KINERJA INSTALASI PENDINGIN SIKLOTRON DECY-13

Transkripsi

1 Volme 7, November 05 ISSN KINERJA INSTALASI PENDINGIN SIKLOTRON DECY-3 Edi Trijono Bdisantoso, Sprapto, Stadi Psat Sains Teknologi Akselerator BATAN, Jl.Babarsari Kotak Pos 60 ykbb Jogjakarta 558 ABSTRAK KINERJA INSTALASI PENDINGIN UNTUK CYCLOTRON Decy-3. Telah dihitng kinerja instalasi pendingin siklotron Decy-3. Kinerja dianalisis berdasarkan da spesifikasi teknik setiap komponen pendingin ntk membktikan hasil desain dan pelaksanaan instalasi memenhi kebthan pendinginan. Analisis dilakkan terhadap kemamn perpindahan nasnya. Hilang tekanan dan laj alir dalam instalasi pemian dalam instalasi dianalisis secara empiris menggnakan persamaan Hazen-Williams sedangkan proses perpindahan nas di menara pendingin dianalisis dengan menggnakan bantan grafik psychrometric yang tersedia. Komponen pendingin terdiri dari kondenser serta sistem pemian yang dihbngkan dengan menara pendingin dan diperlengkapi dengan pom ntk mendorong sirklasi pendinginan. Hasil perhitngan mennjkkan bahwa instalasi pendingin chiller menggnakan menara pendingin LiangChi LBC-30 (kasitas aliran dara 5m 3 /menit) dengan pom pendorong Grndfos 4 kw NF30-36T dat mentransfer nas dengan kasitas 47 kw dengan laj alir pendingin 36 lpm, perbedaan tekanan pendingin inpt ke otpt. atm dengan perbedaan sh pendingin 5 0 C. Dari hasil perhitnga tersebt dat disimplkan bahwa spesifikasi teknik komponen pendingin dan hasil instalasinya dat menghasilkan sistem pendinginan yang memenhi kebthan yang diharapkan. Kata Knci: sistem pendingin, siklotron, chiller, menara pendingin ABSTRACT PERFORMANCE OF COOLING INSTALLATION FOR CYCLOTRON DECY-3. Has been calclated the cooling installation performance of Decy-3 cyclotron. The cooling installation is analysed based on the technical specifications of each cooling component to proof the reslts of the design and implementation of installations meet the cooling reqirement. Analysis of loss of pressre and flow rate in the piping installation is done empirically sing Hazen-Williams eqation while the analysis of heat transfer processes in the cooling tower is done sing the help of psychrometric charts that available. Cooling component consists of a condenser and associated piping systems with cooling towers and eqipped with a pmp to psh the circlation of cooling. The calclations show that the installation of the condenser cooler ses the cooling tower LiangChi LBC-30 with a booster pmp Grndfos 4 kw NF30-36T powered 47kW able to transfer heat with the coolant flow rate 36 lpm, inpt to otpt coolant pressre difference.atm and the cooling temperatre difference 5 0. Concltion of the calclation is the technical specifications of cooling components and installation already meets the needs of the cooling expected. Key words: cooling ssistem, cyclotron, chiller, cooling tower PENDAHULUAN Siklotron DECY-3 adalah mesin pemercet ion dan menggnakan chiller sebagai mesin pendingin terd ntk mendinginkan bebera komponen yang membthkan pendinginan bersamaan dengan spesifikasi temperatr yang sama. Sebagai mesin pendingin, chiller membthkan perangkat ntk memindahkan nas yang terdistribsi dalam kondenser kelar dari sistem pendinginan dalam bentk sirklasi air dari menara pendingin (cooling tower) menj kondenser dan kembali ke menara pendingin dengan menggnakan pom pendorong sirklasi. Kesetaraan nas yang dibangkitkan dalam kondenser dengan nas yang dibang melali menara pendingin bergantng da kemamn pom pendorong sirklasi dan kemamn menara pendingin membang nas kelar sistem. Kegiatan konstrksi pendingin chiller DECY3 melipti perancangan spesifikasi teknik komponen pendingin dilanjtkan dengan pelaksanaan instalasi sistem pendinginan. Perancangan spesifikasi teknik berdasar da kekatan pendinginan chiller yang dignakan. Instalasi sirklasi pendingin dilakkan dengan menggnakan pi dengan kran diameter bervariasi dan sebagian menggnakan bahan pi elastik ntk menyesaikan dengan kebthan tataletaknya. Pada tahn 0 telah dilakkan rancangan awal yang didasarkan da tata letak yang telah ditentkan beserta selrh peralatan yait sistem magnet, RF-dee, smber ion dan sistem vakm []. Dari rancangan awal dilanjtkan dengan instalasi dan ji kinerja dari sistem pendingin ntk mengetahi Prosiding Perteman dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 7, November 05 :

2 menara pendingin Volme 7, November 05 ISSN kemamn dalam memenhi kebthan proses pendinginan da Siklotron. Kinerja pendinginan dianalisis berdasarkan da spesifikasi teknik komponen pendingin dan rgi tekanan akibat pelaksanaan instalasi yang kemdian dignakan ntk menetapkan kalitas pendinginan terhadap kebthan pendinginan yang dibthkan dalam desain siklotron DECY-3. TATAKERJA Konstrksi pendingin siklotron DECY-3MeV adalah instalasi pendingin bebera komponen siklotron dengan indk pendinginan menggnakan chiller. Kinerja pendinginan yang dianalisis dalam tlisan ini adalah instalasi pembang nas kondenser chiller dengan sirklasi air menj menara pendingin. Spesifikasi komponen pendingin kondenser ditetapkan sebagai berikt:. Chiller[] Tipe: Advantage M-7,5W Kasitas pendinginan: 6,7 kw Diameter pi kondenser: 0,75 in Laj pendinginan kondenser:06 lpm beda tekanan,36 atm. Pom pendorong sirklasi air [3] Tipe: Grndfos NF30-36T Diameter pi hisap:,5 in Diameter pi dorong:,0 in Daya motor: 4 kw, 380 V, 50Hz, 3 fase Kasitas total head: 37 m, debit 00 lpm 33 m, debit 400 lpm 4m, debit 600 lpm 3. Menara pendingin [4] Tipe: Liang Chi LBC-30 Spesifikasi dara pengembn diameter fan : 770 mm laj alir dara : 5 m 3 /menit motor fan : hp diameter pi inlet dan otlet :.5 in Instalasi pendingin kondenser chiller direncanakan seperti da Gambar. Perhitngan Rgi Tekanan Dalam Instalasi Pemian Pendingin kondenser chiller diinstal tan flow meter mapn meter tekanan. Laj alir pendingin dan beda tekanan yang terjadi da kondenser diperhitngkan secara analitis berdasarkan spesifikasi teknik komponen yang tersang. Bentk instalasi pendingin diekivalenkan dengan diagram instalasi seperti da Gambar. Diagram instalasi pendingin Gambar dignakan ntk memperhitngkan rgi tekanan yang terjadi dalam pemian instalasi pendingin. ot in proses pendingin chiller kondenser ot in meter tekanan flow meter valve pom air Gambar. Diagram instalasi pendinginan kondenser chiller. menara pendingin m 6 m redcer.5-4 m redcer - m m 5 m m m p=.36 atm=0 psi Q=8 gpm= 00 lpm chiller pom 5 m Gambar. Diagram instalasi pemian pendingin chiller. KINERJA INSTALASI PENDINGIN SIKLOTRON DECY-3 Edi Trijono Bdisantoso, Sprapto, Stadi 5

3 Volme 7, November 05 ISSN Perhitngan Rgi Tekanan Rgi tekanan dalam sirklasi air disebabkan oleh pergesekan pendingin dengan sistem pemian dalam instalasi pendingin. Rgi tekanan ini dat ditentkan secara empiris menggnakan persamaan Hazen-Williams [5] yang diterjemahkan da persamaan () dara kelar air mask.85 h = Q f () d C kisi-kisi isian dengan h f adalah rgi tekanan (m kolom air/00 m njang pi, C koefisien kekasaran permkaan pi (ntk pralon C = 50), d diameter pi (mm) dan Q debit sirklasi air pendingin (liter/menit) Persamaan Hazen-Williams dat dignakan ntk menghitng rgi tekanan yang terjadi dalam aliran air njang 00 m. Sebagai pelengkap persamaan tersebt adalah konstanta C yang merkan fngsi bahan pi yang dignakan. Rgi tekanan da komponen instalasi seperti halnya, sambngan cabang redcer/exncer disediakan tabel ekivalen komponen tersebt dengan njang pi yang menggantikannya, sehingga instalasi pemian yang berlik-lik ekivalen dengan pi dengan diameter tertent dan njang terkr. Berdasar Gambar. ras pi dan komponen pelengkap yang dignakan dalam instalasi pemian membthkan inventaris data diameter dan njang pi sehingga dat dibat data ras pi dengan njang dan diameter yang diketahi. Dengan menggnakan persamaan Hazen-Williams dat diperhitngkan rgi tekanan da masing-masing ras pi yang dignakan sehingga dat diperoleh rgi tekanan keselrhan instalasi pemiannya. Kondenser chiller mempnyai kran pi tertent dan spesifikasi kerja telah diketahi yang mennjkkan nilai tekanan tertent abila debit aliran pendingin tertent. Dengan menggnakan persamaan Hazen-Williams dat dikai ntk menentkan njang pi ekivalen dari kondenser ntk mendkng instalasi pemian pendinginnya. Hasil perhitngan da pendekatan ini diperoleh kondenser chiller ekivalen dengan pi diameter 0.5 in dan njang 93 cm. Perhitngan Neraca Perpindahan Panas Panas yang diambil dari kondenser chiller oleh sirklasi pendingin, diles ke lingkngan dengan menggnakan menara pendingin. Prinsip perpindahan dalam menara pendingin dat dilihat da Gambar 3. Proses perpindahan nas diperhitngkan dalam keadaan beroperasi tnak sehingga laj perpindahan nas selal konstan sedangkan proses perpindahan nas dalam menara pendingin dianggap ideal sehingga temperatr air yang didinginkan dat mencai temperatr lingkngan. air kelar dara mask Gambar 3. Prinsip kerja menara pendingin [4,6,7,8]. Dalam keadaan ini persamaan kekekalan energi da menara pendingin dat ditliskan sebagai berikt [6,7]: m ( h h ) + ( m C T m C T ) = 0 G a a () dengan ketentan m adalah rat massa dara, G laj aliran dara, h entalpi dara kelar menara pendingin, h entalpi dara mask menara pendingin, m a laj massa air kelar menara pendingin, C Kasitas nas air, T temperatr air kelar air menara pendingin, m a laj massa air mask menara pendingin dan T temperatr air mask menara pendingin. Persamaan kekekalan massa dalam proses pendinginan dat ditliskan sebagai berikt: m ( H ) a ma + mg H = (3) dengan ketentan H adalah kelembaban dara kelar (g air/kg dara) dan H kelembaban dara mask (g air/kg dara). Abila persamaan (3) disbstitsikan da persamaan () dat diperoleh persamaan kesetaraan laj perpindahan nas yang ditliskan sebagai berikt: m G ( h h ) = m ac ( T T ) + ( m G ( H H )) C T (4) Abila perpindahan nas diperhitngkan tidak disertai pengan air maka persamaan kesetaraan nas ditliskan sebagai berikt: ( h ) = m C ( T T ) m G h (5) a Prosiding Perteman dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 7, November 05 :

4 Volme 7, November 05 ISSN sedangkan abila sebaliknya yait perpindahan nas sepenhnya menyebabkan pengan maka persamaan kesetaraan nas ditliskan sebagai berikt : ( h ) = m GC T ( H H ) m G h (6) Dalam kenyataan yang sesngghnya proses perpindahan nas dalam menara pendingin selal didkng oleh proses pengan air dan proses pendinginan btir air sehingga dalam perhitngan perl diperhitngkan semanya. Dalam persamaan kesetaraan nas da menara pendingin tersebt dat dilihat bahwa nas yang berpindah ke dalam aliran dara menara pendingin adalah merkan jmlah nas yang berasal dari btiran air yang didinginkan dan nas pengan yang menyertai dara yang mengalir dalam bentk pertambahan kelembaban dara yang kelar dari menara pendingin. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitngan Rgi Tekanan Berdasarkan da Gambar dat dissn komponen instalasi pemian dalam data njang dan diameter pi, dengan persamaan Hazen-Williams berdasar kemamn pom sirklasi, masing-masing ras pi dat dihitng rgi tekanan aliran karena gaya gesek dinding pi, rgi tekanan keselrhan instalasi adalah merkan akmlasi rgi tekanan da masing-masing ras pi instalasinya. Inventarisasi komponen penysn instalasi pendingin dan perhitngan rgi tekanan da njang pemiannya ditampilkan da Tabel. Hasil perhitngan mennjkkan bahwa da debit sirklasi pendingin mencai 36.5 lpm menghasilkan rgi tekanan hidrolika dalam sistem instalasi pendingin total sebesar 37,07 m. Rgi tekanan tersebt sama dengan batas tekanan dorong tertinggi yang dimiliki pom yang disang dan menrt hasil perhitngan empiris Hazen-Williams menghasilkan laj alir sebesar 36,5 lpm. Nilai tersebt lebih besar dari debit kebthan pendinginan chiller 06 lpm. Sedangkan tekanan yang terjadi da kondenser terhitng sebesar.88 m (.03 atm) mennjkkan bahwa tekanan air pendingin lebih besar dari spesifikasi kebthan oleh chiller sehingga secara keselrhan sistem instalasi pendingin mamp mendinginkan chiller sami da batas kemamn maksimmnya. No Tabel. Data komponen instalasi pendingin kondenser chiller dan hasil perhitngan rgi tekanan. Komponen instalasi pendingin Ukran Pi ekivalen Hasil perhitngan rgi tekanan berdasar persamaan Hazen-Williams Panjang Diameter dalam Debit air Rgi tekanan (in) (cm) (cm) (lpm) (m) Pi Pi Redcer Elbow 90 o Elbow 90 o Pi Elbow 90 o Elbow Kondenser Elbow 90 o Elbow 90 o Pi Elbow 90 o Elbow 90 o Exnser Pi Total rgi tekanan dalam instalasi pendingin: KINERJA INSTALASI PENDINGIN SIKLOTRON DECY-3 Edi Trijono Bdisantoso, Sprapto, Stadi 53

5 Volme 7, November 05 ISSN Perpindahan Panas Pada Menara Pendingin Debit sirklasi air pendingin 36.5 lpm =,75 lpdet dengan daya nas yang dipindahkan 6.7 kw = 6,7 kjole/det. Abila kasitas nas air sebesar 4.79 jole/gr o C akan menghasilkan beda temperatr air yang didinginkan sebesar T = φ T =,75 P kjole ( l ) C jole p 0 det ( l ) det gr C 6.7 kjole det =.8 4,79 jole 0 det gr C 0 ( C) (7) Abila temperatr hasil pendinginan yang diharapkan sama dengan temperatr lingkngan 3 o C maka temperatr air mask menara pendingin sebesar 34,8 o C. Panas yang dipindahkan dari air ke dara sebesar 6.7 KW = 960 KJ/jam = 60 KJ/menit. Pada temperatr 3 o C dan kelembaban dara 70% laj alir dara 5 m 3 /menit= 5.57 = 60 Kg dara kering/menit. Kenaikan entalpi dara =60 KJ/menit /60 Kg/menit = 6.65 KJ/Kg dara kering. Berdasarkan grafik psychrometric [9,0] diperoleh data entalpi dara mask menara pendingin sebesar 87 kj/kg dara kering. Entalpi dara kelar dari menara pendingin adalah ( ) = 93.6 kj/kg dara kering. Abila dianggap tidak terjadi pengan air maka kenaikan entalpi dara menyebabkan temperatr dara meningkat dan kelembaban berkrang sehingga dari grafik psychrometric dat diketahi kelembaban trn menjadi 59% dan temperatr dara kelar dari menara pendingin terbaca sebesar 36.5 o C. Gambar 4. Bidang kerja menara pendingin ntk beban pendinginan siklotron DECY-3 digambarkan diatas Grafik psychrometric. Prosiding Perteman dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 7, November 05 :

6 Volme 7, November 05 ISSN Abila kenaikan entalpi dara diperhitngkan sebagai akibat pengan air sepenhnya maka dara kelar menara pendingin tidak mengalami kenaikan temperatr akan tetapi kelembaban dara meningkat menjadi 80%. Abila keda asmsi ini digambarkan sebagai bidang kerja menara pendingin da grafik psychrometric terlihat sebagai lasan segi tiga yang menggambarkan kebolehjadian proses perpindahan nas dalam menara pendingin. Analisa kinerja cooling tower yang dilakkan oleh Pratiwi N.P. dkk. (04) mennjkkan bahwa kinerja cooling tower dipengarhi kondisi temperatr dara yait temperatr dry blb dan wet blb, temperatr dan laj aliran air mask serta kinerja fan []. Untk penelitian kinerja instalasi pendingin siklotron menekankan da kasitas pendinginan ntk memenhi kebthan pendingin da siklotron DECY-3. Hasil analisa mennjkkan bahwa pergeseran temperatr lingkngan menyebabkan terjadi pergeseran bidang kerja menara pendingin. Tetapi dilihat dari perbandingan lasan bidang kerja terhadap kebolehjadian pergeseran temperatr lingkngan, mennjkkan bahwa kemamn pendinginan masih dat dipenhi oleh jangka spesifikasi teknik menara pendingin. Gambar 4 mennjkkan bidang kerja pendinginan kondenser oleh menara pendingin dalam bidang grafik psichrometric. KESIMPULAN Hasil analisis kinerja pendingin mennjkkan data kinerja instalasi pendinginan yang melipti daya pendinginan sistem sebesar 47 kw, laj alir pendingin 36.5 lpm, beda tekanan da sistem pemindah nas sebesar,.atm, beda temperatr pendinginan 5 o C. Spesifikasi teknik menara pendingin yang disang menghasilkan proses perpindahan nas yang mamp memindahkan nas yang diberikan oleh sirklasi air pendingin dari chiller. Analisis mennjkkan bahwa temperatr air dari kondenser chiller sebesar 34,8 o C dat didinginkan menjadi sama dengan temperatr lingkngan (3 o C). Abila dikomrasikan dengan kebthan pendinginan siklotron dengan spesifikasi laj alir 06 lpm dan beda tekanan,36 atm, beda temperatr pendinginan,8 o C ntk memindahkan nas 6,7 kw dat disimplkan bahwa hasil pemasangan instalasi pendingin kondenser chiller memenhi kebthan siklotron DECY-3 yang diharapkan. DAFTAR PUSTAKA [] CHOLIL M., SUYAMTO, SUPRAPTO, Rancangan Awal Sistem Pendingin da Siklotron DECY 3 MeV, Presentasi dan Perteman Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya, 0, vol. 3, pp [] diakses tgl 6 Febrari 03. [3] Pmp-hose, FLUID FLOW THROUGH REAL PIPES, University of California, Santa Barbara r04/sepmphose.html, diakses tgl 0 April 03. [4] LIANG CHI, Liang Chi Cooling Tower, Catalog Liang Chi Cooling Tower Sdn Bhd. [5] POWERS, J. P; CORWIN, A. B; PAUL, C. SCHMALL, KAECK, W.E, Constrction Dewatering and Grondwater Control: New Methods and Applications, Appendix A. Third Edition, John Wiley & Sons, Inc. [6] SIEMENS, Psychrometric Chart Strctre and Application, Siemens Switzerland Ltd. [7] VISKA MULYANDASARI, Cooling Tower Selection and Sizing (Engineering Design Gideline), Practical Engineering Gidelines for Processing Plant Soltions. KLM Technology Grop, diakses tgl 6 Febrari 03. [8] ype=white+papers/, diakses tgl 6 febrari 03 [9] diakses tgl 0 Jni 03 [0] diakses tgl 0 Jni 03 [] PRATIWI N.P., NUGROHO G., HAMIDAH N.L, Analisa Kinerja Cooling Tower Indced Draft Tipe LBC W-300 Terhadap Pengarh Temperatr Lingkngan, Jrnal Teknik Pomits, 04, Vol. 7, No. 7. TANYA JAWAB Bambang Siswanto Akah sistem pendingin ini telah terinstalasi da cyclotron DECY-3, bera sh inpt dan otpt sh dari chiler ini dan akah pendingin ini telah memenhi syarat dari sistem yang didinginkan. Edi Trijono BS Ya, instalasi telah tersang dan mamp mendinginkan kondenser chiler da DECY-3, dibktikan operasi steady state chiller mendinginkan beban magnet dan cat daya magnet tan ada kelhan da hasil pendinginannya (temperatr pendinginan 0 o C). Desiyani Nani Akah ada kebaran/teman bar dari riset yang telah bak lakkan, akah kegnaan instalasi ini? Edi Trijono BS Tidak ada kebaran dalam riset ini, namn bersifat mengevalasi njk kerja instalasi pendingin siklotron yang telah dignakan dan diimplementasikan di BATAN ini. KINERJA INSTALASI PENDINGIN SIKLOTRON DECY-3 Edi Trijono Bdisantoso, Sprapto, Stadi 55