PERHITUNGAN MENARA PENDINGIN REAKTOR KARTINI UNTUK DAY A 250 KW

(1)

161 PERHITUNGAN MENARA PENDINGIN REAKTOR KARTINI

UNTUK DAY A 250 KW

Ma'sum Ischaq, Suyamto, Bambang Sumarsono

P3TM-BATAN

ABSTRAK

PERHlTUNGAN MENARA PENDINGIN REAKTOR KARTINI UNTUK DAYA 250 KW Te/ah bisa diperhitungkan (diperkirakan) kemampuan menara pendingin yang te/ah ada, jika reaktor Kartini dioperasikan untuk aras daya 250 kW. Karakteristik menara, KaV/L, bisa dihitung secara integrasi, memakai cora numerik Chebyshev, yang persamaannya :

~ = 1-.!!I- =:

~

~ + -.!.-

+ -.!.-

+

-.!.-)

L T2h..-h" mAil. ~ ~ Ail.

dengan: K = koefisien transfer massa, /b air/(j.ft2); a = /uas kantak. ft2lft3 vo/um menara V = vo/um aktif pendinginan, ft3lft2 /uasan dolor; hw = enta/pi campuran udara-air pada suhunya; ha = enta/pi campuran udara-air pada suhu bola basah; &/ = (hw -haJ pada suhu T2 + O,}(T}-T]); &2 = (hw -haJ pada suhu T2 + O,4(T}-T]); &3 = {hw-haJpadasuhu T}- O,4(T}-T]); &4 = (hw-haJpadasuhu T)- O,}(T}-T]); jika dihitung, makadipero/eh suhu masuk don suhu ke/uar menara pendingin pada aras daya 250 kW yaitu

= 35,9 don 34,2 °C, jika dipakai sebuah menara, atau = 32,} don 30.4 °C, jika dipakai duo buah menara, sedangkan ni/ai KaV dipi/ih = 568 (terkecil) don suhu udara masuk (bo/a basah) = 26,6 °C (tertinggi).

ABSTRACT

COOLING TOWER CALCULATION FOR KARTINI REACTOR OF 250 KW POWER. The cooling tower capacity could be calculated (predicted) if Kartini reactor is operated in the power of 250 kW. The characteristics of the tower, KaV/L, could be calculated by integration, by using Chebyshev numerical method, the equation was ..~=I~=7j=T1f~+-.!.-+--.!:.-+-.!.-

)

with K = mass trapsfer

L T,h..-h. m6li. ~ ~ 8h4

coefficient, lb water/(h.ft2); a = contact area,ft2lft3 tower volume; V = active cooling volume, ft3lft2 ofplan area; L = water rate, Ib/(h.ft2); hw = entalphy of air water vapor mixture at bulk water temperature, Btullb; ha = entalphy of air-water vapor mixture at wet-bulb temperature, Btullb; T} and T2 = entering and leaving water temperatures, of; &} = value of(hw -ha> at T2 + O,}{T}-T2J; &2 = value of(hw -ha> at T2 + 0,4{T}-T2J; &3 = value of(hw -ha> at T}- O,4{T}-T2J; &4 = value of(hw -ha> at T} -O,}{T}-T2J; from calculation, inlet and outlet cooling water temperature in 250 kW power was = 35,9 and 34,2 °C, by using one tower, or = 32,} and 30,4 °C, by using two towers, the value ofKaV was choosen = 568 (the smallest) and wet bulb temperature of in air = 26,6 OC (the highest).

diperhitungkan apakah alat-alat penukar panas yang berupa dua buah alat penukar panas (HE) dan dua buah menara pending in yang sudah acta akan masih mampu mengantisipasi hal tersebut.

PENDAHULUAN

TEOR!

Proses perpindahan panas pacta menara

pending in yang telah banyak diterima adalah yang dikembangkan oleh Merkel. Analisisnya berdasarkan pacta perbedaan entalpi sebagai gaya

pendorong.

.

Setiap partikel air dianggap dikelilingi oleh lapisan udara dan perbedaan ental pi antara lapisan dan udara sekitar yang terjadi merupakan gaya pendorong untuk proses pendinginan

R eaktor Kartini akan ditingkatkan dayanya dari 100 kW menjadi 250 kW, dengan tujuan yang terutama adalah agar lebih besar fluks neutronnya yaitu dari 2,4.1012 n/cm2/det menjadi 6,0.1012 n/cm2/d~,~ehingga waktu yang dibutuhkan untuk

irradiasi cuplikan bisa dikurangi, ketelitian untuk analisis dengan pengaktipan neutron menjadi lebih bagus dan bisa dimanfaatkan untuk cakupan yang lebih luas (misalnya untuk BNCT : boron neutron capture ~~~py, yaitu terapi kanker merigguriak-an neu~o~~plt~~l). ~

Dampak dari kenaikan daya ini akan meningkatkan jumlah panas yang hams dibuang melalui alat penukar panas, sehingga perlu

-Proslding Pertemuan dan presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001

(2)

162

ISSN 0216 -3128 _{Ma'sum Ischaq,}_dkk.

Udara

Air par.as

G2,H1,~

L",T1

~_L

Hilang14L"-L'

----+

Udara

G2, H2, t)

Air dingin

L',Tz

Gambar 2. Menara

Pendingin.

Gambar 3. Diagram b/ok menara pendingin.

Berdasarkan koefisien panas menyeluru'h h, maka perpindahan panas sensibel dari air suhu T ke udara suhu t adalah :

TATA KERJA

Oi menara p!:ndingin terjadi perpindahan panas secara difusi dw:l konveksi (serentak),

q =qd+q.

(1)

dq = dqd + dq.

(2)

dqc = h(T -t)a dV ₍₃₎ dengan

a : luasan pp persatuan volum menara (ft2/ft3) dV : volum difererensial adV = dA

dengan

q : panas total qd : panas difusi qc : panas konveksi

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah PenellUan Dasar IImu Pengetahuan den lreknologl Nukllr

(3)

Entalpi udara

garis operasi air

airmasuk h' I_A

suhu udara sesungguhny

ya dorong entalpi)

\

.s operasi udara 1 udara keluar h

\ B

air ke\uar h' udara masuk h ---7

~

~-CI

I. I

-I .II . I K sa~l II . ~ ~ J, '" , . ,. pcnu~U1an i' 11III8f; ~ I I I II I I I ~IT2 tw2 T I _tl _Suhu

Gambar 4. Diagram neraca panas menara pendingin.

zona interfas air-udara / x

a

.c

_'"

-e Q)

]

='

~

f-. =' .c =' C/)

rL4

udara

humiditi terhadap jarak

---X2

T.

suhu terhadap jarak

0:

Jarak

Gambar 5. Profil suhu di puncak menara.

dZ

Gambar 7. Neraca panas pada e/emen dZ.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

(4)

164

_{ISSN 0216 -3128}

Ma'sum Ischaq, dkk. Perpindahan panas secara difusi : dqd = AdL (5)

dL adalah diferensiallaju aliran massa cairan Berdasarkan koefisien perpindahan massa menye-luruh, K

persamaan ini yang disebut persamaan Merkel, bisa dihitung secara integrasi, jika diselesaikan memakai cara numerik Chebyshev :

~= f~=!l-::!1f ~+~+~+~

)

(18)

L

r,hw-ha mM.

~

t.h.

dengan : '.

K = koefisien transfer massa, Ib air/(j.ft2) A = luas kontak, ft2/ft3 volum menara

V = volum aktifpendinginan, ft3/ft2luasan darer hw = entalpi campuran udara-air pada suhunya h. = ental pi campuran udara-air pada suhu bola

basah

f1h. = (hw-h.) padasuhu Tz + 0, I (T.-Tz) f1hz = (hw -h.) pada suhu T z + 0,4(T \- T z} f1h) = (hw -h.) pada suhu T. -0,4(T.- T 2) f1h. = (hw -h.) pada suhu T. -O,I(T.- T2)

dL = K (x.-x) adV (6)

x dan x. adalah humiditi udara dan humiditi jenuh pada suhu T, sedangkan A. adalah panas penguapan air, maka diperoleh :

dqd = KA.(x .-x)adV (7)

sehingga,

dq = dqc + dqd = h(T -t)a dV + KA.(x .-x)adV (8) dq = Kad{(¥ + AXs )-(¥ + AX)] (9) Entalpi udara, H = ct + Ax (10) Kapasitas panas udara, c = = 0,24 + 0,45 x

(II) sehingga,

BASIL DAN PEMBAHASAN

dq=Kad{ (Bs -H)+c(T-t{~-I)] (12) untuk sistem udara-air, maka bilangan Lewis

(~)=I --(13)

dq = KadV(H.-H) (14)

dq = d(LCT) = d(GH) (15)

sehingga, LCdT = GdH = KadV(H..H) (16) oleh karena coir = I, maka diperoleh

Jumlah satuan difusi :

Data teknis daTi menara pendingin yang dipakai adalah sebagai berikut :

Merk : LBC-80 buatan Cina I. Debit air = 190 GPM

2. RH=60%

3. Suhu bola kering = 29 C = 84 F .. 4. Suhu bola basah = 75 F

5. Suhu air masuk =93 F (34, I C), keluar = 84 F 6. Kecepatan udara = 540 m3/min = 19000 cufm 7. Diameter isian menara = 1760 mm

8. Tinggi isian = 460 mm (17)

NDU=nd=~=TJ-~

_L

_T2Hs-H

Tabel I. Data pengamatan

I.

Pukul Water in, C Water out, C

27,46

14 16 18

20

86

84

80.5

16.8

I~~

13.5

12.6

13.2

13.9

11.8

, 69.8, 68.5 I 15.5 I 11.5

11

68 68

72.5

85 f--,.-~ 85

~

' 94.5 98 98

:~

74 ~

66 I 82~4

I=~

80.6

81.5

80.6

I 80.6

I~I~

!=~

83.3

30 28,5

28

29 27,8

29 29,5

29,5

28,07

27,32

27,36

75 I-~

69

68.5

77 91 95

95

98 98 98 -~

~=

_I ₆₇

25,65

26,42

.:.-24 2 4 6 8 10 12

74.5

I 27,02 128,28 70

74

82

85.5

87

86

83.3

82.4

82.4 -! 82.4! 82.4

~

82

84.2

85.1

26,29 26,69 28,34 '. 28,72

Proaldlng Pertemuan dan Preaentaailimiah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7.8 Aguatua2001

(5)

(6)

166

ISSN 0216-3128 _{Ma'sum Ischaq, dkk.}

Suhu masuk/keluar

= 94,8/91,7 F; 34,9/33,2 C

ilT= 3,OF; 1,7C

Twb

F/C = 76,8/24,9

KaY = 568,8287 Jurnlah l/Del H = 0,4285112

NDU = 0,3217357 L = 1768 L/G = 0,5621622

Suhu masuk

/ keluar =

89,7901 / 86,78681

F 32,10561 / 30,43712 C

Delta T = 3,003288

F; 1,668494

C

Twb F/C = 79,8 /26,55556

Jika berubah

kelembabannya,

maka :3

I

Suhu

°C I h;:(;

l/Llh

34,3

35,9

0,0552

0,0540

0.0532

0,0520

KESIMPULAN

61,4 61.8 63,2 64,2 65,7 66,1 lumlah I 0,2144

1. Telah bisa dihitung suhu masuk daD suhu

keluar menara pendingin

pacta

aras daya reaktor

Kartini 250 kW, yaitu = 35,9 daD 34,2 DC,

jika

dipakai sebuah menara. Atau = 32,1 daD 30,4

DC, jika dipakai dua buah menara. Sedangkan

nilai KaV dipilih = 568 (terkecil). Suhu udara

masuk

(bola basah)

= 26,6 DC (tertinggi).

2. Semakin

tinggi suhu bola basah dari udara luar

maka suhu air keluar menara juga semakin

tinggi.

KaV = 569.2861

Jumlah IlDel H = .2144014

NDU = .1610427

L = 3535 L/G = 1.124006

Suhu masuk I keluar = 96.67385 I 93.66934

F ;

35.92992 I 34.26075

C

Delta T = 3.004509 F; 1.669172

C

Twb F/C = 79.8/26.55556

-Jika

digunakan

2 buah menara untuk 250 kW :

I Suhu,oC I hw

hw-h.

l/Ah

29,2

30,8

48,7

52,5

h.

hI = 40,4

40,5

41,0

~

1'4

419

h ~ 42 0

₂ _,

0,1172

0,1093

0,1044

0,0977

8,5 9,2 9,6 10,2

Jumlah I 0,2142

KaY = 568,8 L = 1768 (UG = 0.562)

Suhu masuk

1 keluar = 87,5 1 84,5 F ;

30,8 1 29,2 C

AT= 3,OF; 1,7CTwbF/C= 76,8/24,9

DAFTARPUSTAKA

1. Bird, R.B., Stewart,

W.E: and Lighfoot, E.N.,

1960, "Transport Phenomena", John Wiley

and Sons, New York.

2. Brown, GoG., 1978, "Unit Operations", John

Wiley and Sons, Inc., New York..

3. Chereminisoff,

N.P. and Chereminisoff, P.N.,

1983, "Cooling Towers Selection, Design and

Practises",

Ann Arbor Science,

Michigan

4. Kern, D.Q., 1950, "Process Heat Transfer",

McGraw Hill -Kogakusha Ltd., Tokyo.

5. Perry, R.H., Green, D. W., and Maloney, J.O.,

1984, "Perry's

Chemical

Engineers'

Handbook, 6d1 edition, McGraw-Hill Book

Company,

Singapore.

6. Treybal, R.E.,

1981, "Mass Transfer

Operations", McGraw-Hill Book Company,

Singapore.

Jika kelembabannya

berubah,

maka :

hw-h. I l/Ah

TANYAJAWAB

Su~~,~CI= hw

30,4

30,6

52,0

31,1

53,2

31,4

54,0

31,9

55,2

32,1

55,7

8,4

9,1

9,6

10,3

0,1184

0,1094

0,1041

0,0967

Anwar Budianto

h.

151,6 hl=43,4 43,5

44,0

44,4

44,9 i h2 = 45, I Jumlah I 0,4285

Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM.BATAN Yogyakarta, 7. B Agustus 2001

(7)

Bagaimana cara memasukkan faktor energi

250 kW dalam rumus utama sehingga

diperoleh suhu yang save?

Bagaimana

cara menentukan

bilangan K.aV =

568, apa sudah ditentukan dari pabriknya

(desaigner)

?

Ma'sum Ischaq

-Laporan

Analisis Keselamatan

Reaktor Kartini

yang ada baru untuk 100 kW.

Batas suhu A TR nya = 400C.

Jika batasnya tetap 400 C, maka menara

pendingin yang dipakai harus dua (kira-kira),

tetapijika suhu ATR = 500 C maka cukup satu

menara.

Sudiyanto

-Apakah acta persiapan peningkatan penam-bahan alat ukur suhu air tangki reaktor Kartini dalam usaha peningkatan keselamatan operasi 250 kW thennal.

Ma'sum Ischaq

-Rumus

yang dipakai ber/aku umum untuk

menara

pendingin.

-Faktor

energi 250 kW masuk ked

a/am beda

suhu (?T).

-KaV

568 dihitung dan ini hanya 18% dari

design

pabrik (KaV = 3232).

Ma'sum Ischaq

-Sedang ditangani oleh peneliti lain untuk topik instrumentasi / keselamatan.

Sony

-Bagaimana hasil perhitungan tersebut hila

dibandingkan dengan SAR reaktor Kartini

yang dianalisis berdasarkan daya 250 kW.

Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7.8 Agustus 2001