PRESENTASI TUGAS AKHIR
SIMULASI NUMERIK (CFD) ALIRAN DUA FASE GAS-SOLID (UDARASERBUK BATUBARA) PADA COAL PIPING DI PT. PETROKIMIA GERSIK
Oleh:
Zulfa Hamdani NRP : 2109106008
PowerPoint Template www.themegallery.com Dosen Pembimbing: LOGO Dr. Wawan Aries Widodo,ST,MT.
KEBB PT. PETROKIMIA GRESIK
LOGO
Boiler Working Parameter KEBB 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
LATAR BELAKANG Coal Storage
Furnace coal pipes
Tangentially fired pulverized-coal boiler
LOGO
LOGO
LATAR BELAKANG
Primary air pipe/Coal pipe
Secondary air pipe
PERUMUSAN MASALAH Fenomena terbentuknya swirl pada center line boiler furnace, sangat sulit diamati secara visual maupun diukur besarnya kecepatan maupun arahnya
Digunakan perangkat lunak CFD Fluent memvisualisasikan maupun diperoleh besar dan arah kecepatan swirl pada furnace dan pola aliran pada coal pipe
LOGO
TUJUAN PENELITIAN
LOGO
Tujuan Umum: Menganalisis pola aliran yang terjadi didalam ruang bakar pada aliran gas-solid (udara-serbuk batubara) dari coal 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 aliran yang terjadi disetiap coal pipe.
Pola Aliran Multifasa (Gas-Solid) Solid Loading Ratio
Dilute Phase:
Dense Phase:
LOGO
BATASAN MASALAH
LOGO
1. Udara diasumsikan bersifat incompressible dan tetap sifat-sifatnya . 2. Tidak ada reaksi kimia yang terjadi antara serbuk batubara 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
PENELITIAN TERDAHULU Studi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005)
Satu Elevasi
Terdapat bend angle: 90°, 120°, 130°, 165°
LOGO
PENELITIAN TERDAHULU Studi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005) Boundary layer mesh:
Jie cui menggunakan CFD simulation dengan typical mesh size sekitar 300.000 mesh cell
Menggunakan Standard k–ε turbulence model
LOGO
PENELITIAN TERDAHULU Studi aplikasi CFD untuk aliran dua fase gas padat oleh Cui (2005) Hasil Post processing:
close-up view of the air velocity magnitude contours
LOGO
PENELITIAN TERDAHULU Studi 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
LOGO
PENELITIAN TERDAHULU
LOGO
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 dengan ukuran diameter 20μm dan 66μm
PENELITIAN TERDAHULU
LOGO
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997) Hasil penelitiannya:
PENELITIAN TERDAHULU
LOGO
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997) Visualisasi pola aliran serbuk batubara :
PENELITIAN TERDAHULU
LOGO
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Khasani dkk (2007) Pada penelitiannya serbuk batubara disaring menggunakan ayakan dengan nomer mesh 20, 25, 35, 40 dan 50 dan massa jenis batubara adalah 1179 kg/m3. Interval data percobaan 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
PENELITIAN TERDAHULU
LOGO
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Khasani dkk (2007) percobaan dengan hanya melewatkan udara pada pipa uji tanpa adanya serbuk batubara.
PENELITIAN TERDAHULU
LOGO
Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Khasani dkk (2007) Penelitiannya dengan menambahkan solid flux untuk kecepatan superfisial yang sama akan meningkatkan gradien tekanan yang sama
METODE PENELITIAN
LOGO
• Menghitung minimum velocity transport dan pressure drop • Simulasi numerik Preprocessing
Solving atau processing
Postprocessing
METODE PENELITIAN
LOGO
Preprocessing
Elevasi Ke-1 (12 m)
Elevasi Ke-2 (11 m)
Elevasi Ke-3 (10 m)
METODE PENELITIAN
LOGO
DOMAIN PEMODELAN: Elevasi ke-1 (12m)
Elbow 55° Elbow 130°
Elbow 104°
Elbow 125° Elbow 163°
Elbow 90° Elbow 137°
Elbow 50°
METODE PENELITIAN
LOGO
Meshing 3D coal pipe
Meshing boundary layer
METODE PENELITIAN
LOGO
Parameter Pemodelan • Data dari KEBB PT. Petrokimia Gresik: Air: -Temperatur outlet coal mill = 56 °C = 1.062 kg/m3 -Density (ρair) Coal -Jenis batubara = Brown coal (lignite) = 801 kg/m3 -Density (ρcoal) -Diameter partikel batubara = 270 mesh (50μm) Variasi penelitian: 3 Variasi Diameter batubara (50μm, 90μm, dan 200μm)
METODE PENELITIAN
LOGO
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) Bukaan katup
Kecepatan air
Kecepatan
(%)
(m/s)
coal (m/s)
1
50
22
22
2
45
20
20
3
53
23
23
4
48
21
21
Pipa
Butterfly Vave
METODE PENELITIAN
LOGO
Processing 1 2 3
Parameter Solver Model Multiphase Viscous model
4
Phase
5
Boundary Condition
Identifikasi Pressure based/Segregeated Implicit Eulerian K-ε Realizable Phase 1 air Konfigurasi Phase 2 coal Suction Velocity inlet Discharge 1 Outflow Discharge 2 Symmetry Dinding Coal Pipe
Wall
Dinding Boiler
Wall
6
Pressure Velocity Coupling
Phase Coupled SIMPLE
7
Discretizaton
First Order
METODE PENELITIAN Postprocessing DATA KUALITATIF
DATA KUANTITATIF
Vektor Kecepatan
Distribusi Kecepatan
Kontur Kecepatan Pathlines Particle Residence Time Volume Fraction
LOGO
ANALISA HASIL
LOGO
Perhitungan Minimum Transport Velocity Diemeter Partikel Coal
Diameter Partikel Coal
Minimum Transport
(Mesh)
(μm)
Velocity (m/s)
1.
270
50
19
2.
170
90
20
3.
70
200
22
No.
Perhitungan Pressure Drop / Unit Length
ANALISA HASIL
LOGO
Post-processing (dp=50μm) Visualisasi Vektor Kecepatan
Swirl
Pada Y+4.960 dari centerpoint
Velocity Vector of Coal
ANALISA HASIL
LOGO
Distribusi Kecepatan Pada Furnace Pada Y+4.960 dari centerpoint
Swirl
Contour velocity of air
Contour velocity of air coal
ANALISA HASIL Distribusi Kecepatan Pada Coal Pipe
LOGO
ANALISA HASIL
LOGO
Data kuantitatif Distribusi Kecepatan didalam Furnace
Center line furnace pada Z-12,4m Dinding furnace pada Z-8.6 & Z-16,2
ANALISA HASIL Visualisasi Fraksi Volume Coal pada Elbow
LOGO
ANALISA HASIL Visualisasi Fraksi Volume Coal pada Penampang Pipa
Z-5
Analisa dilakukan pada penampang coal pipe jarak Z-5 dari center point
LOGO
ANALISA HASIL
LOGO
Visualisasi Pathlines
Particel Residen Time
Particel ID
LOGO
Pengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara
Kecepatan
Kecepatan
air (m/s)
coal (m/s)
A
22
22
B
20
20
C
23
23
D
21
21
Pipa
Pengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara Data Kuantitatif Distribusi Kecepatan Didalam Furnace
LOGO
LOGO
Pengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara
Z-5
Kecepata
Kecepata
n air
n coal
(m/s)
(m/s)
A
22
22
B
20
20
C
23
23
D
21
21
Pipa
Dense phase = Dilute Phase =
No.
Diemeter Partikel
Diameter Partikel
Minimum Transport
``
Coal (Mesh)
Coal (μm)
Velocity (m/s)
1.
270
50
19
2.
170
90
20
3.
70
200
22
Kesimpulan
LOGO
1. Semakin besar ukuran diameter partikel solid (batubara) yang digunakan maka minimum transport velocity yang dibutuhkan akan semakin besar hal yang sama juga terjadi pada pressure drop. 2. Visualisasi aliran yang ditunjukkan dengan vektor dan kontur kecepatan serta pathlines menghasilkan terbentuknya aliran udaraserbuk batubara swirl pada pusat furnace. 3. Visualisasi aliran yang ditunjukkan dengan kontur kecepatan menghasilkan semakin besar diameter partikel batubara yang digunakan maka radius swirl yang terbentuk pada furnace akan semakin besar. 4. Semakin besar ukuran batubara yang digunakan membutuhkan kecepatan yang tinggi lebih tinggi dari minimum transport velocitynya, agar didapatkan pola dilute phase.
Saran
LOGO
1. Untuk perbandingan yang lebih akurat dengan hasil kondisi aktualnya, sebaiknya pemodelan dilakukan dengan properties fluida yang sama dengan properties fluida pada kondisi aktualnya. 2. Penggunaan ukuran diameter partikel batubara yang semakin besar akan membuat iterasi sulit konvergen. Untuk ukuran diameter partikel batubara yang besar diperlukan mesh yang lebih renggang. 3. Aliran multiphase serta aliran didalam pipa yang kompleks pada permodelan menyebabkan kesulitan dalam mencapai konvergensi pada software Fluent.
www.themegallery.com
LOGO
