📚 Eksplorasi & Komparasi Topik Dokumen

ANALISIS TERMODINAMIKA SIKLUS BRAYTON YANG DIMODIFIKASI DAN PENERAPANNYA PADA REAKTOR CEPAT BERPENDINGIN GAS

Reaktor Cepat Berpendingin Gas (Gas-Cooled Fast Reactor/GFR) merupakan salah satu konsep reaktor nuklir Generasi IV yang dikembangkan untuk memenuhi tantangan kebutuhan energi masa depan yang berkelanjutan, aman, dan efisien. GFR beroperasi pada spektrum neutron cepat dan temperatur tinggi. Temperatur keluaran yang tinggi dari reaktor ini berpotensi untuk diintegrasikan secara langsung dengan sistem konversi energi berbasis siklus Brayton tertutup. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis performa sistem konversi energi pada GFR dengan menggunakan siklus Brayton tertutup yang dimodifikasi melalui penerapan IHX, bypass, reheat, dan regenerative. Pendekatan penelitian dilakukan secara analitik, numerik, dan integratif, dimulai dari analisis neutronik teras reaktor hingga evaluasi performa termal sistem konversi energi. Tahap awal penelitian melibatkan perancangan model neutronik reaktor cepat berpendingin gas menggunakan perangkat lunak OpenMC berbasis metode Monte Carlo kontinu-energi pada kondisi operasi tunak (steady-state). Model reaktor yang dikembangkan memiliki daya termal sebesar 75 MWth, dengan konfigurasi bahan bakar Uranium-Plutonium Carbide, pendingin helium, material kelongsong Silicon Carbide (SiC), reflektor timbal, serta material kendali berupa Boron Carbide (B?C). Parameter neutronik yang dianalisis meliputi faktor multiplikasi efektif, distribusi fluks neutron, distribusi densitas daya, power peaking factor, yang selanjutnya digunakan sebagai dasar dalam analisis termal dan konversi energi. Hasil analisis neutronik menunjukkan bahwa nilai faktor multiplikasi efektif (combined k-effective) sebesar 1,05218 ± 0,00207. Reaktor berada dalam kondisi excess reactivity pada teras awal (fresh core without control). Efektivitas penahanan neutron dalam teras yang baik dengan fraksi kebocoran kurang dari 1%. Distribusi densitas daya pada tingkat pin diperoleh rata-rata sebesar 148 W/cm³ dari total 7.917 pin bahan bakar, dan digunakan sebagai masukan perhitungan temperatur keluaran reaktor rata-rata sebesar 1153,367 K dengan koefisien variasi RSD sebesar 3,58%. Temperatur keluaran ini selanjutnya dikopel ke dalam analisis termodinamika yang mencakup evaluasi IHX dan siklus Brayton yang dimodifikasi berbasis helium. Analisis IHX menunjukkan effectiveness NTU sebesar 67% pada bagian mainheat dengan temperature approach di ujung panas sebesar 204,1 K, sementara segmen reheat menunjukkan effectiveness yang lebih rendah dengan temperature approach ~164,7,4 K. Efisiensi termal sistem pada model ini dengan menggunakan rasio kompresi kompresor A dan B sebesar 2.0 menghasilkan efisiensi 35%. Optimasi rasio kompresi menghasilkan efisiensi termal siklus sebesar 52% pada rasio kompresi kompresor A dan B berturut-turut 4,5 dan 4,3. Penambahan regenerator dan bypass dapat meningkatkan efisiensi, sedangkan penambahan reheat menurunkan efisiensi, namun meningkatkan kerja bersih spesifik siklus.