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