PRESENTASI TUGAS AKHIR SIMULASI NUMERIK (CFD) ALIRAN DUA FASE GAS-SOLID (UDARA- SERBUK BATUBARA) PADA COAL PIPING DI PT. PETROKIMIA GERSIK Oleh: Zulfa Hamdani PowerPoint Template NRP : 2109106008 www.themegallery.com Dosen Pembimbing: Dr. Wawan Aries Widodo,ST,MT.
KEBB PT. PETROKIMIA GRESIK 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
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
TUJUAN PENELITIAN 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:
BATASAN MASALAH 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
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
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
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
PENELITIAN 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 dengan ukuran diameter 20μm dan 66μm
PENELITIAN TERDAHULU Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997) Hasil penelitiannya:
PENELITIAN TERDAHULU Study karakteristik aliran dua fase gas padat pada pipa juga dilakukan oleh Wang (1997) Visualisasi pola aliran serbuk batubara :
PENELITIAN TERDAHULU 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/m 3. Interval data percobaan Parameter Nilai U g (m/s) 3.23-8.06 G s (kg/m 2 s) 0.56-22.03 Θ (kg partikel/kg udara) 0.059-3.182
PENELITIAN TERDAHULU 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 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 Menghitung minimum velocity transport dan pressure drop Simulasi numerik Preprocessing Solving atau processing Postprocessing
METODE PENELITIAN Preprocessing Elevasi Ke-1 (12 m) Elevasi Ke-2 (11 m) Elevasi Ke-3 (10 m)
METODE PENELITIAN DOMAIN PEMODELAN: Elevasi ke-1 (12m) Elbow 130 Elbow 55 Elbow 104 Elbow 90 Elbow 163 Elbow 125 Elbow 50 Elbow 137
METODE PENELITIAN Meshing 3D coal pipe Meshing boundary layer
METODE PENELITIAN Parameter Pemodelan Data dari KEBB PT. Petrokimia Gresik: Air: -Temperatur outlet coal mill = 56 C -Density (ρ air ) = 1.062 kg/m 3 Coal -Jenis batubara = Brown coal (lignite) -Density (ρ coal ) = 801 kg/m 3 -Diameter partikel batubara = 270 mesh (50μm) Variasi penelitian: 3 Variasi Diameter batubara (50μm, 90μm, dan 200μm)
METODE PENELITIAN Data actual properties Data dari CCR KEBB PT. Petrokimia Gresik: Capacity : - Hot air flow = 27269,36 m 3 /h - cool air flow = 32916,50 m 3 /h - coal = 12.48 m 3 /h Mix Capacity = 16,718 m 3 /s = 4.2 m 3 /s (per pipe) Pipa Bukaan katup (%) Kecepatan air (m/s) Kecepatan coal (m/s) 1 50 22 22 Butterfly Vave 2 45 20 20 3 53 23 23 4 48 21 21
METODE PENELITIAN Processing Parameter Identifikasi 1 Solver Pressure based/segregeated Implicit 2 Model Multiphase Eulerian 3 Viscous model K-ε Realizable 4 Phase Konfigurasi 5 Boundary Condition Suction Discharge 1 Discharge 2 Dinding Coal Pipe Phase 1 Phase 2 Velocity inlet Outflow Symmetry Wall air coal 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
ANALISA 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
ANALISA HASIL Post-processing (dp=50μm) Visualisasi Vektor Kecepatan Swirl Pada Y+4.960 dari centerpoint Velocity Vector of Coal
ANALISA HASIL 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
ANALISA HASIL 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
ANALISA HASIL Visualisasi Fraksi Volume Coal pada Penampang Pipa Z-5 Analisa dilakukan pada penampang coal pipe jarak Z-5 dari center point
ANALISA HASIL Visualisasi Pathlines Particel Residen Time Particel ID
Pengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara Pipa Kecepatan air (m/s) Kecepatan coal (m/s) A 22 22 B 20 20 C 23 23 D 21 21
Pengaruh Variasi Diameter Partikel Batubara Data Kuantitatif Distribusi Kecepatan Didalam Furnace
Pengaruh 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 =
Kesimpulan 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 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