Simulasi 3D Aliran dan Perpindahan Panas Pada Satu Water Wall Tube CFB Boiler Dengan dan Tanpa Material Pelapis

Angga, Leonard (2021) Simulasi 3D Aliran dan Perpindahan Panas Pada Satu Water Wall Tube CFB Boiler Dengan dan Tanpa Material Pelapis. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02111740000132-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2023. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Circulating fluidized bed (CFB) adalah salah satu jenis boiler yang menggunakan Fluidized bed dengan bed berupa pasir dan menggunakan loop resirkulasi untuk efisiensi pembakaran yang lebih besar dan juga mencapai emisi polutan yang lebih rendah. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa hingga 95% polutan dapat diserap sebelum dilepaskan ke atmosfer. Salah satu daya tarik utama dari CFB boiler adalah fleksibilitas bahan bakar terutama dalam pasar bahan bakar saat ini dimana harga dan ketersediaan bisa sangat berbeda pada tiap daerah. Pada salah satu bagian dari CFB yaitu water wall, sering terjadi kerusakan akibat erosi. Erosi ini diakibatkan oleh pasir yang terdapat dalam flue gas yang memberi gaya abrasif kepada tube wall. Kerusakan tersebut mengakibatkan penurunan performa boiler dikarenakan water wall berfungsi sebagai yang sebagai evaporator air. Kerusakan tersebut pada umumnya dapat dicegah dengan beberapai metode, salah satunya adalah dengan penambahan meterial pelapis pipa yang biasanya berupa coating maupun shield.
Dalam simulasi ini dilakukan simulasi tiga dimensi pada water wall tube dengan aliran steady dan incompressible menggunakan software ANSYS Fluent. Geometri yang diuji adalah water wall tube. Simulasi dilakukan dengan variasi normal, dengan coating, dan dengan shield pada luar tube, variasi load 100% dan 75% yang diwakilkan oleh variasi koefisien perpindahan panas 180 W/m2K dan 150 W/m2K pada setengah luaran tube dengan menggunakan model turbulensi k-ϵ Realizable with enhanced wall treatment. Boundary condition yang digunakan adalah velocity inlet, pressure outlet, dan wall untuk permukaan atas dan permukaan benda yang di uji. Dari simulasi yang dilakukan akan didapatkan data kualitatif dan kuantitatif. Data kualitatif berupa kontur distribusi temperatur dan data kuantitatif berupa nilai laju perpindahan panas, temperature air beserta grafik perbandingannya.
Perbandingan antara hasil simulasi dengan hasil perhitungan menunjukkan bahwa simulasi sudah sesuai dengan teoritis. Hasil simulasi variasi load menunjukkan semakin rendah load semakin rendah laju perpindahan panas dan temperatur air yang dihasilkan. Variasi dengan coating menghasilkan penurunan suhu fluida tertinggi yaitu sebesar 0.292 K (0.0485%). Hasil simulasi dengan variasi material pelapis menunjukkan bahwa pada load 100% variasi dengan coating dapat meningkatkan laju perpindahan panas dengan meningkatkan temperatur air sebesar 0.021 K sedangkan variasi dengan shield menurunkan laju perpindahan panas dengan menurunkan temperatur air sebesar 0.013 K. Hasil simulasi dengan variasi material pelapis menunjukkan bahwa pada load 75% menunjukan hasil yang berbeda dimana variasi dengan coating dan shield meningkatkan laju perpindahan panas dimana keduanya mengkatkan temperatur air sebesar 0.018 K. Berdasarkan hasil tersebut, dipilih coating sebagai material pelapis yang dipilih untuk sistem ini, dikarenakan dapat mempunyai performa lebih baik dalam kedua jenis load dibandingkan material shield.
======================================================================================================
Circulating fluidized bed (CFB) is a type of boiler that
uses a fluidized bed with sand bed and uses a recirculation loop
for greater combustion efficiency and also achieves lower
pollutant emissions. Several studies have shown that up to 95% of
pollutants can be absorbed before being released into the
atmosphere. One of the main attractions of CFB boilers is the
flexibility of the fuel, especially in the current fuel market where
prices and availability can be very different in each region. In
one part of CFB, namely water wall, damage often occurs due to
erosion. This erosion is caused by the sand contained in the flue
gas which gives an abrasive force to the tube wall. This damage
results in a decrease in boiler performance because the water
wall functions as a water evaporator. In general, this damage can
be prevented by several methods, usually by giving additional
layer at the pipe outer with coating or shield.
In this study, a three-dimensional simulation is performed
on a water wall tube with a steady and incompressible flow using
the ANSYS Fluent software. The geometry tested was a water wall
tube. Simulations were carried out with variations with and
without coating on the outside of the tube, load variations of
100% and 75% which were represented by variations in the heat
transfer coefficient of 180 W/m
2K and 150 W/m
2K on half the tube
iv
output using the k-ϵ Realizable with enhanced wall treatment as
turbulence model. The boundary conditions used are velocity inlet,
pressure outlet, and wall for the top surface and the surface of the
object being tested. From the simulations conducted, qualitative
and quantitative data will be obtained. Qualitative data in the
form of temperature distribution contours and quantitative data
in the form of heat transfer rate values, water temperature and its
comparison graph.
The comparison between the simulation results and the
calculation results shows that the simulation is in accordance
with the theory. The result of the load variation simulation shows
that the lower the load the lower the heat transfer rate and
resulting lower water temperature. The variation with coating
resulted in the highest reduction in fluid temperature with 0.292
K (0.0485%). The simulation results with variations in protective
material show that at 100% load, the variation with coating can
increase the heat transfer rate by increasing the water
temperature by 0.021 K while the variation with the shield
decreases the heat transfer rate by decreasing the water
temperature by 0.013 K. The simulation results with variations in
the protective material show that at 75% load shows different
results where the variation with the coating and shield increases
the heat transfer rate where both of them increase the water
temperature by 0.018 K. Based on these results, coating was
chosen as the protective material chosen for this system, because
it can have better performance in both types of loads than using
shield.

Item Type:	Thesis (Undergraduate)
Uncontrolled Keywords:	CFD, CFB boiler, water wall, laju perpindahan panas, temperatur air, coating, shield,
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC151 Fluid dynamics T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ164 Power plants--Design and construction T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263 Heat exchangers
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Leonard Angga
Date Deposited:	11 Mar 2021 02:32
Last Modified:	11 Mar 2021 02:32
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/84106

Actions (login required)

View Item