Seminar Nasional TREnD Technology of Renewable Energy and Development FTI Universitas Jayabaya Juni 2023 Studi Numerik Pengaruh Multiple Helical Fin Terhadap Efektivitas Fin Dari Modul Low Pressure (LP) Economizer Kaleb Ryanto1 *).
Erik Tridianto2.
Wahyu Nur Fadilah3 Program Studi D4 Sistem Pembangkit Energi Departemen Teknik Mekanika dan Energi Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Kampus PENS.
Jalan Raya ITS Sukolilo.
Surabaya 60111 Tel: .
Fax: .
594 6114 *) Corresponding author: ryantokaleb170598@gmail.
Abstract Economizer is a component in PLTGU that applies the principle of heat exchanger.
By using economizer in the heating process of PLTU or PLTGU.
It can reduce 1% of fuel consumption every 5A C of the feedwatertemperature increase.
Adding fin to the economizer is one of method or ways to increase heat transfer in the economizer.
Increased heat transfer, the efficiency value on HRSG will increase.
This study was conducted to determine the effect of the use multiple helical fins on the effectiveness of By variations of fin pitch or distance between the centerline of fins.
This research is a numerical method by performing simulations.
The simulation results show that the initial geometry using serrated fins has a higher vapor out temperature compared to the use of multiple helical fins, this is due to the large base surface area on the fins.
The use of multiple helical fins has a great effect on the surface temperature value of fin which is able to receive heat from the flue gas side which is much larger with a maximum average temperature of 404.
72 K by using a 0.
09 m fin pitch variation.
The use of multiple helical fins with a 0.
09 m fin pitch variation gives a greater effectiveness than the initial geometry, which is 1,692 while the effectiveness of the initial geometry is 1,664.
In addition, by reducing the fin pitch value of multiple helical fin the temperature changes along the pipe, the fin surface temperature distribution and the effectiveness will increase.
Abstrak Economizer pada PLTGU merupakan alat yang menerapkan prinsip dari alat penukar kalor .
eat Dengan menggunakan economizer dalam proses pemanasan PLTU atau PLTGU diperkirakan dapat mengurangi pemakaian bahan bakar sebesar 1% setiap kali meningkatnya temperatur pengisi sebesar5AC.
Penambahan fin pada economizer merupakan salah satu cara untuk meningkatkan perpindahan panaspada economizer.
Dengan peningkatan perpindahan panas maka nilai efisisiensi pada HRSG akan meningkat.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan multiple helical fin terhadap efektivitas fin.
Dengan variasi fin pitch atau jarak antar centerline dari fin.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode numerik dengan melakukan simulasi.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa geometri awal dengan menggunakan serreted fin mempunyai temperatur keluar vapor yang lebih tinggi dibandingkan dengan penggunaan multiple helical fin.
Hal ini disebabkan besarnya luas permukaan dasar pada sirip.
Sedangkan penggunaan multiple helical fin mempunyai efek yang besar terhadap nilai permukaan temperatur fin yang mampu menerima panas dari sisi flue gas yang jauh lebih besar dengan temperatur rata-rata maksimal 404,72 K dengan menggunakan variasi fin pitch 0,09 m.
Penggunaan multiple helical fin dengan variasi fin pitch 0,09 m memberikan nilai efektivitas yang lebih besar dibandingkan dengan geometri awal, yaitu 1,692 sedangkan efektivitas geometri awal sebesar 1,664.
Selain itu dengan memperkecil nilai fin pitch dari multiple helical fin perubahan temperatur sepanjang pipa, distribusi temperatur permukaan fin dan efektivitas akan semakin meningkat Kata kunci: economizer.
ANSYS, fin, efektivitas fin TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Kaleb Ryanto et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 41 Ae 47
PENDAHULUAN
PLTGU merupakan pembangkit listrik tenaga gas uap yang menggunakan sistem daur ganda .
ombined cycl.
Sistem daur ganda ini memanfaatkan gas buang dari turbin gas untuk digunakan dalam pemanasan steam menjadi bertekanan rendah hingga bertekanan tinggi .
Proses pemanasan kembali tersebut terjadi di dalam HRSG (Heat Recovery Steam Generato.
Heat Recovery Steam Generator dibagi menjadi dua jenis, yaitu HRSG tipe vertikal dan HRSG tipe horizontal.
Di dalam HRSG terdapat tube diantaranya adalah evaporator, superheater, economizer.
Economizer digunakan sebagai pemanasan awal dalam HRSG.
Dengan menggunakaneconomizer dalam proses pemanasan PLTU atau PLTGU diperkirakan dapat mengurangi pemakaian bahan bakar sebesar 1% setiap kali meningkatnya temperatur pengisi sebesar 5AC .
Economizer merupakan komponen yang menerapkan prinsip dari alat penukar kalor .
eat exchange.
, yang terdiri dari tube dan shell.
Tube dialiri oleh air yang akan dipanaskan dan shell berisi gas yang berasal dari turbin gas.
Kinerja suatu alat penukar kalor dapat diketahui dari nilai efektivitas.
Efektivitas didapat dengan membandingkan laju perpindahan panas aktual dengan laju perpindahan panas maksimum.
Sehingga semakin besarnya nilai efektivitas maka semakin baikkinerja dari alat penukar kalor.
Menurut Awaluddin.
M .
nilai perpindahan kalor pada heat exchanger dipengaruhi oleh berbagai hal yaitu luas permukaan, arah aliran, bahan yang digunakan pada heat exchanger, dan lain-lain.
Dengan melakukan penambahan berbagai jenis fin pada bagian luar inner tube.
Penambahan tersebut akan memperbesar luas permukaan kontak, sehingga dapat memperbesar nilai koefisien perpindahan panas dan juga nilai perpindahan panas pada alat penukar kalor tersebut .
Berdasarkan alasan tersebut, untuk meningkatkankan nilai perpindahan panas dari economizer dapat dilakukan dengan memodifikasi bentuk fin pada HRSG khususnya Low Pressure Economizer (LPE).
Proses modifikasi Low Pressure Economizer (LPE) dengan penambahan multiple helical fin tidak dapat langsung diterapkan, karena dapat mengganggu sistem produksi listrik pada PLTGU, bahkan dapat membuat kondisi sistem mati .
Hal ini perlu digunakan metode pendekatan berupa simulasi dengan software ANSYS 19.
Penggunaan simulasi dengan ANSYS 19.
2 dapat memodelkan dan melakukan pendekatan sesuai dengan keadaan aktualnya.
Selain itu, dengan menggunakan ANSYS dapat meninimalisir biaya, tidak mengganggu sistem, dan lebih efisien dalam waktu pelaksanaan .
Setelah itu dilakukanlah analisa efisiensi termal dan efektivitas fin dari Low Pressure Economize METODE PENELITIAN Melakukan pengambilan data thermal dan geometri.
Dalam proses simulasi menggunakan ANSYS tahapan yang dilakukan terbagi menjadi tiga bagian yaitu pre-processing, processing, dan post processing.
Tahap pre-processing merupakan tahap pendesaianan gambar dan pencacahan atau Desain geometri dilakukan dengan menggunakan software space calim19.
Tube yang digambar sepanjang 1 meter dan juga ruang flue gas yang berukuran masing- masing 0,4761 meter, 0,2761 meter, dan 1,1 meter untuk lebar, panjang dan tinggi.
Berdasarkan hasil meshing yang telah dilakukan .
didapat nilai rata-rata skewnees sebesar 0,2445 sedangkan untuk orthogonal quality nilainya 0,7566.
Setelah itu, memeberikan penamaan pada domain.
Pada tahap processing dilakukan pengaturan pad model turbulence dengan menggunkan K-Omega, karena digunakan untuk aliran yang membetuk swirling pada suatu permukaan .
Memasukkan properti dari material, dan mendefinisikan boundary condition.
Pada post processing dilakukan pengambilan data yang digunakan untuk perhitungan dan juga pengambilan data kontur.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Kaleb Ryanto et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 41 Ae 47 Gambar 1 Tahap pendesainan geometri actual Gambar 2.
Hasil pendesainan multiple helical fin dan contoh fin pitch 0.
09 m & 0.
Pendesainan multiple helical fin dilakukan dengan memvariasikan fin pitch diantaranya0,09 meter, 0,1 meter, dan 0,11 meter.
Pendesainan dilakukan dengan menggunaka spaceclaim19.
Panjang tube yang digunakan adalah 1 m.
dengan tebal fin sebesar 0,8 mm.
Hasil pendesainan variasi fin pitch seperti gambar 2 fin pitch sendiri merupakan jaraj antar center line dari fin.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa yang dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan multiple helical fin dengan jumlah fin 4 buah.
Terdapat beberapa analisa, yaitu analisa ditribusi temperatur di sepanjang pipa, analisa perubahan temperatur permukaan fin, dan juga analisa mengenai distribusi kecepatan.
Gambar 3.
Kontur distribusi temperatur vapor TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Kaleb Ryanto et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 41 Ae 47 Gambar 3 .
merupakan distribusi temperatur vapor pada geomtri awal yang menggunakan fin dengan jenis annular serreted.
Sedangkan gambar 3 .
, .
, dan .
merupakan distribusi temperatur vapor untuk variasi fin pitch 0,09 m, 0,1 m dan 0,11m.
Pada gambar 3 menunjukkan bahwa panas yang dihasilkan dari adanya sebuah fin membentuk seperti sebuah titik merah yang tidak beraturan.
Panas ini dikarenakan adanya proses perpindahan panas dari dasar permukaan fin menuju ke outer tube yang untuk selanjutnya akan mengalami perpindahan panas menuju vapor yang terletak didalam tube.
Selain itu, titik panas paling dominan berada pada geometri awal lalu variasi fin pitch 0,09, fin pitch 0,1 dan fin pitch 0,11.
Hal ini juga yang menyebabkan perubahan temperatur sepanjang tube geometri awal lebih besar dibanding dengan penggunaan multiple helical Adapun semakin kecil fin pitch dari multiple helical fin maka perubahan temperatur sepanjang pipa akan lebih besar.
Gambar 4.
Temperature Permukaan pada fin Temperatur permukaan fin mempengaruhi perpindahan panas didalam tube atau ke vapor.
Selain jenis material dari fin, bentuk geometri fin mempunyai pengaruh dalam proses perpindahan Mulai dari tebal fin, luas permukaan kontak fin dan juga bentuk dari jenis fin .
Berikut merupakan distribusi temperatur pada permukaan fin hasil simulasi.
Berdasarkan gambar 4 distribusi temperatur pada permukaan fin berbeda-beda.
Variasi fin pitch 0,09 mempunyai distribusi temperatur permukaan fin yang lebih tinggi dibandingkan geometri awal ataupun dengan variasi fin pitch 0,1 dan 0,11.
Pada range temperatur 380 K-414,286 K, variasi fin pitch 0,09 mempunyai gradasi warna merah yang lebih banyak dibandingkan dengan geometri pembangkit atau dengan variasi fin pitch lainnya.
Lalu dilanjutkan dengan variasifin pitch 0,1 dan 0,11.
Sedangkan geometri awal mempunyai gradasi warna merah yang jauh lebihsedikit dibandingkan dengan variasi fin pitch.
Bentuk fin juga mempunyai pengaruh dalam distribusi kecepatan.
Sehingga, apabila distribusi kecepatan pada tiap permukaan merata maka panas yang dipindahkan akan jauh lebih baik.
Bentuk helical mempunyai kemampuan yang lebih baik dalam proses penerimaan panas dibandingkan dngan geometri longitudinal ataupun annular .
Berdasarkan gambar 5 diketahui bahwa pada sisi yang tidak terkana fin mempunyai kontur warna yang berwarna biru.
Sehingga dapat diketahui bahwa distribusi kecepatan pada geometri awal jauh lebihrendah dibandingkan dengan multiple fin.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Kaleb Ryanto et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 41 Ae 47 Gambar 5.
Kontur velocity sekitar fin Gambar 6.
Grafik perubahan temperatur sepanjang tube Pada gambar 6 mengenai grafik perubahan temperatur sepanjang tube menjelaskan terkait perubahan temperatur sepanjang pipa dari hasil simulasi.
Geometri aktual mempunyai nilaikenaikan temperatur yang lebih besar dibandingkan dengan variasi multile helical fin.
Hal ini ada hubungannya terkait dengan luas permukaan fin sisi dalam atau pertemuaan antara permukaan outer tube dan juga fin.
Apabila luas permukaan sisi dalam semakin besar maka panas yang merambat akan semakin banyak.
Dengan begitu fluida sisi dalam tube .
akan menerima panas yang jauh lebih besar dari sisi flue gas.
Hal itu pun berlaku dengan variasi fin pitch.
Variasifin pitch sebesar 0,09 m mempunyai nilai temperatur keluar vapor yang jauh lebih besar dibandingkan dengan variasi Dengan semakin kecilnya nilai fin pitch dari multiple helicalfin, maka luas permukaan sisi dalam fin akan jauh lebih besar dan menyebabkan perubahan temperatur sisi tube berubah secara TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Kaleb Ryanto et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 41 Ae 47 Gambar 7.
Grafik variasi terhadap temperatur permukaan fin Gambar 8.
Grafik efektivitas terhadap variasi Pada variasi fin pitch 0,09 mempunyai temperatur maksimal dan rata-rata yang lebih tinggi dibandingkan yang lainnya yaitu 413,6 K untuk temperatur permukaan fin maksimal dan 404,72 untuk temperatur rata-rata permukaan fin.
Variasi fin pitch 0,1 mempunyai temperatur maksimal 412,86 K dan temperatur rata-rata 404,15 K.
Lalu untuk variasi fin pitch 0,11, temperatur maksimal permukaan fin sebesar 412,726 K dan temperatur rata-rata 403,58.
Sedangkan geometri awal mempunyai temperatur maksimal dan rata-rata yang lebih rendah dibandingkan dengan yang lainnya yaitu 399,017 K dan 407,742 K.
Walaupun distribusi temperatur permukaan fin dengan bentuk multiple helical fin lebih besar dibandingkan dengan geometri awal dengan bentuk annular serreted tetapi panas yang dapat di transfer ke vapor lebih kecil dibandingkan dengan geometri Hal ini disebabkan oleh pertemuan luas permukaan outer tube dan fin pada geometri awal yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk fin variasi .
atau multiple helical.
Berdasarkan hasil perhitungan nilai efektivitas, didapat bahwa variasi fin pitch 0,09 mempunyai nilai efektivitas tertinggi yaitu 1,69.
Lalu untuk geom awal mempunyai nilai efektivitas sebesar 1,664.
Sedangkan untuk variasi 0,1 dan 0,11 masing-masing mempunyai efektivitas fin sebesar 1,67 dan 1,33.
Nilai efektivitas yang lebih dari 1 mempunyai arti bahwa fin melakukan perpindahan panas dari sisi luar .
lue ga.
menuju kesisi dalam .
, atau terjadi proses pemanasan perpindahan panas dari permukaan fin ke permukaan dasar fin yang berbatasan dengan Variasi fin pitch mempunyai pengaruh yang sangat signifikan pada proses perpindahan panas.
Dimana semakin kecil nilai dari fin pitch maka perpindahan panas yang diterima akan jauh lebih TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Kaleb Ryanto et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 41 Ae 47 Hal tersebut terjadi karena beberpa hal.
Pertama, semakin besarnya luas permukaan fin yang berkontak langsung dengan flue gas maka panas yang diterima fin akan jauh lebih besar.
Lalu kedua, semakin besarnya luas permukaan dasar sirip maka perpindahan panas dari fin menujukepermukaan tube akan jauh lebih besar, dan juga alirannya akan menjadi berotasi dan saling rapat .
KESIMPULAN
Berdasarkan data-data yang telah didapat dan telah dianalisis mengenai penggunaan multiple helical fin pada low pressure economizer dapat diambil kesimpulan antara lain :
Simulasi yang dilakukan menggunakan ANSYS 19.
2 dengan ukuran geometri sepanajang 1 Efektivitas fin maksimal didapat pada geometri multiple helical fin dengan fin pitch 0.
09 sebesar Geometri awal sebesar 1.
664, variasi fin pitch 0.
1 sebesar 1.
67 dan variasi fin pitch Semakin kecil nilai fin pitch pada multiple helical fin, maka perubahan temperatur pada sisivapor, distribusi temperatur rata-rata pada permukaan fin dan nilai efektivitasnya akan semakin UCAPAN TERIMAKASIH Penulis sadar pengerjaan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, dari bantuan materil maupun moril Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih dan hormat kepada kedua orang tua yang sudah memberikan semangat dan juga dukungan materil, kepada kakak dan adik, serta kepada pemimbing penelitian.
DAFTAR PUSTAKA