Post on 04-Nov-2021
LOGO
PowerPoint Templatewww.themegallery.com
PRESENTASI TUGAS AKHIR
SIMULASI NUMERIK (CFD) ALIRAN DUA FASE GAS-SOLID (UDARA-SERBUK BATUBARA) PADA COAL PIPING DI PT. PETROKIMIA GERSIK
Oleh:
Zulfa Hamdani
NRP : 2109106008
Dosen Pembimbing:Dr. Wawan Aries Widodo,ST,MT.
LOGOKEBB PT. PETROKIMIA GRESIK
Boiler Working ParameterKEBB PT. Petrokimia Gresik• Jenis Boiler
Tangentially fired pulverized-coal.• Boiler ini pengapiannya menggunakan
serbuk batubara.• Rate Kapasitas Steam boiler: 150 T/H• Rate Tekanan Steam:
9.8 Mpa• Rate Temperatur Steam:
540°C• Rate Kapasitas listrik yang dihasilkan = 32
MW
LOGOLATAR BELAKANG
Furnace
Tangentially fired pulverized-coal boiler
Coal Storage
coal pipes
LOGOLATAR BELAKANG
Primary airpipe/Coal pipe
Secondary air pipe
LOGO
Digunakan perangkat lunak CFD Fluent memvisualisasikan
maupun diperoleh besar dan arahkecepatan swirl pada furnace dan
pola aliran pada coal pipe
PERUMUSAN MASALAH
Fenomena terbentuknya swirlpada center line boiler furnace,
sangat sulit diamati secara visual maupun diukur besarnya
kecepatan maupun arahnya
LOGOTUJUAN PENELITIANTujuan Umum: Menganalisis pola aliran yang terjadi didalam ruang
bakar pada aliran gas-solid (udara-serbuk batubara) daricoal pipe hingga furnace menggunakan tangentially fired pulverized-coal boiler.
Tujuan Khusus:1. Mengetahui Minimum velocity transport dan Pressure drop
dari ukuran batubara yang digunakan. 2. Pola aliran Udara-serbuk batubara pada furnace terbentuk
swirl di center line furnace.3. Menganalisis pengaruh dari variasi diameter partikel
batubara yang melewati coal pipe terhadap pola aliranyang terjadi disetiap coal pipe.
LOGOPola Aliran Multifasa (Gas-Solid)
Dilute Phase:
Dense Phase:
Solid Loading Ratio
LOGOBATASAN MASALAH
1. Udara diasumsikan bersifat incompressible dan tetapsifat-sifatnya .
2. Tidak ada reaksi kimia yang terjadi antara serbukbatubara dan udara.
3. Gaya electrostatic antar partikel batu bara diabaikan.4. Partikel berbentuk bulat dan homogen.5. Sistem dalam keadaan adiabatik.6. Batu bara dalam keadaan kering.7. Simulasi numerik menggunakan software FLUENT
6.3.26
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005)
Terdapat bend angle: 90°, 120°, 130°, 165°
Satu Elevasi
LOGO
Boundary layer mesh:
Jie cui menggunakan CFD simulation dengan typical mesh size sekitar 300.000 mesh cell
Menggunakan Standard k–εturbulence model
Studi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005)
PENELITIAN TERDAHULU
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005)Hasil Post processing:
close-up view of the air velocity magnitude contours
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005)Hasil Post processing:
close-up view: contours of volume fraction of coal
close-up view: contours of volume fraction of coal
LOGOPENELITIAN TERDAHULU
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997)• Material : Serbuk kaca• Density : 2500 kg/m³
Membandingkan karakteristik antara serbuk kaca denganukuran diameter 20μm dan 66μm
LOGOPENELITIAN TERDAHULU
Hasil penelitiannya:
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997)
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudy karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997)
Visualisasi pola aliranserbuk batubara :
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudy karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Khasani dkk (2007)
Pada penelitiannya serbuk batubara disaring menggunakan ayakandengan nomer mesh 20, 25, 35, 40 dan 50 dan massa jenis batubaraadalah 1179 kg/m3.
Parameter Nilai
Ug (m/s) 3.23-8.06
Gs (kg/m2s) 0.56-22.03
Θ (kg partikel/kg udara) 0.059-3.182
Interval data percobaan
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudy karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Khasani dkk (2007)
percobaan dengan hanya melewatkan udara pada pipa uji tanpa adanyaserbuk batubara.
LOGOPENELITIAN TERDAHULUStudy karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Khasani dkk (2007)
Penelitiannya dengan menambahkan solid flux untuk kecepatan superfisialyang sama akan meningkatkan gradien tekanan yang sama
LOGOMETODE PENELITIAN
Preprocessing
Solving atau processing
Postprocessing
• Simulasi numerik
• Menghitung minimum velocity transport dan pressure drop
LOGOMETODE PENELITIAN Preprocessing
Elevasi Ke-1 (12 m)
Elevasi Ke-2 (11 m)
Elevasi Ke-3 (10 m)
LOGOMETODE PENELITIAN DOMAIN PEMODELAN: Elevasi ke-1 (12m)
Elbow 104°
Elbow 90°
Elbow 137°
Elbow 50°
Elbow 55°
Elbow 125°
Elbow 163°
Elbow 130°
LOGOMETODE PENELITIAN Meshing 3D coal pipe
Meshing boundary layer
LOGOMETODE PENELITIAN Parameter Pemodelan
• Data dari KEBB PT. Petrokimia Gresik:Air:-Temperatur outlet coal mill = 56 °C-Density (ρair) = 1.062 kg/m3
Coal -Jenis batubara = Brown coal (lignite)-Density (ρcoal) = 801 kg/m3
-Diameter partikel batubara = 270 mesh (50μm)
Variasi penelitian: 3 Variasi Diameter batubara
(50μm, 90μm, dan 200μm)
LOGOMETODE PENELITIAN Data actual properties
• Data dari CCR KEBB PT. Petrokimia Gresik:Capacity : - Hot air flow = 27269,36 m3/h
- cool air flow = 32916,50 m3/h- coal = 12.48 m3/h
Mix Capacity = 16,718 m3/s = 4.2 m3/s (per pipe)
PipaBukaan katup
(%)
Kecepatan air
(m/s)
Kecepatan
coal (m/s)
1 50 22 22
2 45 20 20
3 53 23 23
4 48 21 21
Butterfly Vave
LOGOMETODE PENELITIAN Processing
Parameter Identifikasi1 Solver Pressure based/Segregeated Implicit2 Model Multiphase Eulerian3 Viscous model K-ε Realizable
4 Phase KonfigurasiPhase 1 airPhase 2 coal
5 Boundary Condition
Suction Velocity inletDischarge 1 OutflowDischarge 2 Symmetry
DindingCoal Pipe Wall
DindingBoiler Wall
6 Pressure Velocity Coupling Phase Coupled SIMPLE
7 Discretizaton First Order
LOGOMETODE PENELITIAN Postprocessing
DATA KUALITATIF
Vektor Kecepatan
Kontur Kecepatan
Pathlines
Particle Residence Time
Volume Fraction
DATA KUANTITATIF
Distribusi Kecepatan
LOGOANALISA HASIL Perhitungan Minimum Transport Velocity
No.Diemeter Partikel Coal
(Mesh)
Diameter Partikel Coal
(μm)
Minimum Transport
Velocity (m/s)
1. 270 50 19
2. 170 90 20
3. 70 200 22
Perhitungan Pressure Drop / Unit Length
LOGOANALISA HASIL Post-processing (dp=50μm) Visualisasi Vektor Kecepatan
Velocity Vector of Coal
Swirl
Pada Y+4.960 dari centerpoint
LOGOANALISA HASIL Distribusi Kecepatan Pada Furnace
SwirlPada Y+4.960 dari centerpoint
Contour velocity of air Contour velocity of air coal
LOGOANALISA HASIL Distribusi Kecepatan Pada Coal Pipe
LOGOANALISA HASIL Data kuantitatif Distribusi Kecepatan didalam Furnace
Center line furnace pada Z-12,4m
Dinding furnace pada Z-8.6 & Z-16,2
LOGOANALISA HASIL Visualisasi Fraksi Volume Coal pada Elbow
LOGOANALISA HASIL Visualisasi Fraksi Volume Coal pada Penampang Pipa
Z-5
Analisa dilakukan padapenampang coal pipe jarakZ-5 dari center point
LOGOANALISA HASIL Visualisasi Pathlines
Particel Residen Time
Particel ID
LOGOPengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara
PipaKecepatan
air (m/s)
Kecepatan
coal (m/s)
A 22 22
B 20 20
C 23 23
D 21 21
LOGOPengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara
Data Kuantitatif Distribusi Kecepatan Didalam Furnace
LOGOPengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara
Z-5
No.
``
Diemeter Partikel
Coal (Mesh)
Diameter Partikel
Coal (μm)
Minimum Transport
Velocity (m/s)
1. 270 50 19
2. 170 90 20
3. 70 200 22
Pipa
Kecepata
n air
(m/s)
Kecepata
n coal
(m/s)
A 22 22
B 20 20
C 23 23
D 21 21
Dense phase =
Dilute Phase =
LOGOKesimpulan
1. Semakin besar ukuran diameter partikel solid (batubara) yangdigunakan maka minimum transport velocity yang dibutuhkan akansemakin besar hal yang sama juga terjadi pada pressure drop.
2. Visualisasi aliran yang ditunjukkan dengan vektor dan konturkecepatan serta pathlines menghasilkan terbentuknya aliran udara-serbuk batubara swirl pada pusat furnace.
3. Visualisasi aliran yang ditunjukkan dengan kontur kecepatanmenghasilkan semakin besar diameter partikel batubara yangdigunakan maka radius swirl yang terbentuk pada furnace akansemakin besar.
4. Semakin besar ukuran batubara yang digunakan membutuhkankecepatan yang tinggi lebih tinggi dari minimum transport velocity-nya, agar didapatkan pola dilute phase.
LOGOSaran
1. Untuk perbandingan yang lebih akurat dengan hasil kondisi aktualnya,sebaiknya pemodelan dilakukan dengan properties fluida yang samadengan properties fluida pada kondisi aktualnya.
2. Penggunaan ukuran diameter partikel batubara yang semakin besarakan membuat iterasi sulit konvergen. Untuk ukuran diameter partikelbatubara yang besar diperlukan mesh yang lebih renggang.
3. Aliran multiphase serta aliran didalam pipa yang kompleks padapermodelan menyebabkan kesulitan dalam mencapai konvergensipada software Fluent.
LOGO
www.themegallery.com