TUGAS AKHIR KONVERSI ENERGI

STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN OBSTACLE BENTUK PERSEGI PADA PIPA TERHADAP KARAKTERISTIK

ALIRAN DAN PERPINDAHAN PANAS.

SENJA FRISCA R.J 2111105002 Dr. Eng. Ir. Prabowo, M. Eng

196505051990031005

Dosen Pembimbing :

Latar Belakang

Boiler adalah sebuah bejana tertutup yang digunakan untuk merubah air menjadi uap superheat dengan temperatur dan tekanan yang tinggi. Salah satu bagian boiler yang memiliki pipa seperti ini adalah superheater

Contoh bentuk pipa yg lain :

Pipa evaporator ini juga memiliki kontur ulir di bagian dalamnya. Dari beberapa penelitian pipa dengan penambahan obstacle ini dapat meningkatkan karakteristik perpindahan panas cukup baik. Bentuk dari pipa tersebut dapat ditunjukkan pada gambar berikut,

APLIKASI LAIN :

Tujuan Penelitian

1. Mengetahui perbedaan karakteristik aliran, nilai pressure drop dan karakteristik perpindahan panas antara pipa halus dan pipa dengan penambahan obstacle.

2. Membandingkan karakteristik aliran, nilai pressure drop dan karakteristik perpindahan panas antara pipa halus dan pipa dengan penambahan obstacle.

Permodelan dan Simulasi dengan

CFD

Batasan Penelitian

1. Material pipa terbuat dari baja. 2. Geometri obstacle berbentuk segi empat. 3. Dimensi obstacle 1.4mm x 1.4mm. 4. Jarak pitch tiap obstacle sebesar 14mm, 21mm dan 28mm 5. Diameter dalam pipa yang digunakan sebesar 13.385mm. 6. Ketebalan dinding pipa yang digunakan sebesar 1.245mm. 7. Panjang pipa sebesar 1000mm dan panjang daerah entrance

sebesar 342,3mm. 8. Fluida yang digunakan adalah steam. 9. Temperatur fluida sebesar 733K dan temperature dinding

pipa sebesar 873K.

10.Permodelan dan komputasi dilakukan secara dua dimensi

Tinjauan Pustaka ALIRAN INTERNAL

Profil Kecepatan Aliran Internal

Penelitian Terdahulu

1. Li Xiao-wei a,*, Meng Ji-an b , Li Zhi-xin b

Roughness Enhanced Mechanism for Turbulent Convective Heat Transfer

Geometri pipa yang dibuat oleh Li Xiao-wei dkk. Dengan 4 macam variasi.

2. R.Kamali a,* , A.R Binesh b

The importance of rib shape effects on the local heat transfer and flow friction characteristics of square ducts with ribbed internal surfaces

Tinggi P/e yang divariasikan dari 8-12. Dengan panjang 750 mm dan lebar 50 mm.

Metodologi Penelitian Geometri dan Dimensi Pipa

Pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm.

Pipa obstacle dengan jarak pitch 28 mm.

Pipa obstacle dengan jarak pitch 21 mm.

Pipa halus tanpa obstacle.

Proses Meshing

Hasil meshing pipa halus.

Hasil meshing pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm

Hasil meshing pipa obstacle dengan jarak pitch 28 mm

Hasil meshing pipa obstacle dengan jarak pitch 21 mm

Boundary Conditions

Material : Steel (ρ) = 8030 kg/m3 (k) = 16.27 w/m.k Fluida : Water vapor (ρ) = 18.857 kg/m3 (µ) = 0.002612 kg/m.s Fluid temperature : 733K Wall temperature : 873K Velocity : 1 m/s, 2 m/s, 4 m/s

Pada daerah entrance ( L = 324,3 mm ) temperatur dinding pipa di asumsikan sama dengan

temperatur fluida masuk yaitu sebesar 733 K. Setelah fluida dianggap dalam keadaan fully

developed, baru kemudian pipa diberikan obstacle dan temperatur dinding pipa menjadi 873 K.

HASIL PROFIL KECEPATAN DENGAN VARIASI KECEPATAN YANG SAMA

Kontur pathlines pipa 14 mm Kontur pathlines pipa 21 mm

Kontur pathlines pipa 28 mm

A = daerah inlet B = daerah outlet

HASIL KONTUR TEMPERATUR DENGAN KECEPATAN YANG SAMA

Terlihat dari grafik distribusi temperatur diatas, pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm memiliki distribusi temperatur yang paling tinggi. Jika dilihat dari visualisasi kontur temperatur pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm juga memiliki warna yang lebih hijau jika dibandingkan dengan pipa lain.

HASIL KONTUR TEKANAN DENGAN KECEPATAN YANG SAMA

HASIL KONTUR TEMPERATUR DENGAN JENIS PIPA YANG SAMA UNTUK MASING – MASING BEBAN KECEPATAN

Pada grafik distribusi temperatur diatas terlihat bahwa distribusi temperatur tertinggi dimiliki oleh kecepatan 4 m/s, kemudian 2 m/s dan yang paling akhir adalah kecepatan 1 m/s.

HASIL PROFIL KECEPATAN DENGAN JENIS PIPA YANG SAMA UNTUK MASING – MASING BEBAN KECEPATAN

Kontur pathlines kecepatan 1 m/s Kontur pathlines kecepatan 2 m/s

Kontur pathlines kecepatan 4 m/s

HASIL KONTUR TEKANAN DENGAN JENIS PIPA YANG SAMA UNTUK MASING – MASING BEBAN KECEPATAN

Grafik Nu/Nu0

Grafik Nilai Nusselt number tiap variasi kecepatan

Pada grafik di atas terlihat bahwa semakin tinggi nilai reynolds number maka nilai pressure drop (Δp) akan semakin tinggi. Faktor-faktor yang menyebabkan tingginya nilai pressure drop (Δp) adalah semakin tingginya kecepatan fluida dan panjang pipa.

Grafik Nilai Pressure drop terhadap Kenaikan Nilai Reynold Number

Kesimpulan

1. Jenis pipa yang disimulasikan ada 4 jenis yaitu pipa tanpa obstacle, pipa obstacle jarak pitch 14 mm, pipa obstacle jarak pitch 21 mm dan pipa obstacle jarak pitch 28 mm. Panjang entrance region untuk aliran turbulen adalah 342,3 mm.

2. Dari kontur kecepatan terlihat bahwa kecepatan fluida mulai mengalami percepatan ketika memasuki daerah penambahan obstacle. Kecepatan yang cukup signifikan terlihat pada pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm.

3. Perpindahan panas pada pipa obstacle jg lebih baik jika dibandingkan dengan pipa tanpa obstacle, hal ini didukung dengan distribusi temperatur paling tinggi terjadi pada pipa obstacle dengan jarak pitch 14mm.

4. Nusselt number yang paling tinggi juga didapatkan oleh pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm, hal ini jika nusselt number ditinjau dari tiap pertambahan nilai reynold number tetapi jika ditinjau tiap pertambahan panjang pipa maka nusselt number mengalami penurunan.

5. Nilai pressure drop pada pipa semakin tinggi seiring dengan bertambahnya beban kecepatan yang diberikan pada pipa. Dengan beban kecepatan 4 m/s maka nilai pressure drop semakin tinggi dan jika ditinjau dari bentuk pipa maka pipa obstacle dengan jarak pitch 14 mm memiliki nilai pressure drop paling tinggi.

TERIMA KASIH