TUGAS BESAR PROGRAM CFDSOF BAPAK AHMAD INDRA SISWANTARA

I. Ringkasan umum

Efisiensi Pembangkit Listrik dipengaruhi oleh distribusi batu bara , dimana Serbuk batubara, diangkut dan didistribusikan oleh gas primer melalui saluran pipa ke furnace. Saluran pipa sistem Pembangkit Listrik sangat kompleks dan persebaran batubara belum dipahami dengan baik. Secara khusus, data eksperimen mengenai arus massa dari batubara ke tingkat yang berbeda sangat sulit untuk diukur. Sehingga pemodelan CFD dapat membantu untuk menentukan arus massa dan persebarannya.

Mill duct memilki 4 tingkatan saluran menuju boiler. Untuk menghasilkan pembakaran yang efisien, batu bara yang masuk ruang pembakaran harus digiling terlebih dahulu hingga berbentuk serbuk. Tingkat kesempurnaan proses pembakaran di dalam
ruang bakar ditentukan oleh pola aliran udara dan batubara yang keluar dari burner. Data yang di ambil dalm konsentrasi 0 derajat.

 

II. Tujuan

• Dalam hal ini digunakan untuk memprediksi distribusi gas dan aliran tingkat batubara dalam sistem pembangkit listrik.

• Dari hasi ini simulasi dan eksperimental diperoleh mengenai aliran batubara, hasil yang disediakan oleh CFD berbeda secara signifikan dari eksperimental ,dimana Hasil perhitungan yang lebih konsisten diharapkan mendapati nilai simetris saat memvariasikan posisi konsentrator

• simulasi sangat penting untuk memahami distribusi batu bara dan tingkat aliran gas dalam sistem , karena akan kesulitan melakukan pengukuran langsung pada yang sama. Dalam hal ini simulasi dengan metode CFD memudahkan mendapati hasilnya

 

III. Lingkup Pekerjaan (termasuk Deskripsi masalah)

Pembahasn ini berkaitan dengan distribusi aliran batubara di mill duct dimana Batubara boiler membutuhkan flowmeasurement bahan bakar yang akurat untuk menyeimbangkan distribusi batubara massa antara pembakar. Massa meningkatkan stoikiometri burner, sehingga lebih baik dalam menjalankannya dibutuhkan perhitungan dan pengukuran yang matang. Secara khusus, batubara mengalir melalui berbagai tingkat burner memungkinkan mengoptimalkan hubungan antara udara sekunder dan batubara oleh masing-masing burner, data eksperimen mengenai arus massa dari batubara ke tingkat yang berbeda sangat sulit untuk diukur. SehinggaPemodelan CFD dapat membantu untuk menentukan arus massa dan persebarannya.  

 

IV. Standart referensi

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378382012002536

A.D. Jensen, G. Elsen, Reducing unburned carbon using coal flow distribution

analysis, In: 2003 Conference on Unburned Carbon on Utility Fly Ash, 28th

October, 2003.

V. Metodologi dan Gambar

Menggunakan simulasi cfd untuk menentukan aliran kecepatan dan distribusi batubara serta suhu dan variasi lainnya

Geometri Simulasi Inventor Simulasi 2D CFD-Cell

VI. Pemodelan

Menggunakan aliran udara di ruang bakar

Parameter diketahui;

Temperature, T : 220 ⁰C=493 K

Density p : 0.7kg/m³

Spesies : C, CO₂, O₂, dan N₂

Mass flow rate : 44.36 kg/s

VII. Verifikasi &. Validasi
Hasil & Analisis

a. Vektor dan kontur Kecepatan

b. Vektor dan kontur Temperatur

C. Vektor dan kontur Tekanan

VIII. Kesimpulan & Recomenation

Dari proses yang sudah dilakukan dalam menggunakan program CFDSOF Bapak Ahmad Indra Siswantara yakni Dari kontur yang dihasilkan kecepatan diketahui:
Simulasi dilakukan dengan keadaan Model : Mengaktifkan mode turbulen k-epsilon,

Dapat terlihat bahwa tampilan dari aliran dan hasilnya ditandai oleh daerah aliran dengan kecepatan tinggi yakni ditandai dengan visual orange – merah pada kontur. Pada daerah ini, udara mengalir dengan kecepatan tinggi, bahkan dipercepat dari kecepatan inlet di awal.

Sehingga dapat disimpulkan terjadi akselerasi atau percepatan. Percepatan ini terjadi karena pertambahan momentum dari udara. Dan selain itu pula pada daerah ini, terjadi tumbukan antara udara dengan udara yang akan masuk ke mainstream, sehingga menyebabkan aliran udara terjadi peningkatan tekanan statik pada daerah tersebut. Semakin keatas kecepatan semakin menurun.

Lepas dari daerah tersebut, laju udara akan dipercepat sebab terdapat penambahan massa yang menambah momentum dalam aliran dengan luas permukaan alir yang tetap, sehingga kecepatan aliran udara bertambah. Dan Sebagian dari udara tersebut terlontar kembali ke tempat semula dan membentuk vortex atau pusaran pada sudut-sudut yang ditandai oleh tekanan yang rendah pada kontur, vortex ini juga ditandai dengan arah vektor kecepatan yang berputar pada Pada kontur energi kinetik turbulen, vortex ditandai oleh warna kuning, merah, dan biru muda dan kanan mainstream.

Kontur kecepatan, tekanan statik, dan energi kinetik turbulen serta vektor kecepatan hasil simulasi merupakan hasil yang tetap. Selain itu terdapat aliran laminar dari kontur energi kinetik turbulen juga ditandai dengan warna biru yang menandakan bahwa energi kinetik turbulen pada daerah tersebut adalah nol. Dari hasil analisa ini, diharapkan dalam persebaran batubara dapat dapat menciptakan pembakaran yang baik dan efisien, yaitu dengan temperatur yang sesuai, sehingga simulasi sangat penting untuk memahami distribusi batu bara dan tingkat aliran gas dalam sistem, karena akan kesulitan melakukan pengukuran langsung pada yang sama. Dalam hal ini simulasi dengan metode CFD memudahkan mendapati hasilnya

PRAKTEK MENGGUNAKAN PROGRAM CFDSOF ALIRANUDARA DIRUANG BAKAR

Oleh Zia Ruya Hilal; http://ziaruya.blogspot.com/

No	langkah-gambar	Rincian Langkah kerja	Keterangan
1		Dimulai dari login ke CFDSOF,	Setelah Remote Dekstop Connection terbuka, kemudian log in dengan username dan password yang dimiliki
2		Masukan username, dan password	Masukan username sesuai dengan personal masing-masing
3		AloMemori, dalam hal ini bisa ke tools input lalu Alomemori,	atau masukan nilai in1 lalu masukan N untuk SI
4	Atur Domain	Atur domain inputàdimensi Dimensi yang digunakan:	Klik "Input" pada jendela utama software CFD kemudian pilih "Domain". Atur domain dengan : panjang = 10 m lebar = 3 m tinggi = 5 m Cell I  = 100 Cell J = 50
5	Atur komponen yang akan dihitung saat iterasi	Komponen yang dipilih,	yaitu hitung temperature Inputàmodel Memilih model dari simulasi. model yang digunakan adalah default.
6	Atur Cell	Atur cell	Cell diatur pada pengaturan “Cell..”, sehingga cell I10-70, J1 merupakan INLET-1, cell I1, J21-22 merupakan INLET-2, dan I2-99, J50.supaya berbeda dengan dinding
7	Mengatur kondisi	Kondisi inlet di-set	INLET 1 : V = 4 m/s INLET 2 U = 2 m/s
8	Mengatur Konstanta Fisikal	Konstanta Fisikal diatur dengan pengaturan	Densitas = 1.293 kg/m3 Viskositas = 1.75 E-5 kg/m-s Tekanan Op. = 101320 Pa
9	Iterasi	Masukan jumlah iterasi 500. Konvergensi terpenuhi	Berisikan angka perhitungan numerik
10.	Penayangan hasil dan analisis data Kontur Kecepatan	Kontur Tekanan Total Relatif	Kontur Tekanan Statik Relatif

Analisa: Dari proses yang sudah dilakukan dalam menggunakan program CFDSOF Bapak Ahmad Indra Siswantara yakni Dari kontur yang dihasilkan kecepatan diketahui: Simulasi dilakukan dengan keadaan sebagai berikut : INLET-1 (Primary Air) : V = 4 m/s Intensitas Turbulen = 10% Panjang Karakteristik = 0.01 m INLET-2 (Secondary Air) : U = 2 m/s Intensitas Turbulen = 10% Panjang Karakteristik = 0.01 m Model : Mengaktifkan mode turbulen k-epsilon Dapat terlihat bahwa tampilan dari aliran dan hasilnya ditandai oleh daerah aliran dengan kecepatan tinggi yakni ditandai dengan visual orange – merah pada kontur. Pada daerah ini, udara mengalir dengan kecepatan tinggi, bahkan dipercepat dari kecepatan inlet. Sehingga dapat disimpulkan terjadi akselerasi atau percepatan. Percepatan ini terjadi karena pertambahan momentum dari udara. Dan selain itu pula pada daerah ini, terjadi tumbukan antara udara dengan udara yang akan masuk ke mainstream, sehingga menyebabkan aliran udara terjadi peningkatan tekanan statik pada daerah tersebut. Lepas dari daerah tersebut, laju udara akan dipercepat sebab terdapat penambahan massa yang menambah momentum dalam aliran dengan luas permukaan alir yang tetap, sehingga kecepatan aliran udara bertambah. Dan Sebagian dari udara tersebut terlontar kembali ke tempat semula dan membentuk vortex atau pusaran pada sudut-sudut yang ditandai oleh tekanan yang rendah pada kontur, vortex ini juga ditandai dengan arah vektor kecepatan yang berputar pada Pada kontur energi kinetik turbulen, vortex ditandai oleh warna kuning, merah, dan biru muda dan kanan mainstream. Kontur kecepatan, tekanan statik, dan energi kinetik turbulen serta vektor kecepatan hasil simulasi merupakan hasil yang tetap. Selain itu terdapat aliran laminar dari kontur energi kinetik turbulen juga ditandai dengan warna biru yang menandakan bahwa energi kinetik turbulen pada daerah tersebut adalah nol.

PRAKTEK MENGGUNAKAN PROGRAM CFDSOF ALIRAN MULTIFASE PADA TEE

Oleh Zia Ruya Hilal; http://ziaruya.blogspot.com/

No	langkah-gambar	Rincian Langkah kerja	Keterangan
1		Dimulai dari login ke CFDSOF,	Setelah Remote Dekstop Connection terbuka, kemudian log in dengan username dan password yang dimiliki
2		Masukan username, dan password	Masukan username sesuai dengan personal masing-masing
3		AloMemori, dalam hal ini bisa ke tools input lalu Alomemori,	atau masukan nilai in1 lalu masukan N untuk SI
4	Atur Domain	Atur domain inputàdimensi Dimensi yang digunakan:	inputàdimensi Dimensi yang digunakan: panjang = 0.275 m lebar = 1 m tinggi =  0.4 m Cell I  = 57 Cell J = 82
5	Atur model	Komponen yang dipilih,	Memilih model dari simulasi dengan memilih “K-Epsilon” sebagai model turbulensi dan Eulerian sebagai model multifasa.
7	Atur Cell		Cell diatur sehingga membentuk tee dengan inlet pada bagian bawah dan outlet pada bagian atas dan tengah.
8	Mengatur Fasa	fasa sekunder sebanyak 1 serta menentukan fasa primer (air) dan fasa sekunder (udara).
9	Mengatur Kondisi Sempadan	INLET-1 diatur dengan :	Air : V = 2.5 m/s Udara : V = 0.05 m/s Fraksi Volume = 0.02
10	Atur Konstanta fisikal	Memasukan Nilai Densitas Dan Viskositas Air Dan Udara	Air : Densitas = 1000 kg/m3 Viskositas = 10-3 Pa.s Udara : Densitas = 1.293 kg/m3 Viskositas  = 1,75X 10-5Pa.s Mengatur Residu
11	Atur Residu		Residu diatur dengan mencentang “Plot” pada box “Opsi” dan klik “Pakai”.
10.	Iterasi	Hasilàkonturàcentang ‘penuh, nilai modal,	Iterasi diatur dilakukan sebanyak 1500 kali.
		Vektor Kecepatan

 

Analisa: Dari proses yang sudah dilakukan dalam menggunakan program CFDSOF Bapak Ahmad Indra Siswantara yakni pada belokan tee terjadi fenomena vortex akibat fluida berbelok. Terjadinya vortex ini dimana ditandai berputarnya vektor kecepatan, dan menghasilkan aliran turbulen. Selain itu, daerah turbulen ini memiliki tekanan yang rendah, baik tekanan total maupun statik. Hal ini disebabkan oleh terjadinya vortex, sehingga tekanan menurun. Turbulensi pada aliran ini ditandai dengan energi kinetik turbulen, pembangkitan turbulen, dan disipasi eddy pada area vortex. Kecepatan alir pada saat area sebelum vortex meningkat sesaat (ditandai dengan panah warna merah). aliran air membentuk vortex dimana kecepatan alir fluida mengecil.

PRAKTEK MENGGUNAKAN PROGRAM CFDSOF MERUBAH KERAPATAN GRID

Oleh Zia Ruya Hilal; http://ziaruya.blogspot.com/

No	langkah-gambar	Rincian Langkah kerja	Keterangan
1		Dimulai dari login ke CFDSOF,	Setelah Remote Dekstop Connection terbuka, kemudian log in dengan username dan password yang dimiliki
2		Masukan username, dan password	Masukan username sesuai dengan personal masing-masing
3		AloMemori, dalam hal ini bisa ke tools input lalu Alomemori,	atau masukan nilai in1 lalu masukan N untuk SI
4	Atur Domain	Atur domain inputàdimensi Dimensi yang digunakan:	inputàdimensi Dimensi yang digunakan: Panjang: 1m Tinggi: 1m Lebar: 1m Jumlah Cell yang digunakan: Cell I: 50 Cell J: 50
6	lihat tampilan grid awal yang sudah kita buat	Merapatkan grid, dilakukan dengan cara mengetik “in1” lalu tekan enter, setelah itu ketik “bg” dan tekan enter lagi, kemudian pilih antara angka 1 atau 2	ketik “is” untuk menginisialisasikan segmen
7	Merubah grid arah Y
8	Merubah segmen pada arah Y	Melakukan hal yang sama untuk grid arah X, maka akan didapatkan bentuk grid yang baru seperti ini.
9	Hasil

PRAKTEK MENGGUNAKAN PROGRAM CFDSOF SIMULASI PENCAMPURAN MASSA 3 GAS

Oleh Zia Ruya Hilal; http://ziaruya.blogspot.com/

No	langkah-gambar	Rincian Langkah kerja	Keterangan
1		Dimulai dari login ke CFDSOF,	Setelah Remote Dekstop Connection terbuka, kemudian log in dengan username dan password yang dimiliki
2		Masukan username, dan password	Masukan username sesuai dengan personal masing-masing
3		AloMemori, dalam hal ini bisa ke tools input lalu Alomemori,	atau masukan nilai in1 lalu masukan N untuk SI
4	Atur Domain	Atur domain inputàdimensi Dimensi yang digunakan:	inputàdimensi Dimensi yang digunakan: Panjang: 1m Tinggi: 0.1m Lebar: 1m Jumlah Cell yang digunakan: Cell I: 10 Cell J: 5
5	Atur komponen yang akan dihitung saat iterasi	Komponen yang dipilih,	yaitu hitung temperature Inputàmodel
6	Pilih persamaan yang akan dihitung	Persamaan yang dipilih, yaitu entalpi	Olahàcontrolàpersamaan
7	Atur Cell	Atur cell membuat cell menjadi bagian Inlet 11, l2, l1 dan outlet id 1, supaya berbeda dengan dinding	Wall 1 sebagai boundary, cell paling kiri sebagai inlet dan cell paling kanan sebagai outlet Inputàcellàtayang Klik I1,J2 dan J4 – ubah W1 menjadi I2 – pakai Klik I1,J3 – ubah w1 menjadi I1 – pakai - tutup Klik I10,J2-J4, ubah menjadi outlet
8	Mengatur kondisi fisikal fluida	Untuk menentukan spesies yang akan digunakan, bisa memakai perintah input ataupun dengan menu atur spsies, kemudian ketik nama spesies yang diinginkan.	Spesies yang diinputialah CO2 (spesies 1) dengan anggapan densitas 0,033 kg/m3 dan udara (spesies 2) dengan densitas 1.13 kg/m3.
9	Persamaan	Pilih CO2 pada persamaan.
	Atur Kondisi Sepadan Kondisi 1 kecepatan U = 0 Kondisi 2	Pada inlet 1, masukan nilai 1 pada fraksi massa pada jendela spesies. Pada inlet 2, masukan nol. Untuk kondisi 1, komponen kecepatan diberikan nol, sedangkanpadakondisi 2, kecepatan diberikan nilai 0.01	Kita akan lihat perbedaan pola alirannya, bagaimana pengaruh kecepatan terhadap aliran pencampuran dua massa gas
10	Iterasi	Masukan jumlah iterasi 500. Konvergensi terpenuhi	Berisikan angka perhitungan numerik
10.	Penayangan hasil dan analisis data Kondisi 1: Kondisi 2:	Hasilàkonturàcentang ‘penuh, nilai modal,	klipDIRentang’àPilih spesies dan mass fractionàPilih spesies CO2àtayang

Analisa: Dari proses yang sudah dilakukan dalam menggunakan program CFDSOF Bapak Ahmad Indra Siswantara yakni Dari kontur yang dihasilkan, bisa dilihat bahwa pada kondisi 1 dimana tidak diberikan kecepatan pada inlet 1 dan 2 nya, pola aliran yang terjadi menunjukkan konsentrasi massa spesies 1 (CO2) yang mulanya sekitar 100% pada daerah inlet kemudian menurun dan massa CO2 sama dengan 0 dicapai sebelum gas mencapai bagian tengah. Hal ini disebabkan karena densitas udara yang lebih rendah daripada CO2 sehingga udara mengalir lebih cepat dan mengisi ruang kosong lebih banyak daripada CO2. Sedangkan pada kondisi 2 yang diberikan nilai kecepatan di inlet 1 dan inlet 2 nya, pola alirannya berbeda dengan kondisi 1. Pada kondisi ini, kontur yang dihasilkan menunjukkan konsentrasi massa CO2 yang menurun dari inlet 1 ke arah outlet dan mencapai nilai 0 pada outlet. Karena diberikan kecepatan pada CO2, maka CO2 yang mengisi ruangan lebih banyak daripada kondisi 1(hampir seimbang dengan jumlah udara fluida yang masuk dari inlet.