Presiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979

EFISIENSI KINERJA INSENERA TOR KAPASITAS 50 KG/JAMPAD A PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF PADAT DI PTLR

Ajrieh Setyawan, Pum'antaraPTLR - SATAN, Gd. 50 Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Tangerang Selatan

airiehriVbatan. !!o.id

ABSTRAK

EFISIENSI KlNERJA lNSENERATOR KAPASlTAS 50 KG/JAM PADA PENGOLAHANLlMBAH RADlOAKTlF PADAT Dl PTLR Pengolahan limbah mdioaktit' padat terdiri dari kompaksi,insenerasi dan imobilisasi langsung. Dalam rangka mengoptimalkan fasilitas pengolahan limbah denganinsenerator maka diperlukan kajian perhitnngan efisiensi kinetja insenerator. Metode perhitungan dilal-.'1Ikanpadasaat 3 kali op<.:rasi insenerator tahun 2017. Basil kegiatan pengopcrasian lllsL11L,-ator sc1ama 3 kali prosespengolahan limbah di PTLR BAT AN pada tanggal 17 Mei, 31 Mei dan 8 Jtmi 2017 secara berttmtt efisiensikincrja inst.'lH..,-atorsebesar 95,5%, 91,4% dan 98,5%. Elisicnsi terbaik didapat pada tanggal 8 Juni 2017 scbesar98,5 % dt.'llgan massa limbah 75,1 kg, massa abu 1,1 kg, suhu opemsi 310 - 610°C dan PL'llgolahan selama 4,5jam opemsi. Variabe! yang mempengamhi kineIja dari insenerator yaitu temperatur operasi, wal-.1utinggal dankomposisi sampah

Kata Kunci : lnscnemtor, Efisiensi, Limbah RadioaktifPadat

ABSTRACT

INC'ENERATOR PERFORMANCE EFFICJl.iVCY THE CAPAC?1T 50 KG / HOUR ON SOLIDllADIOAC111E IV.4STE PROCl.'SSING IN PTLll .. Solid radioactive waste treatmellt cOllsists of compaction.

incineration and direct immobilization. 111onler to optimize the existillg waste treatmellt facility in the form ofinsenerator. it is necessary to study the calculation of elficiency of illsenerator pelformance. The calculatiollmethod is done at 3 times incenerator operatioll in 2017. The result of the operation oftlte inseneratorfor 3 timesthe waste trea tmelll process at PTLR SA TAN on ,\ lay 17. A·fay 31 and June 8, 2017 respective(1' the efficiency ofinsellerator pelfol7l1allCe q( 95 . 5%. 91.4% alld 98.5% respective(v. The best efficiellCY was obtained on JUlie 8,2017 of 98.5% with a waste mass of 75.1 kg, 1.1 kg of ash mass, operatillg temperalllre 310 - 610 ° C alldprocessillg for ./.5 hours operation. variables that affect the fJelformallce of the insellerator ie operatingtemperatllre, residence time and garbage compositioll.

Keywonls: Insenerator. Effisiellcy, Solid Radioactive Waste

PENDAHULUAN

Beroperasinya fasilitas nuklir dan kegiatan lainnya yang berhubungan dengan sumberradioaktif akan menghasilkan limbah radiaoktif bempa cair, padat dan gas. Masing-masing fasalimbah tersebut mempunyai perlakuan yang berbeda pada setiap proses pengolahannya. Limbah padatdapat diklasifikasikan mel~adi 3, yakni limbah padat dapat dibakar, limbah padat dapat dikompaksitetapi tidak dapat dibakar. danlimbah padat yang tidak dapat bakar maupun dikompaksi.

Dari ketiga tahap pengo lahan limbah radioaktif padat di atas, insenerator mempakan tahap prosespengolahan dengan reduksi \'olume paling besar. Limbah dapat bakar direduksi volumenya dengandibakar di dalam tungku insenerator pada temperatur di atas sullll bakar limbah (700°C - 1.1OO°C).

Reaksi pembakaran secara umum teIjadi melalui 2 cara, yaitu pembakardn sempurna danpembakaran tidak sempuma. Pembakaran sempurna adalah proses pembakaran yang teIjadi jikasemua kmuon bereaksi dengan oksigen menghasilkan CO2, sedangkan pembakaran tidak sempurnaadalah proses pembakaran yang teIjadi jika bahan bakar tidak terbakar habis dimana prosespembakaran yang tidak semuanya mel~adi CO2. Berdasarkan buku Waste Management Recovery byIncineration of Solid Wastes in the Federal Republic of Germany, proses pembakaran aktualdipengamhi oleh 5 faktor, yaitu : [21

1. Pencampuran udara dan bahan bakar dengan baik.2. Kebutuhan udara untuk proses pembakaran.3. Suhu pembakaran.4. Lamanya waktu pembakaran yang berhubungan dengan laju pembakardn.5. Berat jenis bahan yang akan dibakar.

45

Ajrieh Setyawan, Purwantara : Efisiensi Kinerja Insenerator ...

Gas buang yang ditimbulkan dari rcaksi pembakaran dan partikulit ini dilewatkan melaluibeberapa filter antara lain bag house filter dan HEP A filter sehingga hampir 99,9%-nya akan terjebakdi dalam filter. SelaI1iutnya gas buang yang bempa sisa-sisa asam dinetralkan dengan soda api(NaOH). Gas buang yang kemudian keluar dari cerobong tclah sepenuhnya bebas dari komponen­komponen yang berbahaya. Komponen utama sistem insenerator di PTLR-BA TAN terdiri dari mangbakar, bag filter. sistcm heppa filtcr, washing coulumb dan stack yang sccara rinci dapat dilihat padagambar I.

SPR./; YAIR

COMBUSTlQN.AJR

MTIlOGEN

• CN'~c>,III!I4'

-••••• HEf'A

'-""'"

8."19 F~lf1(

IMr.,

~, '--c-..J-i

~~•

~

-_ S<m

41'"

~-{

~

~

washing

DAAINING0JUm ••

Gambar 1. Unit Insenerasi di PTLR [11

Bcrdasar sistcm note unit insenerasi kapasitas pengolahan insenerator adalah 50 kg/jam untuklimbah padat (karcL polictilen. PVe. kain kapas. kertas. kayu). mampu mengolah limbah cair (xylene.toluene) scbanyak 20 It/jam dan binatang pcrcobaan scbanyak 20 kg/jam. Jcnis insenerator yangdigunakan berdasarkan mctodc pell1bakaran yang bcrlangsung yaitu insenerator tipc conlinue. Padainsenerator tipe conlinue. Limbah dimasukkan secara tcms-ll1cncms dcngan dcbit tctap bcrbcdadcngan insenerator tipc batch. lill1bah dimasukkan sampai mcncapai bat as maksimum kcmudiandibakar sccara bcrsamaan. [I J

Ruang pcmbakaran dibagi mcnjadi dua, mang pcmbakaran I (pyrolisis chamber) di bagianbawah yang digunakan untuk pcmbakaran pcmbakaran limbah padat dcngan suhu 850 - 1000 °C danpada bagian atas terdapat mang pembakaran II (post combustion chamber) digunakan untukpcmbakaran cairan organik dcngan suhu 900 - 1000 0e. [I J

Tujuan analisis cfisiensi uji fungsi inscncrasi yaitu untuk menghitung efisiensi panas dancfisicnsi rcduksi volume sistem inscncrasi dalam pcngolahan limbah radioaktif dan untuk mengetahuihal-hal yang dapat mempengamhi nilai efisiensi. Analisis ini dilakukan dengan cara mcmbandingkanjumlah umpan limball kebutuhan udam, bahan bakar. gas buang serta produk hasil pembakamn.

Perhitungan dilakukan dengan mengolah data hasH proses insenemsi dengan umpan data-datateknis dokumen insenemtor yang ada di IPLR dan dokumen terkait dari technicalome serta literaturyang berhubungan. Perhitungan diawali dengan menghitung nerdca bahan dan nemca panas padatungku pembakamn. Kemudian ditentukan jumlah panas yang timbul dan panas yang keluar tungku.Panas yang timbul ini digunakan untuk pemanasan awal terhadap udara pembakamn denganmeng!,'llnakan alat penukar p,mas dan dihitung jumlah panas recovery.

TATA KERJA

Pengmnbilan DataPengambilan dan pengolahan data dilakukan dcngan mengamati secam langsung kegiatan proses

di lapangan dari control panel pada pcngolahan limbah mdioaktif padat di unit inscncmsi. Waktupclaksanaan tanggal 17 McL 31 Mci dan 8 Juni 2017. Data-data yang diamati untuk prosespcrhitungan yaitu suhu opcmsi burner L suhu gas buang hasil pcmbakamlL lama opemsL massaumpan, massa abu dan pcnggunaan bahan bakar. Pcngamatan sccam langsung di lapangan dilakllkanlIntuk mencatat massa lImpan dalam tiap kardlls, nyala api dan tcmperatur pada burner I yang sct iap

46

Prosiding HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979

30 menit dilakukan pencatatan. Tahap kegiatan perhitungan efisiensi kinerja insenerator dapat dilihatdari tabel I.

Tabel I. Tahapan kelja

RefeI'eIlSI

J

I Pembahasall

~~-( \

I Ke>impulan dall ISaran'- )

PerhitunganPerhitungan diawali dengan menghitung neraca bahan dan neraca panas pada sistem

pembakaran, kemudian ditentukan jumlah panas yang timbul dan panas yang keluar sistem. Neracakesetimbangan diperoleh dari data umpan limbah, kebutuhan bahan bakar (so]ar), produk hasi] bakar(Abu) dan Gas buang hasil bakar, uraian sistem dapat dilihat pada gambar 2.

Feed = 26,8 kg

Bahan Bakar(Solar)

Cl:5H32 = 25 %,

Ci6H3J. = 75 %

Udara

02 = 21 ~...~N2 = 79 c.~

Insenerator

.~.

Abu = 1,2 kg

Gas Buang

C02H20N2

02 Sisa

Gambar 2. Neraca panas insenerator

47

Ajrieh Setyawan, Purwantara : Efisiensi Kinerja Insenerator ...

Tabel 2. Data pengolahan limbah insenerator

Iallggalill] (kg)Ill! (kg)t (j am)T (C'C)IGB [8q

17,05 2017

2t,S. ",-. .-

':C; G - 60{;58 S

3L05,2017

C'5.S 2~:; - ~SS..::;-:..::;v;'. :::

0806/2017

75, ~..

.;:'::;31U . 6!O?,i'1(1•...• \., •..

Tabel 3. Neraca Massa Insenerator

Komponen Input (kg)Output (kg)

C15H32

0,595-

C16HH

1,905-

01

10,4641,792

N2

34,4434,44

H2O

-3,384

CO2

-7,788

Feed

26,8-

Gas yang tidak terkondensasi

-25,6

Abu

-1,2

Total

74,20474,204

Untuk menghitung neraca massa insenerator dilakukan perhitungan nilai Q masing-masing.Neraca massa insenerator dapat dilihat pada gambar 3.

Neraca Massa Insenerator

Q4 = Panas Sensible Gas Buang

Q3 = Panas Sensible Umpan

Q2 = Panas Sensible Uclara

Q 1 =Panas clariHHV Solar

Q5 = Pill~S S~S ib l~ dill l;;,t~n Air

Qs =Panas TerserapIns enerat or

Q7 = Panas Term anfaatkan

Q6 = Panas Sensible Abu

Gambar 3. Skema Neraca massa Insenerator

Mencari Q

Q = m.Cp.T

48

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR T ahun 2017 ISSN 0852-2979

Komponen II/put (kcal)Output (kcal)

Panas dari HHV Solar

:7407,565-

Panas Sensible COillbUriOnAir

54,295-

Panas Sensible Umpan

207.266

Panas Sensible Gas Buang Kering

-6338,263

Panas Sensible dan Laten Air dari-

2743.511

Reaksi PembakaranPanas Sensible Abu

-1044.995

Panas yang Terman1aatkan untuk Proses Pirolisis

-1048,707

Panas Terserap

-830,074

Panas yang Hilang

-15663,576

Total

27669,12627669,126

~'OHeat lo,>,>

%, Efi,iensi P:ma,

Laju Pembakaran

Pana,> yanz hilanz- - - x 100%

Total pana,> ma,>uk

15663.576 keal

-)-i-"-',-Q-1-'-·-k-'-'-I x 100 '?;'_. tc. _6 ea

'6.6 ~"

- QOutp," X 100 ~,)- Q.b?\lt

12005.55 kcal

27669.126 kcal x 100 ~·o

43.4%

Efisiensi Insenerator

111

26.8 kg

0.5 jam

53.6 kgjmn

HASIL DAN PEMBAHASAN

111in - 111ou1'% Efisiensi= ---- x 100 %

11lm

)68 h-1,2 kg . 100 %-. - x26.8 kg:

95.5 %

Hasil-hasil perhitungan efisiensi insenerasi disajikan dalam bent uk grafik pada Gambar 4 dan 5

49

Ajrieh Setyawan, Purwantara : Efisiensi Kinerja Insenerator ...

4--1 - 43.4

4'-

40,38

, .~36

~J04

--34

3~

60

503l

40 -30

~O

"16.69

10

o

17,/052017 3105.:'017

TallggaJ

08 06 ~O 17

---Efisiensi

Gambar 4. Efisiensi Panas dan Laju Pembakaran

Pada Gambar 4. dapat dilihat bahwa semakin tinggi efisiensi panas pembakaran maka lajupembakaran umpan didalam insenerator akan semakin besar. Hal ini menunjukkan semakin tinggitemperatur pembakaran didalam burner, maka waktu tinggal yang diperlukan umpan untuk terbakarsempurna semakin singkat. Untuk efisiensi panas pada insenerator menurut AMDAL adalah sebesar40 - 80 %. Efisiensi panas hasil perhitungan berada pada kisaran <45% karena pada saatpengoperasian insenerator temperatur operasi yang digunakan berkisar 250 - 600°C sedangkantemperatur design insenerator berkisar 850 - 1000 °c

o

100

?~

98

969--1';' 9.:', 90, --

88

86

53.6

,~/"516.6991.--1

60

so

:r..:.<--10-

30

;;.

20

-"10

17105/2017 31/05/2017

Tanggal

08106/2017

__ EfisiensiInsenerator

-LajuPembakaran

Gambar 5. Efisiensi Insenerator dan Laju Pembakaran

Gambar 5. menunjukkan bahwa semakin kecil laju pembakaran yang menandakan semakinlama waktu tinggal limbah didalam insenerator maka efisiensi insenerator akan semakin tinggi.Namun pada data tanggal 3 I Mei didapat efisiensi insenerator lebih rendah dari efisiensi inseneratortanggal 17 Mei sedangkan laju pembakarannya lebih besar, hal ini dapat dipengaruhi beberapa faktor,yaitu temperatur operasi yang tidak maksimal dan komposisi umpan limbah yang banyak mengandungair dan bahan karet.

Dari pengamatan dan hasil yang diperoleh diketahui variabel yang mempengaruhi kinerja dariinsenerator yaitu temperatur operasi, waktu tinggal dan komposisi sampah, Pembakaran sempurnamembutuhkan waktu tinggal yang cukup yaitu waktu yang dibutuhkan untuk menjamin terjadinyapercampuran yang sempurna antara udara dan bahan bakar agar dapat bereaksi secara sempurna.

Pengoperasian insenerator akan menghasilkan gas buang (flue gas) dan abu hasil pembakaran.Karakteristik sampah seperti nilai panas, kandungan air dan sifat kimia (kandungan C, H, 0, N, S danCI) sampah berpengaruh terhadap proses pembakaran dan jenis polutan pada gas buang dan abu.Maka diperlukan preparasi / penyortiran limbah sebelum insenerasi untuk memisahkan limbah yangmudah meledak dan tidak dapat di insenerasi.

50

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017

KESIMPULAN

ISSN 0852-2979

Perhitungan efisiensi kinerja insenerator kapasitas 50 kg/jam selama 3 kali proses pengolahan

limbah di PTLR BAT AN yaitu pada tanggal 17 Mei, 31 Mei dan 8 Juni 20 I7 secara berturut sebesar

95,5%, 9 1,4% dan 98,5%. Efisiensi terbaik didapat pad a tanggal 8 Juni 20 I 7 sebesar 98,5 % dengan

massa limbah 75, I kg, massa abu I, I kg, suhu operasi 310 - 6 10°C dan pengolahan selama 4,5 jamoperas!.

DAFT AR PUST AKA

[I]. Technicatome," Sistem note unit insenerator tecdoc PTLR, BA TAN

[2]. C. Nels, 1984, Recovery by Incineration of Solid Wastes in the Federal Republic ofGermany, Waste Management & Research (1984)

[3]. Brunner, C.R, Hazardous Waste Incineration, second edition McGraw-Hili Inc.

[4]. Dimension Calculation Note, WSPG 820NPL8003, Technicatome

[5]. Hicks TG, Handbook of Mechanical Engineering Calculation McGraw-Hill in

[6]. Geankoplis, Christie J. 1993. Transport Processes and Unit Operations Third Edition. NewJersey: PTR Prentice-Hall, Inc.

[7]. Yaws, Carl L. 1999. Chemical Properties Handbook : Physical, Thermodynamic,Environmental, Transport, Safety, and Health Related Properties/or Organic and

51

Ajrieh Setyawan, Purwantara : Efisiensi Kinerja Insenerator ...

52