PENGGUNAAN FLUENT UNTUK SIMULASI DISTRIBUSI SUHU DAN KECEPATAN PADA ALAT PENUKAR KALOR

dokumen-dokumen yang mirip
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-192

EVALUASI DESAIN TERMAL KONDENSOR PLTN TIPE PWR MENGGUNAKAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

VERIFIKASI ULANG ALAT PENUKAR KALOR KAPASITAS 1 kw DENGAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell-and-Tube Heat Exchanger

ANALISIS PERBANDINGAN DESAIN TERMAL PEMBANGKIT UAP PWR 1000 MWE MENGGUNAKAN METODE LMTD, NTU-EFEKTIVITAS DAN DIAGRAM T-H.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

STUDI KARAKTERISTIK ALIRAN PADA TUJUH SILINDER VERTIKAL DENGAN SUSUNAN HEKSAGONAL DALAM REAKTOR NUKLIR MENGGUNAKAN PAKET PROGRAM FLUENT

PEMODELAN SISTEM KONVERSI ENERGI RGTT200K UNTUK MEMPEROLEH KINERJA YANG OPTIMUM ABSTRAK

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

OPTIMASI SHELL AND TUBE KONDENSOR DAN PEMANFAATAN ENERGI PANAS TERBUANG PADA AC UNTUK PEMANAS AIR

OPTIMASI KONDENSOR SHELL AND TUBE BERPENDINGIN AIR PADA SISTEM REFRIGERASI NH 3

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

Pengaruh Pemilihan Jenis Material Terhadap Nilai Koefisien Perpindahan Panas pada Perancangan Heat Exchanger Shell-Tube dengan Solidworks

Sujawi Sholeh Sadiawan, Nova Risdiyanto Ismail, Agus suyatno, (2013), PROTON, Vol. 5 No 1 / Hal 44-48

Analisa Unjuk Kerja Heat Recovery Steam Generator (HRSG) dengan Menggunakan Pendekatan Porous Media di PLTGU Jawa Timur

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PENERAPAN PERANGKAT LUNAK KOMPUTER UNTUK PENENTUAN KINERJA PENUKAR KALOR

Bab 1. PENDAHULUAN Latar Belakang

BAB II LANDASAN TEORI

SIMULASI PERPINDAHAN PANAS GEOMETRI FIN DATAR PADA HEAT EXCHANGER DENGAN ANSYS FLUENT

STUDI PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PADA SUSUNAN SILINDER VERTIKAL DALAM REAKTOR NUKLIR ATAU PENUKAR PANAS MENGGUNAKAN PROGAM CFD

ANALISA PERPINDAHAN PANAS PADA KONDENSOR DENGAN KAPASITAS m³/ JAM UNIT 4 PLTU SICANANG BELAWAN

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: B-169

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II LANDASAN TEORI

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

KAJIAN EKSPERIMEN DAN NUMERIK PADA SPOT COLLING MENGGUNAKAN VORTEX TUBE (PENGARUH TEKANAN TERHADAP TEMPERATUR OUTLET)

PENINGKATAN UNJUK KERJA KETEL TRADISIONAL MELALUI HEAT EXCHANGER

ANALISIS EFEKTIFITAS ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE DENGAN MEDIUM AIR SEBAGAI FLUIDA PANAS DAN METHANOL SEBAGAI FLUIDA DINGIN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER. ALAT DAN BAHAN - Alat Seperangkat alat Double Pipe Heat Exchanger Heater Termometer - Bahan Air

ANALISIS PERPINDAHAN PANAS PADA COOLER TANK FASSIP - 01

PERHITUNGAN AWAL DESAIN TERMAL PENUKAR PANAS SISTEM PENDINGIN RRI-50

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN OBSTACLE BENTUK PERSEGI PADA PIPA TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN DAN PERPINDAHAN PANAS.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB I. PENDAHULUAN...

STUDI NUMERIK VARIASI INLET DUCT PADA HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR

ANALISIS PERUBAHAN TEKANAN VAKUM KONDENSOR TERHADAP KINERJA KONDENSOR DI PLTU TANJUNG JATI B UNIT 1

PENYUSUNAN PROGRAM KOMPUTASI PERANCANGAN HEAT EXCHANGER TIPE SHELL & TUBE DENGAN FLUIDA PANAS OLI DAN FLUIDA PENDINGIN AIR

Simulasi Kondisi sirkulasi udara di dalam suatu ruangan ibadah

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

BAB I PENDAHULUAN di Bandung dan Reaktor Kartini yang berada di Yogyakarta. Ketiga reaktor

Analisis Termal Alat Penukar Kalor Shell and Tube 1 2 Pass

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH VARIASI PITCH COILED TUBE TERHADAP NILAI HEAT TRANSFER DAN PRESSURE DROP PADA HELICAL HEAT EXCHANGER ALIRAN SATU FASA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

ANALISIS CASING TURBIN KAPLAN MENGGUNAKAN SOFTWARE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS/CFD FLUENT

ANALISIS EFISIENSI EFEKTIF HIGH PRESSURE HEATER (HPH) TIPE VERTIKAL U SHAPE DI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP AMURANG UNIT 1

Endiah Puji Hastuti dan Sukmanto Dibyo

ANALISIS PERFORMANSI PADA HEAT EXCHANGER JENIS SHEEL AND TUBE TIPE BEM DENGAN MENGGUNAKAN PERUBAHAN LAJU ALIRAN MASSA FLUIDA PANAS (Mh)

BAB IV HASIL YANG DICAPAI DAN POTENSI KHUSUS

Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell-and-Tube Heat Exchanger

SIMULASI EFEKTIFITAS ALAT KALOR TABUNG SEPUSAT DENGAN VARIASI KAPASITAS ALIRAN FLUIDA PANAS, FLUIDA DINGIN DAN SUHU MASUKAN FLUIDA PANAS DENGAN ALIRAN

ANALISA HEAT EXCHANGER JENIS SHEEL AND TUBE DENGAN SISTEM SINGLE PASS

BAB I PENDAHULUAN. pendinginan untuk mendinginkan mesin-mesin pada sistem. Proses pendinginan

Analisa Pengaruh Laju Alir Fluida terhadap Laju Perpindahan Kalor pada Alat Penukar Panas Tipe Shell dan Tube

ANALISIS KEEFEKTIFAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE SATU LALUAN CANGKANG DUA LALUAN TABUNG SEBAGAI PENDINGINAN OLI DENGAN FLUIDA PENDINGIN AIR

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-198

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

Analisis Koesien Perpindahan Panas Konveksi dan Distribusi Temperatur Aliran Fluida pada Heat Exchanger Counterow Menggunakan Solidworks

WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Tujuan Pengujian

ANALISA DESAIN DAN PERFORMA KONDENSOR PADA SISTEM REFRIGERASI ABSORPSI UNTUK KAPAL PERIKANAN

BAB IV PEMILIHAN SISTEM PEMANASAN AIR

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN

(Studi Kasus PT. EMP Unit Bisnis Malacca Strait) Dosen Pembimbing Bambang Arip Dwiyantoro, ST. M.Sc. Ph.D. Oleh : Annis Khoiri Wibowo

Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor Jl. KH. Soleh Iskandar KM.2 Bogor 16162

BAB II DASAR TEORI. ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat-tempat

ANALISA KINERJA ALAT PENUKAR KALOR JENIS PIPA GANDA

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pasteurisasi 2.2 Sistem Pasteurisasi HTST dan Pemanfaatan Panas Kondensor

LAPORAN KERJA PRAKTEK 1 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH PANJANG TERHADAP LAJU PERPINDAHAN PANAS ALAT PENUKAR PANAS PIPA KONSENTRIK. Budi Santoso *)

OPTIMASI KINERJA IHX UNTUK SISTEM KOGENERASI RGTT200K

PENGEMBANGAN ANTARMUKA KONVERSI FILE DATA NUKLIR TEREVALUASI PADA RENTANG SUHU TERTENTU UNTUK APLIKASI MCNP. D. Andiwijayakusuma *

BAB I PENDAHULUAN. Pembangkit Listrik Tenaga Air Panglima Besar Soedirman. mempunyai tiga unit turbin air tipe Francis poros vertikal, yang

BAB III METODE PENELITIAN

ANALISA PERFORMANSI COOLER LUBE OIL DENGAN KAPASITAS 300 TON/JAM PADA UNIT 2 DI PLTU LABUHAN ANGIN LAPORAN TUGAS AKHIR

BAB I PENDAHULUAN. mendirikan beberapa pembangkit listrik, terutama pembangkit listrik dengan

BAB I PENDAHULUAN. Destilasi merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan dua atau

PERANCANGAN DAN VALIDASI DESAIN ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

PEMANFAATAN PANAS TERBUANG

31 4. Menghitung perkiraan perpindahan panas, U f : a) Koefisien konveksi di dalam tube, hi b) Koefisien konveksi di sisi shell, ho c) Koefisien perpi

Analisis Perpindahan Panas Pada Cooler Tank FASSIP - 01

ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR

SIMULASI DISTRIBUSI SUHU KOLAM IRADIATOR GAMMA 2 MCi MENGGUNAKAN FLUENT

PENGARUH PERUBAHAN KECEPATAN ALIRAN PADA HEAT EXCHANGER JENIS SHELL AND TUBE TERHADAP KOEFISEN OVERALL HEAT TRANSFER

Lampiran A: Gambar Bagian- bagian dari Alat Penukar Kalor Berdasarkan Standar TEMA

ANALISA SISTEM PENDINGIN KAPASITAS GPM PADA MESIN DIESEL DI PLTD TITI KUNING

BAB I PENDAHULUAN. Masyarakat Indonesia sebagaian besar bekerja sebagai petani, Oleh karena itu, banyak usaha kecil menengah yang bergerak

ANALISA PERPINDAHAN KALOR PADA KONDENSOR PT. KRAKATAU DAYA LISTRIK

I. PENDAHULUAN. Mesin pengering merupakan salah satu unit yang dimiliki oleh Pabrik Kopi

BAB IV HASIL PENGAMATAN & ANALISA

STUDI EKSPERIMENTAL UNJUK KERJA RADIATOR PADA SUMBER ENERGI PANAS PADA RANCANG BANGUN SIMULASI ALAT PENGERING

BAB II LANDASAN TEORI

SIMULASI NUMERIK PENINGKATAN PERPINDAHAN PANAS PADA PENUKAR KALOR DENGAN RECTANGULAR- CUT TWISTED TAPE INSERT

Multiple Droplets Studi Eksperimental tentang Pengaruh Konduktivitas Material terhadap Fenomena Multiple droplets

PERANCANGAN ALAT PENUKAR KALOR (HEAT EXCHANGER) TIPE SHELL AND TUBE 2 PASS UNTUK PENDINGINAN AIR DEMIN KAPASITAS 3, 37 MW

NASKAH PUBLIKASI ANALISA PERPINDAHAN PANAS TERHADAP RECTANGULAR DUCT DENGAN TEBAL m MENGGUNAKAN ANSYS 12 SP1 DAN PERHITUNGAN METODE NUMERIK

JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

ANALISIS KINERJA COOLING TOWER 8330 CT01 PADA WATER TREATMENT PLANT-2 PT KRAKATAU STEEL (PERSERO). TBK

Transkripsi:

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) PENGGUNAAN FLUENT UNTUK SIMULASI DISTRIBUSI SUHU DAN KECEPATAN PADA ALAT PENUKAR KALOR Suroso *, M. Darwis Isnaeni ** ABSTRAK PENGGUNAAN FLUENT UNTUK SIMULASI DISTRIBUSI SUHU DAN KECEPATAN PADA ALAT PENUKAR KALOR. Alat penukar kalor pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir digunakan terutama untuk pembangkit uap, kondensor dan menara pendingin. Computational fluid dynamics (CFD) adalah program komputer yang dapat digunakan untuk mengetahui distribusi suhu dan aliran pada alat penukar kalor. Salah satu program CFD adalah Fluent. Fluent menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap dan dapat menyelesaikan kasus aliran fluida. Pada makalah ini dibahas penggunaan Fluent untuk mengetahui kinerja dan efektivitas perpindahan panas pada alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong (shell and tube). Perhitungan dilakukan untuk aliran berlawanan dan sejajar. Hasil perhitungan adalah diperolehnya selisih suhu untuk aliran berlawanan sisi pipa 20 o C dan sisi kelongsong 22 o C, sedangkan untuk aliran sejajar sisi pipa 16 o C dan sisi kelongsong 18 o C. Hal ini menunjukkan perpindahan panas lebih efektif untuk aliran berlawanan dari pada sejajar. Kata-kata kunci: Fluent, distribusi kecepatan, distribusi suhu, alat penukar kalor, aliran berlawanan, aliran sejajar ABSTRACT FLUENT IS USING FOR SIMULATION OF SUHUE AND VELOCITY DISTRIBUTION IN HEAT EXCHANGER. Heat exchanger on Nuclear Power Plant especially is using for steam generators, and condensers cooling tower. Computational fluid dynamics (CFD) is a computer program that can be used to determine the distribution of the temperature and the flow in the heat exchanger. One of the Fluent CFD program. Provides complete mesh flexibility and can resolve the case of fluid flow. In this paper, we present the use of Fluent to determine heat transfer performance and effectiveness of the heat exchanger shell and tube type. The computation is done for parallel and counter flow distribution. Results obtained by calculating the temperature difference to the counter flow side of the pipe 20 o C and 22 o C side shell, while for the flow parallel to the pipe 16 o C and 18 o C side shell. This indicates a more effective heat transfer for flow in the counter than from parallel. Keywords: Fluent, temperature, distribution, velocity distribution heat exchanger, counter flow, parallel flow. * ** Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir (PTRKN) BATAN, e-mail: suroso@batan.go.id Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir (PTRKN) BATAN, e-mail ; darwis@batan.go.id 185

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) PENDAHULUAN Alat penukar kalor merupakan suatu peralatan dimana terjadi perpindahan panas dari suatu fluida yang suhunya lebih tinggi ke fluida lain yang suhunya lebih rendah. Alat ini biasa digunakan pada berbagai bidang industri proses sebagai pendingin atau merubah fasa suatu fluida. Pada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) aplikasi alat penukar kalor terutama digunakan untuk pembangkit uap, kondensor dan menara pendingin. Alat penukar kalor yang umum digunakan adalah tipe pipa dan kelongsong (shell and tube). Tipe pipa dan kelongsong juga memiliki perbedaan antara satu dengan lainnya, yaitu jumlah pipa, bentuk susunan pipa, panjang pipa, dan sebagainnya. Hal ini berhubungan dengan luas penampang atau permukaan untuk terjadinya perpindahan panas yang pada akhirnya akan menentukan besarnya nilai koefisien perpindahan panas dari alat penukar kalor tersebut. Efektivitas perpindahan panas dari suatu alat penukar kalor ditentukan nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh, luas permukaan perpindahan panas, dan juga dari beda suhu fluida masuk dan ke luar dari alat penukar kalor. Sedangkan koefisien perpindahan panas dari alat ini juga ditentukan dari profil aliran dan kecepatan serta distribusi suhu yang terjadi. Jenis-jenis aliran fluida dalam alat penukar kalor diantaranya aliran berlawanan (counter flow), aliran sejajar (parallel flow) dan aliran melintang (cross flow). Disamping tergantung pada jenis material konstruksi yang digunakan, kemampuan memindahkan panas alat penukar kalor juga tergantung kepada konstruksi pipa. Pada makalah ini dipilih konstruksi pipa segitiga, pemilihan ini didasarkan pada pertimbangan untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan panas yang tinggi, namun susunan pipa segitiga tersebut juga memiliki pola turbulensi aliran yang tinggi sehingga mengakibatkan nilai turun tekanan (pressure drop) yang tinggi pula. Persoalannya adalah bagaimana mengamati distribusi suhu dan aliran tersebut, maka pada penelitian ini akan digunakan program komputer untuk megetahui dan menganalisis aliran dan suhu pada penukar kalor. Penelitian dilakukan untuk mendapatkan model alat penukar kalor yang dapat di eksekusi program komputer dan dapat disimulasikan kinerjanya. Jenis aliran dipilih berlawanan dan sejajar untuk mengetahui efektivitas kemampuan memindahkan panas dari kedua jenis aliran tersebut. Perhitungan akan dilakukan dengan menggunakan program CFD yaitu Fluent. Fluent adalah jenis program CFD yang menggunakan volume hingga. [1,2] Fluent menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap dan dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh (grid) yang tidak terukur sekalipun dengan cara yang realtif mudah. Paket program ditulis dengan bahasa C, sehingga memiliki struktur data yang lebih efisien dan lebih fleksibel. [3] Diharapkan penelitian ini dapat digunakan untuk memahami kinerja alat penukar kalor yang banyak kegunaannya di PLTN, terutama pembangkit uap. Penelitian ini merupakan penelitian awal yang akan dilanjutkan untuk tahap 186

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) berikutnya terutama untuk menganalisis kinerja pembangkit uap pada PLTN yang muaranya dapat digunakan untuk memperbaiki desain dan kinerjanya. TEORI Aliran sejajar dan berlawanan Aliran fluida pada alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong dapat berlangsung secara sejajar (parallel flow) seperti diberikan pada Gambar 1a dan aliran berlawanan (counter flow) seperti diberikan pada Gambar 1b. Aliran sejajar adalah aliran di mana fluida panas dan fluida dingin memasuki pipa dari arah yang sama, sedangkan aliran berlawanan adalah aliran fluida panas dan fluida dingin mempunyai arah yang berlawanan. Kelebihan aliran berlawanan dibandingkan dengan aliran sejajar adalah dimungkinkannya suhu ke luar sisi panas lebih rendah dari pada suhu ke luar sisi dingin. Nilai selisih suhu rata-rata logaritmik (LMTD) pada alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong dengan aliran fluida sejajar dapat dirumuskan sebagai berikut:[4] ( T1 t1) ( T2 t2) LMTD= Tlm = (1) ( T1 t1) ln ( T t ) 2 2 T 1 T 1 T 2 T 2 t 2 t 2 t 1 t 1 Gambar 1. Aliran sejajar dan aliran berlawanan Sedangkan harga selisih suhu rata-rata logaritmik pada aliran berlawanan dirumuskan sebagai berikut: ( T1 t2) ( T2 t1) LMTD = Tlm = (2) ( T1 t2) ln ( T t ) 2 1 187

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) dengan, T lm adalah selisih suhu rata-rata logaritmik ( 0 C), T 1 adalah suhu fluida masuk pipa ( 0 C), T 2 adalah suhu fluida ke luar pipa ( 0 C), t 1 adalah suhu fluida masuk kelongsong ( 0 C) dan t 2 adalah suhu fluida ke luar kelongsong ( 0 C) Selisih suhu rata-rata atau dipengaruhi oleh sifat aliran dan sifat medium. Didalam perencanaan alat penukar kalor harus dicari selisih suhu rata-rata sebenarnya dengan menggunakan faktor koreksi F, sehingga besarnya selisih suhu rata-rata sebenarnya adalah:[4] T = F (3) m T lm dengan, T m adalah selisih suhu rata-rata yang sebenarnya ( 0 C). Kemampuan alat penukar kalor memindahkan panas (Q) dari fluida panas ke fluida dingin dapat dihitung dengan persamaan : Q = UA T m (4) Dimana A adalah luas permukaan perpindahan panas (m 2 ) dan U adalah nilai koefisien perpindahan panas (w/m 2 K). Model Matematis Aliran dan Suhu dalam APK Persamaan fundamental untuk aliran fluida secara umum diatur oleh tiga hukum kekekalan, yaitu persamaan kekekalan masa, kekekalan momentum dan kekekalan energi yaitu :[5] persamaan kekekalan masa: persamaan kekekalan momentum persamaan kekekalan energi (5) (6) (7) Tiga persamaan ini mengatur tiga variabel dasar: kecepatan V, tekanan p, dan suhu T. Variabel sekunder yang diikut sertakan adalah entalpi h dan, densitas fluida ρ. 188

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) METODOLOGI Konstruksi Alat Penukar Kalor Konstruksi alat penukar kalor yang disimulasikan berbentuk pipa dan kelongsong (shell and tube) seperti diberikan pada Gambar 2 dengan spesifikasi seperti diberikan pada Tabel 1. Gambar 2. Tampak samping alat penukar kalor tipe pipa dan selongsong dan penampang Tabel. 1. Spesifikasi alat penukar kalor dan kondisi operasi No. Parameter Keterangan 1 Tipe alat penukar kalor Pipa dan kelongsong 2 Jumlah pipa 24 3 Jumlah baffle 4 4 Panjang kelongsong 410 mm 5 Panjang pipa 410 mm 6 Diameter dalam pipa 6 mm 7 Diameter dalam kelongsong 116 mm 8 Material pipa Aluminium 9 Material kelongsong Akrilik 2 mm 10 Susunan pipa Segitiga Data masukan (input) Jenis fluida yang digunakan : Air (H 2 O) Daya : 1000 Watt 189

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) Arah aliran : Sejajar dan berlawanan. Suhu fluida masuk sisi kelongsong : 30 C Kecepatan alir fluida di kelongsong : 0,125 m/s Suhu fluida masuk sisi pipa : 80 C Kecepatan alir fluida di pipa : 0,25 m/s Material pipa : Aluminium Tebal pipa : 1 mm Heat flux : 129459,89 W/m 2 Proses Pemodelan CFD Langkah pertama yang harus dilakukan dalam simulasi ini adalah pemodelan dengan menggunaan CAD (Computer Aided Design). Berikut adalah langkah-langkah yang dilakukan dalam pemodelan alat penukar kalor dengan susunan pipa segitiga untuk mendapatkan distribusi suhu dan kecepatan yang meliputi :[6] Preprocessing: Merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisa sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya, Pembuatan mesh dan penentuan kondisi batas diberikan pada Gambar 3 a dan 3b. Gambar 3. Hasil pembuatan mesh (a )dan penentuan kondisi batas Solving: Solvers (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing. 190

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) Postprocessing: Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan mengintepretasikan data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil simulasi penggunaan Fluent untuk mendapatkan distribusi suhu dan kecepatan pada alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong 1-1 pass. Susunan pipa segi tiga terbuat dari bahan aluminium jumlah pipa 24 untuk aliran berlawanan dan sejajar. Fluida panas masuk pipa pada suhu 80 o C dan suhu masuk fluida dingin 30 o C. Kecepatan fluida sisi pipa ditentukan sebesar 0,25 m/s dan sisi kelongsong ditentukan sebesar 0,125 m/s. Dan heat flux sebesar 129459,89 W/m 2 dengan asumsi daya yang dibangkitkan 1000 W. Hasil perhitungan distribusi suhu tampak depan sisi kelongsong dan pipa diberikan pada Gambar 4, masing-masing Gambar 4a untuk aliran berlawanan dan Gambar 4b untuk aliran sejajar. Besarnya suhu pada gambar dilukiskan dari harga yang paling rendah berwarna biru, kemudian hijau, kuning dan yang tertinggi merah. Pada sisi ini fluida panas masuk pipa ditentukan yaitu 80 o C dan fluida dingin keluar kelongsong diberikan oleh perhitungan untuk aliran berlawanan, sedangkan untuk aliran sejajar fluida masuk kelongsong ditentukan 30 o C dan keluar kelongsong diberikan oleh perhitungan.terlihat pada Gambar 4a (aliran berlawanan) suhu fluida sisi dingin yang keluar kelongsong tampak lebih tinggi (warna hijau) dibandingkan aliran sejajar (warana biru), sedangkan suhu fluida di pipa lebih tinggi untuk aliran sejajar dibandingkan aliran berlawanan. Gambar 4. Tampak depan sisi kelongsong dan pipa aliran berlawanan dan sejajar 191

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) Hasil perhitungan distribusi suhu tampak belakang untuk sisi kelongsong dan pipa diberikan pada Gambar 5, masing-masing Gambar 5a untuk aliran berlawanan dan Gambar 5b untuk aliran sejajar. Pada sisi ini fluida dingin masuk kelongsong ditentukan yaitu 30 o C, sedangkan fluida keluar kelongsong diberikan oleh perhitungan. Terlihat pada Gambar 5a (aliran berlawanan) fluida panas keluar kelongsong tampak lebih tinggi (warna hijau) dibandingkan aliran sejajar (warana biru), demikian pula yang terjadi pada sisi pipa, suhu keluar sisi pipa (fluida panas) juga lebih tinggi untuk aliran berlawanan dibandingkan aliran sejajar. Gambar 5. Tampak belakang sisi kelongsong dan pipa aliran berlawanan dan sejajar Hasil perhitungan distribusi suhu tampak samping sisi kelongsong diberikan pada Gambar 6. Masing-masing Gambar 6a untuk aliran berlawanan dan Gambar 6b untuk aliran sejajar. Suhu ke luar kelongsong untuk aliaran berlawanan diberikan oleh perhitungan, sedangkan untuk aliran sejajar ditentukan sebesar 30 o C. Terlihat pada Gambar 6a (aliran berlawanan) fluida panas ke luar kelongsong berada pada sebelah kanan sedangkan pada aliran sejajar berada pada sebelah kiri. Hal ini sesuai dengan arah pengambilan panas yang dilakukan oleh fluida dingin dan tampak pada kedua gambar distribusi suhu sepanjang kelongsong dari dingin ke panas. Gambar 6. Tampak samping sisi kelongsong aliran berlawanan dan sejajar 192

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) Hasil perhitungan distribusi suhu tampak samping sisi pipa diberikan pada Gambar 7. Masing-masing Gambar 7a untuk aliran berlawanan dan Gambar 7b untuk aliran sejajar. Pada gambar ini baik untuk aliran berlawanan maupun sejajar suhu masuk pipa ditentukan yaitu 80 o C, dan fluida ke luar pipa diberikan oleh perhitungan. Fluida masing-masing masuk dari sebelah kiri dan ke luar sebalah kanan. Terlihat pada Gambar 7a (aliran berlawanan) fluida panas ke luar kelongsong relatif lebih besar untuk aliran berlawanan (warna masih kuning) dari pada aliran sejajar (warna agak kehijau-hijauan). Distribusi suhu sepanjang pipa terlihat pada kedua gambar tersebut. Gambar 7. Tampak samping sisi pipa, aliran berlawanan dan sejajar Hasil perhitungan distribusi kecepatan tampak depan sisi kelongsong diberikan pada Gambar 8. Masing-masing Gambar 8a untuk aliran berlawanan dan Gambar 8b untuk aliran sejajar. Kecepatan fluida sisi pipa ditentukan sebesar 0,25 m/s dan sisi kelongsong ditentukan sebesar 0,125 m/s. Besarnya harga kecepatan dilukiskan dengan warna. Untuk kecepatan terendah warna biru, diikuti hijau, kuning dan tertinggi merah. Terlihat pada gambar distribusi kecepatan pada kelongsong baik aliran berlawanan maupun sejajar sama, sedangkan untuk distribusi kecepatan dan aliran fluida sepanjang kelongsong diberikan pada Gambar 9. Masing-masing Gambar 9a untuk aliran berlawanan dan Gambar 9b untuk aliran sejajar. Arah aliran untuk aliran berlawanan dari kanan ke kiri, sedangkan untuk aliran sejajar sebaliknya dari kanan ke kiri. Terlihat dari gambar profil aliran sesuai dengan arah aliran dari tinggi kemudian menurun. Gambar 8. Tampak depan distribusi kecepatan aliran berlawanan dan sejajar 193

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) Gambar 9. Distribusi kecepatan sepanjang kelongsong, aliran berlawanan dan sejajar Hasil simulasi kinerja alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong 1-1 pass telah berhasil dilakukan dengan menggunakan program fluent. Simulasi dilakukan untuk mendapatkan distribusi suhu dan kecepatan untuk aliran berlawanan dan sejajar. Distribusi suhu hasil simulasi diberikan untuk aliran berlawanan dan sejajar diberikan pada Gambar 9 dan Tabel 2. Masing-masing Gambar 9a untuk aliran berlawanan dan 9b untuk aliran sejajar. Hasil menunjukkan perbedaan suhu untuk aliran berlawanan sisi pipa 20 o C dan sisi kelongsong 22 o C, sedangkan untuk aliran sejajar sisi pipa 16 o C dan sisi kelongsong 18 o C. Hasli ini menunjukkan bahwa perpindahan panas lebih efektif menggunakan aliran berlawanan dari pada sejajar, sedangkan hasil berupa disribusi kecepatan pada alat penukar kalor dapat digunakan untuk memperbaiki kinerja alat penukar kalor. Gambar 10. Distribusi suhu sepanjang alat penukar kalor, aliran berlawanan dan sejajar 194

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) Hasil simulasi kinerja alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong 1-1 pass telah berhasil dilakukan dengan pembutan model dan perhitungan dengan menggunakan program fluent. Simulasi dilakukan untuk mendapatkan distribusi suhu dan kecepatan untuk aliran berlawanan dan sejajar. Distribusi suhu hasil simulasi untuk aliran berlawanan dan sejajar diberikan pada Gambar 10 dan Tabel 2. Masing-masing Gambar 10a untuk aliran berlawanan dan 10b untuk aliran sejajar. Hasil menunjukkan perbedaan suhu untuk aliran berlawanan sisi pipa 20 o C dan sisi kelongsong 22 o C, sedangkan untuk aliran sejajar sisi pipa 16 o C dan sisi kelongsong 18 o C. Hasli ini menunjukkan perbedaan suhu yang dihasilkan relatif lebih besar untuk aliran berlawanan dari pada sejajar, sehingga dapat dikatakan perpindahan panas lebih efektif untuk penukar kalor aliran berlawanan dari pada sejajar. Distribusi kecepatan dapat pula diperoleh dari simulasi yang dilakukan. Hasil ini dapat digunakan untuk memperbaiki kinerja alat penukar kalor. Tabel. 2. Hasil perhitungan distribusi suhu pada alat penukar kalor untuk aliran berlawanan dan sejajar Parameter Aliran berlawanan Aliran sejajar Kelongsong Pipa Kelongsong Pipa Suhu masuk 30 o C 80 o C 30 o C 80 o C Suhu keluar 52 o C 60 o C 48 o C 64 o C Beda suhu 22 o C 20 o C 18 o C 16 o C KESIMPULAN Telah diperoleh model alat penukar kalor untuk disimulasikan kinerjanya dengan paket program komputer Fluent. Diperoleh hasil simulasi distribusi suhu dan distribusi kecepatan pada alat penukar kalor tipe pipa dan kelongsong untuk aliran berlawanan dan sejajar. Hasil simulasi menunjukan efektifitas perpindahan panas adalah lebih baik pada aliran berlawanan dibandingkan dengan aliran sejajar. Hal ini ditunjukkan dengan nilai selisih suhu hasil simulasi lebih besar untuk aliran berlawanan dari pada aliran sejajar, yaitu untuk aliran berlawanan sisi pipa 20 o C dan sisi kelongsong 22 o C, sedangkan untuk aliran sejajar sisi pipa 16 o C dan sisi kelongsong 18 o C. DAFTAR PUSTAKA 1. EGERTON, J.O., RASUL, M.G. and BROWN, R.J. Outboard Engine Emissions:Modelling and Simulation of Underwater Propeller Velocity Profile 195

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) using the CFD Code FLUENT, 1 6 th Australasian Fluid Mechanicsn Conference Crown Plaza, Gold Coast, Australianb 2-7 December 2007. 2. SABER, M.H., ASHTIANI, H.M., Simulation and CFD Analysis of heat pipe heat exchanger using Fluent to increase of the thermal efficiency, MSaber@PetroArya.com http://www.petroarya.com. 3. TUHIKA, FIRMAN, Dasar-dasar CFD Menggunakan FLUENT, Informatika, Bandung, 2008. 4. KERN, D.Q., Process Heat Transfer, International Student Edition, McGraw- Hill Book Co., New York, 1986. 5. JAMAL, A., SAINJATI, A., SUWARJONO A., ANDALALUNA, L., Model matematik dan Numerik dalam Aliran fluida dalam Jaringan Pipa Berbasis MEH dengan Formulasi Akar Terkecil, Prosiding Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir XIV, Jakarta, Juli 2003. 6. EGERTON, J.O., RASUL, M.G. and BROWN, R.J. Outboard Engine Emissions :Modelling and Simulation of Underwater Propeller Velocity Profile using the CFD Code FLUENT, 1 6 th Australasian Fluid Mechanicsn Conference Crown Plaza, Gold Coast, Australianb 2-7 December 2007. DISKUSI DINAN ANDIWIJAYAKUSUMA 1. Untuk fluent, saya pernah mendengar istilah UDF (User Define Function), apakah bisa digunakan untuk mengambil output secara manual? 2. Pada makalah bapak disebutkan, aliran sejajar dan berlawanan, untuk yang berlawanan apakah terjadi tumbukan aliran dan pada titik mana output pada aliran yang berlawanan tersebut? SUROSO 1. UDF kemungkinan persamaan-persamaan tambahan untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan yang dikehendaki. 196

Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor (Suroso, et al) 2. Aliran sejajar dan berlawanan pada jenis aliran di alur permukaan kalor, tidak terjadi kondisi tumbukan karena dipisahkan oleh dinding pipa. DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama : Ir. Suroso, M.T. Tempat & Tanggal Lahir : Pati, 12 Desember 1962 Pendidikan Riwayat Pekerjaan : - S 1 Teknik Nuklir UGM - S 2 Rekayasa Tenaga Nuklir, ITB : 1988-2006, PRSG-BATAN : 2006 Sekarang, PTRKN BATAN Makalah : Penggunaan Fluent untuk Simulasi Distribusi Suhu dan Kecepatan pada Alat Penukar Kalor 197

Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir 2010, Oktober 2010 (185-197) 198