Syntax Literate : Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN : 2548-1398 Vol. 4, No. 4 April 2019

## EFISIENSI  KINERJA  EVAPORATOR  PADA  PENGOLAHAN  LIMBAH RADIOAKTIF CAIR PUSAT TEKNOLOGI LIMBAH RADIOAKTIF BATAN

## Farlina Hapsari dan Nurrandi Mayas Sujati
Akademi Minyak Dan Gas (AKAMIGAS) Balongan Indramayu Email: hapsari.farlina@gmail.com dan nurrandi@gmail.com

## Abstrak
BATAN terbentuk dengan latar belakang penyelidikan terhadap adanyakemungkinan  jatuhan  radioaktif  dari  uji  coba  senjata  nuklir  di  Samudra Pasifik.  Pada  proses  produksinya  efisiensi  tidak  pernah  mencapai  100%  yang menyebabkan dihasilkannya limbah yang dikenal dengan limbah radioaktif. PTLR merupakan  satuan  kerja  dari  BATAN  yang  secara  khusus  menangani  pengolahan limbah  radioaktif.  Salah  satu  unit  pengolahan  limbah  radioaktif  yakni  unit evaporasi  yang  merupakan  unit  pengolahan  limbah  radioaktif  cair  dengan kapasitas  pengolahan  sebesar  0,75m 3 .  Evaporator  bertujuan  untuk  memisahkan pelarut  (solvent)  dari  larutan  untuk  memperoleh  larutan  yang  lebih  pekat. Berdasarkan hasil observasi dan analisa alat evaporator pada tahun 2014 hingga 2017 nilai efisiensi cenderung menurun yakni 81,3%, 81,48%, 79,40% dan 57,09% yang  diakibatkan  oleh  korosi  dan  pembentukan  kerak  pada  plat  perpindahan panas.  Hasil tersebut  didapat melalui  perbandingan jumlah  steam teoritis  dengan jumlah steam aktual yang digunakan pada sistem evaporasi.
Kata Kunci : Efisiensi, Evaporasi, Kalor, Limbah Radioaktif

## Pendahuluan
Seiring perkembangan teknologi masa kini dengan adanya radioaktif membawa perkembangan  di  dalam  berbagai  aspek  kehidupan.  Perlu  kita  ketahui  bawasannya dengan  berkembangnya  teknologi  membawa  perubahan  yang  sangat  signifikan  akan tetapi  semua  itu  selain  memberikan  pengaruh  yang  positif  juga  menimbulkan  efek negatif pula. Efisiensi proses produksi yang tidak pernah mencapai 100% menyebabkan dihasilkannya  limbah  yang  dikenal  dengan  limbah  radioaktif.  Selain  dari  proses produksi,  limbah  radioaktif  juga  dihasilkan  dari  proses  pengolahan  bahan  baku  yang secara  alami  mengandung  senyawa  aktif.  Berdasarkan  bentuk  fisiknya,  limbah radioaktif terbagi menjadi limah padat, cair, dan semi cair. Limbah radioaktif memiliki tingkat  bahaya  dapat  memancarkan  radiasi.  Pengaturan  limbah  radioaktif  dan  paparan radiasi  secara  internasional  ditetapkan  oleh International  Atomic  Energy  Agency
(IAEA)  dan International  Commission  on  Radiological  Protection (ICRP),  sedangkan di  Indonesia  diawasi  oleh  Badan  Pengawas  Tenaga  Nuklir  (BAPETEN).  Sebagaimana pengawasan diatur dalam Undang-Undang No.10 Tahun 1997 tentang Ketenaganukliran Pasal 14 ayat 2 yang dilaksanakan melalui peraturan, perizinan dan inspeksi. Peraturan dan perizinan yang diberikan BAPETEN juga memperhatikan Undang – Undang No.32 Tahun  2009  tentang  Perlindungan  dan  Pengelolaan  Lingkungan  Hidup  dan  Undang- Undang No.23 Tahun 1992 tentang Kesehatan. Pengelolaan limbah radioaktif dilakukan untuk  melindungi  keselamatan  masyarakat  dan  lingkungan  hidup  terhadap  bahaya radiasi salah satunya adalah menggunakan proses evaporasi.

## Karakteristik Limbah Radioaktif Cair
Limbah  radioaktif  cair  adalah  limbah  yang  berbentuk  cairan  dapat  berasal  dari  air cucian peralatan yang terkontaminasi atau cairan zat radioaktif yang sengaja dibuang. Perlu  diingat  bahwa  limbah  radioaktif  tidak  boleh  dibuang  kedalam  saluran  sanitasi dengan  pertimbangan  tingkat  aktivitas,  waktu  paruh,  dan  tingkat  reaktivitas kimianya. Oleh karena itu, harus disediakan wadah yang sesuai dengan sifat fisik dan kimia  dari  limbah  cair  yang  disimpan,  misalnya  untuk  limbah  cair  organik  tidak boleh  ditempatkan  dalam  wadah  yang  terbuat  dari  plastic,  karena  kemungkinan wadah akan rusak atau bereaksi bila kontak langsung dengan bahan larutan organik. Khusus untuk limbah radioaktif cair ini, dapat digolongkan lagi sesuai dengan tingkat keracunan radionuklida dan aktivitas yang dikandungnya yaitu:
1. Kadar tinggi ( High Level Liquid Waste )
2. Kadar rendah ( Low Level Liquid Waste )
3. Kadar sedang ( Medium Intermediet Level Liquid Waste
Umumnya,  setiap  instalasi  pengolahan  mempunyai  ketentuan  batas  yang  berbeda untuk setiap kadarnya tergantung dari faktor-faktor berikut:
a. Tipe radionuklida yang terkandung dalam limbah.
b. Fasilitas pengolahan yang tersedia dan factor dekontaminasi (FD) yang diperoleh.
c. Tingkatan aktivitas terhadap efluen yang diizinkan dibuang kelingkungan dengan aman dan tidak membahayakan manusia, serta lingkungan.
IAEA  menentukan  standar  baku  batas  kadar  radionuklida  yang dibolehkan dalam limbah dan untuk pembuangan efluen limbah radioaktif cair kelingkungan.

## Prinsip Kerja Evaporator
Prinsip  kerja  evaporator  seperti  yang  telah  kita  ketahui  sebelumnya,  evaporator merupakan  alat  untuk  menegevaporasi  larutan  sehingga  prinsip  kerjanya  merupakan cara  kerja  dari  evaporasi  itu  sendiri.  Cara  kerjanya  ialah  dengan  menambahkan  kalor atau panas yang bertujuan untuk memekatkan suatu larutan yang terdiri dari zat pelarut yang  memiliki  titik  didih  yang  rendah  dengan  pelarut  yang  memiliki  titik  didih  yang tinggi sehingga pelarut yang memiliki titik didih yang rendah akan menguap dan hanya menyisahkan larutan yang lebih pekat dan memiliki konsentrasi yang tinggi.

## Jenis-Jenis Evaporator

## 1) Horizontal Tube Evaporator
Jenis ini merupakan evaporator  yang paling klasik dan banyak diaplikasikan pada  berbagai  bidang  industri.  Umumnya,  jenis  ini  digunakan  untuk  keperluan- keperluan skala kecil dengan penggunaan teknologi sederhana
(Gambar 2.2 Horizontal Tube Evaporator )
Kelebihan dan Kekurangan:
 Sulit  untuk  dibersihkan karena pengendapan  yang  memicu timbulnya kerak terjadi  pada  permukaan  luar  pipa.  Kontruksi  alat  ini  perlu  didesain sedemikian  rupa  agar  bundle  pipa  bisa  dikeluarkan  untuk  keperluan pembersihan.
 Koefisien  perpindahan  panas  cukup  rendah  sehingga  kurang  efisien,  hal tersebut  disebabkan  karena  dalam  operasinya  tidak  memungkinkan terjadinya sirkulasi cairan.
2) Standard Vertical-Tube Evaporator
Prinsip  kerja  pada  standard vertical-tube evaporator  yakni,  cairan  akan mengalir  di  dalam  pipa  sementara  uap  ( steam )  mengalir  di  dalam shell .  Di  dalam tabung,  cairan  akan  mendidih  dan  uap  yang  timbul  bergerak  membawa  cairan  ke atas. Pada tahap ini, akan terjadi sirkulasi cairan yang disebabkan oleh perbedaan.
fasa  antara  fluida  yang  terdiri  dari  campuran  uap-cair  dengan  cairan  yang berada  di  bagian  luar  pipa.  Pada  bagian  atas  pipa  terdapat  ruang  (bejana  uap)  yang berperan memisahkan cairan dengan uap. Proses pemisahan antar uap dengan cairan dalam ruang uap dimana uap akan keluar melalui saluran atas sementara cairan akan keluar melalui saluran di bagian bawah bejana, selanjutnya akan bersirkulasi kembali melalui pipa-pipa.
( Gambar 2.3 Standard Vertical-Tube Evaporator)
Jenis evaporator ini memiliki keunggulan yakni, perpindahan panas berlangsung dengan  baik  karena  perpindahan  panas  terjadi  secara natural  convection (konveksi alami).  Selain  itu,  endapan  juga  akan  terbentuk  di  permukaan  dalam  pipa  sehingga mempermudah pembersihannya.

## Metode Penelitian
Pada penelitian ini perhitungan nilai efisiensi diperoleh dengan menentukan nilai panas  spesifik steam masuk  evaporator  dan  panas  spesifik steam keluar  evaporator. Penentuan  nilai  panas  spesifik  di  lakukan  dengan  melihat  tabel  appendix  atau  melalui program  excel.  Menghitung  kalor  yang  dibawa  umpan  (Qumpan)  dengan  mengalikan massa  umpan  evaporator  dengan  panas  spesifik  umpan  dan  suhu  umpan  masuk evaporator  (T).  Menghitung  kalor  masuk  yang  dibawa  oleh steam (Qsin)  dan steam
(Qsout)  didapat  dari  mengalikan  massa steam evaporator  dengan  panas  spesifik steam dan  suhu steam masuk  evaporator  (T)  ditambahkan  massa steam dikali  panas  laten. Menghitung  kalor  yang  dibawa  konsentrat  (Qkonsentrat)  dengan  mengalikan  massa konsentrat  evaporator  dengan  panas  spesifik  konsentrat  dan  suhu  konsentrat  keluar evaporator (T). Menghitung kalor masuk  yang dibawa oleh vapour (Q Vapour ) didapat dari mengalikan massa vapour evaporator dengan panas spesifik vapour pada fase cair dan suhu vapor pada evaporator (T) ditambahkan massa vapour dikali panas laten dan ditambahkan  massa vapour dikali  depan  cp vapour pada  fase  gas  dan  perubahan suhunya.  Menentukan neraca kalor dengan menjumlahkan kalor umpan dan kalor steam masuk sama dengan menjumlahkan kalor steam keluar, kalor vapour dan  kalo  konsentrat  sehingga  didapatkan  massa steam .  Menentukan  nilai efisiensi  dengan membandingkan jumlah steam yang digunakan pada sistem evaporasi dengan steam aktual. k. Dari nilai efisiensi faktor penyebab meningkat atau menurunnya nilai efisiensi evaporator.

## Hasil dan Pembahasan
1. Kandungan Limbah Radioaktif
Limbah  cair  radioaktif  memiliki  kandungan  yang  berbeda  denganlainnya, adapun kandungan tersebut seperti dibawah ini:
Tabel .1 Karakteristik Limbah Radioaktif No Karakteristik Hasil Analisis 1 Radionuklida Cs-137 : 1,05*10 -4 Ci/m 3 Co-60  : 3.96*10 -5 Ci/m 3
2 pH 5.7 3 Ektrak Kering 1,8 gr/l 4 Logam Terlarut Fe  : 23.76 mg/l Cr  : 1.732 mg/l Zn : 2.789 mg/l Cu : 0.894 mg/l Mn : 0.863 mg/l Mg : 1.871 mg/l Al : 25.93 mg/l Ca  : 36.66 mg/l Cl - : 26.9 mg/l PO4 3- : 29.01 mg/l
SO4 2- : 17.5 mg/l
( Sumber : Laboratorium PTLR-BATAN)

## 2. Proses Sistem Evaporasi
Sebelum  dievaporasi,  limbah  cair  ditampung  dalam  tangki  penampungan. Kemudian diambil sample untuk dianalisis apakah limbah cair yang akan dievaporasi memenuhi  persyaratan  yang  telah  ditetapkan.  Netralisasi  asam/basa  dilakukan apabila  pH  pada feed tersebut  asam  atau  basa.  Jika  telah  memenuhi  persyaratan, limbah  siap  dievaporasi.  Limbah  radioaktif  cair  diumpankan  ke  alat  evaporator dengan  cara  pengaliran  melalui  pipa  yang  dilewatkan  dalam  tangki  penampung. Limbah  cair  masuk  pada  bagian shell sedangkan steam masuk  pada  bagian tube . Dengan  demikian  terjadi  perpindahan  panas  sehingga  terjadi  penguapan.  Lalu  uap masuk kedalam kolom penenang sehingga uap limbah cair yang terkonsentrasi akan terpisah. Konsentrat  akan masuk kedalam tangki  penampung konsentrat,  sedangkan uapnya  akan  diembunkan  nanti  pada  kondensor.  Mula  mula  uapnya  akan  masuk kedalam  kolom  penenang  dengan  temperatur  ±100°C  yang  dimana  didalamnya terdapatnya baffle sentrifugal  pada  bagian  puncak  kolom  yang  memungkinkan penahanan  cairan  yang  terbawa  oleh  uap  tersebut.  Selanjutnya  uap  masuk  bagian bawah  kolom  pemisah  dengan  temperatur  70-80°C.  Di  dalam  kolom  pemisah,  uap dicuci oleh air bebas mineral. Kontak muka antar fase terjadi pada 5 stage buble cap . Sedangkan  air  bebas  mineral  masuk  melalui  bagian  atas  kolom pemisah,  akhirnya uap  melewati  sebuah mist  eliminator pada  bagian  puncak  kolom.  Disana  terjadi penahanan  kandungan  cairan  yang  terbawa  dalam bable  cap yang  terakhir, sedangkan  air  bekascucian  secara  gravitasi  akan  masuk  kedalam  tangki penampungan effluent aktif. Kemudian uap meninggalkan kolom pemisah dan masuk kedalam kondensor. Temperatur pada ruang kondensor berkisar ±50°C. Pada bagian shell  sehingga  uap  akan  mengembun  karena  pendingin  air  lewat  bagian tube .  Gas yang  tidak  terkondensasi  yang  keluar  dari  kondensor  akan  menuju  sirkuit off  gas . Destilat  yang  terbentuk  dari  uap  yang  didinginkan  pada  kondensor  akan  masuk kedalam cooler sehingga temperature menjadi  ±25°C,  kemudian  destilat  akan bergerak menuju tangki penampungan destilat.

## 3. Perhitungan Efisiensi

## Tabel 2. Data Operasional
LIQUID WASTE STEAM VAPOUR  KONSENTRAT YEA RS T LAJU  MASSA MASSA Tin Tout T v (°C) Tk -  MASSA (°C) ALIR(m 3 /h)  (Kg/s) (t/h) (°C) (°C) (°C) (Kg/s) 2014 25 0,98 0,27 1,3 98 100 100 28  0,0028 2015 25 0,76 0,214 1 98 105 105 30 4,41.10 -3 2016 25 0,745 0,208 1,275 100 105 105 30 0,002 2017 25 0,7 0,22 1,25 103 103 103 28 0,03 dan
Keterangan:
Q = Kalor (Kj/s) M f = Massa (Kg/s) L = Panas Laten (Kj/Kg) Cp = Spesifik Panas (Kj/Kg.K)
T f = Temperatur (K)
a) Kalor yang dibawa umpan
Cpf = 4,363 Kj/Kg.K
Q= m x Cp x T
Q = 0,27 kg/s x 4,363 Kj/Kg.K  x 298K = 351,05 Kj/s
b) Kalor yang dibawa steam
Cp sin = 2,021 , Ls = 2262,1
Q sin = (ms x Cps x Ts) + (ms x Ls)
= ms ( ) x 371K + ms (2262,1 ) = 3011, 89 Kj/Kg ms Cp sout = 2,029
Q = mCpT
Q = m x L
Q sout = ms x Cps x Ts
= ms x (2,029 ) x 373K = 756,817 Kj/Kg ms
c) Kalor yang dibawa konsentrat
Cp = 4,36
Q = m x Cp x T
= 2,8.10 -3 kg/s x 4,363 x 301K = 3,68 Kj/s
d) Kalor yang dibawa oleh vapour
Mv = Mf – Mk 0,27 kg/s – 2,8.10 -3 kg/s  = 0,267 Kg/
Cp cair =4,178 ,Lv = 2435,4 Cp uap = 1,948
Q = (m x Cp cair x T cair ) + (m x L) +( m x Cp uap x (Tv uap – Tv cair ))
= (0,267Kg/s x4,178 x 303K) + (0,267Kg/s x 2435,4 ) + (0,267 Kg/s x 1,948 x (373K-303K))
= 1025,43 Kj/s
e) Neraca Kalor
Q f + Q sin = Q sout + Q v + Q k
351,05 Kj/s + (3011, 89 )ms = (756,817
)ms + 1025,43 Kj/s +
3,68 Kj/s
Msteam = 0,3 Kg/s
f) Efisiensi Termal
Massa steam aktual = 1300 Kg/jam = 0,361 Kg/s
ɳ = x 100% = x 100%

## =
= 83,3% (2014)
Analisis  efisiensi  kalor  dilaksanakan  dengan  tujuan  untuk  mengetahui efisiensi    enggunaan  energi  kalor  dalam  pengolahan  limbah  radioaktif  secara evaporasi  di  PTLR.  Dari  hasil  analisis  2014  hingga  2017  didapatkan  bahwa  sistem evaporasi  memiliki  efisiensi  kalor  sebesar  83,3%,  81,48%,79,4%  dan  57,09%  . Angka  tersebut  didapat  melalui  perbandingan  jumlah  steam  teoritis  dengan  jumlah steam  aktual  pada  sistem  evaporasi.  Nilai  efisiensi  kalor  terjadi  sedikit  penurunan pada  tahun  2014  dan  2015  yang  sebelumnya  83,3%  menjadi  81,48%  lalu  turun kembali  menajdi  79,40%.  Namun,  tahun  2015  terjadi  perbaikan  pada  alat  ukur  dan pembersihan kerak dalam ruang evaporator sehingga penurunan efisiensi tidak terlalu signifikan.  Pada  tahun  2017  terjadi  penurunan  nilai  efisiensi  kalor  yang  cukup signifikan  yang  sebelumnya  79,40%  menjadi  57,09%.  Terjadinya  penurunan dikarenakan  tidak  teraturnya  perbaikan  alat  ukur  dan  pembersihan  kerak  pada  plat perpindahan panas  didalam  evaporator,  kualitas dari temperatur umpan  yang buruk, tekanan serta panas yang keluar dari sistem.

## 3. Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Evaporator
Tidak  sempurnanya  nilai  efisiensi  kalor  disebabkan  oleh  beberapa  hal, salah  satunya  oleh pressure  drop . Pressure  drop disebabkan  karena  adanya  gaya gesek  yang  terjadi  dengan  pipa.  Gaya  gesek  tersebut  dapat  meningkatkan  tahanan pada  transfer  massa  dari  boiler  menuju  evaporator,  sehingga  properti  steam  yang dihasilkan  pada  boiler  tidak  sama  dengan  steam  yang  digunakan  di  evaporator. Selain pressure  drop ,  efisiensi  juga  sangat  dipengaruhi  oleh  transfer  panas  keluar sistem. Pada praktiknya, kalor yang dibawa oleh steam tidak sepenuhnya digunakan untuk memisahkan konsentrat dan destilat, melainkan juga didapat kalor yang lepas pada  pipa  dari  boiler  menuju  evaporator,  dan  bahkan  perpindahan  panas  keluar sistem juga terjadi pada evaporator. Pressure drop dan pelepasan kalor kelingkungan tidak  dapat  dicegah,  melainkan  hanya  dapat  dikurangi  dampaknya  pada  sistem evaporasi. Selain pressure drop dan transfer panas keluar sistem, penurunan efisiensi kalor  juga  dapat  disebabkan  karena  reaksi  antara  limbah  radioaktif  cair  dengan peralatan  yang  digunakan  (korosi,  kerak).  Korosi  dan  kerak  pada  permukaan
penghantar  panas  dapat  menghambat  proses  perpindahan  panas  pada  evaporator sehingga dibutuhkan steam yang lebih banyak agar evaporasi berjalan normal. Selain itu, penurunan efisiensi kalor dapat disebabkan  karena  terdapat  pipa  yang  bocor, kesalahan  alat  ukur,  dan sebagainya.

## Kesimpulan
Setelah  melakukan  tugas  akhir  di  PTLR  BATAN  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut :
1. Proses  yang terjadi pada sistem evaporasi  yakni,  limbah radioaktif cair diumpankan kealat evaporator dengan cara pengaliran melalui pipa yang dilewatkan dalam tangki penampung.  Limbah  cair  masuk  pada  bagian tube sedangkan steam masuk  pada bagian shell .  Dengan  demikian  terjadi  perpindahan  panas  sehingga  terjadi penguapan. Lalu uap masuk kedalam kolom penenang sehingga uap limbah cair yang terkonsentrasi  akan  terpisah.  Konsentrat  akan  masuk  kedalam  tangki  penampung konsentrat, sedangkan uapnya akan diembunkan nanti pada kondensor.
2. Analisis  efisiensi  kalor  dilaksanakan  dengan  tujuan  untuk  mengetahui  efisiensi penggunaan  energi  kalor  dalam  pengolahan  limbah  radioaktif  secara  evaporasi  di PTLR.  Dari  hasil  analisis  2014  hingga  2017  didapatkan  bahwa  sistem  evaporasi memiliki  efisiensi  kalor  sebesar  83,3%,  81,48%,  79,40%  dan  57,09%  .  Angka tersebut  didapat  melalui  perbandingan  jumlah steam teoritis  dengan  jumlah steam aktual yang digunakan pada sistem evaporasi.
3. Hal-hal  yang  mempengaruhi  efisiensi  yaitu pressure  drop pada  pipa,  transfer  panas ke  lingkungan,  pembentukan  korosi  dan  kerak,  serta  berbagai  hal  yang  dapat memengaruhi kualitas steam .

## BIBLIOGRAFI
Al-Shemmeri. 2010. Handbook Engineering Thermodynamics .-: Ventus
Daryoko,  Mulyono.  2007. Handbook Prancangan  Evaporator  Untuk  Pengolahan Limbah Radioaktif Cair PLTN PWR 1000 MW. Serpong: PTLR-BATAN
Fitri, Willshon. 2015. Laporan Kerja Praktek Pengolahan  Limbah Radioaktif di PTLR-
BATAN. Serpong: PTLR-BATAN
Johan , Bahdir . 2000. Buletin Limbah. Serpong: P2PLR-BATAN
Krisyadi,  Andreas.  2017.  Laporan  Kerja  Praktek  Analisis  Efisiensi  Kalor  Sistem Evaporasi. Serpong: PTLR BATAN
Nicholas . 2000. Handbook  of  Chemical  Processing  Equipment .  Boston:  Butterworth- Heinemenn
Senger, Wattson. 1986. Handbook of Journal of Physical and Chemical Reference Data 15 .-.-
Walman,  Edo.  1994.  Diklat  Operasi  Teknik  Kimia  Pengolahan  Limbah  Radioaktf.

## Serpong: PTLR-BATAN
Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 27 tahun 2002 Tentang Pengolahan Limbah Radioaktif