PERANCANGAN DAN STUDI NUMERIK VARIASI ARAH ALIRAN COUNTERFLOW DAN CROSSFLOW TERHADAP PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA PADA INDUCED DRAFT COOLING TOWER UNTUK SISTEM ORGANIC RANKINE CYCLE
Nama Mahasiswa NRP
: HAYKEL FIBRA PRABOWO : 2109 100 043
Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Ir. PRABOWO, M.Eng
Skema Sistem ORC
T-s Diagram ORC
Merancang dan mensimulasikan
INDUCED DRAFT COOLING TOWER
TIPE TIPE INDUCED DRAFT COOLING TOWER
Crossflow
Counterflow
TUJUAN 1.
Mendapatkan geometri induced draft cooling tower dengan berdasarkan analisa thermodinamika untuk sistem Organic Rankine Cycle
2.
Mengetahui variasi arah aliran counterflow dan crossflow terhadap perpindahan panas dan massa pada cooling tower tipe induced draft counter flow untuk sistem Organic Rankine Cycle
BATASAN MASALAH
1.Perpindahan massa pada simulasi numerik dimodelkan dengan species transport. 2. Species mass fraction didefinisikan sebagai relative humidity. 3. Perencanaan hanya difokuskan pada geometri induced draft cooling tower, tidak melakukan perencanaan drift eliminator, packing, louver dan sistem perpipaan. 4. Daerah simulasi difokuskan pada rain zone
PENELITIAN TERDAHULU Alok, dkk APLIKASI CFD PADA NATURAL DRAFT COOLING TIWER
Investigasi Karakteristik Properties Thermodinamika sepanjang Ketinggian Cooling Tower
PENELITIAN TERDAHULU Rafat, dkk
SIMULASI CFD PADA NATURAL DRAFT COOLING TOWER
Proses Pendinginan Dengan Variasi Kecepatan Angin 7.5 m/s
PENELITIAN TERDAHULU Anjar Yoharko
PERANCANGAN INDUCED DRAFT COOLING TOWER DI PLTGU GRESIK
Perancangan meliputi geometri cooling tower, louver, drift eliminator, Fan dan Sistem Distribusi Air.
DASAR TEORI Prinsip Perpindahan panas dan Massa
q 0 = qs + qL
Balans Energi
Balans Massa
INDUCED DRAFT COOLING TOWER RANCANGAN Kerja Cooling Tower
∆T
mw
LUASAN PENAMPANG COOLING TOWER BEBAN PANAS COOLING TOWER
Water concentration chart
Qcondenser = 71562 watt A=
mw = 5.7 kg/s
L L'
A = 36.08 ft2 atau 3.35 m2 l = 1.83 meter
TINGGI COOLING TOWER T T udara masuk
h
ha T(rata2)
T udara keluar
hi
hi - ha
1/(hsa - ha) Y1 Y2 Y3 Y4
∑ = 0.096 h = h0 +
tinggi =
mw .c p .∆T mu
ha =
h0 + h 2
Ka.V ' L' x Ka ' L'
Tinggi = 1.9 meter
ANALISA MAKE UP WATER dan RESIRKULASI Make Up Water
Evaporasi
Blowdown
E = ma (ωout − ωin )
B=
E = 0.436%
E −W πc − 1
B = 0.218%
Total M = 0.654%
Re s =
0.073 xtinggi 1 + (0.004 xtinggi )
Re s = 0.462%
METODOLOGI SIMULASI Skema Instalasi Cooling Tower Domain Model
SIMPLIFIKASI MODEL
LAJU ALIR MASSA UDARA dan PERHITUNGAN JUMLAH BUTIRAN AIR ma =
m w,in .h f,in - m w,out .h f,out
ω out .h g,out - ω in .h g,in + h a,out − h a,in
mair = 2.54 kg / s EM1
t = 0.62 sekon
V = Qxt = 0.0003534m n=
V Vbutir
n= 675 butir air EM 2
3
Mass flow rate air diwakilkan oleh 1/10 dari jumlah total
DOMAIN INDUCED DRAFT COOLING TOWER
Boundary Condition
Keterangan
Inlet
Tipe : Velocity Inlet, Temperatur : 304.67 K Kecepatan : 0.165 (arah sumbu-X)
Outlet
Tipe : Outflow
Wall
Tipe : Wall
Water
Tipe : Wall, Temperatur : 306.5 K
DOMAIN INDUCED DRAFT COOLING TOWER
Boundary Condition
Keterangan
Inlet
Tipe : Velocity InletT, emperatur : 304.67 K Kecepatan : 0.165 (arah sumbu-X)
Outlet
Tipe : Outflow
Wall
Tipe : Wall
Water
Tipe : Wall, Temperatur : 306.5 K
KONTUR KECEPATAN CROSS FLOW
1. Pada counter flow, udara menjangkau hampir seluruh bagian cooling tower. 2. Rata rata kecepatan counter flow pada sisi outlet lebih tinggi daripada crossflow
COUNTER FLOW
KONTUR TEMPERATUR CROSS FLOW
1. Rata rata temperatur counter flow pada sisi outlet lebih tinggi daripada crossflow 2. Pada crossflow, rata rata temperatur tertinggi berada di bag tengah cooling tower
COUNTER FLOW
KONTUR KELEMBABAN RELATIF CROSS FLOW
1. Rata rata kelembaban relatif counter flow pada sisi outlet lebih tinggi daripada crossflow 2. Sepanjang garis tengah pada variasi crossflow, memiliki kelembaban tinggi
COUNTER FLOW
GRAFIK FUNGSI POSISI (y) Kelembaban Relatif
Temperatur
1
306
0.95 305.8
0.9
305.6
0.85 0.8
305.4
0.75
305.2
0.7
305
0.65 0.6 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
ketinggian(m)
1.6
1.8
2
304.8 0
0.5
Counter flow Cross flow
1. Pada grafik kelembaban relatif maupun temperatur, gradien counter flow berubah ubah, mendekati pola parabol 2. Pada grafik kelembaban relatif maupun temperatur pada cross flow, terjadi fluktuasi sepanjang elevasi cooling tower
1
1.5
ketinggian(m)
2
DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN KELEMBABAN RELATIF SEPANJANG OUTLET
1. Terjadi fluktuasi kenaikan nilai temperatur maupun kelembaban relatif karena pengaruh keacakan butiran air 2. Rata rata temperatur dan kelembaban realtif counterflow lebih tinggi daripada crossflow.
ANALISA BAGAN PSIKOMETRIK Counter flow Cross flow
1. Terjadi perpindahan panas sensibel dan laten dengan ditunjukkannya arah garis kerja udara ke kanan atas 2. Kelembaban relatif pada counterflow lebih besar daripada crossflow
KESIMPULAN
1. Range Temperatur air cooling tower memperahuhi dimensi tinggi cooling tower 2. Laju alir massa air cooling tower mempengaruh dimensi luasan cooling tower 3. Terjadi perpindahan panas sensibel dan laten yang menyebabkan garis kerja udara menuju kanan atas dan pada sisi keluaran, udara keluar mendekati jenuh. 4. Variasi arah aliran counter maupun cross flow tidak memberikan perbedaan yang signifikan pada sisi keluaran cooling tower, baik temperatur maupun kelembaban relatif.
