161
Ma'sumIschaq, dkk.
ISSN 0216 -3128
PERHITUNGAN MENARA PENDINGIN REAKTOR KARTINI UNTUK DAY A 250 KW Ma'sum Ischaq, Suyamto, BambangSumarsono P3TM-BATAN
ABSTRAK PERHlTUNGAN MENARA PENDINGIN REAKTOR KARTINI UNTUK DAYA 250 KW Te/ah bisa diperhitungkan (diperkirakan) kemampuanmenara pendingin yang te/ah ada, jika reaktor Kartini dioperasikan untuk aras daya 250 kW. Karakteristik menara, KaV/L, bisa dihitung secara integrasi, memakaicora numerik Chebyshev, yang persamaannya :
~
=1-.!!I- =:~
~ +-.!.-+-.!.-+-.!.-
)
L T2h..-h" mAil. ~ ~ Ail. dengan: K = koefisientransfer massa,/b air/(j.ft2); a = /uas kantak.ft2lft3 vo/ummenaraV = vo/um aktif pendinginan,ft3lft2 /uasandolor; hw = enta/pi campuranudara-air pada suhunya;ha = enta/pi campuran udara-airpada suhu bola basah;&/ = (hw -haJ pada suhuT2 + 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/ehsuhumasukdon suhuke/uarmenarapendinginpada aras daya250 kW yaitu = 35,9 don 34,2 °C,jika dipakai sebuahmenara,atau = 32,} don 30.4 °C,jika dipakai duo buah menara, sedangkanni/ai KaV dipi/ih = 568 (terkecil)donsuhuudaramasuk(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 ofair water vapor mixture at bulk water temperature, Btullb; ha = entalphy ofair-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 ofin air = 26,6 OC(the highest).
PENDAHULUAN 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
-
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.
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 entalpi antara lapisan dan udara sekitar yang terjadi merupakan gaya pendorong untuk proses pendinginan
Proslding Pertemuan dan presentasl IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
162
ISSN 0216 -3128
Ma'sum Ischaq,dkk.
Udara G2,H1,~
Air par.as L",T1
~_L -
Hilang14L"-L'
---+
Gambar2. MenaraPendingin.
Oi menara p!:ndingin terjadi perpindahan panassecaradifusi dw:l konveksi (serentak),
dengan q : panastotal qd : panasdifusi qc : panaskonveksi
Prosldlng
Air dingin
G2, H2, t)
L',Tz
Gambar 3. Diagram b/ok menarapendingin.
TATA KERJA
q =qd+q. dq = dqd+ dq.
Udara
(1) (2)
Berdasarkankoefisien panas menyeluru'hh, maka perpindahanpanassensibeldari air suhu T ke udara suhu t adalah: dqc = h(T -t)a dV
(3)
dengan a : luasanpp persatuanvolum menara (ft2/ft3) dV : volum difererensial adV = dA
Pertemuan dan Presentasilimiah PenellUan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
den lreknologl
Nukllr
Ma'sum Ischaq,dkk.
ISSN 0216 -3128
163
Entalpiudara garisoperasiair I
airmasuk h'
A suhu udara sesungguhny
udarakeluar h
\\
air ke\uar h' udaramasuk h
---7 -I
~
ya dorong entalpi)
B 1
~-CI
I
K
~
,. I
.s operasi udara
.II
sa~l
~
pcnu~U1an I
I
I
tw2
TI
J, i'I
tl
I.
.
'" ,
.
II
11III8f; II
I
.
~I
Suhu
~IT2
Gambar 4. Diagram neracapanas menarapendingin.
zona interfasair-udara / x
rL4
a .c '"
udara
-e Q)
humiditi terhadapjarak
---X2
]
='
~
T.
f-.
suhuterhadapjarak
=' .c =' C/)
0:
Jarak Gambar 5. Profil suhu di puncak menara.
dZ
Gambar 7. Neracapanas pada e/emendZ.
Prosldlng
Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Agustus 2001
dan Teknologl
Nukllr
I
164
ISSN 0216 -3128
Perpindahanpanassecaradifusi : dqd = AdL
(5)
persamaanini yang disebutpersamaanMerkel, bisa dihitung secaraintegrasi,jika diselesaikanmemakai cara numerik Chebyshev:
dL adalah diferensiallaju aliran massacairan Berdasarkan koefisien perpindahan massa menyeluruh, K dL = K (x.-x) adV
Ma'sum Ischaq,dkk.
)
~= f~=!l-::!1f ~+~+~+~
(6)
L
r,hw-ha mM.
~
~
t.h.
(18)
x dan x. adalah humiditi udara dan humiditi jenuh pada suhu T, sedangkanA.adalah panaspenguapan air, maka diperoleh : dqd= KA.(x.-x)adV (7)
dengan: '. K = koefisien transfermassa,Ib air/(j.ft2)
sehingga,
hw = entalpi campuranudara-airpada suhunya
A
= luas kontak, ft2/ft3volum menara
V
= volum aktifpendinginan, ft3/ft2luasandarer
dq = dqc+ dqd= h(T-t)a dV + KA.(x.-x)adV
(8)
dq = Kad{(¥
(9)
= entalpi campuranudara-airpada suhu bola basah f1h. = (hw-h.) padasuhuTz + 0, I (T.-Tz)
(10)
f1hz = (hw-h.) pada suhu T z+ 0,4(T\-T z}
+ AXs)-(¥
+ AX)]
Entalpi udara, H = ct + Ax
h.
f1h) = (hw-h.) pada suhuT. -0,4(T.- T 2)
Kapasitaspanasudara,c = = 0,24 + 0,45 x
f1h. = (hw-h.) pada suhuT. -O,I(T.- T2)
(II) sehingga, dq=Kad{
(Bs -H)+c(T-t{~-I)]
BASIL DAN PEMBAHASAN
(12)
Data teknis daTi menara pendingin yang dipakai adalah sebagaiberikut :
untuk sistem udara-air, maka bilangan Lewis
Merk : LBC-80 buatanCina (~)=I
--(13)
I. Debit air = 190 GPM
dq = KadV(H.-H)
(14)
2. RH=60%
dq = d(LCT) = d(GH)
(15)
3. Suhu bola kering = 29 C = 84 F
sehingga, LCdT = GdH = KadV(H..H)
(16)
..
4. Suhubola basah= 75 F
oleh karena coir= I, maka diperoleh
5. Suhu air masuk=93 F (34, I C), keluar = 84 F
Jumlah satuandifusi :
6. Kecepatanudara = 540 m3/min = 19000 cufm 7. Diameterisian menara= 1760mm
(17)
NDU=nd=~=TJ-~ L T2Hs-H
8. Tinggi isian = 460 mm
TabelI. Datapengamatan I. Pukul 14
86
16
84
18
80.5 75
20
I~~86
16.8
I-~
.:.24
74.5
2
12.6
13.2 13.9
82.4 -!~ 85 82.4! ' 94.5
11.8,
82.4
13.5
6
74
68.5
82
8
82
15.5 11.5
84.2
10
85.5
12
87
11
72.5 85
f--,.-
98
:~
69.8,
98
85.1 85.1
27,46 28,07 27,32 27,36 25,65 26,42
80.6 80.6 80.6
91 95
81.5
95
80.6I
!=~
77
98
I~I~ 98
80.6
98
~
30 28,5 28 28 28 28 28 29 27,8 29 29,5 29,5
68.5
68
~ ~
70
Water out, C
82~4
83.3 82.4 82.4
4
I I
I=~ 69
68
Water in, C
74 66
~= -~
83.3
I
67
I
27,02
128,28 26,29 26,69 28,34
'.
28,72
Proaldlng Pertemuan dan Preaentaailimiah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATANYogyakarta, 7.8 Aguatua2001
I I
166
ISSN 0216-3128
Suhumasuk/keluar= 94,8/91,7 F; 34,9/33,2 C ilT= 3,OF; 1,7C TwbF/C = 76,8/24,9
KaY = 568,8287Jurnlahl/Del H = 0,4285112 NDU = 0,3217357L = 1768 L/G = 0,5621622 Suhumasuk/ keluar = 89,7901 / 86,78681F 32,10561 / 30,43712C Delta T = 3,003288F; 1,668494C
Jika berubahkelembabannya, maka:3
Suhu°CI h;:(; 34,3
Ma'sum Ischaq,dkk.
l/Llh
Twb F/C = 79,8/26,55556
KESIMPULAN
64,2
0,0552 0,0540 0.0532
65,7
0,0520
61,4 61.8 63,2
KaV = 569.2861
1. Telah bisa dihitung suhu masuk daD suhu keluarmenarapendinginpactaarasdaya reaktor Kartini 250 kW, yaitu = 35,9 daD34,2 DC,jika dipakai sebuahmenara.Atau = 32,1 daD 30,4 DC,jika dipakai dua buah menara.Sedangkan nilai KaV dipilih = 568 (terkecil). Suhu udara masuk(bola basah)= 26,6DC(tertinggi).
Jumlah IlDel H = .2144014 NDU = .1610427 L = 3535 L/G = 1.124006
2. Semakintinggi suhubola basahdari udara luar maka suhu air keluar menara juga semakin tinggi.
35,9
66,1 lumlah
I 0,2144
SuhumasukI keluar = 96.67385 I 93.66934F ; 35.92992 I 34.26075C Delta T = 3.004509F; 1.669172C Twb F/C = 79.8/26.55556 -Jika
DAFTARPUSTAKA
digunakan2 buahmenarauntuk 250 kW :
Suhu,oC
I hw
29,2
48,7
h.
hw-h. l/Ah
hI = 40,4
~
40,5
8,5
0,1172
41,0
9,2
0,1093
419 1'4
9,6
0,1044 0,0977
10,2
52,5
30,8
h2~ 42, 0
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 andSons,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", McGrawHill -KogakushaLtd., 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.
JumlahI 0,2142 KaY = 568,8 L = 1768 (UG = 0.562) Suhumasuk1 keluar = 87,5 1 84,5F ; 30,8 1 29,2 C AT= 3,OF; 1,7CTwbF/C= 76,8/24,9 Jika kelembabannyaberubah,maka: Su~~,~CI= hw
30,4 151,6 30,6 52,0
h.
hw-h.I l/Ah
hl=43,4 43,5
8,4
0,1184
31,1
53,2
44,0
9,1
0,1094
31,4
54,0
44,4
9,6
0,1041
31,9
55,2
44,9
55,7
h2 = 45, I
32,1
i
TANYAJAWAB Anwar Budianto
10,3 0,0967
Jumlah I 0,4285
Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM.BATAN Yogyakarta, 7. B Agustus 2001
Ma'sum lschaq,dkk.
ISSN 0216-3128
Bagaimana cara memasukkanfaktor energi 250 kW dalam rumus utama sehingga diperolehsuhuyangsave? Bagaimanacara menentukanbilangan K.aV = 568, apa sudah ditentukan dari pabriknya (desaigner)? Ma'sum Ischaq -Rumus yang dipakai ber/aku umum untuk menarapendingin. -Faktor energi 250 kW masuk keda/am beda suhu (?T). -KaV 568 dihitung dan ini hanya 18% dari designpabrik (KaV = 3232).
167
Ma'sum Ischaq -Laporan AnalisisKeselamatanReaktorKartini yang ada baru untuk100 kW. BatassuhuATRnya = 400C. Jika batasnya tetap 400 C, maka menara pendinginyang dipakai harus dua (kira-kira), tetapijika suhuATR = 500 C maka cukupsatu menara. Sudiyanto -Apakah acta persiapan peningkatan penambahan alat ukur suhu air tangki reaktor Kartini dalam usaha peningkatan keselamatan operasi 250 kW thennal.
Ma'sum Ischaq
Sony -Bagaimana
hasil perhitungan tersebut hila
dibandingkan dengan SAR reaktor Kartini
-Sedang ditangani oleh peneliti lain untuk topik instrumentasi / keselamatan.
yang dianalisis berdasarkan daya 250 kW.
Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 7.8 Agustus 2001
