Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Teknologi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8- 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

EVALUASI KONDISI KERJAH.E. SETELAH BEROPERASI LIMATAHUNPADAREAKTOR TRIGAMARKII P.P.T.N.BANDUNG.

Masri Zulfikar Y., B. Soekodijat, Dudung A.R, Heddy K.S.Pusat Penelitian Teknik Nuklir - Badan Tenaga Atom Nasional

ABSTRAKEVALUASI KONDISI KERJA H.E. SETELAH BEROPERASI LIMA TAHUN PADA

REAKTOR TRIGA MARK II P.P.T.N.BANDUNG. 'fujuan penelitian adalah untuk mening­katkan daya reaktor menjadi 1 Mw. Oleh karena itu perlu di evaluasi dari beberapa faktoryang menyangkut dan menunjang dalam mengoperasikan reaktor. Salah satu adalah menge­nai Heat Exchanger (H.E)bekas Rusia yang terpasang sekarang yang telah di gunakan untukoperasi reaktor lebih kurang 5 tahun. Metode yang dipergunakan untuk menghitung kemam­puan H.E adalah dengan beda suhu rata-rata logaritmis ( log mean temperature difference )/1 TLMTD. Sehingga kita dapat mengetahui penurun daya penukar panas (H.E). Penurunandaya ini disebabkan karena adanya pengerakan pada tube H.E sehingga terjadi penyempitanatau pengecilan diameter dalam dari tube H.E tersebut. Ini mengakibatkan daya reaktor akanturun sesuai dengan penurunan daya serap panas dari H.E.

ABSTRACTEVALUATION OF HEAT EXCHANGER PERFORMANCE AFTER FIVE YEARS

OPERATION ATTRIGAMARKII PPTNBANDUNG. The reasonofthis research is to upgradethe reactor power to 1 MW.Therefore, it is necessary to evaluate from some factors whichinvolve and support in operating the reactor. One of them is Heat Exchanger ex USSR whichhas been operate during last 5 years. The method used to calculate the HE capability isLogarithmic Mean Temperature Difference /1 TLMTDso the decreasing of the HE power isknown. This decreasing is caused by encrustation in HE tubes which cause diminution of thetube inner diameter. It results the power reactor will be decreased proportional to thedecreasing of the heat absorbtion of HE.

PJB:NDAHULUAN

Di dalam suatu reaktor, baik itu reaktordaya maupun reaktor riset terjadi reaksi pembe­lahan berantai dari bahan fisi. Salah satu akibatdari pembelahan tersebut yaitu timbulnya pa­nas di dalam reaktor. Dengan demikian untukmenghindari panas yang berlebihan di dalamreaktor dibutuhkan suatu sistem pendinginyang berfungsi untuk memindahkan panas darireaktor ke lingkungan. Air pendingin di dalamreaktor ini dipompakan oleh sistem primer kesi:3tempenukar kalor (HE). Dalam HE ini panastersebut diserap (dipindahkan) ke pendinginsiatem sekunder, dan panas ini dibuang kelingkungan oleh menara pendingin (coolingtower). Laju perpindahan kalornya merupakangabungan dari proses konduksi dan konveksiyang dinyatakan dengan koefisien perpindahankEllor.

Penggunaan H.E ex Serpong pada reaktorTRIGA MARK II diharapkan dapat menurun­kan temperatur air pendingin reaktor sehinggadapat stabil pada batas ambang temperaturyang diizinkan. Pada kenyataannya H.E. terse­but tidak dapat memenuhi seperti yang diha-

30

rapkan sehingga mengakibatkan reaktor tidakdapat mencapai daya maksimum untukjangkawaktu yang lama, pada hal sebenarnya H.E inidirancang untuk memindahkan panas sebesar2 MWt. Dalam penelitian ini dicoba untuk me­neliti perpindahan panas pada H.E denganmengetahui beda temperatur sesudah dan sebe­lum dibersihkan kita dapat mengetahui efek­tivitas H.E untuk unjuk keIja selama limatahun di reaktor TRIGA MARK II Bandung.Dengan mengetahui hal tersebut diatas makadapat diketahui apakah H.E tersebut bisa atautidak digunakan untuk memindahkan kalor da­ri reaktor sebesar 1 MWtsehingga bisa diharap­kan reaktor dapat beroperasi seperti yang diren­canakan.

Sistim H.E yang dipergunakanUntuk Reaktor Triga Mark II di Bandung,

sistem H.Eyang di gunakan adalah seperti padaGambar 1 (lihat halaman berikut).

.Jika ditelusuri bentuk geometri heat ex­changer ex Serpong adalah seperti pada Gam­bar 2, sedangkan spesifikasinya dapat dilihatdalam Tabell.

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Pelwlitian Sainsdun Teknologi Menuju Era Tinggal Lundas

Bundung, 8 -10 Oktober 19mPPTN - BATAN

COOl r~G TOWER

Gambar 1. Sistem H.E.

i.-- ..•...-.'.:.-J-l · T,o ~

1. : :1I '\I II '

T EFlAS! I I : " AI R

A'''TOAI T.A :HEI \ CT )'ENDINGIN

It l~JY• I L--.--JToo

!::..T 1mtd = beda suhu rata-rata logaritmis

Perhitungan untuk Q tanpa pengerakanKoefisien perpindahan kalor total U diper­

oleh dari persamaan :

11 Ai In( r /r i )- +------+

hi 23tkml

U=

Teori Heat Exchanger.Laju alir perpindahan kalor Q, pada H.K

double pipe sebagai hasil gabungan antara airyang dingin dan panas maka didapat :

Q = U A F!::..T 1mtd (1)

U = koefisien perpindahan panasF = faktor koreksi untuk H.EA = luas penampang perpindahan panas

( A = 2 3t rl)

Untuk koefisien perpindahan kalor dalampipa h untuk aliran turbulen (primer) di perolehdari persamaan sebagai berikut:

h.D ~+= 0,027 (NIW) 08 Pr Y3 (~) 0,14 (·1)~w

123&04

"'lAHUL/.A

IIIIIIIII II.

\".:~/

,OUT

0,0

Gambar 2. Bentuk sederhana heat exchangerex Serpong.

(6)

Tabel1. Spesifikasi H.E ex Serpong.

No.Besaran 'lUbeShell

1

Panjang 477em477em2

Panjang x tebal 1908em-(4 x 477) 3

Diameter dalam 2,2 em-4

Diameter luar 2,5 em-5

Diameter lingkaran -81,2 em

6Tebal 0,15 em-

7Suhu air masuk 30,5 em45°C

8Debit air 700gpm350 gpm

9Suhu air keluar 36°C34 °C

Air suling (aquades) dengan temperaturtinggi masuk ke shell, kemudian didalam shellmengeluarkan kalor sehingga keluar dengantemperatur rendah, sedangkan pada tube-tubemengalir air yang ber lawanan arah dengan alir­an aquades didalam shell (counter flow). Tempe­ratur air masukan ke tiap tube-tube rendah dansetelah menyerap kalor keluar dengan tempe­ratur tinggi.

Sedangkan untuk transisi (seeunder) adalahsebagai berikut:

h D ~b

Ok ° = 0,36 (NIW) 0,55 Pr Y3 (-) 0,14 (~5)~w

Do-=hk °

dimanaA

Do = diameter equivalent = 4 pC

dimana

Ac = luas penampang dari shellP = keliling yang di basahi aliran

1 3tD2 3tD2A = (-=-x __ 0) _ (__ 0 x 136) ('7)4 4 4

dimana

DL = Diameter lingkaran shellDo = Diameter pipa bagian luar1P = ["43t DL + ( 3tDo . 134)] (8)

Untuk perhitungan ini kita memperguna­kan suhu rata-rata logaritmis maka dalam halini kita dapat tuliskan untuk!::.. T lmtd adalah :

31

Tabel 2. SpesifIkasi H.E sekarang (dengan(9) deposit)

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdan Tekrwlogi MenuJu Era Tinggal Landas

, (Till - Teo) (Tho - Tci)

LlTlmtd= (T . _ T )Ln hi co

(Tho-Tci)

PE~rhitungan un/uk Q dengan pengerakanUntuk H.E. yang telah beroperasi eukup

lama, maka H.E. tersebut tentu telah terjadipengerakan, maka perlu dihitung U dengan pe­nl~erakan. Sehingga akan diperoleh total koe­fmien perpindahan kalor U° adalah :

(10)

Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

No.BesaranTubeShell

1

Panjang 477em477 em2

Panjang x tebal 1908em-(4 x 477) 3

Diameter dalam 1,6 em-4

Diameter luar 2,5 em-5

Diameter lingkaran -81,2 em6

Tebal 0,15 em-7

Suhu air masuk 40,5 em50°C8

Debit air 700gpm350 gpm9

Suhu air keluar 35,9 °c39,5 °c

Tabel 3. Besaran fIsis air.

(11)

(12)

besaran fIsis T = 38.2 °cT,=44,750C

K air' watt/em °c

6,3110-36,39 10-3

I-lb

' gram/em det0,006780,00609P

, gram/em30,992460,9894

Cp , wattdet/grOC4,1744,174

Tabel 4. Hasil perhitungan.(13)

KoefIsien perpindahan panas total dengandeposit atau pengerakan dapat dihitung, makaenergi panas total dengan pengerakan sebagaiberikut:

q=UAFLlT1mtd (14)Dengan diketahui energi panas total tanpa

dun dengan deposit atau pengerakan, maka kitadupat mengalisis kondisi keIja H.E. tersebut.

PerhitunganDari hasil penelitian yang dilakukan un­

tuk daya max 700 kW maka di buat Tabel 2.Berdasarkan dari Tabel 2 dan persamaan

(1)sampai dengan (14)dan besaran fIsisyang diperoleh dari Tabel 3 , maka dapat di hitunguntuk besaran - besaran yang lainnya Reynold, Prandtl, Nusselt serta koefIsien perpindahanpanas yang hasilnya dapat dilihat pada Tabel4.hasil perhitungan.

Kemudian dengan memasukkan datadari ref 1 dengan faktor deposit yaitu :hdd = 2000 Btu /hr ft2 of = 1,136 watt/em °chdo = 1000 Btu /hr ft2 of = 5,678 watt/em °cmemasukan ke dalam persamaan ( 14 )

U = 0,108 watt/em °c

TubeShell

NRe

38391,432tur-12850,12bulen

transNpr

4,544,02Nu

209,45102,89h, watt/em °C

0,5280,288

Dengan memasukkan harga U ke dalampers ( 15 ) maka diperoleh bahwa laju perpin­dahan panas total adalah sebagai berikut :

qtotal= 0,9 MwJika di bandingkan dengan perhitungan

awal maka terlihat disini teIjadi penurunan da­ya serap kalor oleh H.E. sebesar 25 %.

KESIMPULAN

Dari hasil pengukuran yang dilakukan me­nunjukkan bahwasuhu air pendingin, untuk da­ya 700 kW bila dioperasikan lebih dari 3 jam,suhu akan naik melebihi ambang batas yang diizinkan. lni disebabkan karena adanya penge­rakan pada bagian dalam pipa. Penurunan inibisa juga disebabkan :- Terjadinya pengerakan pada H.E.

32

Pm('Prdinfts Srminnr Rrnklo,. NlIkli,. £In/am Pl'!/r/ililll/ SlIil/sdan 'l'eknou)gi Menuja j<;ra 'llnggal LlULdlLS

- Menurunnya kemampuan pompa primer- Menurunnya kemampuan pompa coolling

tower

- Kemungkinan juga karena pipa-pipa yangterpasang sekarang sudah cukup lama se-

HaTldllTlft, R - 10 Oklol",,. g'91PP'l'N -l3A'ji\N

hingga debit air mengecil ini mengakibat­kan pendingan kurang berfungsi

- Juga terhadap kualitas air yang di gunalmnsebagai pendingin.

DAFTAR PUSTAKA

1. J.P.Holman, " Heat Trasfer " 5th ed. McGraw Hill (1981)

2. Anonim, Spesifikasi heat transfer exhanger ex Serpong (1962)

3. Djauhari Umar, Laporan usulan maintenance reactor di P.P.T.N BATAN, Bandung (1983)

4. Heddy KS. Evaluasi unjuk kerja H.E. ex Serpong untuk di gunakan pada reaktor TRIGAMARK II, Bandung (1982)

NOTASI

A = Luas penampang perpindahan panas total.

Ai = Luas penampang perpindahan panas pada tube.

Ao = Luas penampang perpindahan panas pada shell.

Di = Diameter tube bagian dalam.

Do = Diameter tube bagian luar.

DL = Diameter lingkaran shell = 81,2 em.

hi = Koefisien perpindahan panas di tube.

ho = Koefisien perpindahan panas di shell.

k = Konduktivitas panas untuk fluida.

km = Konduktivitas panas untuk metal.

L = Panjang total pipa.

NRe= Bilangan Reynold

Nu = Bilangan Nusselt.

Pr = Bilangan Prandtl.

ri = Jari-jari pipa bagian dalam.

ro = Jari-jari pipa bagian luar.

Thi-Tho = Suhu masuk - keluar bagian panas.

Tei -Teo = Suhu masuk - keluar bagian dingin.

33