Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

1

RANCANG BANGUN PROTOTIPE TUNGKU PEMBAKAR SAMPAHRADIOAKTIF

Margono1, Henky Poedjo Rahardjo2

1Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir, 2Pusat Teknologi Nuklir Bahan Dan Radiometri

ABSTRAK

RANCANG BANGUN PROTOTIPE TUNGKU PEMBAKAR SAMPAHRADIOAKTIF. Berbagai eksperimen dalam laboratorium litbang nuklir selalu tidakterlepas dari pemakaian benda-benda kerja, baik berupa peralatan, ataupun bahan yangsecara langsung maupun tidak langsung berinteraksi dengan zat radioaktif. Benda kerjayang dipergunakan dalam kegiatan laboratorium tersebut, pada saatnya akan tidakdipergunakan lagi, dan akan menjadi sampah yang terbuang. Sampah tersebut karenatelah tercemar zat radioaktif maka digolongkan sebagai sampah radioaktif. Sampahradioaktif tidak dapat langsung dibuang ke lingkungan, terutama jika aktivitasnya masih diatas batas yang diizinkan (di atas paparan latar belakang). Oleh karena itu perludilakukan penyimpanan dan pemrosesan terlebih dahulu agar tidak mencemarilingkungan. Tempat penyimpanan sampah radioaktif berupa tempat penampungan yangdibatasi dinding-dinding penahan, agar radiasi radioaktif yang dipancarkan sampahradioaktif tidak bebas keluar. Masalahnya jika volume sampah radioaktif yang disimpanbesar, maka akan diperlukan ruangan yang besar pula. Hal ini akan menyebabkanmeluasnya medan radiasi sehingga jangkauan aktivitas radiasi radioaktifnya menjadi luas.Demikian pula biaya penyediaan tempat penyimpanannya jadi mahal. Untuk menghindarimeluasnya aktivitas radiasi dan mahalnya biaya tempat penyimpanan sampah radioaktifmaka diperlukan suatu proses yang dapat mereduksi sampah tersebut, salah satunyayaitu dengan cara pembakaran. Dalam riset ini diusulkan pembuatan suatu prototipepembakar sampah radioaktif yang sederhana, aman, relatif murah. Metoda yangdigunakan dalam pembuatan pembakar sampah radioaktif ini dimulai denganperancangan ruang bakar, dilanjutkan dengan pembuatan. Diharapkan prototipe ini dapatmereduksi volume sampah sekecil mungkin.

Kata kunci: tungku, sampah, radioaktif, mereduksi, pembakaran.

ABSTRACT

DESIGN AND CONSTRUCTION OF RADIOACTIVE WASTE INCINERATORPROTOTYPE. Various experiments in nuclear research and development laboratoratotyare always inseparable from the use of objects of work, whether in the form of equipment,or materials which are directly or indirectly interact with radioactive substances.Workpiece used in these laboratory activities, in time will not be used again, and willbecome an outcast garbage. The waste has been contaminated with radioactive thenclassified as radioactive waste. Radioactive waste can not be directly discharged into theenvironment, especially if the activity was still above the permitted levels (above thebackground exposure). Therefore, storage and processing needs to be made in advanceso as not to pollute the environment. Storage of radioactive waste in the form of restrictedshelters retaining walls, for radioactive radiation emitted by radioactive waste is not free toexit. The problem is if the volume of stored radioactive waste is will need a big room too.This will cause widespread radiation field so that the range of radioactive radiationactivities became widespread. Similarly, the cost of providing storage to be expensive. Toavoid the spread of radiation activity and the high cost of storage of radioactive waste, we

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

2

need a process that can reduce waste, one of them is by burning. In this researchproposed the creation of a prototype burner radioactive waste that is simple, safe andrelatively inexpensive. The method used in the manufacture of radioactive incinerator wasstarted by designing the combustion chamber, followed by manufacturing. This prototypeis expected to reduce the waste volume as small as possible

Key words : incinerator, waste, radioactive, to reduce, burning.

1. PENDAHULUAN

Suatu lembaga penelitian selalumenghasilkan produk penilitian yangberupa alat ataupun makalah daripenelitian tersebut. Dalam melakukanpenelitian sering kali menggunakanbahan-bahan tertentu sebagai sarananya.Dari bahan-bahan tersebut dihasilkansampah, ada padat ataupun cairtergantung bahan yang digunakan.Sampah-sampah tersebut dipisahkanantara yang padat dan yang cair untukmemudahkan pengelolaannya. Di BATAN,Pusat Teknologi Nuklir Bahan danRadiometri khususnya banyak sekalimenghasilkan sampah padat terutamakertas, plastik dan karet, sehinggadiperlukan pengelolaan yang baik.Sampah yang dihasilkan terutama yangterkontaminasi zat radioaktif, tidak bolehdibuang di sembarang tempatpembuangan sampah umum. Sampah iniharus disimpan di tempat khusus untuksampai aktivitasnya meluruh sesuai batasyang diijinkan untuk diproses[1]. Tempatpenyimpanan sampah yang dimilikisampai volumenya terbatas, sementarasampah semakin banyak, makadiperlukan alat pemroses untuk mereduksivolume sampah tersebut. Salah satu caramereduksi sampah padat adalah dengancara membakarnya, untuk itu maka perludibuat tungku pembakar sampah. Adapuntungku yang diperlukan adalah tungkuyang tahan terhadap panas yangdihasilkan oleh sampah kertas, plastik dankaret. Dalam melakukan kegiatanrancang bangun tungku pembakarsampah ini diperlukan bahan-bahan yangmemenuhi kriteria tersebut, yaitutemperatur tertinggi sampah yang dibakaradalah 640 oC, sehingga tungku harusdirancang tahan pada suhu lebih tinggidari 640 oC. Oleh karenanya tungku

dirancang mampu sampai pada suhu 750oC agar tidak terjadi kerusakan pada saatdigunakan pembakaran[2]. Di samping itudinding luar tungku tidak panas apabiladisentuh dengan tangan manusia, agaroperator pembakar sampah aman dalammelakukan pembakaran dan suhu udaradisekitanya masih nyaman

Jadi jelaslah bahwa denganadanya kegiatan litbang di bidang nuklirselain menghasilkan kemajuan teknologinuklir menghasilkan pula sampah yangbersifat radioaktif. Sampah ini apabilatidak secepatnya ditangani akan terjadipenimbunan yang dapat berbahaya bagilingkungan.

Apalagi sampah yang mempunyairadioaktivitas tinggi maka penanganannyaharus cepat dan terkendali. Oleh karenaitu perlu dipikirkan secepatnyapenanganan sampah radioaktif tersebutagar tidak mengganggu lingkungan, yaitudengan cara mereduksi melaluipembakaran di dalam tungku pembakarsampah radioaktif.

2. TEORI

Perancangan pembakar sampahradioaktif dilakukan atas dasarpertimbangan data masukan, analisis awaldan dilengkapi dengan perhitunganteoritis. Bentuk pembakar sampah padatdapat berupa kotak atau silinder[2]. Dariteori perpindahan panas diharapkanbahwa bentuk silinder akan lebih baikuntuk ruang bakar, karena distribusi panasdi dalam ruang bakar akan lebih merata.Hal ini dimungkinkan karena tiap titik padasisi silinder mempunyai jarak yang samake garis pusat silinder, lihat Gambar 1 dan

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

3

laju perpindahan kalornya pada persamaan (1) di bawah ini,

Gambar 1. Perpindahan kalor dalam

ruang berbentuk silinder.

Jika suhu maksimum berada di pusatsilinder atau sumber kalor ada di pusatsilinder maka laju perpindahan kalor (q)dari tengah ke luar silinder sepertidinyatakan dalam persamaan (1) berikut,

Q = Uo Ao ( Tmaks – To ) ...............( 1 )[4],[5]

dengan,

1Uo = ---------------------------------------

ro/ ri h + [ro ln(ro/ri)]/k + 1/h

Ao = 2 πro L, luas permukaanperpindahan kalor (m2)

ro = jari-jari luar (m)ri = jari-jari dalam (m)h = koefisien perpindahan kalor

konveksi (W/m2 K)k = koefisien perpindahan kalor

konduksi (W/m2 K)To = suhu dinding tungku luar (oK )Tmaks = suhu maksimum dinding tungku

dalam (oK )

Bentuk silinder juga mempunyaipengaruh yang baik bagi pengendalianradiasi yang dipancarkan sampahradioaktif[1]. Ruang bakar merupakan

jantung pembakar sampah, yang didalamnya dapat berlangsung reaksipembakaran sempurna pada suhu yangtinggi, tergantung jenis material sampahyang dibakar. Untuk mencapai suhupembakaran sempurna tersebut, mula-mula dilakukan proses pengeringansampah dengan memberi sejumlah kaloruntuk penguapan sampah basah danpenguapan kandungan air dalam sampah,sehingga dicapai suhu sampah kering.Kemudian ditambahkan kalor untukmenaikkan suhu sampai mencapai titikdidih air. Selanjutnya ditambahkan lagikalor untuk menaikkan suhu dari titik didihsampai mencapai titik nyala. Titik nyala initergantung dari jenis material sampahyang akan dibakar. Dari hasil penelitianyang telah dilakukan para ahli diperolehbahwa titik nyala bahan kertas, plastik dankaret, ditunjukkan seperti terlihat padatabel 1.

Tabel 1 Titik nyala bahan kertas,plastik dan karet.[3]

Bahan Titik Nyala ( oC )

kertas

plastik

karet

180 – 430

140 – 640

150 – 500

3. PERANCANGAN TUNGKU

Jenis sampah yang akan dibakarsebagian besar adalah kertas, plastik dankaret, maka ditentukan suhu ruang bakaryang direncanakan adalah 750 oC, lebihtinggi dari pada titik nyala tertinggi baha-bahan sampah tersebut. Oleh karena itudinding ruang bakar harus dipilih daribahan yang tahan pada suhu tinggitersebut. Syarat yang lain bagi bahandinding ruang bakar adalah harus dapatmenahan radiasi panas ke lingkungansekitar tungku agar ruang operator tidakpanas[2]. Dinding tungku dibuat dua lapisyaitu dinding primer dan sekunder yangdipisahkan dengan ruang udara.

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

4

Komposisi bahan tahan api padaumumnya terdiri dari SiO2, Al2O3, TiO2,Fe2O3, CaO, MgO, Na2O dan K2O.[3]

Dinding tungku primer dibangundari batubata yang dibuat dari campuransemen tahan api, pasir batu dan semenbangunan. Perbandingannya 1 : 1 : 1 yangkemudian dicampur dengan air dandicetak seperti pada Gambar 2 di bawah :

Gambar 3. Susunan batubata untukruang bakar

Gambar 2. Bentuk batu bata dindingtungku

Tungku pembakar dirancang untukmembakar sampah sebanyak 0.5 m3

untuk sekali bakar. Pembuatan dimulaidengan mencetak batubata untuk dindingruang bakar primer. Ukuran batu-batadapat disesuaikan dengan volume ruangbakar sampah radioaktif yang telahdirancang, yaitu dengan membagi luasdinding ruang bakar dengan jumlah batayang telah ditentukan untuk dipasang.Bahan batu bata dibuat dari bahan yangtahan suhu tinggi, di atas 750 oC.Kemudian dibuat ruang bakar primerdengan menyusun batubata yang telahdibuat dalam bentuk silinder. Rangkabakar diletakkan dibagian tengah silinderdan dibuat lubang di bawahnya untukpembuangan material sisa pembakaran.Dinding ruang bakar primer terdiri darisusunan batubata seperti terlihat padaGambar 3.

Untuk menahan baik radiasi radioaktifmaupun radiasi termal yang kemungkinanmasih lolos dari sela-sela dinding primer,maka dibuat dinding sekunder yangmerupakan dinding beton biasa tidakdicampur semen tahan api dengan tebaltertentu dan bentuknya seperti batadinding primer dengan diameter lebihbesar. Dinding sekunder ini membentukkolom udara untuk penyediaan udarayang akan didistribusikan sebagai udarabawah api yang berguna untuk mencatuoksigen, udara atas api danudara sekunder. Kolom udara ini jugaberfungsi sebagai lapisan pendingin danpenahan keluarnya kalor dari dindingprimer ke lingkungan, udara disekitarnyatidak panas dan nyaman bagi operator.Kegunaan yang lain dari dinding sekunderadalah sebagai penyangga tutup ruangbakar dan cerobong gas buang.Direncanakan cerobong pengelolaan gasbuang ini akan dilakukan secara terpisah

dari ruang bakar, yaitu dengan carapemisahan partikel dari gas buangmenggunakan penyemprot air (nozel),sehingga partikel akan jatuh ke bawahsedang gasnya akan diteruskan olehblower dan dilewatkan ke suatu filterudara untuk menyaring partikel yang

kemungkinan masih ada yang loloskelingkungan. Pada penelitian ini yangdilakukan adalah sampai pada tungkubakar saja. Tungku bakar ini bentuknyadirencanakan sebuah tungku bongkar-pasang (knock down), untuk itu makatutup tungku juga direncanakan seperti

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

5

pada dindingnya yang bisadibongkarpasang. Untuk itu tutup tungku

harus sesuai dengan dinding primernya,seperti terlihat pada Gambar 4 di bawah :

45o

23,6 cm

36,9 cm39,25 cm42,4 cm45,5 cm48,67 cm

51 cm

35 cm

10 cm

3 cm3 cm12 cm

4 cm3 cm

3 cm

Gambar. 4. Bentuk bata penutup tungku dalam

Gambar. 5. Perencanaan dasar tungku Gambar 6. Dimensi dan ukuran tungku

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

6

Gambar 7. Irisan Vertikal Tungku Gambar 8. Isometri Rancangan PrototipePembakar Sampah Radioaktif [3]

Keterangan Gambar 8:

1. Bagian bawah cerobong2. Saluran pemasukan SRA3. Pintu penutup luar saluran SRA4. Tabung SRA5. Dudukan dan pengungkit tabung

SRA6. Ruang bakar sekunder7. Pintu penutup dalam saluran SRA8. Dinding ruang bakar sekunder9. Sekat pemisah ruang bakar primer

dan sekunder10. Celah pemasukan udara sekunder11. Dinding ruang bakar primer12. Rangka bakar13. Lubang pemasukan udara atas api14. Burner15. Pintu penutup lubang burner

16. Segmen kerucut17. Dinding sekunder18. Lubang pemasukan udara bawah

api19. Saluran pemasukan udara bawah

api20. Penutup bawah rangka bakar21. Tabung abu22. Saluran pemasukan dan

pengeluaran tabung abu23. Pintu penutup saluran abu24. Pintu penutup saluran pembersih

sisa abu25. Lubang saluran pemasukan udara

luar dan penutupnya26. Tutup pengendali saluran

pemasukan udara luar

Lantai

dindingprimer

dindingsekunder

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

7

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah tungku pembakar sampahdibangun sesuai dengan perencanaan,maka tungku dalam dibakar langsungdengan burner selama kira-kira 30 menitlebih sampai dinding terbakar membarabagian dalamnya. Pengujian ini dilakukan

beberapa kali dan dilakukan sebelumdinding sekunder dibuat, untukmembuktikan apakah tungku akanmenjadi rusak seandainya sampah yangdibakar sampai bisa membakar dindingtungku. Dari hasil pengujian ini ternyatadinding tungku tidak mengalamiperubahan, karena pembakaran tersebut

Gambar 9. Foto proses pembuatan tungku dan pengetesan dinding primer

Jurnal Perangkat Nuklir ISSN No. 1978-3515Volume 05, Nomor 01, Mei 2011

8

belum mencapai titik bakar bahan dindingtungku dan bahan dinding menggunakansemen tahan api. Dalam pengujian initidak digunakan langsung membakarsampah karena cerobong asapnya belumdibuat. Cerobong yang direncanakan akandilengkapi dengan blower penghisapudara di sela-sela dinding, asap hasilpembakaran dan dipasang filter untukmenyaring gas buang serta sprayer yangberfungsi sebagai pendingin danpenangkap abu yang terbawa ke atas.Namun cerobong baru akan dibuat padatahun berikutnya, pengamatan lebihterperinci akan dilakukan pada saatcerobong dan kelengkapannya sudahterpasang.

5. KESIMPULAN

Dari uraian yang dikemukakan diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Rancangan yang diajukan memenuhisyarat untuk dibuat.

2. Dengan adanya rancangan inidiharapkan agar dapat direalisasikandengan segera sehingga penanganansampah radioaktif dapat diatasi.

6. DAFTAR PUSTAKA

1. MORAN, M. J. AND SHAPIRO, H.N., Fundamentals EngineeringThermodynamics, John Willey &Sons, Inc., New York, 2004

2. PROFIO, A. EDWARD, RadiationShielding and Dosimetry, JohnWilley & Sons, Inc., New York,1979

3. Incinerator Umum Alat PengolahanSampah, Maxpell Technology,Solusi Alternatif PenangananSampah, Copyright 2008

4. COREY, RICHARD C., Editor :Principles and Practices ofIncineration, John Willey & Son,Inc., New York, 1969.

5. REYNOLDS, W. C. ANDPERKINS, H. C., EngineeringThermodynamics, 2nd Edition, Mc-Graw-Hill, Inc. USA, 1982.