PERHITUNGAN FLUKS KALOR UNTUK KURVA DIDIH SELAMA EKSPERIMEN QUENCHING MENGGUNAKAN SILINDER BERONGGA DIPANASKAN
Mulya Juarsa 1,2, Raldi Artono Koestor 1 , Nandy Setiadi Djaya Putra Anhar Riza Antariksawan
1
2 , Cukup Mulyana 3 , Riska Khalisa 3
1
University of Indonesia, Depok 16424 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik
E-mail : myjuar@yahoo.com 2 E-mail :
Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN)
anhar@batan.go.id 3 Diterima editor 29 Juli 2010

## KBK Fisika Energi, Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Padjadjaran
Disetujui untuk dipublikasi 27 Agustus 2010
ABSTRAK PERHITUNGAN  FLUKS  KALOR  UNTUK  KURVA  DIDIH  SELAMA  EKSPERIMEN QUENCHING MENGGUNAKAN SILINDER BERONGGA DIPANASKAN . Salah satu aspek penting  manajemen  keselamatan  dalam  pengoperasian  reaktor  nuklir  adalah  manajemen  termal. Konsep  dasar  pengelolaan  termal  adalah  untuk  mengendalikan  kelebihan  kalor  saat  terjadinya kecelakaan.  Pemahaman  dan  investigasi  fenomena  pendidihan  selama  kecelakaan  yang  terjadi secara  transien  menjadi  tahapan  penelitian  yang  penting.  Proses quenching adalah  proses pendinginan tiba-tiba pada obyek yang panas dengan memasukkan ke dalam suatu fluida. Material SS316 dengan geometri silinder berongga pada posisi vertikal merupakan simulasi dari debris dan digunakan  sebagai  objek  yang  dipanaskan.  Metode  eksperimen  dilakukan  melalui  pendinginan quenching secara alami pada silinder berongga dengan berbagai variasi temperatur awal dari 300 o C sampai  800 o C  ke  dalam  temperatur  saturasi  air.  Selama  eksperimen  data  temperatur  direkam  dan visualisasi  pendidihan  dilakukan  melalui  kamera  kecepatan  tinggi  (HSC).  Hasil  data  transien temperatur  digunakan  untuk  menghitung  fluks  kalor.  Rejim  didih  film  pada  TC8  (bagian  terluar) dalam kurva didih untuk semua temperatur awal menunjukkan kesesuaian dengan korelasi Bromley. Proses  didih    film  paling  singkat  terjadi  selama  1,11  detik  untuk  temperatur  awal  300 o C.  Fluks kalor kritis pada TC8 untuk temperatur awal dari 800 o C, 600 o C, 400 o C dan 300 o C secara berturut- turut adalah 700 kW/m 2 , 500 kW/m 2 , 450 kW/m 2 dan 400 kW/m 2
Kata kunci: quenching , silinder, pendidihan, fluks kalor .

## ABSTRACT
HEAT  FLUX  CALCULATION  FOR  BOILING  CURVE  DURING  QUENCHING EXPERIMENT USING HEATED HOLLOW CYLINDER . One of the safety management aspects in  the  operation  of  nuclear  reactors  is  thermal  management.  The  basic  concept  of  thermal management is to control the excess heat during an accident. The understanding and investigation of  boiling  phenomenon  become  important  research  stage.  Quenching  process  is  the  process  of sudden  cooling  on  a  hot  object  by  entering  into  a  fluid.  SS316  material  with  hollow  cylinder geometry in  a vertical  position  is  the  simulation  of debris  and  used  as  a  heated  object. Method of quenching experiments carried out through the natural cooling of the hollow cylinder with different variations  of  initial  temperature  from  300 o C  to  800 o C  and  submerged  into  the  water  with saturation  temperature.  Temperature  data  was  recorded  and  boiling  was  captured  using  high- speed camera (HSC) during the experiment. The results of transient temperature data was used to calculate the heat flux. The film boiling regime on TC8 (outer portion) in the boiling curves for all initial  temperatures  have  a  good  agreement  with  Bromley’s  correlation.  The  shortest  process  of film boiling was occurred for 1.11 seconds at the initial temperature of 300oC. Critical heat flux at TC8 from initial temperature of 800 o C, 600 o C, 400 o C and 300 o C in respectively is 700 kW/m 2 , 500 kW/m 2 , 450 kW/m 2 and 400 kW/m 2
Keywords: quenching, cylinder, boiling, heat flux .

## PENDAHULUAN
Kegagalan  dalam  manajemen  termal  selama  kecelakaan  PLTN  mengakibatkan peristiwa yang paling buruk, yaitu kemungkinan terlepasnya bahan radioaktif ke lingkungan. Meskipun demikian, peran manajemen radioaktif akan bekerja untuk mengantisipasi sebaran radiasi  dan  memitigasi  lepasan  bahan  radioaktif.  Kejadian  pada  TMI-2  di  tahun  1979 menunjukkan bahwa tanpa disadari manajemen termal telah mencegah lepasnya bahan bakar dan  elemen  radioaktif  lainnya  ke  lingkungan,  dalam  konsep  pertahanan  berlapis,  peristiwa tersebut  hanya  merusak  lapis  kedua  saja,  rusaknya  matriks  komponen  bahan-bakar[1]. Bejana tekan reaktor ( Reactor Pressure Vessel , RPV) sebagai pertahan ketiga, tetap terjaga integritasnya. Selama terjadinya pelelehan teras, RPV mengalami gangguan termal ( thermal attack )  selama  proses  gerakan  lelehan  teras  (debris)  dari  bagian  atas  ke  bagian  terbawah RPV.  Ketika debris bergerak  ke  arah  bagian  bawah  RPV  yang masih  menyimpan  air kemudian debris bersentuhan dengan air, maka penguapan terjadi secara ekstrim dan terjadi pengurangan  kuantitas air, kemudian  sebagian  volume air dipindahkan oleh  volume debris. Volume air  dalam  RPV  yang  terdorong  ke  arah  berlawanan dengan  arah  gerak  debris kembali lagi ke arah bawah  dan  memunculkan fenomena penggenangan ulang pada bagian celah  yang  terbentuk  antara  debris  dan  RPV[2].  Peristiwa  pendinginan  tersebut  meskipun termasuk  kategori  kecelakaan  parah dan  melibatkan fenomena  pendidihan  di  celah  sempit, justeru  telah  menunjukkan  eksistensi  yang  menghambat  timbulnya  kerusakan  dinding RPV[3].  Bagaimana  keberlangsungan  fenomena  pendinginan  ini  terjadi  tentu  perlu dilakukan  pengkajian  yang  dimaksudkan  sebagai  upaya  perbaikan  desain,  perbaikan pengoperasian dan mitigasi kecelakaan.
Penelitian  terkait  peristiwa  kecelakaan  parah  dimulai  sejak  tahun  2007  di Laboratorium  Termohidrolika  Eksperimental,  PTRKN  Badan  Tenaga  Nuklir  Nasional (BATAN)  Serpong.  Simulasi  proses  pendinginan  pada  kasus  kecelakaan  parah  di  TMI-2 dilakukan  secara  eksperimental  menggunakan  bagian  uji  HeaTiNG-01  ( Heat  Transfer  in Narrow  Gap ).  Kemudian,  melalui  beberapa  hasil  risetnya[4,5,6],  maka  telah  diketahui bagaimana  fenomena  pendidihan  yang  terjadi  ketika  proses  pendinginan  debris  oleh  air pendingin  ( coolant )  berlangsung.  Bagian  uji  sebagai  simulasi  debris  berupa  silinder  panas ( Heated  Rod ).  Silinder  panas  memiliki  bentuk  geometri  berupa silinder  yang  tengahnya berongga yang  disebut heated  rod . Proses  perpindahan  kalor  berdasarkan  data  perubahan temperatur  transien  pada  titik  pengukuran  termokopel  di  daerah  (0,3  mm)  terdekat  dari permukaan  luar  silinder  panas  menjadi  kajian  dalam  riset-riset  sebelumnya.  Namun, penelitian terdahulu tidak menjelaskan bagaimana proses perpindahan kalor konduksi secara radial,  dimana  analisis  perlu  dilakukan  melalui  perhitungan  berdasarkan data  transien temperatur di dinding silinder panas ( wall meat ).
Berdasarkan  kondisi  bagian  uji  HeaTiNG-01 yang  telah  terinstalasi  tidak  dapat memberikan hasil pembacaan distribusi temperatur secara radial, sehingga diperlukan desain alat uji baru, yaitu dengan memasang beberapa termokopel pada wall meat (daging dinding) silinder panas pada jarak tertentu untuk tebal 10 mm. Analisis distribusi temperatur pada wall meat untuk  proses  pendinginan  baik  secara radiasi  dan  pendidihan  untuk  kondisi  transien perlu  dilakukan secara  eksperimental  yang  bertujuan memahami perpindahan  kalor  secara konduksi  berdasarkan  perubahan  data distribusi temperatur pada wall  meat . Melalui desain baru  tersebut  maka  dibuatlah  RISCa  ( radially  transient  temperature  distribution  inquiry system  contrivance )  untuk  meneliti distribusi  temperatur  transien  secara  radial,  sehingga dapat  mengetahui  perpindahan  kalor  secara  radial  selama  proses  pendinginan,  khususnya melalui  penenggelaman  tiba-tiba  objek  panas  ke  dalam  air  bertemperatur  saturasi
( quenching ). Proses  pendinginan  tersebut  adalah  sebagai  simulasi  proses  pendinginan transien berdasarkan eksperimen pada kasus didih kolam ( pool boiling ).

## TEORI
Perpindahan  kalor  pendidihan  didefinisikan  sebagai  model  perpindahan  kalor  yang terjadi  dengan  melibatkan  perubahan  fasa  dari  fasa  cair  menjadai  fasa  uap.  Proses perpindahan  kalor  pendidihan  terbagi  menjadi  dua  jenis  yaitu  pendidihan  kolam  dan pendidihan alir. Perpindahan kalor pendidihan kolam dipertimbangkan sebagai  perpindahan kalor pendidihan di sekitar permukaan objek panas yang didinginkan pada media fluida tidak bergerak.  Sedangkan,  rejim  pendidihan  sendiri  telah  didefinisikan  oleh  Nukiyama berdasarkan eksperimen pada pendidihan kolam yang diperlihatkan pada Gambar 1.
Bentuk kurva pendidihan menunjukkan fluks kalor yang dipindahkan dari permukaan panas menuju pendinginan versus panas lanjut ke arah  dinding  yang dikenal sebagai kurva didih ( boiling  curve ).  Perbedaan  rejim  diklasifikasikan  berdasarkan  temperatur wall superheat (panas  lanjut)  yaitu  perbedaan  antara  temperatur  permukaan  dinding  (Tw)  dan temperatur cairan  saturasi (Tsat). Koefisien  perpindahan kalor pada kurva didih  dinyatakan sebagai:
w sat q h T T cc (1)
dengan  h adalah koefisien perpindahan kalor [W/m 2 K], q’’ adalah  fluks kalor [W/m 2
ng ], dan
[K atau oC] adalah temperatur wall superheat [7].
Gambar 1.  Kurva Nukiyama[8]
Gambar 2.  Kurva didih transisi[7]
Rejim perpindahan kalor dapat dibedakan menjadi beberapa rejim yaitu:
1. Konveksi bebas, dicirikan dengan konveksi bebas satu fasa dari permukaan panas ke cairan saturasi tanpa adanya pembentukan gelembung.
2. Didih inti, rejim ini merupakan konveksi dua fasa dimana gelembung mulai muncul, tumbuh, dan meninggalkan permukaan panas.
3. Didih  transisi,  rejim  ini  adalah  rejim  yang  terjadi  ditengah-tengah  antara  didih  inti dan  rejim  didih  film,  juga  disebut  sebagai  didih  parsial.  Penjelasan  didih  transisi terbagi menjadi dua keadaan dilihat dari ada tidaknya kontak diantara muka air, uap, dan  permukaan  benda  yaitu  didih  transisi  film  (tidak  ada  kontak  permukaan  benda dengan  air) dan  didih transisi inti yang merupakan kontak permukaan  benda dengan air[7]. Mekanisme tersebut diperlihatkan pada Gambar 2 4. Didih film, rejim ini dicirikan oleh adanya suatu lapisan uap stabil yang terbentuk di antara permukaan panas dan cairan.
Terdapat  tiga  titik  transisi  diantara  empat  rejim.  Titik  pertama  (A)  disebut  sebagai incipience of boiling (IB) atau onset of nucleate boiling (ONB), dimana gelembung pertama kali tampak pada permukaan panas. Titik kedua (C) adalah puncak dari kurva dibagian kurva didih  inti,  disebut  sebagai departure  from  nucleate  boiling (DNB), the  critical  heat  flux (CHF), or peak heat flux . Titik transisi terakhir (D) terletak dibagian paling bawah dari rejim didih film dan disebut sebagai titik minimum film boiling (MFB) atau Leidenfrost point [9].
Didih  film fluks kalor mencapai suatu nilai minimum pada saat mencapai nilai tertentu,  dimana  ditunjukkan  dengan  adanya  selimut  uap  pada  seluruh  permukaan.
Selanjutnya  pada  saat  terjadi  penurunan ,  akhir  didih  film  di  fluks  kalor  minimum berhubungan  dengan  fenomena rewetting .  Sebagai  korelasi  kondisi  didih  film  pada permukaan  vertikal  digunakan korelasi  Bromley[10].  Berdasarkan  pada  stabilitas  film  uap disekitar silinder horizontal,
0,25 3 2 3 g g f g fg B g s e k g h h T L U U U P ª º ' « » ' « » ¬ ¼ (2) Atau 0,25 3 0,75 2 3 g g f g fg s g e k g h q T L U U U P ª º ' cc « » ' « » ¬ ¼ (3)
Dengan panjang  karakteristik  dari  instabilitas  taylor  dan
adaah  panjang  yang dipanaskan ( heated lenght ):
Instabilitas Taylor ,
0,5 2 f g g V O S U U ª º « » « » ¬ ¼ (4) h e h h e L L L L L O O O o ! o

## METODOLOGI

## Peralatan Eksperimen
Objek  penelitian  yang  digunakan  diberi  nama  ”RISCa”  ( Radially  transient temperature  distribution  Inquiry  System  Contrivance ) yang  merupakan  alat uji  eksperimen sistem penyelidikan distribusi temperatur transien secara radial. Gambar 3 menunjukkan set- up peralatan eksperimen RISCa.
Gambar 3. Peralatan eksperimen RISCa

## Gambar 4. Posisi 8 termokopel pada silinder panas dalam skala milimeter
Tabel 1. Posisi radial termokopel berdasarkan penomoran (TC)
No.Termokopel TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 TC8 Jarak radial, r [mm] 25 27 29 31 33 35 37 39 Posisi jari-jari DALAM LUAR Komponen  utama  Bagian  Uji RISCa terdiri  dari,  silinder  panas (stainless  steel  SS316), Heater HeaTiNG-01, dudukan silinder panas (flanges, fire brick dan tiang peyangga ), media pencelupan  berisi  air  bertemperatur  saturasi  ( pyrex  glass ),  termokopel, DAS, High  Speed Camera (HSC).  Gambar  4 menguraikan  geometri  ukuran  dan  posisi  penempatan  8  titik termokopel yang dipasang secara radial pada silinder. Jarak radial tiap termokopel adalah 2 mm. Penomeran termokopel dilakukan dari bagian dalam menuju bagian luar secara radial. Detail posisi radial termokopel dan penomoran termokopel ditampilkan pada Tabel 1.

## Prosedur Eksperimen
Eksperimen  dilakukan  dengan  terlebih  dahulu  dengan  memanaskan  silinder  panas  ( heated cylinder ) dengan  cara menaikkan daya heater secara bertahap, kemudian  ketika temperatur awal  yang  diinginkan  tercapai,  daya  dimatikan.  Panas  akan  meluruh  tanpa  adanya  inputan daya. Sedangkan, pelaksanaan eksperimen secara umum terbagi dalam tahapan berdasarkan urutan kegiatannya seperti ditunjukkan dalam  Gambar 5.
Gambar  5. Diagram tahapan eksperimen quenching

## Pengolahan Data
Pengolahan  data  eksperimen  dilakukan  dengan  mengolah  data  masukan  temperatur setiap  detik.  Data  primer  hasil  eksperimen  digunakan  secara  langsung  dalam  pembuatan kurva  distribusi  temperatur  secara  transien.  Fluks  kalor  ditentukan  dengan  asumsi  bahwa fluks  kalor  yang  diukur  adalah  fluks  kalor  lokal  yang  didasarkan  pada  hasil  transien temperatur,  dengan  luasan  area  sekitar  termokopel  (3  mm).  Hasil  pengukuran  dari eksperimen  yang  pernah  dilakukan  menunjukkan  bahwa  nilai  fluks  kalor  umum  tidak berbeda  jauh  dengan  nilai  fluks  kalor  lokal,  sehingga    persamaan  dibawah  ini  dapat digunakan untuk perhitungan fluks kalor lokal,
( ) ss p ss m c dT q A dt cc (5) dengan, 2 2
4 ss ss silinder ss o i o
m V D D L untuk A D L
S U U S
Hasil perhitungan diplot ke dalam kurva didih, yaitu fluks kalor [kW/m 2 ] versus wall  superheat [K]. Seluruh  pengolahan  data  dalam  pembuatan  kurva  didih  dan  kontur temperatur  digunakan  piranti  lunak Origin  8 .  Visualisasi  terhadap  mekanisme perpindahan kalor pendidihan direkam menggunakan HSC. Pemotongan  gambar ( frame ) dari rekaman video diolah menggunakan piranti lunak AOS Imaging Studio V2.5.2.2 .

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Visualisasi Pendidihan Kolam
Fenomena pendidihan kolam yang terjadi selama eksperimen dengan temperatur awal 800 o C,  600 o C,  400 o C,  dan  300 o C  divisualisasi  menggunakan  HSC.  Pengambilan  gambar difokuskan saat permulaan air berinteraksi dengan silinder panas (saat pencelupan), karena hal ini sangat penting untuk tujuan  keselamatan  reaktor nuklir pada saat terjadi kecelakaan terutama  pada  pemahaman  mekanisme  yang  sebenarnya  terjadi  antara  muka  air  dengan permukaan silinder panas.
Gambar 6. Awal pencelupan untuk beragam temperatur awal
Proses pendingian  quenching direkam selama rentang waktu  0 detik  sampai 6 detik (kemampuan  penyimpanan  data  video  di  HSC).  Waktu  permulaan,  saat  0  detik  ditentukan saat  mengamati  kontak  pertama  antara  muka  air  dan  permukaan  silinder  panas.  Air pendingin yang berada di dalam gelas pyrex adalah air bertemperatur saturasi (100 o
Gambar  6  menunjukkan  fenomena  pendidihan  kolam  yang  terjadi  saat  awal pencelupan.  Proses  pendidihan  pada  temperatur  awal  800
C).
o C  menujukkan  bahwa  silinder panas masih berwarna menyala (merah) akibat masih tingginya temperatur dimana seketika setelah  pencelupan  ke  dalam  air  saturasi  terbentuk  lapisan  uap  ( vapor  blanket )  yang menyelimuti seluruh permukaan silinder panas, kondisi ini adalah rejim didih  film. Adanya selimut  uap  tersebut  mengakibatkan  permukaan  silinder  panas  hanya  bersentuhan  dengan muka uap, hal ini berarti terjadinya perpindahan kalor secara konveksi dan radiasi terhadap lapisan  uap.  Sedangkan  untuk  temperatur  awal  600 o C  dan  400 o C,  saat  detik  permulaan menunjukkan  masih  eksisnya  lapisan  uap  dipermukaan  silinder  panas,  namun  kondisi  ini nampak  berbeda  ketika  temperatur  awal  silinder  panas  yang  dicelupkan  bertemperatur 300 o C. Keadaan lapisan uap atau rejim didih film untuk temperatur awal 300 o C, berlangsung secara singkat.

## Visualisasi Rejim Pendidihan
Gambar  7  menunjukkan  proses  pendidihan  yang  berlangsung  selama  0  – 5  detik untuk  temperatur  awal  300 o C.  Visualisasi  saat  pencelupan  berlangsung  dilakukan  dengan kecepatan kamera 500 frame/s (1 frame = 2 ms). Gambar proses pendidihan yang melibatkan keseluruhan  rejim  pendidihan  (didih  film,  didih  transisi  dan  didih  inti) hanya  bisa  terekam oleh  kamera  untuk  proses quenching pada  silinder  panas  dengan  temperatur  awal  300 o C, sedangkan  untuk variasi temperatur awal 400 o C, 600 o C dan  800 o C tidak tertangkap karena proses  pendidihan  untuk  didih  film  saja  berlangsung  rata-rata  lebih  dari  4  detik.  Hasil visualisasi tahapan rejim pendidihan ditunjukkan pada Gambar 7.

## Gambar 7.  Mekanisme rejim pendidihan untuk Ti=300oC
Saat  0,3  detik  ( frame ke  151),  proses  pencelupan  diawali  pada  sisi  kanan  yang terlebih  dahulu tercelup, hal ini terjadi karena saat silinder panas tercelup tidak tegak lurus terhadap air pendingin  dan  sebagai akibatnya, pada detik pertama tidak seluruh  permukaan silinder  panas  diselimuti  oleh  lapisan  uap  hal  ini  dikarenakan  didih  film  yang  terbentuk berlangsung lebih dahulu pada sisi kanan sehingga sisi kanan terlihat mengindikasikan didih film yang tidak stabil. Ketidakstabilan lapisan uap semakin besar sehingga mengindikasikan masuknya  ke  rejim  didih  film  transisi  yang  masih  belum  ada  kontak  antar  muka  silinder panas dengan  muka  air.  Kemudian  saat  0,4  detik  ( frame ke  200),  stabilitas  dari  didih  film
mulai  terganggu.  Lapisan  uap  semakin  tidak  stabil,  diperlihatkan  kenaikan  gelombang instabilitas taylor dipermukaan lapisan antara uap dan air. Kondisi lapisan uap semakin tidak stabil ketika mencapai 1,11 detik (frame ke 556), dimana lapisan uap menjadi tidak merata dan  sudah  mulai  melepaskan  gelembung  uap  ke  permukaan,  namum  permukaan  silinder panas masih tetap kering. Kondisi tercapainya didih transisi terjadi saat 1,61 detik (frame ke 806), hal ini ditunjukkannya dengan  semakin  banyaknya gelembung uap  yang terlepas dari permukaan  silinder  panas  dalam  berbagai  bentuk.  Bagian  silinder  permukaan  yang  tampak basah mulai terlihat pada posisi yang bergantian. Peristiwa berakhirnya didih transisi terlihat saat  2,62  detik  (frame  ke  1308),  gelembung  uap  mulai  kolaps  dan  semakin  banyak  yang terlepas ke permukaan  dengan ukuran sedang. Sedangkan  bagian permukaan silinder panas yang  basah  semakin  luas.  Didih  inti  masih  berlangsung  saat  4,01  detik  (frame  ke  2004), dimana permukaan basah menjadi dominan dan permukaan silinder panas yang melepaskan gelembung semakin sedikit dan melepaskan gelembung dengan bentuk yang kecil.

## Hasil Pengukuran Transien Temperatur
Hasil pengukuran temperatur transien pendinginan quenching berdasarkan perubahan temperatur  awal  silinder  panas  adalah  800 o C,  600 o C,  400 o C,  dan  300 o C  disajikan  sebagai distribusi temperatur terhadap waktu untuk pendinginan radiasi pada pada Gambar 8, 9, 10 dan  11.  Kurva  temperatur  transien  pendinginan quenching untuk  temperatur  awal  800 o C (Gambar  8)  menguraikan  data  yang  disajikan  mulai  dari  awal  pencelupan  hingga  terjadi konveksi bebas. Pendinginan pada akhirnya terjadi secara konveksi bebas.
Gambar 8. Kurva temperatur transien pendinginan quenching Ti=800 o C
Gambar 9.  Kurva temperatur transien pendinginan quenching Ti=600 o C
Gambar 10. Kurva temperatur transien pendinginan quenching Ti=400 o C
Gambar 11. Kurva temperatur transien pendinginan quenching Ti=300 o
Gambar  9  dan  10  merupakan  kurva  temperatur  transien  pendinginan quenching dengan temperatur  awal 600
C
o C  dan  400 o C,    kedua  gambar  menunjukkan  bagaimana  proses pembasahan  ulang  ( rewetting )  berakhir  pada  permukaan  silinder  panas  secara  radial. Sedangkan dinding terluar ( T8 ) tampak lebih dulu terbasahi yaitu lebih cepat selesai proses pembasahannya  daripada  dinding  yang  terdalam.  Gambar  11  merupakan  kurva  temperatur transien  pendinginan  kasus quenching untuk  temperatur  awal  300 o
Kurva  transien  temperatur  yang  ditunjukkan  mulai  Gambar  8,  9,  10  hingga  11 memperlihatkan,  bahw  daerah  transien  didih  film  berlangsung  dalam  waktu  yang  semakin cepat  berdasarkan  pengurangan  temperatur  awal  silinder  panas.  Waktu  tersingkat  terjadi untuk temperatur awal 300
C  yang  penurunan temperaturnya  yang  terjadi secara  cepat.  Terlepasnya  penutup  silinder  terjadi  pada  rejim didih inti, dan hal ini tidak mempengaruhi proses pendidihan yang berlangsung.
o C, dalam hal ini proses pendidihan terjadi di bawah 5 detik.

## Pola Perubahan Temperatur pada Posisi Radial
Distribusi  temperatur  radial  menunjukan  bagaimana  perubahan  nilai  temperatur terhadap jari-jari (radius) dalam daging silinder panas saat pendinginan. Gambar 12, 13, 14 dan  15  menunjukkan  distribusi  temperatur  radial  pendinginan  quenching selang  waktu  0  - 450 detik,  dimana  arah  pendinginan  dari  detik  awal  (ti)  turun  kebawah  hingga  detik  akhir yang ditentukan (tn). Perubahan nilai temperatur setiap radius 2 mm  memiliki pola beragam dari detik ke 0 hingga detik ke 450. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8, bahwa transien temperatur  untuk  temperatur  awal  800 o C  terjadi  begitu  lama  yang  sekaligus  menunjukkan eksistensi  lapisan  uap  atau  rejim  didih  film  terjadi  cukup  lama.  Hal  tersebut  ditunjukkan degradasi temperatur pada setiap titik radial tidak begitu berbeda.
Gambar 12. Distribusi temperatur radial pada Ti=800 o
Kemudian daerah didih transisi ditunjukkan dengan degradasi temperatur pada setiap titik  radial  mengalami  fluktuasi  yang  besar  dan  penuruan  temperatur  setiap  detik  cukup besar. Didih inti ditunjukkan masih adanya degradasi temperatur yang cenderung tidak sama pada setiap titik radial. Konveksi bebas ditandai dengan hampir meratanya temperatur pada setiap titik radial.
C untuk ' t=450 detik
Gambar 13. Distribusi temperatur radial pada Ti=600 o C untuk ' t=450 detik
Gambar 14. Distribusi temperatur radial pada Ti=400 o C untuk ' t=450 detik
Gambar 15. Distribusi temperatur radial pada Ti=300 o
Berdasarkan  Gambar  12  untuk  temperatur  awal  800 C untuk ' t=450 detik
o C  yang  menjelaskan  pola distribusi temperatur pada setiap titik radial selama 450 detik, dimana identifikasi perubahan rejim  didih  dan  konveksi  bebas  bisa  dijelaskan  dengan  degradasi  temperatur  setiap  titik radial.  Sehingga,  untuk  Gambar  13,  14  dan  15  yang  secara  berturut-turut  menunjukkan proses quenching untuk  temperatur  awal  silinder  panas  600 o C,  400 o C  dan  300 o C  dapat menyimpulkan bahwa, semakin rendah temperatur awal silinder panas akan ditandai semakin mengecilnya area didih  film. Sedangkan pada daerah didih transisi menunjukkan pola yang sama, yaitu terjadi fluktuasi temperatur atau degradasi yang besar pada setiap titik radialnya.

## Hasil Perhitungan Fluks Kalor
Data transien temperatur selama quenching digunakan untuk menghitung fluks kalor menggunakan  persamaan  (4)  dan  kemudian  korelasi  Bromley  digunakan  sebagai pembanding untuk rejim didih  film. Hasil perhitungan fluks kalor berupa kurva didih  yang membandingkan fluks kalor dan wall superheat ditunjukkan pada Gambar 16, 17, 18 dan 19 untuk masing-masing temperatur awal 800 o C, 600 o C, 400 o C dan 300 o C.
Gambar 16. Kurva didih proses quenching pada Ti=800 o C
Gambar  16  menunjukkan  kurva  didih  untuk  temperatur  awal  800 o C,  seperti  yang  telah diperlihatkan  pada  hasil  visualisasi  (Gambar  6)  dan  distribusi  temperatur  secara  radial (Gambar  12)  yang  menunjukkan  rejim  didih  film  berlangsung  lama,  dan  kondisi  tersebut ditunjukkan dengan terbentuknya rejim didih film pada kurva didih  yang panjang. Keadaan yang menarik adalah, rejim didih film memiliki panjang yang sama untuk semua titik radial dan  menjelaskan  bahwa  perubahan  temperatur  setiap  setiap  titik  radial  tidak  begitu  besar. Fluks kalor kritis di bagian luar (TC8) adalah 700 kW/m 2 .
Gambar 17. Kurva didih proses quenching pada Ti=600 o C
Gambar 17, 18 dan 19, menunjukkan kurva didih untuk temperatur awal 600 o C, 400 o C dan 300 o C.  Ketiga  gambar  kurva  didih  menunjukkan  bahwa  rejim  didih  film  semakin  pendek ketika  temperatur  awal  silinder  panas  semakin  rendah.  Fluks  kalor  kritis  untuk  temperatur awal 600 o C hampir sama pada titik radial ke 1 hingga ke 7 (TC1 – TC7), sedangkan  pada bagian luar (TC8) agak rendah dibandingkan rata-ratanya. Sedangkan pada temperatur awal 400 o C, fluks kalor kritisnya hampir sama pada seluruh titik radial (TC1-TC8).
Gambar 18. Kurva didih proses quenching pada Ti=400 o C
Gambar 18 dan 19, menunjukkan eksistensi rejim didih film semakin berkurang. Keadaan ini memperjelas  bahwa stabilitas lapisan  uap tidak dapat bertahan  lama untuk temperatur  yang lebih  rendah  dari  600 o C.  Fluks  kalor  kritis  pada  TC8  untuk  temperatur  awal  400 o C  adalah 450 kW/m 2 , nilai ini di bawah kondisi temperatur awal 600 o C dan 800 o C.
Gambar 19. Kurva didih proses quenching pada Ti=300 o C
Gambar 19 yang menunjukkan quenching pada temperatur awal 300 o C, mempertegas bahwa pada bagian dalam (TC1 hingga TC7), daerah didih film tidak terdeteksi. Didih film hanya terdeteksi pada bagian di dekat permukaan, yaitu pada titik TC8, dengan ukuran yang pendek namun  berada pada garis korelasi  Bromley. Fluks kalor kritis untuk kasus temperatur awal 300 o C pada TC8 mencapai 400 kW/m 2
Terdapat kesamaan untuk rejim didih film pada kasus 800 . o C dan 600 o C, yaitu kurva rejim didih film hasil eksperimen pada titik radial terluar yaitu TC8 (2 mm dari permukaan luar silinder dan permukaan kontak dengan air) sangat sesuai dengan garis korelasi Bromley. Fluks  kalor  kritis  pada  TC8  untuk  temperatur  awal  600 o C  adalah  500  kW/m 2 .    Sedangkan untuk titik TC1 hingga TC7, rejim didih film hasil eksperimen rata-rata berada di atas garis korelasi Bromley yang dihasilkan berdasarkan data temperatur pada permukaan antara benda panas  dan  fluida  eksperimen.  Hasil  ini  mempertegas  bahwa,  meskipun  termokopel  berada kurang lebih 2 mm di bawah permukaan bagian luar silinder yang berhubungan dengan air, rejim didih film tetap sesuai dengan garis korelasi Bromley.

## KESIMPULAN
Hasil penelitian ini menyimpulkan beberapa hal, sebagai berikut:
1. Eksistensi  daerah  didih  film  terjadi  hingga  4  detik  lebih  untuk  temperatur  awal
800 o C,  600 o C  dan  400 o C,  sedangakan  pada  temperatur  awal  300 o
2. Distribusi temperatur secara radial dapat dijadikan acuan untuk menentukan rejim didih  dan  konveksi bebas berdasarkan  pola yang terbentuk pada kurva temperatur versus  posisi  radial  termokopel.  Pola  yang  menunjukkan  flukstuasi  temperatur yang tinggi pada setiap titik radial mengindikasikan rejim didih transisi ( un-stable film  boiling ).  Degradasi temperatur  pada  titik radial  tidak  begitu  signifikan  untuk rejim didih film, didih inti dan konveksi bebas.
C  terjadinya
proses didih film terjadi selama 1,11 detik.
3. Pembacaan  temperatur  akan  semakin  baik  untuk  posisi  termokopel  yang  semakin mendekati  permukaan  silinder  bagian  luar  yang  berhubungan  dengan  air  (fluida) dimana konveksi terjadi. Posisi termokopel terluar (TC8) yang berjarak 2 mm dari permukaan terluar, sesuai dengan prediksi Bromley untuk kasus didih kolam.
4. Fluks  kalor  kritis  di  titik  terluar  (TC8)  untuk  temperatur  awal  800 o C  adalah  700 kW/m 2 ,  untuk  600 o C  adalah  500  kW/m 2 ,  untuk  400 o C  adalah  450  kW/m 2 dan untuk 300 o C adalah 400 kW/m 2 .

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapakan  terimakasih yang sebesarnya kepada Ainur Rosidi yang telah mengoperasikan HSC dan membantu selama eksperimen, serta Ismu Handoyo yang bersama penulis  mendesain  RISCa.  Kepada  Ka.  BOFa,  Kasub.  Termohidrolika  dan  teman-teman termohidrolika ucapan terimakasih atas dukungan dan bantuannya.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Broughton  JM,  Kuan  P,  Petti  DA  and  Tolma  EL.  A  Scenario  on  the  three  mile island unit 2 accident. Nuclear Technology. 2005;87(1):34-5.
2. How  the  safety  of  npp  is  secured in  policy  terms. Hopes  to  Make  Safe  More Secured. Serial, NPP Safety Demonstration/Analysis, ANRE & MITI Japan; 2001.
3. World Nuclear Association. Three Mile Island Accident. [cited 2010 December 25]. Available: http://www.world-nuclear.org/info/inf36.html ..
4. Juarsa  M.  Simulasi  eksperimental  kecelakaan  parah  pada  pemahaman  aspek manajemen kecelakaa. J Tek Pengolahan Limbah. Juli 2007; 10(1):58-65.
5. Juarsa  M,  Umar  E, Widiharto  A.  Analisis  fluks  kalor  pada  celah  sempit  anulus dengan  variasi  temperatur  awal  menggunakan  bagian  uji  HeaTiNG-01.  BATAN- ITB. Bandung, 2009: 72-80.
6. Juarsa  M, Wahono  PI, Antariksawan  AR.  Studi  fenomena  perpindahan  panas pendidihan  berdasarkan  peristiwa  LOCA  dan  kecelakaan  parah. J  Nas  Sains  dan Teknologi Nuklir. Agustus 2009; IX(2);1-15.
7. Lienhard  IV  JH.  Lienhard  V  JH.  A  heat  transfer  textbook.  3th  ed.  Cambridge: Phlogiston Press; 2002.
8. De  Witt  DP.  and  Frank  P,  Incropera  FP.  Fundamental  of  heat  transfer. John  New York: Wiley & Sons, Inc; 1981.
9. Bejan  A.  and  Kraus  AD.  Heat  transfer  hand  book.  Canada:John  Wiley  &  Sons; 2003.
10. Bromley LA. Heat transfer in stable film boiling. Chem Eng Progress 1950; 46:221- 32.