ANALISIS BILANGAN TAK BERDIMENSI PADA SISTEM PENGAMBIL KALOR KOIL HELIK PADA AQUEOUS HOMOGENEOUS REACTOR (AHR) PADA ALIRAN TRANSISI LAMINER-TURBULEN

ARI WIRA PRAMUNJONO, Dr.-Ing. Sihana; Ir. Ester Wijayanti, M.T.

2018 | Skripsi | S1 TEKNIK NUKLIR

Aqueous Homogeneous Reactor (AHR) adalah reaktor nuklir non daya, yang digunakan sebagai generator isotop untuk keperluan medis seperti Molybdenum-99 (Mo-99). Reaktor AHR menggunakan bahan bakar berbentuk cair yaitu uranil nitrat atau uranil sulfat, dan berpendingin air. Penggunaan pendingin dalam suatu reaktor sangat erat kaitannya dengan keselamatan reaktor. Reaktor AHR menggunakan pendingin yang berbentuk koil helikal. Fluida yang mengalir dalam pipa melengkung dapat memicu aliran sekunder sehingga meningkatkan jumlah kalor yang dapat dipindahkan akibat adanya pengadukan yang dilakukan oleh aliran. Kecepatan aliran dalam suatu saluran tertutup dapat direpresentasikan dengan besaran bilangan Reynolds (Re) sedangkan untuk perpindahan kalor konveksi pada fluida melalui sistem pendingin AHR dapat direpresentasikan berdasarkan nilai bilangan Nusselt (Nu). Studi eksperimental dengan skala laboratorium dilakukan untuk mengetahui fenomena perpindahan kalor pada kondisi operasi normal. Penelitian dilakukan dengan mengukur suhu dekat bagian masukan dan keluaran baik pendingin maupun vessel reaktor tipe batch yang telah disederhanakan dengan 4 variasi kecepatan pada kondisi operasi normal. Kondisi operasi normal yang dimaksud adalah mengalirkan pendingin pada kondisi pembangkitan kalor di tengah bejana. Metode analisis LMTD (Log Mean Temperature Difference) digunakan untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan kalor konveksi (h). Metode Plot Wilson digunakan untuk perhitungan koefisien perpindahan kalor dan bilangan Nusselt di dalam dan di luar pipa. Analisis dilakukan pada kondisi operasi normal dengan suhu operasi dijaga pada 75derajat Celcius terhadap 100 data pencuplikan pada tiap variasi laju aliran pendingin dan pencuplikan dilakukan sebanyak 3 kali pada tiap koil dan suhu fluida kalor yang sama. Sesuai hasil penelitian konveksi paksa di dalam pipa memenuhi persamaan Nui = 0,0239.Re^0,626 Pr^0,4. semakin tinggi bilangan Reynolds (Re) dan suhu fluida kalor, maka koefisien perpindahan kalor dan bilangan Nusselt rerata di dalam pipa semakin meningkat. Persamaan konveksi natural di luar pipa helik memenuhi persamaan Nuo = 0,417.Ra^0,345. Nilai bilangan Rayleigh meningkat, maka nilai Nusselt di luar pipa pendingin juga meningkat sehingga proses pendinginan akan semakin cepat seiring bertambahnya kecepatan aliran fluida dalam pipa pendingin helikal pada AHR.

Aqueous Homogeneous Reactor (AHR) is a non-power nuclear reactor, used for the production of medical isotopes such as Molybdenum-99 (Mo99). The AHR reactor uses a liquid fuel that is uranil nitrate or uranil sulphate, and water-cooled. The use of heat calorers in a reactor is closely related to the safety of the reactor. The AHR reactor uses a helical coiled coolant. Fluid flowing in a curved pipe can trigger a secondary flow, increasing the amount of heat that can be moved due to stirring by the flow. The study was conducted by measuring the temperature near the input section and the flow output with 4 variations of speed. LMTD analysis method (Log Mean Temperature Difference) is used to get the value of convection heat transfer coefficient (h). The Wilson Plot method is used to calculate the heat transfer coefficient of the Nusselt number inside and outside the pipe. The analysis was carried out with operating temperature maintained at 75 Celcius degree with 100 sampling data at each variation of coolant flow rate and sampling was performed 3 times on each coil and the same hot fluid temperature. According to the results of the research, the forced convection in the pipe satisfies the equation Nui = 0.0239Re^0.626Pr^0.4 , the higher the Reynolds Number (Re) and the hot fluid temperature, the heat transfer coefficient and the average Nusselt number in the pipeline are increasing. The natural convection equation outside the helical pipe satisfies the equation Nuo = 0.417Ra^0.345. The value of the Rayleigh number increases, so the value of Nusselt outside the cooling pipe also increases so that the cooling process gets faster as the fluid flow rate increases in the helical cooling pipe on AHR.

Kata Kunci : AHR, batch, koil heliks, bilangan Reynolds, bilangan Nusselt, bilangan Rayleigh, Plot Wilson