reaktor dan (b) perangkat bahan bakar AP1000-EU[2]
Sebagaimana lazimnya dalam seri code COBRA, analisis termohidrolika dikerjakan dalam  susunan  kanal  paralel  yang  dibatasi  dengan rod bahan  bakar  silinder  dan  celah terbuka. Arah aksial (sumbu z) diasumsikan paralel dengan kanal dan berorientasi dari aliran masuk  ke  keluar,  yang  secara  umum  vertikal  dan  mengalir  ke  atas  di  dalam  teras  reaktor daya air tekan (PWR), seperti terlihat pada Gambar 1 untuk reaktor AP1000-EU..
Beberapa persamaan yang digunakan di dalam code COBRA-EN, antara lain:
a. Konveksi paksa Satu Fase
Untuk kondisi aliran  turbulen  (konveksi  paksa  satu  fase) digunakan  korelasi  Dittus- Boelter:
¸¸ ¹ · ¨¨ © § h 0,4 0,8 T D k Pr 0,023Re h (1)
Sedangkan untuk aliran laminer:
h L D k 0 , 8 h
(2)
Dengan  bilangan  Nusselt  diasumsikan  sebesar  8,0.    Koefisien  perpindahan  panas  konveksi paksa satu fase merupakan nilai maksimum dari korelasi laminer dan turbulen:
HSPFC=max (hT, hL) (3) dengan,
k = konduktivitas  termal pendingin (W/m. o
Dh
C),
= diameter hidraulik ekuivalen (m),
Re = bilangan Reynolds (=GDh/ P ),
Pr = bilangan Prandtl (=Cp P /k), G = fluks massa pendingin (kg/m 2 P .s),
= viscositas dinamis (kg/m.s),
Cp = panas jenis (kJ/kg. o
Semua sifat dievaluasi untuk kondisi air atau uap pada suhu pendingin bulk. C)
b. Pendidihan inti subcooled dan saturasi
Korelasi Thom dituliskan sebagai:
2 sat w P/630 Thom T T e 05358 , 0 q"   (4)
P = tekanan sistem (KPa),
Tw = suhu permukaan rod bahan bakar ( o
Tsat C),
= suhu saturasi pendingin ( o Tb
C),
= suhu bulk pendingin ( o
q" C), = fluks panas pendingin (W/m 2
Opsi default dalam COBRA-EN untuk koefisien  perpindahan panas pendidihan  inti adalah jumlahan korelasi perpindahan panas konveksi paksa fase cair dan korelasi Thom:
).
HNB=HSPFC+q”Thom/(Tw-Tb)
(5)
Dalam bentuk fluks panas dituliskan sebagai:
2 sat w P/630 b w SPFC T T 0,05358e T T H q" ' atau 0 q" T T H T H T 0,05358e b sat SPFC w SPFC 2 w P/630 ' '
(6)
dengan ' Tw= Tw-Tsat.
c. Pendidihan transisi Digunakan korelasi Condie-Bengtson yang dimodifikasi, sebagai berikut:
sat w T T 2 1 1 TB T T e C q" sat w (7)
dengan,
sat CHF T T 2 1 sat CHF FB CHF 1 e T T q" q"
C (8)
q"CHF = fluks panas kritis (W/m 2 q"FB ),
= hFB(TCHF-Tsat)= fluks panas pendidihan pada suhu fluks panas
kritis (W/m 2
q"TB ), = fluks panas pendidihan transisi (W/m 2 Adapun untuk Tw=TCHF , maka ) q"TB=q"CHF-q"TB (9)
d. Korelasi Fluks Panas Kritis (CHF)
Terdapat  7  korelasi  fluks  panas  kritis  yang  dapat  digunakan  di  dalam  COBRA-EN, yaitu korelasi  BA&W-2,  W-3, EPRI, Macbeth  (12 koefisien), Macbeth  (6 koefisien), Biasi dan  Barnett dimodifikasi. Adapun  korelasi CHF  yang digunakan  di dalam desain  AP1000- EU adalah korelasi WRB-2M, meskipun juga disebut korelasi W-3 sebagai pembanding.
Gambar 2. Grafik fluks panas sebagai fungsi beda suhu kelongsong dan pendingin (skala semilogaritma) [2]
Secara  ringkas,  besarnya  nilai  koefisien  perpindahan  panas  dari  persamaan  yang digunakan  dirangkum  dalam  grafik  fluks  panas  sebagai  fungsi  beda  suhu  kelongsong  dan pendingin, seperti terlihat pada Gambar 2.

## TATA KERJA
Reaktor AP1000-EU mempunyai daya termal yang sama 3.400 MWt, teras tersusun atas 157 perangkat bahan bakar, dimana tiap perangkat tersusun  atas matriks 17 x 17 yang terdiri  dari  264  batang  bahan  bakar,  24  tabung  pengarah (guide  thimble) untuk  batang kendali,  dan  1  tabung  pengarah instrumentasi.  Data  spesifikasi  teknis  PWR  Tipikal  tertera pada Tabel 1.
Sebagai model dalam pemetaan distribusi suhu meat, kelongsong, pendingin, DNBR dan  fluks  panas  dipilih  sebuah  perangkat  bahan  bakar  PLTN  jenis  AP1000-EU  posisi  G-9 pada  kondisi  awal  siklus,  daya  penuh,  xenon  setimbang  dan  batang  kendali  di  luar  teras (unrodded  core) ,  dengan  distribusi  faktor  daya  seperti  tertera  pada  Gambar  3a.  Sebagai bahan  perhitungan  dengan  menggunakan code COBRA-EN,  diambil  1/8  bagian  perangkat bahan  bakar  yang  merupakan rod bahan  bakar  dengan  nilai  faktor  daya  bervariasi  antara 1,124 sampai 1,396 pada operasi normal, dan dimodelkan seperti pada Gambar 3b.
Gambar 3. (a). Distribusi faktor daya rod bahan bakar di dalam ½ perangkat bahan bakar posisi G-9 (kiri) dan (b). Model perhitungan 1/8 perangkat bahan bakar dengan code COBRA-EN (kanan).
Namun  sebagai  langkah  awal,  terlebih  dahulu  akan  dilakukan  validasi  desain AP1000-EU  dengan  menggunakan code COBRA-EN,  yakni  kondisi  di  mana  terjadi penarikan batang kendali di salah satu posisi yang tidak diimbangi dengan penarikan batang kendali di posisi lain, sehingga menyebabkan faktor daya  meningkat sampai 2,60. Meskipun hal itu biasanya di dalam desain  sudah  dilengkapi pengaman otomatis,  yakni begitu terjadi penarikan batang kendali yang tidak seimbang  sebagai batasan desain, maka secara otomatis batang  kendali  tersebut  akan  turun  atau  reaktor  langsung  padam (scram). Meskipun demikian,  desain  untuk  kondisi  terburuk  tersebut  biasanya  dijadikan  sebagai  batas  desain yang dituliskan di dalam dokumen kontrol desain[2].
Perhitungan dilakukan dengan menggunakan code COBRA-EN untuk kondisi steady state .    Dalam  melakukan  analisis  desain  termohidrolika,  digunakan  batasan  keselamatan sebagaimana spesifikasi teknis umum dari AP1000-EU, antara lain :
a. Marjin keselamatan terhadap pelepasan pendidihan inti (DNBR) minimum harus lebih besar dari 2,80 (korelasi WRB-2).
b. Suhu maksimum pusat meat bahan bakar sekitar 1800 o C, sehingga memberikan marjin yang  cukup terhadap suhu pelelehan bahan bakar 2594 o C.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  perhitungan  untuk  kondisi  desain  ekstrim  yakni  kondisi  yang  diakibatkan ketidakseimbangan  posisi  batang  kendali,  sehingga rod mencapai  faktor  daya  F Q
Tabel 3. Hasil validasi termohidrolika untuk AP1000-EU.
sebesar 2,60 dengan data teknis masukan seperti pada Tabel 1, disajikan pada Tabel 3.
AP1000-EU Desain COBRA-EN Deviasi Data masukan : Daya reaktor (MW)
Laju alir efektif (kg/j) Suhu inlet pendingin ( o Faktor daya, F C) Q 3400 48,44 x 10 279,44 6 2,60 3400 48,44 x 10 279,44 6 2,60
Hasil : Suhu maksimum T ( o
 Tengah meat
C)
 Permukaan meat
 Kelongsong bagian dalam
 Kelongsong bagian luar
 Pendingin keluar kanal - - - - 324,66 1645,2 612,1 422,5 346,4 326,8 - - - - 0,66% Kecepatan massa (kg/m 2 3458,33 .s) 3454,73 -0,10% Fluks panas rerata q” (kW/m 2 Fluks panas maksimum q” (kW/m ) 2 628,71 ) 1634,71 627,35 1631,10 -0,22% -0,22% Koef.hantaran panas h (W/m 2 - .K) 36855,68 - DNBR minimum 2,80 (WRB-2M) 2,356 (W-3) -
Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa deviasi antara data desain dengan hasil perhitungan dengan code COBRA-EN pada suhu pendingin keluar kanal, kecepatan massa pendingin dan fluks panas, diperoleh perbedaan dalam rentang kurang dari 1 %. Adapun data suhu meat dan kelongsong, serta koefisein hantaran panas tidak ditampilkan pada dokumen data desain.
Adapun  nilai  DNBR  minimum  yang  berbeda,  pada  data  desain  ditetapkan  2,80 (korelasi  WRB-2M)  sedangkan  hasil  perhitungan  dengan  COBRA-EN  sebesar  2,356 (korelasi W-3), hal ini dikarenakan penggunaan korelasi perhitungan fluks panas kritis yang berbeda.  Di  dalam  dokumen  desain,  meski  disebut  dapat  digunakan  korelasi  W-3,  tetapi dalam  kenyataannya  yang  digunakan  dalam  desain  adalah  korelasi  WRB-2M,  di  mana korelasi WRB-2M tersebut tidak terdapat di dalam code COBRA-EN. Karena nilai DNBR minimum  tidak  dapat  dibandingkan  secara  langsung,  namun  jika  dilihat  dari  besaran  nilai masing-masing  DNBR  minimum  yang  dihitung  pada  kondisi  yang  sama,  maka  dapat dikatakan bahwa nilai DNBR korelasi W-3 lebih konservatif dibanding nilai DNBR korelasi WRB-2M.
Dari perbandingan nilai antara hasil desain dengan hasil perhitungan termohidrolika dengan code COBRA-EN  yang  memiliki  deviasi  kurang  dari  1 %  tersebut,  hal  ini menunjukkan, bahwa model dan hasil perhitungan menggunakan code COBRA-EN terhadap data desain AP1000-EU sudah valid.
Adapun  hasil  pemetaan  distribusi  suhu  maksimum  tengah meat, suhu  kelongsong, suhu outlet pendingin,  DNBR  minimum  dan  fluks  panas  maksimum  untuk  masing-masing rod di  dalam  1/8  perangkat  bahan  bakar  AP1000-EU  posisi  G-9  pada  kondisi  awal  siklus, daya penuh, Xenon setimbang dan batang kendali teras diangkat, dengan variasi faktor daya 1,124 – 1,396, disajikan pada Gambar 4.
1,124 890,7 349,5 321,9 5,466 705,14 1,165 912,3 351,1 322,1 5,272 730,86 1,134 896,1 350,0
322,0 5,417 711,41 1,252 957,5 353,4
322,3 4,902 786,07 1,198 929,5 352,1 322,3 5,127 751,56 1,157 908,2 350,9 322,2 5,309 725,84
0,000
- 321,3
321,2 - - 1,306 984,5 354,6 322,2 4,704 819,31 1,222 941,8 352,9 322,4 5,026 766,62 1,169 914,5 351,4 322,4 5,254 733,37
1,371
1018,7
357,1
321,5 4,480 860,09 1,372 1018,6 356,5 321,1 4,477 860,72 1,333 998,2 355,1 322,0 4,609 836,25 1,244 952,8 353,2 322,4 4,937 780,42 1,176 918,1 351,6 322,4 5,223 737,76
0,000
- 322,8
322,5 - - 1,378 1022,7 357,8 322,5 4,456 864,49 1,363 1014,5 356,9 321,3 4,505 855,07 0,000 - 321,6 321,3 - - 1,269 965,5 353,6 322,2 4,841 796,10 1,180 920,2 351,7 322,4 5,205 740,27 1,361 1015,2 358,6 323,2 4,507 853,82 1,381 1025,4 358,6 322,8 4,440 866,99 1,347 1007,4 357,6 323,1 4,556 845,03 1,328 997,2 356,6 321,9 4,622 833,12 1,323 993,7 355,6 321,5 4,642 829,98 1,252 957,1 353,6 322,3 4,906 785,44 1,180 920,3 351,8 322,5 5,205 740,27 1,364 1016,9 358,9 324,7 4,497 855,70 1,361 1015,2 358,7 324,1 4,507 853,82 1,381 1025,0 358,7 323,8 4,444 866,36 1,344 1006,0 357,7 323,7 4,567 843,15 1,325 995,8 356,7 322,8 4,632 831,23 1,318 991,2 355,5 322,4 4,659 826,84 1,249 955,6 353,5 322,6 4,917 783,56 1,179 919,8 351,9 322,6 5,209 739,64 0,000 - 323,8 323,7 0,00 0,00 1,396 1033,0 359,5 324,4 4,395 875,78 1,393 1031,4 359,3 323,5 4,405 873,89 0,000 - 323,3 323,1 - - 1,375 1021,6 358,2 323,5 4,464 862,60 1,354 1010,4 357,1 322,2 4,534 849,43 0,000 - 322,0 321,7 - - 1,271 966,6 353,9 322,4 4,833 797,36 1,184 922,3 351,9 322,6 5,187 742,78
Keterangan : F
Tm m Q Tc m,a Tf o DNBR q” maks : Faktor daya rod bahan bakar : Temperatur maksimum tengah meat bahan bakar, o : Rata-rata temperatur maksimum kelongsong,
C
o
: Temperatur pendingin keluaran kanal,
C o
: Marjin keselamatan DNBR minimum C
: Fluks kalor maksimum, kW/m 2
Gambar 4.  Peta distribusi faktor daya, suhu,  DNBR minimum dan fluks panas maksimum perangkat bahan bakar pada operasi daya nominal.
Dari  Gambar  4, hasil  pemetaan  distribusi  faktor  daya,  suhu,    DNBR  minimum  dan fluks  panas  maksimum  perangkat  bahan  bakar  AP1000-EU  posisi  G-9  pada  operasi  daya nominal,  hasil  perhitungan  dengan  COBRA-EN  pada  variasi  faktor  daya  1,124  – 1,396, dapat dilihat bahwa pada rod bahan bakar diperoleh: x Suhu pendingin keluar kanal bervariasi antara 321,14 – 324,68 o x Suhu  maksimum  permukaan luar  kelongsong  bervariasi antara  334,45 – 340,35 C.
o C, sedangkan suhu permukaan 6 tabung pengarah bervariasi antara 321,55 – 323,75 o C hampir sama dengan suhu pendingin, hal ini dikarenakan pada tabung pengarah tidak ada  pembangkitan  panas  karena  tidak  ada  bahan  bakar  di  dalamnya.  Adapun  suhu maksimum permukaan dalam kelongsong bervariasi antara 364,55 – 378,65 o x Suhu maksimum permukaan meat bahan  bakar bervariasi antara 444,35 – 478,25 C o C, sedangkan suhu maksimum tengah meat bervariasi antara 890,65 – 1032,95 o x
Fluks  panas  bervariasi  antara  705,14  – 875,78  kW/m C. 2
x DNBR minimum menggunakan korelasi W-3 bervariasi antara 5,486 – 4,395.
,  sedangkan  daya  linier maksimum bervariasi antara 21,04 – 26,14 kW/m.
Jika  dibandingkan  antara  hasil  pemetaan  distribusi  suhu,  DNBR  dan  fluks  panas dengan batasan desain AP1000-EU, diperoleh bahwa: x Nilai  suhu maksimum tengah meat pada  kondisi  operasi normal  sebesar  1032,95 o C jauh  lebih  kecil  dibanding  suhu  maksimum  dalam  batas  desain  1800 o
x Secara umum perhitungan pada kondisi operasi normal, daya penuh pada awal siklus sudah mencukupi untuk menjawab peta distribusi suhu meat , kelongsong dan merjin keselamatan DNBR, karena pada kondisi awal siklus mempunyai variasi faktor daya yang  tinggi  yakni  1,124  – 1,396  dibanding  dengan  kondisi  operasi  normal,  daya penuh  pada  akhir  siklus  yang  mempunyai  variasi  faktor  daya  sebesar  0,930  – 1,029[2]. Pada kondisi faktor daya yang lebih rendah, maka secara perhitungan akan diperoleh  suhu  maksimum  tengah meat dan  kelongsong  yang  lebih  rendah  pula, sebaliknya DNBR nya akan menjadi lebih tinggi.
C,  demikian juga  DNBR  minimum  jauh  lebih  besar  dibanding  batas  desain  2,80.  Hal  ini menunjukkan bahwa pada kondisi operasi normal daya penuh, perangkat bahan bakar AP1000-EU  memiliki  tingkat  keselamatan  yang  tinggi,  dan  cukup  untuk mengantisipasi kondisi desain yang buruk.

## KESIMPULAN
Dari hasil pemetaan  distribusi suhu dan DNBR pada perangkat AP1000-EU dengan menggunakan code COBRA-EN dapat disimpulkan bahwa:
 Perhitungan untuk data desain pada kondisi ekstrim diperoleh perbedaan kurang dari 1%,  hal  ini  menunjukkan  model  dan  hasil  perhitungan  dengan code COBRA-EN terhadap data desain AP1000-EU sudah valid.
 Marjin  keselamatan  terhadap  DNBR  dengan  korelasi  W-3  memberikan  hasil  yang lebih konservatif dibanding data desain yang menggunakan korelasi WRB-2.
 Hasil pemetaan distribusi suhu, DNBR dan fluks panas pada perangkat bahan bakar AP1000-EU menunjukkan bahwa nilai suhu maksimum tengah meat dan fluks panas maksimum  jauh  lebih  kecil  dibanding  batas  maksimum  desain,  sedangkan  DNBR minimum jauh lebih besar dibanding batas minimum desain.
 Hasil pemetaan distribusi suhu, DNBR dan fluks panas pada kondisi operasi normal, daya penuh pada awal siklus, cukup untuk menjawab peta distribusi di akhir siklus.

## DAFTAR PUSTAKA
1. PPEN – BATAN. Energi alternatif ramah lingkungan dan ekonomis di masa depan.
Presentasi kebijakan energi PIE-DESDM. Jakarta; September 2003.
2. http://www.ukap1000application.com/doc_pdf_library.aspx
3. Muh. Darwis Isnaini. Analisis desain termohidrolika sub kanal pada 24 batang bahan bakar  PWR-1000. Prosiding  Seminar  Teknologi  Keselamatan  PLTN  dan  Fasilitas Nuklir ke- 14. PTRKN-BATAN dan UNPAD. Bandung; 2008.
4. Muh.  Darwis  Isnaini  dan  Pudjijanto,  MS. Verifikasi  desain  termohidrolika  teras PWR  kelas  1000  MWe. Prosiding  Seminar  Nasional  TKPFN  ke-15. PTRKN- BATAN dan UNS. Surakarta; 2009.
5. Muh.  Darwis  Isnaini. Verifikasi  desain geometri rod  bahan  bakar  PWR1000  tipikal buatan  Mitsubishi  dan  Westinghouse. Seminar  Nasional  TKPFN  ke-16,  PTRKN- BATAN dan ITS. Surabaya; Juli 2010.
6. Basile,  D.,  et  al. COBRA-EN:  an  Upgraded  version  of  the  COBRA-3C/MIT  code for thermal-hydraulic transient analysis of LWR fuel assemblies and cores; 2008