## PEROLEHAN SUHU AIR PENDINGIN PRIMER REAKTOR TRIGA 2000KETIKA PENAMBAHAN CEROBONG DAN PELAT PENUKAR PANAS
Reinaldy Nazar Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri – BATAN, Jl. Tamansari No. 71, Bandung, 40132, E-mail: reinaldynazar@yahoo.co.id
Diterima editor  29 Agustus 2011 Disetujuai untuk publikasi 30 September 2011
ABSTRAK PEROLEHAN  SUHU  AIR  PENDINGIN  PRIMER  REAKTOR  TRIGA  2000  KETIKA PENAMBAHAN  CEROBONG  DAN  PELAT  PENUKAR  PANAS .  Kesinambungan  operasi  reaktor TRIGA  2000  di  antaranya  ditentukan  oleh  suhu  bahan  bakar  dan  suhu  air  pendingin  primer.  Sebagai contoh pengoperasian reaktor TRIGA 2000 saat ini sulit mencapai daya 2000 kW, karena suhu di pusat elemen bahan bakar di dalam teras reaktor mencapai 675 o C, suhu pendingin primer yang masuk ke teras reaktor  mencapai  41,3 o C,  suhu  pendingin  primer  yang  ke  luar  dari  tangki  reaktor  mencapai  48,2 o C. Tingginya  suhu  elemen  bahan  bakar  dan  suhu  pendingin  primer  di  dalam  teras  telah  meningkatkan pendidihan  dan  menambah  pembentukan  gelembung  uap  di  dalam  teras  reaktor,  sehingga  menurunkan moderasi  neutron  oleh  pendingin  primer  di  dalam  teras  dan  reaktor  tidak  mampu  mencapai  daya  2000 KW.  Beberapa  kegiatan  yang  dapat  dilakukan  untuk  menurunkan  suhu  bahan  bakar  dan  air  pendingin primer  di  dalam  teras  reaktor  TRIGA  2000,  di  antaranya  dengan  menempatkan  cerobong  di  atas  teras reaktor  dan  menambah  pelat  penukar  panas.  Mengingat  studi  kasus  ini  tidak  memungkinkan  untuk dilakukan  secara  eksperimen,  maka  analisis  dilakukan  melalui  kajian  teoritik  menggunakan  program komputer CFD. Berdasarkan hasil kajian yang telah dilakukan diketahui bahwa dengan menambah tinggi cerobong menjadi 2 m, pelat penukar panas menjadi 384 lembar, laju alir pendingin primer 950 gpm, dan laju alir pendingin sekunder menjadi 1200 gpm, mampu menurunkan suhu pendingin primer yang ke luar dari  penukar  panas  atau  suhu  pendingin  primer  yang  masuk  ke  teras  reaktor  menjadi  30,48 o C.  Jika kondisi  ini  digunakan  tentunya  akan  menurunkan  suhu  maksimum  kelongsong  bahan  bakar,  dan  suhu pendingin primer di dalam teras, sehingga akan mengurangi pendidihan di dalam teras reaktor, meskipun hal ini akan menaikkan konsentrasi N-16 di permukaan tangki reaktor menjadi 49,41%.
Kata kunci: cerobong, pelat penukar panas, suhu bahan bakar, suhu pendingin primer.
ABSTRACT THE  OBTAINING  OF  PRIMARY  COOLING  WATER  TEMPERATURE  OF  THE  TRIGA  2000 REACTOR WHEN THE ADDITION OF THE CHIMNEY AND THE HEAT EXCHANGER PLATE . Continuation of the TRIGA 2000 reactor operation is determined by the fuel and primary cooling water temperature. For example, recently the TRIGA 2000 reactor is very difficult to reach the maximum power level of 2000 kW, because at maximum power level, the maximum fuel temperature in the reactor core is 675 o C, the inlet primary cooling water temperature into reactor core is 41.3 o C, and the outlet primary cooling water from reactor tank is 48.2 o C. The increasing of the fuel temperature and primary cooling water  temperature  in  reactor  core,  increase  also  the  bubbling  and  the  bubble  of  vapour  in  the  reactor core so, it reduces the neutrons moderation in the reactor core and then the reactor is unable to reach power  level  of  2000  kW.  There  are  some  actions  can  be  done  to  reduce  the  fuel  temperature  and  the primary cooling water temperature in reactor core, as to give a chimney above reactor core and to add additional heat exchanger plates. Because these studies can not be done experimentally, then the analysis done through theoretical studies using computer programs RELAP5/Mod3.2. Based on result of the study, it  is  known  that  by  rising  the  chimney  height  to  become  2  m,  give  additional  heat  exchanger  plates  to become 384 slabs, flow rate of primary cooling water is 950 gpm, and to increase flow rate of secondary cooling water to become 1200 gpm, it can reduced the primary cooling water temperature exit from heat exchanger  or  the  primary  cooling  water  temperature  into  reactor  core  to  become  30.48 o C.  If  this condition applied, it can reduce the fuel cladding and the primary cooling water maximum temperature in  reactor  core,  so  the  bubbling  decreased  in  the  reactor  core,  though  it  will  increase  the  maximum concentration of N-16 on the tank surface to become 49.41%.
Keyword: chimney, heat exchanger plate, fuel temperature, primary cooling temperature

## PENDAHULUAN
Kesinambungan beroperasinya suatu reaktor nuklir di antaranya ditentukan oleh suhu bahan bakar dan suhu air pendingin primer. Sebagai contoh, pada tahun 2000 ketika reaktor TRIGA 2000 dioperasikan hingga mencapai daya 2000 kW diperoleh suhu di pusat elemen bahan  bakar  di  dalam  teras  568 o C,  suhu  pendingin  primer  keluar  tangki  36 o C,  dan  telah terbentuk gelembung uap sebagai pertanda telah terjadi pendidihan ( boiling ) di dalam teras reaktor.  Hal  ini  sesuai  dengan  analisis General  Atomic yang  memprediksi  akan  terjadi pendidihan  ( subcooled  boiling )  ketika  reaktor  TRIGA  2000  dioperasikan  pada  daya  2000 kW  [1].  Pada  saat  ini,  pengoperasian  reaktor  TRIGA  2000  sulit  mencapai  daya  2000  kW, karena  suhu  di  pusat  elemen  bahan  bakar  di  dalam  teras  reaktor  mencapai  675 o C,  suhu pendingin  primer  yang  ke  luar  dari  tangki  reaktor  mencapai  48,2 o C,  dan  suhu  pendingin primer  yang  masuk ke  tangki  atau  teras reaktor  mencapai 41,3 o C. Tingginya  suhu elemen bahan bakar dan suhu pendingin primer di dalam teras telah meningkatkan pendidihan dan menambah  pembentukan  gelembung  uap  di  dalam  teras  reaktor,  sehingga  menurunkan moderasi neutron oleh pendingin primer di dalam teras dan reaktor tidak mampu mencapai daya 2000 kW.
Kenaikan suhu elemen bahan bakar di dalam teras reaktor diantaranya disebabkan air pendingin primer yang masuk ke teras reaktor bersuhu tinggi, sehingga air pendingin primer ini  tidak  mampu  mengambil  panas  secara  maksimal  dari  kelongsong  elemen  bahan  bakar melalui konveksi alamiah. Air pendingin primer yang masuk ke teras reaktor tersebut berasal dari  penukar  panas,  dan  air  ini  bersuhu  tinggi  karena  penukar  panas  tidak  mampu memindahkan  panas  secara  maksimal  dari  air  pendingin  primer  ke  air  pendingin  sekunder melalui konveksi paksa.
Beberapa kegiatan yang dapat dilakukan untuk menurunkan suhu bahan bakar dan air pendingin  primer  di  dalam  teras  reaktor  TRIGA  2000,  di  antaranya  dengan  penempatan cerobong di atas teras reaktor dan penambahan pelat penukar panas. Dalam kajian terdahulu telah  dilakukan  analisis  pengaruh  penambahan  tinggi  cerobong  terhadap  penurunan  suhu teras reaktor TRIGA 2000 [2].
Pada  makalah  ini  dibahas  kondisi  optimum  yang  dapat  diperoleh  ketika  dilakukan secara bersamaan penambahan tinggi cerobong dan penambahan jumlah pelat penukar panas yang disusun seri dan paralel dengan pelat lama, untuk menurunkan suhu kelongsong bahan bakar, suhu air pendingin primer di dalam teras, suhu air pendingin primer yang ke luar dari tangki, suhu air pendingin primer yang ke  luar dari penukar panas  atau suhu air pendingin primer yang masuk ke teras reaktor, dan konsentrasi N-16 di permukaan tangki.

## TEORI
Reaktor  TRIGA  ( Training  Research  Isotopes  Production  by  General  Atomic )  2000 (Gambar  1),  merupakan  reaktor  penelitian  bertipe  tangki  ( tank  type )  berdaya  maksimum 2000  kW  dan  memiliki  121  buah  lubang  kisi  ( grid )  untuk  menyusun  elemen  bahan  bakar dengan pola heksagonal di dalam teras reaktor. Teras reaktor direndam dalam tangki reaktor menggunakan  air  murni.  Air  ini  berfungsi  sebagai  moderator  dan  pendingin  primer  untuk mengambil panas hasil reaksi fisi di dalam teras reaktor.
Sistem  pendingin  reaktor  TRIGA  2000  terdiri  dari  sistem  pendingin  primer  dan sistem  pendingin  sekunder.  Sistem  pendingin  primer  terdiri  dari  tangki  reaktor,  dua  buah pompa  sentrifugal,  alat  penukar  panas  tipe  pelat,  dan  sistem  difuser  untuk  membelokkan sebagian  arah  aliran  air  pendingin  yang  ke  luar  dari  teras  reaktor.  Sedangkan  sistem
pendingin sekunder terdiri dari dua buah menara pendingin, dua buah pompa sentrifugal, alat penukar panas tipe pelat.
Cerobong  adalah  ruang  vertikal  di  atas  teras  reaktor  TRIGA  2000  yang  berisi  air pedingin  primer,  berfungsi  untuk  menaikkan  driving  pressure  atau  driving  force  (gaya angkat)  di  dalam  teras.  Penambahan  tinggi  cerobong  akan  menaikkan  gaya  angkat  dan sekaligus menaikkan kecepatan aliran air pendingin di dalam teras, sehingga meningkatkan perpindahan panas konveksi alamiah dari bahan bakar ke air pendingin primer di dalam teras [3-5]. Di sisi lain penempatan cerobong akan mempercepat N-16 untuk mencapai permukaan tangki, sehingga konsentrasi N-16 di permukaan tangki meningkat.
Penukar  panas  (heat  exchanger)  reaktor  TRIGA  2000  bertipe  pelat  berfungsi  untuk memindahkan panas dari air pendingin primer ke air pendingin sekunder. Penambahan pelat pada  penukar  panas  akan  menambah  luas  bidang  permukaan  perpindahan  panas  di  dalam penukar panas, sehingga akan meningkatkan perpindahan panas dari air pendingin primer ke air pendingin sekunder di dalam penukar panas [6].
G ! " # $% & $ & '( ) ( * + $ * % $* ( , '- ./ 0 G 1 2 3 3 3

## METODE, TATA KERJA, DAN KONDISI BATAS

## Metode
Perhitungan  dan  analisis  dilakukan  dengan  menggunakan  paket  program Computational  of  Fluid  Dynamic (CFD)  [7-9].  Program  komputer  CFD  adalah  suatu program  komputasi  untuk  menyimulasikan  dinamika  aliran  fluida,  perpindahan  panas  dan fenomena  lainnya  melalui  penyelesaian  secara  numerik  terhadap  tiga  persamaan  dasar Navier-Stokes,  yaitu  persamaan  kontinuitas,  persamaan  momentum,  dan  persamaan  energi dengan metode volume hingga.
4 5 678 5 9 7:8 ;< =5 > ?8 @ 5
Vol. 13 No.3 Oktober 2011, Hal. 161-172
A BC D B E F H K B L B M B N M OE L PQR N S B N T B N S U P VBW R W B N
Tata Kerja
Mempertimbangkan kemampuan komputer yang dimiliki, maka perlu diambil suatu asumsi perhitungan konservatif yaitu menganggap tangki reaktor dan penukar panas berada dalam suatu loop terbuka. Gambaran loop terbuka ini adalah air pendingin primer dari suatu sumber  masuk  ke  tangki  reaktor,  kemudian  keluar  dari  tangki  reaktor  untuk  dialirkan  ke penukar panas. Selanjutnya air pendingin primer tersebut dari penukar panas dikeluarkan ke lingkungan.  Begitu  juga  dengan  air  pendingin  sekunder  dari  suatu  sumber  dialirkan  ke penukar  panas,  dan  selanjutnya  dari  penukar  panas  dikeluarkan  ke  lingkungan.  Sehingga
XYY Z [\ [ [ ] ^\_ ` Nomor : 266/AU1/P2MBI/05/2010
Perolehan Suhu Air Pendingin Primer ......... (Reinaldy Nazar)
perhitungan  pengaruh  penambahan  tinggi  cerobong  dan  penambahan  pelat  penukar  panas dapat dilakukan secara terpisah dalam dua tahap, seperti yang dinyatakan pada diagram alir Gambar 2.
Perhitungan  tahap  1  dilakukan  untuk  menentukan  pengaruh  penambahan  tinggi cerobong.  Sebagai  data  masukannya  adalah  suhu  dan  laju  alir  pendingin  primer  masuk  ke tangki reaktor. Data hasil perhitungan tahap 1 yang diperoleh adalah data konsentrasi N-16 dipermukaan  tangki  dan  data  keluaran  dari  program  CFD.  Adapun  data  keluaran  program CFD adalah suhu kelongsong bahan bakar di dalam teras, suhu air pendingin primer di dalam teras,  suhu  air  pendingin  primer  di  dalam  tangki,  suhu  air  pendingin  primer  ke  luar  dari tangki, kecepatan lokal pendingin primer di dalam tangki, dan laju alir pendingin keluar dari tangki.
Perhitungan  tahap  2  dilakukan  untuk  menentukan  pengaruh  penambahan  pelat penukar  panas  yang  disusun  seri  dan  paralel  dengan  pelat  lama.  Sebagai  data  masukannya adalah suhu dan laju alir pendingin primer masuk ke penukar panas yang  merupakan suhu dan laju alir pendingin primer keluar dari tangki yang diperoleh dari hasil perhitungan tahap 1, serta suhu dan laju alir pendingin sekunder. Data hasil perhitungan tahap 2 ini merupakan data  keluaran  dari  program  CFD,  yaitu  suhu  pendingin  primer  dan  sekunder  keluar  dari penukar panas. Nilai suhu pendingin primer ini merupakan kesimpulan yang diambil dalam melakukan  secara  bersamaan  penambahan  tinggi  cerobong  dan  penambahan  pelat  penukar panas yang disusun seri dan paralel dengan pelat lama. Dimana dengan mendapatkan tinggi cerobong dan jumlah pelat penukar panas yang optimum akan diperoleh nilai suhu pendingin primer keluar penukar panas minimum. Suhu pendingin primer ini kemudian akan menjadi suhu  masukan  ke  tangki  reaktor,  sehingga  akhirnya  menurunkan  suhu  kelongsong  bahan bakar, suhu pendingin primer di dalam teras, dan suhu pendingin primer di dalam tangki.
Pada  penelitian  terdahulu  [2]  dianggap  reaktor  sebagai  sebuah  sistem  loop  terbuka dan tidak memiliki penukar panas, dimana air pendingin primer dari suatu sumber masuk ke tangki  reaktor,  kemudian  dari  tangki  reaktor  dikeluarkan  ke  lingkungan.  Kemudian dilakukan  analisis  pengaruh  penambahan  tinggi  cerobong  terhadap  penurunan  suhu  teras reaktor.  Sedangkan  penelitian  yang  dilakukan  ini  adalah  menganggap  tangki  reaktor  dan penukar  panas  berada  dalam  sebuah  sistem  loop  terbuka,  kemudian  dianalisis  pengaruh panambahan  tinggi  cerobong  dan  jumlah  pelat  penukar  panas  secara  bersamaan  terhadap penurunan suhu pendingin primer yang berdampak kepada penurunan suhu teras reaktor.
Langkah  awal  kajian  ini  dimulai  dengan  membuat  geometri  dan  membangun  grid model reaktor TRIGA 2000 yang ditinjau menggunakan program CFD. Dalam hal ini dibuat 5  buah  geometri  dan  grid  reaktor,  masing-masing  geometri  dan  grid  reaktor  dengan  tinggi cerobong 1m; 1,25 m; 1,50 m; 1,75 m; 2 m.
Selanjutnya  dibuat  geometri  dan  grid  model  penukar  panas  yang  ditinjau menggunakan program CFD. Dalam hal ini dibuat 3 buah geometri dan grid penukar panas, yaitu geometri dan grid penukar panas dengan dengan jumlah pelat 144 lembar, 240 lembar, dan 384 lembar. Untuk penghitungan kondisi penukar panas mula-mula digunakan geometri dan grid penukar panas yang memiliki pelat 144 lembar. Untuk penghitungan pengaruh pelat tambahan yang disusun seri dengan pelat lama digunakan geometri dan grid penukar panas yang  memiliki  pelat  384  lembar.  Sedangkan  untuk  penghitungan  pengaruh  pelat  tambahan yang disusun paralel dengan pelat lama digunakan 2 geometri dan grid penukar panas, yaitu geometri dan grid penukar panas yang memiliki pelat 144 lembar, dan 240 lembar. Adapun urutan-urutan perhitungan yang dilakukan adalah: 1. Melakukan perhitungan terhadap model reaktor dengan tinggi cerobong 1 m, penukar panas  dengan  jumlah  pelat  144  lembar,  debit  pendingin  primer  950  gpm,  dan  debit pendingin sekunder 1200 gpm.
a b cde b f dge hi jb k le m b
Vol. 13 No.3 Oktober 2011, Hal. 161-172
2. Melakukan perhitungan terhadap model reaktor dengan tinggi cerobong 1 m, penukar panas  dengan  jumlah  pelat  144  lembar,  debit  pendingin  primer  950  gpm,  dan  debit pendingin sekunder 2400 gpm.
3. Melakukan perhitungan terhadap model reaktor dengan tinggi cerobong 1 m, penukar panas  dengan  jumlah  pelat  384  lembar,  debit  pendingin  primer  950  gpm,  dan  debit pendingin sekunder 1200 gpm, untuk mendapatkan pengaruh penambahan pelat baru yang disusun secara seri dengan pelat lama.
4. Melakukan perhitungan terhadap model reaktor dengan tinggi cerobong 1 m, penukar panas  dengan  jumlah  pelat  384  lembar,  debit  pendingin  primer  950  gpm,  dan  debit pendingin sekunder 2400 gpm, untuk mendapatkan pengaruh penambahan pelat baru yang disusun secara seri dengan pelat lama.
5. Melakukan  perhitungan  terhadap  model  reaktor  dengan  tinggi  cerobong  1  m,  dua penukar  panas  dengan  jumlah  pelat  144  lembar  dan  240  lembar,  debit  pendingin primer  total  950  gpm,  dan  debit  pendingin  sekunder  total  1200  gpm,  untuk mendapatkan  pengaruh  penambahan  pelat  baru  yang  disusun  secara  paralel  dengan pelat lama.
6. Melakukan  perhitungan  terhadap  model  reaktor  dengan  tinggi  cerobong  1  m,  dua penukar  panas  dengan  jumlah  pelat  144  lembar  dan  240  lembar,  debit  pendingin primer  total  950  gpm,  dan  debit  pendingin  sekunder  total  2400  gpm,  untuk mendapatkan  pengaruh  penambahan  pelat  baru  yang  disusun  secara  paralel  dengan pelat lama.
7. Untuk mendapatkan pengaruh penambahan tinggi cerobong, maka perhitungan tahap 1 s.d 6 diulangi menggunakan geometri dan grid reaktor dengan tinggi cerobong 1,25
m; 1,50 m; 1,75 m; dan 2 m.
Pada  setiap  nilai  tinggi  cerobong  yang  digunakan  dihitung  konsentrasi  N-16  di permukaan  tangki.  Konsentrasi N-16  di permukaan  tangki  dihitung  dengan  terlebih  dahulu menentukan  waktu  tempuh  N-16  mencapai  permukaan  tangki.  Waktu  tempuh  (t)  yang dibutuhkan  N-16  untuk  mencapai  permukaan  tangki  reaktor,  diprediksi  dari  data-data kecepatan lokal aliran pendingin primer antara permukaan teras dan permukaan tangki hasil keluaran CFD dengan menggunakan persamaan matematik berikut:
t ds V H ³ 0 '
(1)
dimana,  t  adalah  waktu  tempuh  aliran  (detik), ' H  adalah  jarak  antara  permukaan  teras dengan permukaan tangki reaktor (m), V adalah laju aliran air pendingin lokal, dan ds adalah pertambahan jarak sepanjang garis arus yang dipilih. Adapun nilai konsentrasi N-16 di atas permukaan tangki reaktor dihitung menggunakan persamaan matematik berikut :
t T N N o ¸¸ ¸ ¹ · ¨¨ ¨ © § 2 1 693 , 0 exp (2)
dimana,  N o adalah  konsentrasi  N-16  mula-mula,  N  adalah  konsentrasi  N-16  setelah menempuh t detik, dan T 1/2 adalah waktu paroh N-16 = 7,1 sekon.

## Kondisi Batas
Adapun  kondisi  batas  yang  digunakan  dalam  perhitungan  ini  adalah  daya  reaktor 2000  kW  dengan  107  bahan  bakar  di  dalam  teras,  dimana  nilai  fluks  panas  untuk  setiap bahan  bakar  dinyatakan  pada  Tabel  1  [10].  Diasumsikan  fluks  panas  terdistribusi  merata sepanjang  bahan  bakar  aktif.  Suhu  saturasi  di  dalam  teras  reaktor  112,4 o C  [1],  suhu pendingin  yang  masuk  tangki  reaktor  32,2 o C  dan  kecepatan  aliran  pendingin  yang  masuk tangki  reaktor  950  gpm  [11].  Untuk  mempertimbangkan  kebebasan  gerak  batang  kendali,
noo p qr q q s tru v Nomor : 266/AU1/P2MBI/05/2010
Perolehan Suhu Air Pendingin Primer .........
(Reinaldy Nazar)
proses  loading-unloading  bahan  bakar  maupun  IFE  ( Instrumented  Fuel  Element )  tinggi cerobong dibatasi 2 m.
Pada  perhitungan  pengaruh  penambahan  pelat  penukar  panas  digunakan  beberapa kondisi  batas  lain,  yaitu  jumlah  maksimum  pelat  penukar  panas  yang  dapat  ditambahkan adalah 240 lembar dan ditempatkan secara seri atau paralel dengan 144 lembar pelat lama. Laju alir maksimum pompa primer adalah 950 gpm, laju alir pompa sekunder 1200 gpm dan laju  alir  pompa  sekunder  yang  dapat  ditambahan  hingga  1200  gpm.  Suhu  air  pendingin sekunder yang masuk ke penukar panas 29,0 o C.
wx y z x { | } ~  x     x  z x x  z x x {    x x y { x  {  x    {
            Vol. 13 No.3 Oktober 2011, Hal. 161-172
Tabel 1. Nilai fluks panas kelongsong bahan bakar untuk 107 bahan bakar yang digunakan          ¡    
Berdasarkan data keluaran CFD diketahui bahwa suhu maksimum kelongsong bahan bakar adalah pada posisi C4, begitu juga suhu maksimum pendingin primer berada di sekitar posisi C4. Pada Tabel 2 ditampilkan nilai maksimum parameter termohidrolik hasil keluaran program  CFD  untuk  setiap  harga  tinggi  cerobong  dan  jumlah  pelat  penukar  panas  yang diberikan.
¢££ ¤ ¥¦ ¥ ¥ § ¨¦© ª Nomor : 266/AU1/P2MBI/05/2010
Perolehan Suhu Air Pendingin Primer ......... (Reinaldy Nazar)
Tabel 2. Nilai maksimum parameter termohidrolik hasil penambahan cerobong dan
pelat penukar panas Susunan Pelat HE
Seri Paralel No. Tinggi cerobong (m) Debit primer (gpm) T Kelongsong bahan bakar ( o C ) T Primer dalam teras ( o C ) T Primer out tangki (in-HE)
( o C ) Konsentrasi N-16 ( % ) Jumlah pelat HE (lembar) Debit sekunder (gpm) T Sekunder (in- HE) ( o C ) T Pr-out ( o C ) T Sk-out ( o C ) T Pr-out ( o C ) T Sk-out ( o C ) 1 1,0 950 161,73 119,21 42,93 42,43 144 1200 29,0 32,15 37,86 - - 2 1,0 950 161,73 119,21 42,93 42,43 144 2400 29,0 30,83 33,98 - - 3 1,0 950 161,73 119,21 42,93 42,43 384 1200 29,0 30,87 38,72 31,23 38,42 4 1,0 950 161,73 119,21 42,93 42,43 384 2400 29,0 29,91 34,48 30,27 34,27 5 1,25 950 159,68 116,89 42,17 44,53 144 1200 29,0 31,94 37,21 - - 6 1,25 950 159,68 116,89 42,17 44,53 144 2400 29,0 30,79 33,69 - - 7 1,25 950 159,68 116,89 42,17 44,53 384 1200 29,0 30,81 37,93 31,18 37,87 8 1,25 950 159,68 116,89 42,17 44,53 384 2400 29,0 29,90 34,12 30,14 33,98 9 1,50 950 158,27 115,73 40,89 45,91 144 1200 29,0 31,68 36,62 - - 10 1,50 950 158,27 115,73 40,89 45,91 144 2400 29,0 30,63 33,47 - - 11 1,50 950 158,27 115,73 40,89 45,91 384 1200 29,0 30,63 37,32 30,98 36,35 12 1,50 950 158,27 115,73 40,89 45,91 384 2400 29,0 29,88 33,72 30,02 33,64 13 1,75 950 157,12 114,45 40,13 47,23 144 1200 29,0 31,52 35,92 - - 14 1,75 950 157,12 114,45 40,13 47,23 144 2400 29,0 30,54 33,05 - - 15 1,75 950 157,12 114,45 40,13 47,23 384 1200 29,0 30,55 36,69 30,84 36,51 16 1,75 950 157,12 114,45 40,13 47,23 384 2400 29,0 29,84 33,38 29,98 33,39 17 2,0 950 156,33 114,02 39,84 49,41 144 1200 29,0 31,40 34,23 - - 18 2,0 950 156,33 114,02 39,84 49,41 144 2400 29,0 30,48 32,47 - - 19 2,0 950 156,33 114,02 39,84 49,41 384 1200 29,0 30,48 35,86 30,67 35,89 20 2,0 950 156,33 114,02 39,84 49,41 384 2400 29,0 29,81 32,90 29,92 32,93
Pada  kasus  1  dilakukan  perhitungan  terhadap  geometri  reaktor  yang  mempunyai tinggi  cerobong  1  m,  dengan  geometri  penukar  panas  yang  mempunyai  pelat  144  lembar, dimana data masukan yang digunakan sesuai dengan kondisi reaktor pada saat ini, yaitu: laju alir  air  pendingin  sekunder  1200  gpm,  laju  alir  air  pendingin  primer  950  gpm,  Suhu pendingin  primer  yang  masuk  ke  teras  32,2 o C,  dan  suhu  pendingin  sekunder  masuk  ke penukar panas 29 o C. Berdasarkan data keluaran CFD diperoleh suhu maksimum kelongsong bahan bakar pada posisi  C4  adalah  161,73 o C,  suhu pendingin primer  di  sekitar  C4  adalah 119,21 o C, suhu pendingin primer keluar dari tangki adalah 42,93 o C, suhu pendingin primer keluar  dari  penukar  panas  adalah  32,15 o C,  suhu  pendingin  sekunder  keluar  dari  penukar panas 37,86 o C. Disamping itu berdasarkan perhitungan analitik menggunakan persamaan 1 dan  persamaan  2  terhadap  data  kecepatan  lokal  aliran  pendingin  primer  antara  permukaan teras  dan  permukaan  tangki  diperoleh  konsentrasi  maksimum  N-16  di  permukaan  tangki adalah  42,43  %.  Berdasarkan  data  keluaran  CFD  ini,  diketahui  bahwa  terjadi  pendidihan ( sub-cooled boiling atau saturation boiling ) di dalam teras reaktor, karena suhu maksimum kelongsong  bahan  bakar  dan  suhu  pendingin  primer  di  teras  berada  di  atas  suhu  saturasi 112,4 o C.  Hal  ini  tervalidasi  dengan  kondisi  di  lapangan  ketika  reaktor  TRIGA  2000
« ¬ ­®¯ ¬ ° ®±¯ ²³ ´¬ µ ¶¯ · ¬ Vol. 13 No.3 Oktober 2011, Hal. 161-172
dioperasikan  pada  daya  2000  kW,  terlihat  adanya  gelembung  uap  yang  keluar  dari  dalam teras reaktor sebagai tanda telah terjadinya pendidihan.
Pada kasus 2, kondisinya sama dengan kasus 1, tetapi laju alir air pendingin sekunder dinaikkan  menjadi  2400  gpm.  Data  keluaran  CFD  memberikan  nilai  suhu  maksimum kelongsong bahan bakar pada posisi C4 adalah 161,73 o C, suhu pendingin primer di sekitar C4  adalah  119,21 o C,  suhu  pendingin  primer  keluar  dari  tangki  adalah  42,93 o C,  suhu pendingin primer keluar dari penukar panas adalah 30,83 o C, dan suhu pendingin sekunder keluar  dari penukar panas  33,98 o C.  Berdasarkan  analisis  yang  dilakukan  terhadap  kasus  1 dan kasus 2 diketahui bahwa, dengan menaikkan laju alir pendingin sekunder menjadi 2400 gpm, terjadi penurunan suhu pendingin primer keluar dari penukar panas sebesar 1,32 o C. Pada  Kasus  3,  kondisinya  sama  dengan  kasus  1,  tetapi  menggunakan  geometri penukar  panas  dengan  jumlah  pelat  384  lembar  yang  terdiri  dari  240  lembar  pelat  baru disusun  seri  dengan  144  lembar  pelat  lama.  Berdasarkan  hasil  perhitungan  CFD  diperoleh suhu pendingin primer keluar dari penukar panas menjadi 30,87 o C. Tetapi ketika digunakan dua geometri penukar panas dengan jumlah total pelat 384 lembar, yang terdiri dari sebuah penukar panas baru dengan 240 lembar pelat dan disusun paralel dengan penukar panas lama dengan 144 lembar pelat, dari hasil perhitungan CFD diperoleh suhu pendingin primer keluar penukar panas menjadi 31,23 o C. Berdasarkan analisis yang dilakukan terhadap kasus 1 dan kasus  3  diketahui  bahwa,  dengan  menambah  jumlah  pelat  penukar  panas  menjadi  384 lembar, terjadi penurunan suhu pendingin primer keluar dari penukar panas sebesar 1,28 o C – 0,92 o C.
Pada  kasus  4,  ketika  dilakukan  perhitungan  terhadap  geometri  reaktor  yang mempunyai tinggi cerobong 1 m, dengan geometri penukar panas yang mempunyai jumlah pelat  384  lembar,  terdiri  dari  240  lembar  pelat  baru  disusun  seri  dengan  144  lembar  pelat lama. Sedangkan data masukan yang digunakan adalah laju alir air pendingin sekunder 2400 gpm, laju alir air pendingin primer 950 gpm, suhu pendingin primer masuk ke teras 32,2 o C, dan suhu pendingin sekunder masuk ke penukar panas 29 o C. Berdasarkan hasil perhitungan CFD  didapat  suhu  pendingin  primer  keluar  dari  penukar  panas  menjadi  29,91 o C.  Jika pendingin primer dengan suhu 29,91 o C ini dijadikan kondisi masukan pendingin primer ke teras  reaktor,  tentunya  akan  memberikan  penurunan  terhadap  suhu  maksimum  kelongsong bahan bakar, dan suhu pendingin primer di teras, sehingga akan mengurangi pendidihan di dalam teras reaktor.
Untuk kondisi yang sama dengan kasus 4, tetapi menggunakan dua geometri penukar panas  dengan  jumlah  total  pelat  384  lembar,  terdiri  dari  penukar  panas  baru  dengan  240 lembar  pelat  yang  disusun  paralel  dengan  penukar  panas  lama  dengan  144  lembar  pelat. Hasil perhitungan CFD diperoleh suhu pendingin primer keluar dari penukar panas menjadi 30,27 o C.
Pada  kasus  5,  ketika  dilakukan  perhitungan  terhadap  geometri  reaktor  yang mempunyai tinggi cerobong 1,25 m, dengan geometri penukar panas yang mempunyai pelat 144 lembar, dimana data masukan yang digunakan sesuai dengan kondisi reaktor pada saat ini, yaitu: laju alir air pendingin sekunder 1200 gpm, laju alir air pendingin primer 950 gpm, Suhu pendingin primer yang masuk ke teras 32,2 o C, dan suhu pendingin sekunder masuk ke penukar  panas  29 o C.  Berdasar  hasil  perhitungan  CFD  diperoleh  suhu  maksimum kelongsong bahan bakar pada posisi C4 adalah 159,68 o C, suhu pendingin primer di sekitar C4  adalah  116,89 o C,  suhu  pendingin  primer  keluar  dari  tangki  adalah  42,17 o C,  suhu pendingin primer keluar dari penukar panas adalah 31,94 o C, suhu pendingin sekunder keluar dari  penukar  panas  37,21 o C.  Hasil  perhitungan  analitik  menggunakan  persamaan  1  dan persamaan 2 terhadap data kecepatan lokal aliran pendingin primer antara permukaan teras dan  permukaan  tangki  diperoleh  konsentrasi  maksimum  N-16  di  permukaan  tangki  adalah
¸¹¹ º »¼ » » ½ ¾¼¿ À Nomor : 266/AU1/P2MBI/05/2010
Perolehan Suhu Air Pendingin Primer ......... (Reinaldy Nazar)
44,53 %. Berdasarkan analisis yang dilakukan terhadap kasus 1 dan kasus 5 diketahui bahwa, dengan  menambahkan  tinggi  cerobong  teras  menjadi  1,25  m,  terjadi  penurunan  suhu pendingin  primer  keluar  dari  penukar  panas  sebesar  0,21 o C  ,  tetapi  akan  menaikkan konsentrasi  N-16  di  permukaan  tangki  sebesar  2,1%.  Jika  dibandingkan  dengan  kasus  2, kasus  3,  dan  kasus  4,  maka  untuk  menurunkan  suhu pendingin primer  keluar  dari penukar panas  dengan  menambahkan  tinggi  cerobong  teras  seperti  yang  dilakukan  pada  kasus  5 adalah  tidak  efektif,  karena  penurunan  suhu  yang  diperoleh  lebih  kecil,  menaikkan konsentrasi N-16 di permukaan tangki sebesar 2,1%, dan biaya konstruksinya mahal.
Pada  kasus  20,  perhitungan  terhadap  geometri  reaktor  yang  mempunyai  tinggi cerobong 2 m, dengan geometri penukar panas yang  mempunyai jumlah pelat 384 lembar, terdiri dari 240 lembar pelat baru disusun seri dengan 144 lembar pelat lama. Sedangkan data masukan  yang  digunakan  adalah  laju  alir  air  pendingin  sekunder  2400  gpm,  laju  alir  air pendingin  primer  950  gpm,  suhu  pendingin  primer  masuk  ke  teras  32,2 o C,  dan  suhu pendingin sekunder masuk ke penukar panas 29 o C. Hasil perhitungan CFD diperoleh suhu pendingin primer keluar dari penukar panas menjadi 29,81 o C, dan hasil perhitungan analitik diperoleh konsentrasi maksimum N-16 di permukaan tangki adalah 49,41 %. Jika pendingin primer  dengan  suhu  29,81 o C  ini  dijadikan  kondisi  masukan  pendingin  primer  ke  teras reaktor, tentunya akan memberikan penurunan terhadap suhu maksimum kelongsong bahan bakar pada posisi C4, dan suhu pendingin primer di sekitar C4, sehingga akan mengurangi pendidihan di dalam teras reaktor. Meskipun penambahan tinggi cerobong teras menjadi 2 m akan menaikkan konsentrasi N-16 di permukaan tangki menjadi 49,41 %.
Untuk  kondisi  yang  sama  dengan  kasus  20,  tetapi  menggunakan  dua  geometri penukar panas dengan jumlah total pelat 384 lembar, terdiri dari penukar panas baru dengan 240 lembar pelat yang disusun paralel dengan penukar panas lama dengan 144 lembar pelat. Hasil perhitungan CFD diperoleh suhu pendingin primer keluar dari penukar panas menjadi 29,92 o C.
Kasus 1, 5, 9, 13, dan 17 merupakan kasus-kasus yang telah dibahas pada penelitian sebelumnya  [2]  meskipun  terdapat  beberapa  perbedaan,  yaitu  jumlah  bahan  bakar  yang digunakan, dimana pada penelitian terdahulu menggunakan konfigurasi teras asli dengan 116 bahan  bakar,  sedangkan  pada  penelitian  ini  menggunakan  konfigurasi  teras  aktual  dengan 107 bahan bakar.
Guna memperoleh gambaran tentang pilihan yang terbaik terhadap cara menurunkan suhu  pendingin  primer,  antara  menambahkan  tinggi  cerobong  teras  [2]  dengan menambahkan  tinggi  cerobong  teras  dan  jumlah  pelat  penukar  panas  secara  bersamaan, dianalisis  melalui  kasus  1,  17,  dan  19.  Hasil  perhitungan  pada  kasus  1  diperoleh  suhu maksimum kelongsong bahan bakar serta suhu pendingin primer di dalam teras tinggi, dan perlu diturunkan. Hal ini dapat dilakukan dengan menurunkan suhu pendingin primer yang masuk  ke  tangki  reaktor,  dengan  kata  lain  perlu  menurunkan  suhu  pendingin  primer  yang keluar dari penukar panas. Berdasarkan kasus 17, pengurangan suhu pendingin primer keluar penukar panas  yang dilakukan dengan cara  menambahkan  tinggi  cerobong teras  menjadi 2 m,  diperoleh  pengurangan  suhu  pendingin  primer  keluar  penukar  panas  menjadi  31,40 o C. Sedangkan berdasarkan kasus 19, pengurangan suhu pendingin primer keluar penukar panas yang dilakukan dengan menambahkan tinggi cerobong teras menjadi 2 m, dan jumlah pelat penukar panas menjadi 384 lembar secara bersamaan, diperoleh pengurangan suhu pendingin primer keluar penukar panas menjadi 30,48 o C. Berdasarkan hal ini dapat dikatakan bahwa penurunan  suhu  pendingin  primer  keluar  penukar  panas  lebih  baik  dilakukan  dengan  cara menambahkan  tinggi  cerobong  teras  dan  jumlah  pelat  penukar  panas  secara  bersamaan, dibandingkan  jika  dilakukan  dengan  menambah  tinggi  cerobong  saja,  seperti  penelitian terdahulu [2].
Á Â ÃÄÅ Â Æ ÄÇÅ ÈÉ ÊÂ Ë ÌÅ Í Â Vol. 13 No.3 Oktober 2011, Hal. 161-172

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  perolehan  suhu  air  pendingin  primer  reaktor  TRIGA 2000  ketika  dilakukan  penambahan  tinggi  cerobong  dan  jumlah  pelat  penukar  panas  akan menurunkan suhu pendingin primer dengan cara menambahkan tinggi cerobong teras reaktor dan  jumlah  pelat  penukar  panas  secara  bersamaan  memberikan  hasil  yang  lebih  baik dibandingkan  dengan  cara  menambahkan  tinggi  cerobong  saja.  Dengan  menambah  tinggi cerobong menjadi 2 m, laju alir pendingin primer 950 gpm, dan laju alir pendingin sekunder menjadi 1200 gpm, diperoleh suhu pendingin primer  yang  ke  luar dari penukar panas atau suhu pendingin primer  yang  masuk  ke  teras  reaktor  menjadi  31,40 o C.  Dengan  menambah tinggi cerobong  menjadi 2  m, pelat penukar panas  menjadi  384 lembar,  laju alir pendingin primer  950  gpm,  dan  laju  alir  pendingin  sekunder  menjadi  1200  gpm,  diperoleh  suhu pendingin primer yang ke luar dari penukar panas atau suhu pendingin primer yang masuk ke teras reaktor menjadi 30,48 o C.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Anonymous.  SAR  for  Upgrade  of  TRIGA  Mark  II  Reactor.  San  Diego:  General Atomic; 1996.
2. Nazar  Reinaldy.  Efek  cerobong  terhadap  parameter  termohidrolik  teras  dan konsentrasi  N-16  pada  reaktor  TRIGA  2000  Bandung.  Jurnal  Teknologi  Reaktor Nuklir Tri Dasa Mega 2009 Oktober; 11(3)139-152.
3. Auletta  A,  Manca  O,  Morrone  B  and Naso  V.  Heat  transfer  enhancement  by  the chimney  effect  in  a  vertical  isoflux  channel.  International  Journal  of  Heat  and Mass Transfer 2001; 44: 4345 – 4357.
4. Oosthuizen  PP.  A  numerical  study  of  laminar  free  convective  flow  through  a vertical open partially heated plane duct. ASME HTD 32 1984; 41-48.
5. El-Wakil  MM.  Nuclear  heat  transport.  The  American  Nuclear  Society.  Illinois. LaGrange Park; 1998.
6. Hewit GF, Shires GL, Bott TR. Process heat transfer. Madison Avenue New York. Begell House Inc; 2000; 327 – 362.
7. Versteeg HK, Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics: The Finite Volume Method. England. Longman Scientific & Technical; 2003.
8. ANDERSON  JD.  Computational  fluid  dynamics:  The  basic  with  applications. Singapore. Mc Graw-Hill; 2003.
9. Tuakia  Firman.  Dasar-dasar  menggunakan  CFD  FLUENT.  Bandung:  Bandung Informatika; 2008.
10. Ilham P. Total power in fuel element. Technical Report. Bandung: BATAN; 2005
11. Pusat  Teknologi  nuklir  Bahan  dan  Radiometri.  Laporan  analisis  keselamatan reaktor  TRIGA  2000  Bandung.  Bandung:  Pusat  Teknologi  Nuklir  Bahan  dan
Radiometri; 2006. LP-06 RE-001. Revisi 3