...

Analisis Paralelisasi HE Tipe Plat Dan Shell And Tube

by user

on
Category: Documents
2

views

Report

Comments

Transcript

Analisis Paralelisasi HE Tipe Plat Dan Shell And Tube
~
ISSN0216-3128
156
Suyamto,dkk.
ANALISIS PARALELISASI HE TIPE PLAT DAN SHELL Al;{D
TUBE UNTUK REAKTOR KARTINI PADA DAY A 250 kW
Soyamto, Ma'som Ischaq, Tri Wotan Tjiptono
P3TM -BATAN
ABSTRAK
ANALISIS PARALELISASI HE TIPE PLAT DAN SHELL AND TUBE UNTUK REAKTOR KARTINI
PADA DAYA 250 kW: Dalam rangkapeningkatandaya reaktor Kartini menjadi250 kW; telah dilakukan
analisis perhitungan bebanpendinginan untuk paralelisasi HE ripe Plat (PHE) dan ripe Shell and Tube
(STHE).Pada analisis sebelumnyadiketahui bahwa denganPHE tunggal tidak cukupuntuk menurunkan
suhuATRpada batasyang diijinkan. Analisis dan perhitungandidasarkanpada kondisindan kinerja PHE
dabSTHE saar ini yaitu efektivitascp = 0,394dan q = 0,5. Dalam analisis,keduaHE dipanda~gsebagai
HE tunggal yang dioperasikansecarabersamaan.Hasil perhitunganmenunjukkanbahwa apabila reaktor
dioperasikanpada daya 250 kW; suhu ATR masih beradadi bawah harga maksimumyang dijinkan yaitu
38,83 DC. Sedangkanbesarperpindahankalor untuk masing-masing
HE adalah 118,937 kW(102,29.103
kcalljam) untukPHE dan 130,857kW(112,53.103 kcal/jam)untukSTHE.
ABSRACT
ANALYSIS OF THE PLATE AND SHELL AND TUBE TYPEHEAT EXCHANGER PARRALEL FOR
KARTINI REACTORAT 250 Kw OPERATION. On behalf ofincreasingKartini's reactorPQwerlexel to
250 kW have beencarried out the analysis of the cooling loadfor Plate type Heat Exchanger's (PHE) and
Shell and Tubetype Heat Exchanger(STHE)in parallel. At the previous analysishas beenknown that for
HE single operating it isn't able to cool the reactor watertank up to the temperaturelevel allowed.Analysis
was carried out basedon its PHE's and STHE's presentperformancesi.e. effectivity}of both HE: &p =
0,394 and: q
= 0,5. During analysisboth HE is operatedtogetheras single HE. The result swohs that
with present condition, the water reactor tank temperaturestill in allowed temperaturei.e. 38.83 DC. While
the heat transferredare 118.937kW (102.29103 kcaVh)for PHE and130.857kW (112.53103 kcal/h)for
STHErespectivelly.
PENDAHULUAN
D
alarn operasinya pada daya 100 kW, reaktor
Kartini menggunakan 2 buah alat penukar
kalor atau Heat Exchanger (HE) tipe plat atau Plate
Heat Exchanger (PHE) serta tipe cangkang daDpipa
atau Shell and Tube Heat Exchanger (STHE).
Massing-masing HE mempunyai kapasitas disain
pendinginan 250 kW dan juga berfungsi sebagai
cadangan atau redundan. Oi samping itu suhu air
tangki reaktor (A TR}-maksimum yang diijinkan dari
reaktor Kartini sebesar41 DC!I.2].
Oalam rangka peningkatan daya reaktor dari
100 kW menjadi 250 kW, harus dilakukan analisis
dan perhitungan ulang beban pendnginan terhadap
kedua HE tersebut. Hal ini dilakukan karena
kenaikan suhu air pendingin reaktor sesuai dengan
kenaikan daya yang direncanakan.
Dari analis is sebelumnya diketahui bahwa
bila reaktor dioperasikan pada daya 250 kW dengan
pendinginan A TR menggunakan satu buah HE pada
debit tetap, tidak cukup untuk menurunkan suhu
A TR sampai pada batas yang diijinkan. Di samping
itu, dalam sistem perpindahan kalor temyata
masalah debit air pendingin merupakan faktor yang
sangatdominan (3.4.SI.
Untuk itu perlu dilakukan analisis dan perhitungan sistem pendingin susunan seri-paralel dari
kedua HE berikut pompa dan instalasi pemipaannya.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui kemampuan sistem pendiI1gin primer
bila ke 2 HE yang ada dihubungkan seri atau paralel
pada daya 250 kW.
DASARTEORI
Penggabungan 2 buah HE atau lebih dimaksudkan untuk menaikkan kapasitas pendinginannya. Gambar I dan 2 menunjukkan susunan
seri dan paralel ke dua HE reaktor Kartini. Dengan
Prosiding Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir
P3TM-BATAN Yoovakarta. 7 -8 Aaustus 2001
Suyamto,dkk.
ISSN 0216 -3128
mempertimbangkankondisi PHE dan STHE pada
saat ini maka susunanparalel merupakanpilihan
yang lebih baik karena
1. HE yang lain dapat dipakai sebagairedundan
padatingkat daya 100 kW
2. Instalasinyalebih mudah,sederhana
danmurah
Dengan susunanpara1el,maka analisisnyadapat
dilakukan dengan menganggapbahwa ke dua HE
bekerja secara bersama-sama
mendinginkanA TR
sebagai HE tunggal. Sehingga dengan melihat
susunan paralel pada Gambar 2, rumusan yang
digunakan dalam analisis perpindahankalor dapat
dilakukan sepertiHE tunggal,yaitu sebagaiberikut
[3, 4, 5].
I.
EfisiensiatauefektivitasHE f. adalah
E = (Tit -Tot)/(Tit -TiV
(1)
2. Jumlah perpindahan kalor antara primer daD
sekunder
Ql = (MC)l (t1.Tl)= (MC)l (Til-Tol)
2. Dalam keadaan tunak, suhu air pendingin
rnasukke PRE daDSTHE sarnabesar,sehingga
TilP = TilT
Karena tidak ada hilang kalor pada, pipa daD
pem1ukaankolam, rnaka kalor total yang harus
dipindahkan oleh PRE daD STHEQp + QT = Q
rnaka untuk susunan paralel dapat diturunkan
rumusanperpindahankalor sebagaiberikut.
(MC)IP (Til- ToVP + (MC)IT (Til -Tol>T =Q (3)
(indekP untuk PREdan indek T untuk STHE)
KarenaTilP = TilT = Til rnaka
(MC)IP (Til -ToIP) + (MC)IT (Til -To IT = Q (4)
Denganrnernasukkandata besarandebit air
pendingin primer M (tetap), efektivitas RE ~ (saat
ini), suhuair pendinginrnasukke HE TilP = TilT,
perpindahankalor total Q = 215xlO3 kcaVjamdaD
suhurnasukair pendinginsekunderTi2 (konstan)ke
dalam rumus I sampaidengan 4, dapat dihitung
bebanpendinginanuntukrnasing-rnasing
HE.
TAT A KERJA
Q2 = (MChJATV = (MC>2(Ti2 -ToV
Untuk dapatmenghitungperpindahankalor
di dalam PHE dan STHE secara baik dan akurat
dilakukanhal-halsebagaiberikut.
'.
Q3 = E (MC>t (t1.T)= (MC)l (Til -TiV
Q4 = A U (LMTD)
157
(2)
Dimana
Q: kalor ycmg dipindahkan, W ataukcaVjam
T: suhu air pendingin, 0C
M: laju aliran air pendingin (M = G Y),
I. Kalibrasi flow meter agar debit yang dipakai
dalamperhitungandapatakurat
2. Pengoperasianreaktor sampai dalam kondisi
tunakminimal 6jam operasi
kg/jam
G: debit air pendingin, m3/jam
3. Pengamatansuhu air pendingin primer dan
sekunderharus dilakukan berulang-ulangpada
kondisiudaraluar yangberbeda-beda.
Y : beratjenis air pendingin, kg/m3
C: kalor jenis air pendingin, kcal/kg 0C
HASIL DAN PEMBAHASAN
U: koefisien perpindahan kalor, W1mK
A: luas permukaan perpindahan kalor, m2
LMTD : 'Logajiithmic Mean Temperature
0
Difference" .C
(notasi indek 1 untuk primer, 2 untuk sekunder, 1
masuk ke HE dan 0 keluar dari HE)
'. Bila reaktor dioperasikan pada daya 250
kW, maka kalor yang harus di~indahkan oleh PHE
clan STHE adalah 215 10 kcaVjam dengan
mengabaikan hilang kalor ke dinding tangki reaktor
dan pipa [6, 7, 8], sehingga diperoleh asumsi-asumsi
clanpersamaan berikut.
1. Suhu air pending in sekunder masuk HE yang
tergantung pada keadaan udara luar sarna seperti
pada daya 100 kW bila dbitnya tetap
Dari pengoperasian PHE daD STHE serta
kalibrasi flow meter yang telah dilakukan .';obelumnya diketahui besaraan air pendingin (tabell) .
Dari basil pengamatan suhu air pendingin
masuk-keluar HE pada label 1 daD dengan
menggunakan rumus 1 diperoleh efektivitas saat ini
yaitu Ep = 0,394 dan Ep = 0,5.
Besarnya efektivitas saat ini dianggap tetap
dan hanya akan berubah hila kondisi HE semakin
jelek karena terjadi pengotoran yang semakin
banyak. Di samping itu karena debit air pendingin
tetap maka suhu air pendingin sekunder hanya
dipengaruhi oleh kondisi kondisi udara luar
sehingga Ti2P = 28,64 °c dan Ti2T = 29,13 °c
(tabrel I) dianggap tetap.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitlan Da.ar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yo!~yakarta. 7 -8 Agustus 2001
158
ISSN 0216 -3128
Tabell.
Suyamto,dkk.
Besaranair pendinginHE do/amkeadaantunakpada dayareaktor 100 kW.
°
2TilT -TolP -TolT = 8,4309 C
DenganmemasukkanbesarnyaEp, Ep, T i2P daD
Ti2T ke dalamrumus I makadiperoleh
(Til -Tol)p/(Til -28,64)p = 0,394
TilP = (1,65 TolP -18,62)
(Til -Tol}r/(Tfl-
28,64}r = 0,5
°
2TilT-(1,212T-6,8969)-TolT
=8,4309
C
TilT=(1,06TolT
+0,767)
Dengan mensubtitusikam TilT ke persamaan TilT =
(2 TolT -30) akhimya diperoleh TilT = 34,416 °C,
sehingga besaran-besaransuhu yang lain dapat
TiIT= (2 ToIT- 30)
dihitung. Hasilnya adalah TolP = 34,818 °c daD Til
KarenaTilP = TilT maka,
P = TilT = 38,829 C
(1,65 TolP -18,62) = (2 TolT -30)
Selanjutnya dengan memakai persamaan 2 dapat
dihitung besarnya perpindahan kalor untuk masingmasing HE, yaitu
",
QIP = (MC)lP (Til -Tol)P
= (25.501,28)(38,829 -34,818)
= 102.286,634 kcaVjam = 118,937 kW
TolP = (1,212ToIT- 6,89689)
1. TilP = TilT =Til (lihat Gambar2) daDbesarnya
Y dapat diambil dari nila rata-ratantaraYIP daD
.3
YIT, yaltu
Ylr = 1/2(YIT+ YIP) = 994,24kg/m
2. Debit air pendingin primer untuk ke dua He
sarna besar. Jadi GIP = GIT = 428,77
liter/menit,sehingga:
(MC)IP
= (MC)IT =(M Ylr C)I
= (428,77)(10-3)(60)(994,24XO,997)
= 25.501,28kca/jam°c
Maka dari rumus 4 diperoleh
(Til -TolP + Til -To IT) = Q/(MC)I)
= 215.0000/25.501.28
Til-TOIP+Til-TOIT=
QIT = (MC)lT (Til -Tolh
= (25.501,28)(38,829 -34,416)
= 112.537,149 kcaVjam = 130,857 kW
Dari rumus 2, akhirnya dapat dihitung besaran air
pendingin sekunder untuk masing-masing HE
sebagaiberikut.
2.
Untuk PHE
QIP = Q2P= (MC)2p(T 02-Tivp
102.286,634
=
--
(555,5)(10.3)(60)(995,06)
(0,997)(T 02-28,64)p
°
To2P=31,82 C
2. UntukSTHE
QIT = Q2T = (MC)2P(To2 -Ti2)T
g,43090C
Subtitusi TiP = TiT dan TolP = 1,212 T- 6,8969,
diperoleh
°
112.537,149=(649,12)(10.3)(60)(995,53)
(0,997)(T02-30h
To2T=32,91 C
°
Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yoglyakarta, 7.8 Agustus 2001
Suyamto,dkk.
ISSN 0216 -3128
Jadi total kalor yang dipindahkanolehke dua HE
adalah 249,794 kW. Perbedaanyang ada sebesar
0,206 kW atau 0,08 % terjadi karena adanya
pembulatandalamperhitungan.
Dari basil perhitungan terlihat bahwa besarnya
TiIP, TilT' TolP clanTo IT berbedadenganbasil
pengarnatanpada daya 100 kW. Untuk itu agar
hasilnya lebih akurat dilakukan perhitunganulang
secaraiterasipadadaya250 kW sebagiberikut.
1. BesarTilP = TilT =38,8290 C, TolP = 34,818
0
2.
C clanTilT = 34,4160 C
YIPr = 993,31 kg/ill
3
clan YlTr = 993,38 kg/ill
3
3. Besar efektivitaske dua HE tetap yaitu Ep =
0,394clanEp = 0,5.
4. Besarnyaperpindahankalor pada ke dua HE
tetap
5. QlP = Q2P = 102.286,634
kcaVjam
159
6. QIT=Q2T= 112537,149kcaVjam
7. Qp + QT = Q = 215.000kcaVjam
8. (~TIP) = (Til -Tol)P = Qlp/(MC)IP = 4,0156
9. (~TIT) = (Til -Tolh
= QIT/(MC)IT =
4,4188
"10. Ep = 0,394= (38,829-ToIP)/38,829 -Ti2P)
11. ET = 0,5 = (38,829 -ToIT)/38,829 -Ti2T)
Denganmelakukansubtitusi-subtitusisepertipada
perhitungansebelumnyadiperolehbasil sepertiyang
ditunjukkan pada tabel 2, di mana perubahany
ternyata tidak begitu berpengaruh terhadap
perubahan suhu air pendingin. Dari basil
perhitungan dapat digambarkanbentuk atau profil
suhu air pendingin di dalam PRE dan STHE
(Gambar3 dan 4)
Tabel2. Besaranair pendinginHE do/amkeadoantunakpada dayareaktor J00 kW.
KESIMPULAN
I. Dengan merangkai secara paralel PHE dan
STHE untuk daya reaktor 250 kW, suhu ATR
masihdi bawahhargayang diijinkan
2. Dengandebit yang tetapmasing-masingseperti
pactasaat ini maka perpindahankalomya sudah
cukup, masing-masing sebesar 118,937 kW
(102,29. 103 kcaVjam)untuk PHE dan 130 kW
(112,53.103 kcaVjam)untukSTHE
3. Dengan mengoperasikanke dua HE secara
paralelmakatidak diperlukanHE baru
4. Karena kedua HE harus selalu dioperasikan
maka perlu dipikirkan fasilitasredundanuntuk
sistempendingin,baik primermaupunsekunder
DAFTARPUSTAKA
BADAN
PUSA T
TENAGA
ATOM
NASIONAL,
PENELITIAN
NUKLIR YOGY A-
KART A,
Laporan Analisis
Reaktor Kartini, 1995
Keselamatan
2. GENERAL ATOMIC Division of GENERAL
DYNAMIC, 250 KW Triga Mark II Reactor
Mechanical
Maintenance
and
Operating
Manual, chapter 4.10, Agustus 1962 '.
3. SUY AMTO; "Anal isis daD Perhitungan Beban
Sistem Pendingin Tipe Plat (PHE) Reaktor
Kartini Pada Daya 250 kW", Prosiding
Pertemuan daD Presentasi 11miah Penelitian
Dasar Ilmu Pengetahuan daD Teknologi Nuklir,
Yogyakarta , 25 -26 Juli 2000.
4. SUY AMTO; "Analisis daD Evaluasi Unjuk
Kerja Alat Penukar Kalor (APK) Tipe Cangkang
daD Pipa, Presentasi Peneliti Muda , Nopember
1994 di PPNY
5. SUY AMTO,
SUPRAPTO, "Analisis
daD
Evaluasi Unjuk Kerja Alat Penukar Kalor Tipe
Plat Reaktor Kartini, Prosiding Pertemuan daD
Presentasi 11miah Penelitian Dasar 11mu
Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Daaar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yogyakarta, 7 -8 Aguatua 2001
160
.
ISSN 0216 -3128
PengetahuandaDTeknologiNuklir, Yogyakarta
,8 -10 Juli 1997.
6. UTAJA, HERU SUPRAPTO daD HARt
SUDIRJO, Transien Suhu Dalam Penukar
Kalor, Buku Penelitian Bahan Mumi daD
mstrumentasiJilid IIlnstrumc:-ntasi,1984
7. UTAJA, HERU SUPRAPTO daD HARt
SUDIRJO, Pendingin Primer Untuk Daya
Reaktor 250 K watt, Buku Penelitian Bahan
Murni dan InstrumentasiJilid II Instrumentasi,
1984
8. UTAJA, BAMBANG SETIADn, Menentukan
Harga Air ReaktorKartini, ProsidingPertemuan
daD PresentasiIlmiah, Penelitian Dasar Ilmu
Pengetahuan
daDTeknologi Nuklir, Yogyakarta
, 5 -8 Mei 1986
TANYAJAWAB
Widarto
-Dalam pengkopelan / pemasangan HE, dikatakan
parallel lebih menguntungkan, ditinjau dari segi
apa?
-Apakah
juga telah dilakukan analisis untuk
pemasangan ke dua HE tersebut dalam posisi
tidak parallel ("Cross")
Suyamto
-Darisegi;
-Kondisi
instalasisoot ini secarafisik.
-Kondisi
HE soot ini yang sudah kurang baik
sehinggatidak mungkindinaikkandebitnya.
-lnstalasi
untuk parallel akan lebih mudah
sederhanadon murah.
-Untuk
seri tidak memungkinkanuntuk "cross",
input-output HE yang satunya diletakkan
Suyamto,dkk.
ber/awanandenganyang ado soot ini sehingga
terjadi a/iran "cross" sehingga/ebih efisien.
Anwar Budianto
-Apakah pemah dicoba suatu analisis serial
sehinggadapatdihitung factor kelipatanefisiensi
total terhadapanalisisparallel.
-Pemahkah dilakukan anlisis berapajumlah HE
(baik PHE dan STHE) agar reaktor Kartini tetap
save suhunya ? (Dengan pertimbangan faktor
kegagalanperangkat).
Suyamto
-Belurn, karenajelas untuksusunanseri kurang
menguntungkan dibanding dengan susunan
parallel ditinjau dari segi kondisi ini don
debitnya.
-Pernah
dipikirkan, yaitu dengan PHE don
STHE yang ado soot ini, tinggal menambah
-sebuah HE barn sebagai redundan. Dengan
dernikian diperlukan 3 buah HE, sehingga
laktar kegagalannyadapatditurunkan.
Sony
-Didalam
analisis apakah juga dilakukan
perhitunganbila yang diparalel PHE clan PHE
atauSTHEclanSTHE,sehinggadidapatkanharga
optimasi.
-Bagaimana analisisnyabila salahsatuHE gagal?
Suyamto
-Be/um
pernah, tetapi ha/ ini bisa di/akukan
dengan asumsi dipasangPHE maupunSTHE
baru don efektivitaske duo HE ditentukan/ di
asumsikan.
-Tidak
bo/eh, karena harus dipasang HE
redundan.(/ihat kesimpu/annomer4).
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr
P3TM-BATAN Yogyakarta. 7 -8 Agustus 2001
Fly UP