## ANALISA PENGARUH SUHU AWAL PELAT PANAS PADA PROSES QUENCHING
CELAH SEMPIT REKTANGULAR
M. Hadi Kusuma 1 , Mulya Juarsa 1,2 , Anhar Riza Antariksawan 3 , Nandy Putra 2
1 Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasional
2 Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
3 Penelitian Dasar dan Terapan, Badan Tenaga Nuklir Nasional Email: luluikal@batan.go.id
Diterima editor  12 Mei 2012 Disetujui untuk publikasi 04 Juni 2012

## ABSTRAK
ANALISA  PENGARUH  SUHU  AWAL  PELAT  PANAS  PADA  PROSES QUENCHING CELAH SEMPIT  REKTANGULAR .  Pemahaman  terhadap  manajemen  termal  apabila  terjadi  suatu  kecelakaan parah reaktor nuklir seperti melelehnya bahan bakar dan teras reaktor, menjadi prioritas utama untuk menjaga integritas  bejana  tekan  reaktor.  Dengan  demikian  hasil  lelehan  bahan  bakar  dan  teras  reaktor  (debris)  tidak keluar dari bejana tekan reaktor dan mengakibatkan dampak lain yang lebih besar ke lingkungan. Salah satu cara  yang  dilakukan  untuk  menjaga  integritas  bejana  tekan  reaktor  adalah  dengan  melakukan  pendinginan terhadap  panas  berlebih  yang  dihasilkan  akibat  dari  kecelakaan  tersebut.  Untuk  mempelajari  dan mendapatkan  pemahaman  mengenai  hal  tersebut,  maka  dilakukan  penelitian  mengenai  pengaruh  suhu  awal pelat  panas  dalam  proses quenching (pendinginan  secara  tiba-tiba)  celah  sempit rektangular.  Penelitian difokuskan pada penentuan suhu rewetting dari pendinginan pelat panas dengan suhu awal pelat 220 ºC, 400 ºC, dan 600 ºC dengan laju aliran air pendingin 0,2 liter/detik. Eksperimen dilakukan dengan menginjeksikan air pada laju aliran 0,2 liter/detik pada suhu air pendingin 85 ºC ke dalam celah sempit rektangular. Data hasil pengukuran digunakan untuk mengetahui suhu rewetting yang terjadi pada pendinginan pelat panas tersebut. Tujuannya  adalah  untuk  memahami  pengaruh  suhu  awal  pelat panas  terhadap rewetting pada  proses quenching di  celah  sempit  rektangular.  Hasil  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa  titik rewetting pada pendinginan  pelat  panas  220  ºC,  400  ºC,  dan  600  ºC  terjadi  pada  suhu  rewetting  yang  berbeda-beda.  Pada suhu  awal  pelat  panas  220  ºC,  suhu rewetting terjadi  pada  220  ºC  yaitu  langsung  ketika  air  dilewatkan melalui celah sempit rektangular. Pada suhu awal pelat panas 400 ºC, suhu rewetting terjadi pada 379,51 ºC. Dan pada suhu awal pelat panas 600 ºC, suhu rewetting terjadi pada 426,63 ºC. Perbedaan suhu awal pelat panas  yang  sangat  signifikan  menyebabkan  terjadinya  perubahan  sifat  fisik  benda  uji,  berbedanya  rejim pendidihan  yang  dialami  oleh  fluida  yang  melewati  celah  sempit,  perubahan  nilai  kalor  spesifik  bahan, perubahan nilai konduktifitas termal, dan perbedaan suhu wall superheated -nya. Perubahan-perubahan yang terjadi tersebut menyebabkan peningkatan suhu rewetting seiring dengan kenaikan suhu awal pelat panas.
Kata kunci: rewetting , quenching , celah sempit, keselamatan nuklir

## ABSTRACT AN ANALYSIS OF HOT PLATE INITIAL TEMPERATURE EFFECT ON RECTANGULAR NARROW
GAP  QUENCHING  PROCESS . The  understanding  about  thermal  management in  the  event of  a severe accident such  as the  melting nuclear reactor fuel  and reactor  core,  became  a  priority  to maintain  the integrity  of reactor pressure  vessel. Thus  the  debris  will not  out  from the  reactor pressure  vessel and resulting impact  of  more substantial to  the  environment. One  way to  maintain  the integrity  of the  reactor pressure  vessel was cooling of  the excess  heat generated due  to the  accident. Toget  understanding  of this aspect, the research focused on the effect of the initial temperature of the hot plate in the rectangular narrow gap  quenching  process.  The  initial  temperature  effect  on  quenching  process  is  related  to  cooling  process (thermal management) when the occurrence of a nuclear accident due to loss of coolant accident or severe accident. In order to address the problem, it is crucial to conduct research to get a better understanding of thermal  management  regarding  to  nuclear  cooling  accident.  The  research  focused  on  determining  the rewetting temperature of hot plate cooling on 220 ºC, 400 ºC, and 600 ºC  with 0.2 liters/sec cooling water flowrate. Experiments were carried out by injecting 85 ºC cooling water temperature into the narrow gap at flowrates  of  0.2  liters/sec.  Data  of  transient  temperature  measurements  were  recorded  using  a  data acquisition system in order to know the rewetting temperature during the quenching process. This study aims to  understand  the  effect  of  hot  plate  intial  temperature  on  rewetting  during  rectangular  narrow  gap quenching process. The results obtained show that the rewetting point on cooling the hot plate 220 ºC, 400
ºC  and  600  ºC  occurs  at  varying  rewetting  temperatures.    At  220  ºC  hot  plate  initial  temperature,  the rewetting temperature occurs on 220 ºC. At 400 ºC hot plate initial temperature, the rewetting temperature occurs on 379.51 ºC. At 600 ºC hot plate initial temperature, the rewetting temperature occurs on 426.63 ºC. Significant  differences  of  hot  plate  initial  temperature  leads  to  changes  in  physical  properties  of  material, different  boiling  regimes  occurs  when  fluid  passing  through  a  narrow  gap,  changes  on  specific  heat  of material, changes on thermal conductivity of material, and the differences of wall superheated temperature. Rewetting temperature will increase due to increasing on hot plate initial temperature.
Keywords: rewetting, quenching, narrow gap, nuclear safety

## PENDAHULUAN
Kecelakaan  parah  ( severe  accident )  yang  terjadi  pada  reaktor  Three  Mile  Island-2  (TMI-2) mengakibatkan  bahan  bakar  dan  teras  meleleh  akibat overheated .  Lelehan  bahan  bakar  dan  teras ( debris ) kemudian tertumpuk di bagian bawah bejana tekan reaktor. Debris tersebut tidak menyentuh dinding dalam bejana tekan reaktor karena terdapat air pendingin yang digunakan untuk mendinginkan permukaan lelehan, sehingga terbentuk celah sempit berukuran rata-rata 1 mm diantara keduanya. Air pendingin  dapat  memasuki  celah  sempit  tersebut  dan  mendinginkan  permukaan  lelehan.  Proses pendinginan  yang  terjadi  di  dalam  celah  sempit  inilah  yang  menjaga  integritas  bejana  tekan  reaktor tetap  utuh.  Proses  pendinginan  yang  terjadi  di  celah  sempit  ini  disebut  dengan quenching ,  yaitu pendinginan mendadak suatu permukaan panas yang terjadi saat permukaan tersebut terendam dalam zat  cair.  Penetrasi  air  ke  dalam  celah  sempit  selain  akibat  gravitasi  akan  banyak  ditentukan oleh karakteristik perpindahan panas dalam celah sempit tersebut.
Fenomena  yang  terjadi  pada  kasus  di  atas  menjadi  temuan  yang  sangat  berharga  untuk mempelajari  proses  pendinginan  yang  terjadi  pada  kecelakaan  tersebut  dan  mempelajari  manajemen termal  yang akan  dilakukan  apabila  kecelakaan  serupa  berulang  pada  operasi  reaktor  berikutnya. Dengan  mengetahui  manajemen  termal  yang  baik,  diharapkan  dapat  mengurangi  dampak  yang ditimbulkan apabila kecelakan tersebut kembali terjadi.
Banyak  penelitian  yang  dilakukan  mengenai  proses  pendinginan  dan  fenomena  perpindahan panas  yang  terjadi  pada  kecelakaan  TMI-2.  Hasil-hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian  tersebut menunjukkan bahwa celah sempit yang terdapat di antara lelehan teras yang bagian luarnya membeku dengan dinding bejana tekan reaktor berukuran sekitar 1 – 2 mm. Celah ini terbentuk karena pengaruh air pendingin yang menahan debris tidak menyentuh dinding bejana tekan bagian dalam akibat gaya bouyance [1-3]. Gambar 1 menunjukkan ilustrasi kondisi lelehan teras di bagian bawah bejana reaktor yang membentuk celah sempit diantara lelehan teras dan dinding bejana reaktor.
Gambar 1. Konfigurasi keadaan debris pada bagian bawah Reactor Pressure Vessel
Hasil  penelitian  lainnya  menunjukkan  dalam  fenomena  perpindahan  panas  di  celah  sempit vertikal  rektangular  bahwa  pada  celah  sempit  berukuran  <  3  mm  terdapat  uap  yang  menutupi permukaan  pemanas.  Gelembung  uap  yang  terbentuk  bergerak  ke  atas,  sedangkan  air  mengalir sepanjang  dinding  dingin  ke  bawah.  Adanya  uap  tersebut  mencegah  kontak  antara  air  dengan permukaan  pemanas.  Uap  terbentuk  pada  rejim  didih  film,  yaitu  daerah  dimana  permukaan  suatu bidang yang panas tidak bersentuhan dengan air, hanya tertutupi oleh uap yang berbatasan dengan air. Perpindahan  kalor  selama  pendinginan  celah  secara  signifikan  dibatasi  oleh counter  current  flow limitation dalam  celah  sempit.  Terjadinya counter  current  flow  limitation menyebabkan  panas  yang terserap  oleh  air  pendingin  akan  sangat  sedikit,  sehingga critical  heat  flux tidak  akan  tercapai  dan pendinginan akan menjadi sangat lambat. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi terbentuknya counter current  flow  limitation adalah  kecepatan superficial fluida  pendingin  dan  sifat  fisik  dari  material permukaan  panas.  Apabila  kecepatan superficial air pendingin  lebih  lambat  dari  pada  kecepatan superficial uap, maka air pendingin akan tertahan dan sangat sulit untuk menembus perlawanan yang dilakukan oleh uap. Seiring dengan hilangnya counter current flow limitation, maka fluks kalor kritis akan  mudah  tercapai.  Fluks  kalor  kritis  akan  naik  seiring  meningkatnya mass  flow  velocity .  Pada kondisi suhu awal yang sama dan ukuran celahnya besar, maka rewetting pada dinding bagian dalam akan  lebih  cepat  terjadi  pada  fluks  kalor  yang  lebih  tinggi  dan  fluks  kalor kritis  juga  tinggi. Bentuk aliran  fluida  tidak  bergantung  pada  ukuran  celahnya,  tetapi  bergantung  pada  proses  pemanasannya. Kecepatan  fluida  yang  mengalir  dalam  celah  sempit,  kondisi  fluida  ( subcooling ),  sifat  fluida,  dan ukuran  celah  sempit  memiliki  pengaruh  yang  signifikan  dalam  karakteristik  perpindahan  kalor, performansi pendinginan, dan transisi pola aliran [4-7].
Dari  banyak  penelitian  yang  telah  dilakukan  tersebut,  masih  menunjukkan  adanya  beberapa parameter  yang sedikit  sekali  diamati.  Salah  satunya  adalah  pengaruh  suhu  awal  pelat  panas  pada proses quenching dengan  variasi  suhu  awal pelat  pada  debit  air  pendingin  tertentu. Untuk  itu,  maka perlu dilakukan analisa mengenai pengaruh suhu awal pelat panas pada  proses quenching celah sempit rektangular dengan  variasi  suhu  awal pelat  pada  debit  air  pendingin  tertentu.  Tujuannya  adalah mempelajari  pengaruh  suhu  awal  pelat  panas  pada  proses quenching celah  sempit  rectangular  dan memahami fenomena yang terjadi di dalamnya. Pemahaman ini sangat dibutuhkan untuk manajemen pengendalian termal ketika terjadi kecelakaan reaktor khususnya yang diakibatkan oleh kehilangan air pendingin  (LOCA, loss  of  coolant  accident )  maupun severe  accident .  Metodologi  yang  digunakan
dalam  penelitian  ini  adalah  melakukan literature  survey dari  penelitian  tentang  pengaruh  suhu  awal pelat  panas  pada  proses quenching celah  sempit  rektangular  yang  pernah  dilakukan,  melakukan eksperimen untuk memperoleh data pada celah sempit rektangular dengan parameter suhu awal pelat dan debit aliran air pendingin, menentukan laju penurunan suhu pelat panas, melakukan pembahasan terhadap hasil yang diperoleh dan menarik kesimpulan dari hasil analisa yang dilakukan.

## TEORI

## Kontak Fluida Dengan Benda Bersuhu Tinggi
Kontak antara fluida dengan benda bersuhu tinggi secara terus menerus merupakan sesuatu yang diharapkan  dalam  pendinginan  suatu  permukaan  benda  yang  sangat  panas.  Secara  umum  dapat dikatakan bahwa kontak stabil secara terus menerus itu disebut dengan rewetting . Secara lebih dalam, definisi rewetting adalah re-establishment dari  kontak  fluida  dengan  permukaan  yang  panas  dan menyebabkannya  dapat  basah.  Permukaan  yang  sangat  panas  tersebut  tidak  dapat  terbasahi  oleh  air ketika  suhu  permukaan  benda  panas  tersebut  masih  berada  pada  rejim  pendidihan film -nya.  Proses rewetting terjadi  ketika  suhu  permukaan  berada  di  bawah  titik Leidenfrost ,  yaitu  titik  terjadinya pendidihan film yang  sangat  minim.  Pada  saat  rejim  pendidihannya  telah  berada  di  bawah  titik Leindenfrost , maka ketika air dialirkan akan terjadi kontak antara air dengan permukaan benda panas secara establish dan  mengakibatkan  permukaan  benda  panas  tersebut  dapat  basah.  Pada  proses rewetting koefisien  perpindahan  kalor  memiliki  nilai  yang  paling  tinggi  dan  fluks  kalor  kritis  akan meningkat seiring dengan meningkatnya laju aliran massa [8].
Rewetting hanya  terjadi  ketika  dilakukan  pendinginan  suatu  permukaan  yang  sangat  panas dimana  terdapat  kondisi  uap  film  yang  terbentuk  antara  permukaan  dengan layer fluida  di  atas permukaan  tersebut.  Fenomena  turunnya  suhu  secara  drastis disebut  dengan rewetting .  Pada  saat terjadi rewetting ,  suhu  fluida  pendingin  cukup  rendah untuk  mengkondensasikan gelembung uap sehingga  akhirnya  membasahi  permukaan  yang  panas  dan  kemudian  suhu  permukaan  turun  secara drastis.  Rejim perpindahan kalor berubah dari pendidihan film ke pendidihan transisi dan  pendidihan inti.  Pendinginan  yang  efektif  terjadi  setelah  permukaan  panas  tersebut  berada  di  bawah  suhu rewetting.  Pada  kondisi rewetting ,  fluida  dapat  melalui  lapisan  uap  permukaan  panas  dan  terjadi kontak  yang re-establish dengan  permukaan  panas  yang  kering  dan  akhirnya  menuju  rejim perpindahanan kalor konveksi paksa kondisi steady state [9-12]. Carbajo dalam  investigasinya  tentang  suhu rewetting menggambarkan  pembagian  daerah pendinginan ketika terjadi rewetting pada kelongsong bahan bakar menjadi dispersed flow film boiling, inverted  annular  film  boiling,  transition  boiling,  nucleate  boiling,  force  convection, dan no  heat transfer seperti tampak pada Gambar 2 [13].
Gambar 2. Kurva transien suhu kelongsong bahan bakar pada saat dilakukan bottom reflooding dengan laju aliran air yang tinggi [13]
Agrawal  et.  al melakukan  penelitian  tentang  efek  diameter jet terhadap rewetting dari permukaan  horizontal  panas  selama quenching menggunakan stainless  steel dengan  ketebalan  0,25 mm dan suhu awal permukaan 800 ºC. Permukaan panas tersebut didinginkan oleh water jet dengan suhu  22  ºC.  Hasilnya  menunjukkan  bahwa suhu  rewetting ,  waktu  tunda wetting ,  dan  kecepatan rewetting menentukan  kinerja  dari  suatu  pendinginan  permukaan  panas  [14].  Gambar  3  merupakan kurva suhu permukaan dan gradiennya pada pendinginan transien yang didapatkan dari penelitiannya.
Gambar 3. Kurva suhu permukaan dan gradiennya pada pendinginan transien [14]
Kim  et.al  melakukan  studi  tentang  korelasi  empirik  suhu rewetting menggunakan  analisis dimensional  pada vertical  circular  channel dengan  kondisi bottow  flooding .  Dari  korelasi  tersebut
terlihat  bahwa  suhu rewetting akan  meningkat  seiring  dengan  meningkatnya  suhu  pelat  panas  [15]. Korelasi yang didapatkan adalah sebagai berikut:
163 . 0 0989 . 0 3 2 162 . 0 107 . 0 . . . 51 . 19 ¸ ¹ · ¨ © § u ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © § u ¸¸ ¹ · ¨¨ © § u ¸¸ ¹ · ¨¨ © § u u G G U G z G T k G c T T T T ws p ws sc ws q (1)
dengan:
T q = Suhu rewetting , K T s = Suhu saturasi fluida, K T ws = Suhu wall superheated = selisih antara suhu dinding dan suhu saturasi fluida, K T sc = Selisih antara suhu saturasi fluida terhadap suhu coolant , K c p = Kalor spesifik bahan pipa, J/kgK
G = Laju aliran massa, kg/m 2 s ǻ = Ketebalan dinding pipa, m K = Konduktifitas termal tabung uji, W/m.K
ȇ = Densitas massa bahan pipa, kg/m 3
Z = Jarak axial dari inlet , m

## METODOLOGI
Penelitian ini menggunakan metodologi eksperimental dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Melakukan literature  survey dari  penelitian  tentang  pengaruh  suhu  awal  pelat  panas  terhadap rewetting pada proses quenching celah sempit rektangular yang pernah dilakukan
2. Melakukan eksperimen untuk memperoleh data pada celah sempit rektangular dengan parameter suhu awal pelat dan debit aliran air pendingin
3. Menentukan laju penurunan suhu pelat panas
4. Melakukan pembahasan terhadap hasil yang telah diperoleh
5. Menarik kesimpulan dari hasil analisa yang dilakukan.

## Skema Pengujian
Dalam  penelitian  ini  digunakan  metode  eksperimental.  Eksperimen  yang  dilakukan  untuk mengetahui fenomena rewetting pada celah sempit rektangular selama proses quenching menggunakan loop terbuka.  Gambar  4  memperlihatkan  skematik  pengujian  yang  dilakukan  pada  eksperimen  ini. Loop terdiri dari bagian uji yang berupa dua buah pelat stainless steel 316 sejajar (pelat penutup dan pelat utama) sehingga antara keduanya akan membentuk celah sempit. Pelat penutup merupakan pelat yang  dipanaskan  dengan heater yang  dihubungkan  dengan slide  regulator  voltage dengan  daya maksimal  25  kW.  Kalor  yang  dihasilkan  oleh heater dipindahkan  secara  radiasi  ke  pelat  penutup. Kalor  yang  diterima  oleh  pelat  penutup  bagian  atas  secara  konveksi  akan  mengalir  ke  bagian bawahnya.  Kemudian kalor  tersebut  dipindahkan  secara  radiasi  ke  pelat  utama  Setelah  pelat  utama mencapai suhu yang diinginkan, kemudian aliran listrik ke heater dimatikan.
Peralatan  uji  celah  sempit  rektangular (HeaTiNG-02)  dihubungkan  dengan  loop  air  pendingin (untai uji BETA). Untai uji BETA mensirkulasikan air pendingin ke dan dapat menjaga suhu air tetap berada pada suhu yang diinginkan. Air pendingin kemudian dialirkan ke dalam HeaTiNG-02. Dalam eksperimen ini air masukan yang dialirkan memiliki suhu 85 ºC. Air disirkulasikan dengan pompa ke dalam HeaTiNG-02. Apabila air yang terdapat pada untai uji BETA habis, maka air yang ada di dalam tangki (terbuka terhadap udara luar) secara otomatis akan mengalir ke dalam untai uji BETA tersebut untuk kemudian dipanaskan kembali oleh preheater dan dialirkan lagi ke dalam HeaTiNG-02.
Pengambilan dan perekaman data hasil eksperimen dilakukan ketika semua aliran listrik menuju HeaTiNG-02 dimatikan. Data suhu selama proses pemanasan pelat direkam dengan menggunakan data akuisisi  sistem  yang  dihubungkan  dengan  komputer.  Sebelum  dilakukan  proses quenching ,  kamera infra-red digunakan  untuk  mengetahui  distribusi  suhu  di heater dan  pelat  penutup.  Pada  proses quenching ,  perekaman  data  suhu  terus  dilakukan  dan  dihentikan  setelah  suhu  pelat  utama  mencapai suhu yang sama dengan suhu masukan air pendingin.

## Gambar 4. Skematik pengujian HeaTing-02

## Prosedur Eksperimen
Prosedur eksperimen yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pengaturan lebar celah sempit.
Pengaturan  lebar  celah  sempit  dilakukan  dengan  memberikan  lapisan grafoil yang  diletakkan antara  pelat  utama  dengan  pelat  penutup  pada  alat  HeaTiNG-2. Grafoil yang  digunakan memiliki  ketebalan  0,5  mm  dan  memiliki  ketahanan  hingga  suhu  3000  ºC.  Selain  berfungsi untuk  mengatur  lebar  celah  sempit,  juga  berfungsi  untuk  menahan  air  yang  akan  dilewatkan agar tidak bocor melewati sisi-sisi bagian uji.
2. Pengaturan suhu dan laju alir air pendingin. Alat uji HeaTiNG-02 digabungkan dengan untai uji BETA. Untai uji BETA berfungsi sebagai loop aliran  air  pendingin.  Air  pendingin  yang  akan  dilewatkan  melalui  celah  sempit  harus diatur  suhu  dan  laju  alirnya.  Suhu  air  pendingin  diatur  dengan  menggunakan preheater .
Preheater dapat mengatur dan mempertahankan suhu air pendingin yang akan dimasukkan ke dalam  celah  sempit.  Air  di  dalam  sistem  pendingin  mulai  dipanaskan  oleh preheater hingga mencapai suhu 85 ºC. Sedangkan laju aliran air pendingin diatur dengan menggunakan pompa primer.  Pompa  primer  dihidupkan  dengan  frekuensi  tertentu  agar  debit  air  pendingin  sesuai dengan  yang  diinginkan.  Pembacaan  suhu  dan laju  aliran  air  pendingin ini  menggunakan  alat ukur digital yang terpasang pada untai uji BETA.
3. Pemanasan pelat rektangular.
Pemanasan alat uji HeaTiNG-02 dilakukan secara radiasi oleh keramik heater secara horizontal dengan daya total 15000 Watt. Pengaturan masukan tegangan selama pemanasan menggunakan Slide  regulator  voltage dengan  daya  maksimal  25000  Watt.  Tegangan  dinaikkan  secara bertahap  agar  distribusi  kalor  dapat  merata  pada  bidang  yang  dipanaskan.  Satu  tahapan kenaikan  tegangan  dilakukan  hingga  suhu  pelat  mencapai  kondisi steady ,  kemudian  tegangan akan  terus  dinaikkan  hingga  mencapai  suhu  yang  diinginkan.  Setelah  suhu  pelat  rektangular yang diinginkan tercapai, kemudian suplai listrik ke heater dimatikan. 4. Pembukaan penutup keramik heater.
Pembukaan  penutup  keramik heater dilakukan  secara  vertikal  setelah  suplai  listrik  yang diberikan pada heater dimatikan.
5. Perekaman gambar dengan kamera infra-red.
Perekaman ini bertujuan untuk memastikan distribusi suhu yang terdapat pada heater dan pelat penutup.
6. Pendinginan pelat rektangular
Pendinginan  dilakukan  dengan  memasukkan  air  pendingin  yang  telah  diatur  suhu  dan  laju alirnya dengan menggunakan untai uji BETA. Pendinginan dilakukan dari bagian atas menuju bagian bawah celah sempit pelat rektangular.  Kran penutup air pendingin dibuka dan air mulai dialirkan  ke  dalam  celah  sempit.  Pendinginan  dimulai  pada  saat  dibukanya  penutup  keramik heater dan berakhir pada saat suhu pelat rektangular berada di bawah suhu air pendingin yang dimasukkan.
7. Perekaman data suhu.
Perekaman  data  suhu  selama  pemanasan  dan  proses quenching pelat  rektangular  dilakukan dengan menggunakan sistem akuisisi data yang dihubungkan dengan komputer.
8. Menghitung laju pendinginan.
Laju pendinginan diperoleh dengan menghitung gradient penurunan suhu pelat terhadap waktu,
sehingga laju pendinginan
dt dT (ºC/detik).

## Variabel Eksperimen
Variabel yang digunakan dalam eksperimen ini adalah:
- T initial pelat = 220 ºC, suhu air pendingin yang masuk ke celah sempit 85 ºC, ukuran celah sempit = 1 mm, dan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik.
- T initial pelat = 400 ºC, suhu air pendingin yang masuk ke celah sempit 85 ºC, ukuran celah sempit = 1 mm, dan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik.
- T initial pelat = 600 ºC, suhu air pendingin yang masuk ke celah sempit 85 ºC, ukuran celah sempit = 1 mm, dan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik
- Data  pengukuran  yang  digunakan  dalam  eksperimen  ini  adalah  data  suhu  yang  terekam  pada termokopel 5C saja. Data suhu pada termokopel 5C adalah data tertinggi dan dijadikan ukuran penghentian  kalor  yang  diberikan  oleh heater ke  pelat  rektangular  ketika  pembacaan  suhu mencapai  220  ºC,  400  ºC  dan  600  ºC.  Sementara  pada  saat  yang  sama,  pembacaan  suhu  di termokopel lain menunjukkan angka di bawah 200 ºC, 400 ºC dan 600 ºC.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva laju pendinginan pada suhu awal pelat panas 220 ºC, 400 ºC, dan 600 ºC dengan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik dapat dilihat pada Gambar 5-7.
0 25 50 75 100 0 50 100 150 200 250 300 Transien pada Tc-5C Laju Pendinginan pada Tc-5C Waktu, t (detik) S u h u P e la t R e kt a n g u la r, T ( 0 C ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 T rewetting = 220 0 C t rewetting = 0 detik
T Fluks kalor kritis = 209,65 0 C t Fluks kalor kritis = 1,95 detik Rejim pendidihan transisi Rejim pendidihan inti Rejim perpindahan kalor konveksi satu fasa Termokopel 5C
T = 220 o C, Q = 0,2 liter/detik
L a ju P e n d in g in a n ( 0 C /d e tik )
Gambar 5. Kurva laju pendinginan pada suhu awal pelat rektangular 220 ºC dengan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik
Dari  kurva laju  pendinginan  pada suhu  220  ºC pada  debit aliran air pendingin 0,2   liter/detik, secara  umum  dapat  dilihat bahwa rewetting  langsung terjadi  ketika air pendingin mulai dialirkan  ke dalam  celah  sempit  rektangular  dan  menyentuh  pelat  panas  pada  titik  pengukuran  5C.  Tidak  terjadi pendidihan film pada suhu permukaan pelat rektangular 220 ºC. Air pendingin langsung membasahi pelat  panas  secara  establish  setelah  dialirkan  ke  dalam  celah  sempit  rektangular,  yang  menunjukkan bahwa  suhu  kondisi  ini  berada  di  bawah  rejim  pendidihan  film  minimal  (titik  Leidenfrost). Mengalirnya  air  pendingin  secara  establish  menunjukkan  bahwa  fluks  kalor  yang  terdapat  di  pelat panas  banyak  terserap  oleh  air  pendingin  dan  tercapainya  fluks  kalor  kritis  setelah  rejim  pendidihan transisi  terlampaui.  Fluks  kalor  kritis  tercapai  ketika  pelat  rektangular  berada  pada  suhu  209,65  ºC. Setelah fluks kalor kritis tercapai rejim pendidihan berubah menuju rejim pendidihan inti, dan akhirnya memasuki  rejim  perpindahan  kalor  satu  fasa  konveksi  hingga  suhu  pendinginan  yang  diinginkan tercapai.
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Rejim pendidihan transisi Rejim pendidihan film Rejim pendidihan inti Rejim perpindahan kalor konveksi satu fasa Transien pada Tc-5C Laju Pendinginan pada Tc-5C Waktu, t (detik) S u h u P e la t R e kt a n g u la r, T ( 0 C ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T rewetting = 379,51 0 C t rewetting = 16,14 detik
Termokopel 5C T = 400 o C, Q = 0,2 liter/detik
L a ju P e n d in g in a n ( 0 C /d e tik ) T Fluks kalor kritis = 274,48 0 C t Fluks kalor kritis = 46,41 detik
Gambar 6. Kurva laju pendinginan pada suhu awal pelat rektangular 400 ºC dengan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik
Dapat dilihat dari kurva laju pendinginan pada suhu awal pelat panas 400 ºC dengan debit aliran air  pendingin  0,2  liter/detik  terlihat  bahwa  terjadi  semua  fenomena  pendidihan  ketika air  pendingin dilewatkan ke dalam celah sempit rektangular dan menyentuh pelat panas pada titik pengukuran 5C, yaitu  rejim  pendidihan  film,  rejim  pendidihan  transisi,  rejim  pendidihan  inti,  dan  rejim  perpindahan kalor konveksi satu fasa. Pada rejim pendidihan film , air pendingin tidak dapat membasahi pelat panas. Air pendingin akan menjadi uap ketika menyentuh pelat panas pada rejim ini. Tidak terjadi penyerapan kalor yang besar pada pendidihan film ini, yang berarti bahwa penurunan suhu tidak terlalu signifikan ketika air menyentuh pelat panas. Semakin lama, kondisi pendidihan film akan hilang seiring dengan terus  terjadinya  kontak  dengan  air  pendingin.  Hilangnya  rejim  pendidihan film menyebabkan terjadinya  perubahan  rejim  pendidihan  ke  rejim  pendidihan  transisi.  Pada  saat  titik Leidenfrost tercapai, yang berarti kondisi film sangat minim, air pendingin yang melewati celah sempit rektangular mulai  dapat  menyentuh  permukaan  pelat  panas  secara establish . Kondisi inilah  yang  disebut  dengan titik rewetting .  Titik rewetting terjadi  pada  saat  pelat  panas  berada  pada  kondisi  pendidihan film minimal. Hal ini ditandai dengan terjadinya penyerapan kalor pelat panas yang semakin besar oleh air pendingin.
Pada  kurva  laju  pendinginan  terlihat  mulai  terjadinya  penurunan  suhu  yang  signifikan  karena banyaknya kalor yang terserap oleh air. Kalor yang terserap akan mencapai puncaknya pada kondisi fluks kalor kritis. Fluks kalor kritis tercapai ketika pelat rektangular berada pada suhu 274,48 ºC. Pada kondisi ini terjadi penyerapan kalor yang paling besar oleh air pendingin yang melewati pelat panas. Kondisi  ini  berlangsung  terus  secara establish hingga  tercapainya  rejim  pendidihan  inti  dan  rejim perpindahan kalor satu fasa konveksi. Hal ini menunjukkan bahwa pendinginan pelat panas akan cepat tercapai ketika kondisi pendidihan film minimal terlampaui. Pada kondisi ini air pendingin dapat secara establish melakukan pendinginan pelat panas hingga suhu pendinginan yang diinginkan tercapai.
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Rejim pendidihan film Rejim pendidihan transisi Rejim pendidihan inti Rejim perpindahan kalor konveksi satu fasa T Fluks kalor kritis = 263,95 0 C t Fluks kalor kritis = 110,18 detik T rewetting = 426,63 0 C t rewetting = 66 detik Transien pada Tc-5C Laju Pendinginan pada Tc-5C Waktu, t (detik) S u h u P e la t R e kt a n g u la r, T ( 0 C ) 0 2 4 6 8 10 12 14 Termokopel 5C T = 600 o C, Q = 0,2 liter/detik
L a ju P e n d in g in a n ( 0 C /d e tik )
Gambar 7. Kurva laju pendinginan pada suhu awal pelat rektangular 600 ºC dengan debit aliran air pendingin 0,2 liter/detik
Dapat dilihat dari kurva laju pendinginan pada suhu awal pelat panas 600 ºC dengan debit aliran air  pendingin  0,2  liter/detik  memiliki  fenomena  pendidihan  yang  serupa  dengan  pendinginan  pada suhu awal pelat panas 400 ºC. Terlihat bahwa terjadi semua fenomena pendidihan ketika air pendingin dilewatkan ke dalam celah sempit rektangular dan menyentuh pelat panas pada titik pengukuran 5C, yaitu  rejim  pendidihan  film,  rejim  pendidihan  transisi,  rejim  pendidihan  inti,  dan  rejim  perpindahan kalor konveksi satu fasa. Pada rejim pendidihan film , air pendingin tidak dapat membasahi pelat panas. Air pendingin akan menjadi uap ketika menyentuh pelat panas pada rejim ini. Tidak terjadi penyerapan kalor yang besar pada pendidihan film ini, yang berarti bahwa penurunan suhu tidak terlalu signifikan ketika air menyentuh pelat panas. Semakin lama, kondisi pendidihan film akan hilang seiring dengan terus  terjadinya  kontak  dengan  air  pendingin.  Hilangnya  rejim  pendidihan film menyebabkan terjadinya  perubahan  rejim  pendidihan  ke  rejim  pendidihan  transisi.  Pada  saat  titik Leidenfrost tercapai, yang berarti kondisi film sangat minim, air pendingin yang melewati celah sempit rektangular mulai  dapat  menyentuh  permukaan  pelat  panas  secara establish . Kondisi inilah  yang  disebut  dengan titik rewetting .  Titik rewetting terjadi  pada  saat  pelat  panas  berada  pada  kondisi  pendidihan film minimal. Hal ini ditandai dengan terjadinya penyerapan kalor pelat panas yang semakin besar oleh air pendingin.  Pada  kurva  laju  pendinginan  terlihat  mulai  terjadinya  penurunan  suhu  yang  signifikan karena  banyaknya  kalor  yang  terserap  oleh  air.  Dengan  demikian  dapat  dikatakan  bahwa  selama quenching pada  permukaan  suatu  pelat  rektangular  yang  bersuhu  tinggi  (di  atas  suhu  saturasi  air pendinginnya), pelat tidak akan dapat langsung dibasahi oleh air pendingin. Ketika air akan menyentuh permukaan  pelat  terjadi  penguapan  sehingga  permukaannya  tetap  kering.  Kemudian  terjadi  kontak antara  air  dengan  permukaan  pelat  secara  terus  menerus  sehingga  mengakibatkan  pelat  panas mengalami penurunan suhu dan pada saat tertentu air akhirnya dapat membasahi permukaan pelat.
Kalor yang terserap akan mencapai puncaknya pada kondisi fluks kalor kritis. Fluks kalor kritis tercapai ketika pelat rektangular berada pada suhu 263,95 ºC. Pada kondisi ini terjadi penyerapan kalor yang paling besar oleh air pendingin yang melewati pelat panas. Kondisi ini berlangsung terus secara establish hingga tercapainya rejim pendidihan inti dan rejim perpindahan kalor satu fasa konveksi. Hal ini  menunjukkan  bahwa  pendinginan  pelat  panas  akan  cepat  tercapai  ketika  kondisi  pendidihan film
minimal terlampaui. Pada kondisi ini air pendingin dapat secara establish melakukan pendinginan pelat panas hingga suhu pendinginan yang diinginkan tercapai.
Dengan kurva laju pendinginan dapat diketahui pembagian rejim pendidihan diketahui suhu dan waktu  mulai  terjadinya rewetting ,  dan  diketahui  letak  fluks  kalor  kritis  yang  terjadi  selama  proses pendinginan pelat panas. Sehingga dari kurva tersebut didapatkan bahwa suhu rewetting pada 220 ºC, 400  ºC,  dan  600  ºC  memiliki  angka  yang  berbeda.  Hasil  yang  didapatkan dalam  penelitian  ini menunjukkan  bahwa  peningkatan  suhu rewetting terjadi  seiring  dengan  kenaikan  suhu  permukaan pelat  panas.  Hal  ini  terjadi  karena  pelat  dipanaskan  pada  tiga  kondisi  suhu  yang  berbeda  sangat signifikan. Perbedaan suhu yang signifikan ini menyebabkan terjadinya perubahan nilai kalor spesifik dan  termal  konduktifitas  pelat  yang  digunakan  sebagai  benda  uji.  Perbedaan  suhu  yang  tinggi  juga menyebabkan  berbedanya  nilai  suhu wall  superheat ,  yaitu  selisih  dari  suhu  dinding  panas  terhadap suhu  saturasi  fluidanya,  dan  berubahnya  sifik  fisik  pelat  uji  serta  berbedanya  rejim  pendidihan  yang dialami oleh fluida yang melewati celah sempit tersebut. Fenomena yang didapatkan ini memperkuat korelasi yang didapatkan oleh Kim et.al.

## KESIMPULAN
Titik rewetting pada  pendinginan  pelat  panas  220  ºC,  400  ºC,  dan  600  ºC  terjadi  pada  suhu rewetting yang berbeda-beda. Pada suhu awal pelat panas 220 ºC, suhu rewetting terjadi pada 220 ºC yaitu langsung ketika air dilewatkan melalui celah sempit rektangular. Pada suhu awal pelat panas 400 ºC,  suhu rewetting terjadi  pada  379,51  ºC.  Dan  pada  suhu  awal  pelat  panas  600  ºC,  suhu rewetting terjadi  pada  426,63  ºC.    Perbedaan  suhu  awal  pelat  panas  yang  sangat  signifikan  menyebabkan terjadinya perubahan sifat fisik benda uji, berbedanya rejim pendidihan yang dialami oleh fluida yang melewati celah sempit, perubahan nilai kalor spesifik bahan, perubahan nilai konduktifitas termal, dan perbedaan  suhu wall  superheated -nya.  Perubahan-perubahan  yang  terjadi  tersebut  menyebabkan peningkatan suhu rewetting seiring dengan kenaikan suhu awal pelat panas.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Y. Maruyama et al. Application of CAMP Code to analysis of debris coolability experiments in ALPHA program. Proceeding of the Workshop on Severe Accident Research (SARJ-98); 1999. JAERI-Conf 99-005.
2. A.R.  Antariksawan. Analisis  degradasi  teras  PWR  pada  kejadian  kehilangan  catu  daya. Jurnal Tri Dasa Mega. 2005, Vol. 2, No. 3.
3. D.X.  Du,  W.X.  Tian,  G.H.  Su,  S.Z.  Qiu,  Y.P.  Huang,  X.  Yan.  Theoretical  study  on  the characteristics  of  critical  heat  flux  in  vertical  narrow  rectangular  channels.  Journal  of Applied Thermal Engineering. 2012; 36: 21-31.
4. S.  Al  Issa,  R.  Macian.  A  Review  of  CCFL  Phenomenon.  Journal  of  Annals  of  Nuclear Energy. 2011; 38: 1795-1819.
5. Y.W. Wu, G.H. Su, S.Z. Qiu, B.X. Hu. Experimental study on critical heat flux in bilaterally heated annuli. International Journal of Multiphase Flow. 2009; 35: 977-986.
6. M. Juarsa. Study on boiling heat transfer under transient cooling in an annulus with a narrow gap. Master Degree Thesis of Fundamental Energy Science. Kyoto University, 2003.
7. Jian Zhang, Futoshi Tanaka, Mulya Juarsa, Kaichiro Mishima. Calculation of boiling curves during rewetting of a hot vertical narrow channel. The 10 th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-10). October 5-9, 2003. Seoul, Korea.
8. A.K. Saxena, V. Venkat Raj, and V. Govardhana Rao. Experimental studies on rewetting of hot vertical annular channel. Journal of Nuclear Engineering and Design. 2001; 208: 283-303.
9. Michitsugu Mori, and Yukihisa Yabushita. Visualization of quench-rewetting phenomena of liquid-film falling during dryout and rewetting on fuel rods in high temperature and pressure BWR  operating  conditions.  Journal  of  The  Visualization  Society  of  Japan.  2012;  139–144 DOI 10.1007/s12650-011-0115-9.
10. Nitin  Karwa,  Tatiana  Gambaryan-Roisman,  Peter  Stephan,  Cam Tropea.  A  Hydrodynamic model for subcooled liquid jet impingement at the leidenfrost condition. Journal of Thermal Sciences. 2011; 50: 993-1000.
11. Md.  Ashraful  Islam,  Masanori  Monde,  Peter  Lloyd  Woodfield,  Yuichi  Mitsutake.  Jet impingement quenching phenomena for hot surfaces well above the limiting temperature for solid–liquid contact. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2008; 51: 1226–1237.
12. Nitin  Karwa,  Tatiana  Gambaryan-Roisman,  Peter  Stephan,  Cameron  Tropea.  Experimental investigation of circular free-surface jet impingement quenching: Transient Hydrodynamics and Heat Transfer. International Journal of Experimental Thermal and Fluid Science. 2011; 35: 1435–1443.
13. Juan J. Carbajo. A Studi on The rewetting temperature. Journal of Nuclear Engineering and Design. 1985; 84: 21-52.
14. C. Agrawal, R. Kumar, A. Gupta, B. Chatterjee. Effect of jet diameter on the rewetting of hot horizontal  surfaces  during  quenching.  Journal  of  Experimental  Thermal  and  Fluid  Science. Accepted 22 March 2012.
15. A.K.  Kim  and  Y. Lee.  A  correlation  of  rewetting  temperature.  Letters  in  Heat  and  Mass Transfer. 1979; 6: 117-123.