Valve-Christian Emanuel Kefi

BIODATA DIRI

Christian Emanuel Kefi.S1 Teknik Mesin Ekstensi 2019.Universitas Indonesia

Nama : Christian Emanuel Kefi

NPM  : 1906435460

Pendidikan Terakhir : Diploma III

Pertemuan 1 : Kamis,12 November 2020

Pada pertemuan ini membahas tentang valve, fungsi utama valve adalah mengatur aliran fluida.

Fungsi dari valve :

1. membuka atau menutup aliran,

2. sebagai pengatur jumlah aliran/regulator

3. mengarahkan aliran menjadi satu arah/ tidak ada aliran balik

Valve memiliki beberapa jenis berdasarkan bentuknya, antara lain : Gate valve, Globe valve, Ball valve, butterfly valve, check valve.

buterfly valve yang umum digunakan, globe valve sering digunakan untuk mereduksi.

Dalam pertemuan ini juga dilakukan simulasi aliran fluida dalam gate valve menggunakan aplikasi CFD. Tujuan dari simulasi ini adalah mencari berapa pressure drop yang melewati gate valve tersebut. Dalam melakukan simulasi, valve dianggap terbuka penuh dengan diameter valve 1 inch. Pada bagian kiri dianggap inlet, kanan sebagai outlet, dan bagian atas dianggap stationary wall. Karena akan mensimulasikan thermal flow maka mesh location terletak dibagian tengah dalam valve, dan untuk mendapatkan hasil meshing yang tidak terlalu kasar maka surface refinement disetting max 2, dan didapatkan hasil sebagai berikut:

Selanjutnya simulasi dilakukan dengan menggunakan aliran udara turbolen (RANS), SST k-w. Aliran kecepatan udara pada sisi inlet 1 m/s.

Menghitung pressure drop berarti menghitung perbedaan tekanan total pada inlet maupun outlet. Pada paraview terdapat beberapa variabel salah satunya variabel kecepatan (U). kecepatan pada CFD-Soft merupakan kecepatan kinematik = kec. statik x rho.

Langkah-langkah untuk menghitung pressure drop adalah dengan menghitung P.static menggunakan calculator. P.static = P x rho

-Setelah itu menghitung magnitude kecepatan. magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2) . Magnitue kecepatan adalah besaran kecepatan ke segala arah yang nantinya akan digunakan untuk menghitung tekanan dinamik.

- Setelah itu P.dynamic = 0.5 * rho * magU^2

- P.total = P.Static + P.dynamic.

Untuk menampilkan nilai P.total pada bagian inlet dan outlet, didata gate valve/yang paling atas di cek apakah mesh region harus di checklist semua. setelah itu alphabetical - extract block - centang inlet1. lakukan hal yang sama untuk memanggil outlet.

selanjutnya klik data inlet1/outlet1 - integrate variable - checklist cell data by value - apply. dan akan muncul seperti gambar dibawah ini :

delta P.total yang didapatkan merupaka pressure drop yang terjadi pada gate valve tersebut, yaitu sebesar 7,095 x 10^-4

Distribusi tekanan total sepanjang sumbu-x dari gate valve sebagai berikut:

Tugas 1

Tugas 1 melakukan simulasi yang tahapannya sama dengan simulasi pada pertemuan pertama. Pada tugas ini digunakan model valve yang berbeda. Ditugas ini saya akan mensimulasikan butterfly valve yang tidak terbuka penuh, melainkan hanya terbuka 45 derajat atau terbuka setengah. Berikut model yang digunakan.

sebelum generate mesh

sesudah meshing

Selanjutnya simulasi dilakukan dengan menggunakan aliran udara turbolen (RANS), SST k-w. Aliran kecepatan udara pada sisi inlet 2 m/s.

Pada aplikasi Paraview, untuk menghitung pressure drop dari valve ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

menghitung P.static menggunakan calculator. P.static = P x rho

-Setelah itu menghitung magnitude kecepatan. magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2) . Magnitue kecepatan adalah besaran kecepatan ke segala arah yang nantinya akan digunakan untuk menghitung tekanan dinamik.

- Setelah itu P.dynamic = 0.5 * rho * magU^2

- P.total = P.Static + P.dynamic.

dan setelah di plot dalam bentuk point data didapatkan hasil pressure drop dari selisih Ptotal inlet dan outlet sebagai berikut :

Untuk mengetahui penyebaran tekanan sepanjang sumbu-x ditampilkan dari grafik dan slice pada gambar dibawah.

(a)

(b)

Gambar (a) menunjukan grafik plot over line tepat di sumbu-x sehingga dapat dilihat grafik tekanan total terputus, hal itu diakibatkan karena aliran tidak melalui titik itu karena adanya penghalang. Sementara gambar (b) menunjukan grafik plot over line dan slice pada garis yang di ofset sejajar dengan sumbu-x untuk mengetahui penyebaran aliran yang melewati bagian samping katup valve yang terbuka sebagian.

Berikut adalah gambar Magnitude kecepatan, atau penyebaran kecepatan dilihat dari atas dengan potongan sejajar z axis.

Pertemuan 2 : Kamis, 19 November

Sistem adalah komponen-komponen yang bekerja dengan syarat teertentu untuk mencapai suatu tujuan. Dalam konteks ini Sistem Fluida berarti kumpulan komponen/elemen yang melakukan kerja yang berhubungan dengan fluida, baik untuk mengalirkan fluida maupun aliran fluida digunakan untuk menggerakan suatu elemen.

Pompa dikatakan suatu sistem karena memiliki komponen-komponen yang bekerja untuk tujuan yang sama yaitu mengalirkan fluida.

Rumus yang biasa digunakan adalah P = rho x g x H x Q digunakan persamaan pompa dengan tujuan menyetahui properti dan sifat aliran.

ada 3 metode yang digunakan dalam pembelajaran sistem fluida :

1) Eksperimen = metode ini merupanak metode yang paling real time karena mengukur langsung dari suatu sistemnya. tetapi metode ini memiliki kekurangan yaitu membutuhkan waktu dan alat, sehingga biaya penelitian bisa lebih mahal.

2) Teoritis = Metode ini digunakan untuk verifikasi metode eksperimen, karena teoritis menunjukan hasil dari suatu kondisi yang ideal, sehingga bisa mengkoreksi data dari metode eksperimen yang bisa jadi salah dalam pengukuran. Metode ini dilakukan dengan menggunakan perhitungan rumus/teori yang ada, metode ini cukup sulit dilakukan jika perhitungan membutuhkan waktu yang tidak sebentar dan sulit digunakan untuk menghitung suatu perhitungan yang kompleks.

3) CFD = Metode ini digunakan ketika perhitungan yang dilakukan sangat kompleks dan tidak mungkin dilakukan oleh metode teoritis. selain itu metode teoritis juga hanya merupakan pendekatan sehingga dibutuhkan CFD untuk validasi. Kelemahan metode ini adalah tidak aktual dan tidak se ideal teoritis.

Ketiga metode ini saling melengkapi satu sama lain sehingga ketiganya penting untuk dipelajari.

Turbin Impuls = memanfaatkan head yang tinggi, di desing berbentuk seperti mangkuk agar terjadi perubahan momentum yang besar.

Turbin Reaksi = head rendah kapasitas besar. Tekanan di bagian atas kecil sementara tekanan bagian bawah besar sehingga ada gaya lengan atau torsi.

Dalam gambar, kecepatan aliran udara bergerak dari kiri ke kanan. Setelah disimulasikan bagian poros bagian atas dan bawah mengalami kecepatan yang tinggi, sementara kiri dan kanan mengalami kecepatan yang rendah, serta dibagian kanan terdapat vortex. Vortex sendiri diakibatkan oleh kecepatan sudut (w) dari turbin yang berputar.

Sementara jumlah blade hanya mempengaruhi efisiensi.

Tugas 2

Tugas 2 kali ini diminta untuk mempelajari library fluid dari aplikasi openmodelica. Kali ini saya mempelajari dari empty tank dimana ada 2 tangki yang berbeda ketinggian dihubungkan menggunakan pipa. Dari contoh sederhana tersebut saya mendapatkan bahwa dalam proses coding jika kita memasukan gambar dari library tidak langsung dapat di simulasi. Diharuskan memasukan inputan parameter perlakuan dan karakteristik aliran yang mengalir dalam komponen tersebut.

Seperti contoh dibawah ini parameter yang di inputkan dalam diagram view akan dijabarkan dalam bentuk code pada text view ini. inputan tersebut dapat diubah/ditambahkan pada halaman ini. dalam Halaman ini saya juga meredeclare ulang medium dalam sistem ini. medium yang digunakan adalah Air.

dengan hasil sebagai berikut. tinggi air dari tangki 2 mula-mula 2 meter, dan terus bertambah karena aliran dari tangki 1 yang posisinya diatas. sementara tinggi air dalam tangki 1 terus berkuang yang mula-mula 2 meter berkurang sampai habis.

Pertemuan 3 : Kamis, 26 November

Pada pertemuan kali ini dijelaskan tentang pengertian dari permodelan. Permodelan adalah sebuah usaha untuk mempelajari sebuah system actual melalui sebuah system yang di simplifikasi. Sebuah model adalah sebuah sistem yang disederhanakan untuk merepresentasikan kondisi sebenarnya dalam skala yang lebih kecil.

Dalam praktiknya permodelan belum tentu linier dengan sistem aktualnya tetapi memiliki sifat-sifat yang sama dan tentunya dengan biaya yang lebih kecil dibandngkan sistem sebenarnya. Walaupun belum tentu linier, dengan sifat-sifat yang ad akita bisa mempelajari karakteristik dan keadaan sistem seperti pada aktualnya.

Permodelan bisa dibagi menjadi beberapa jenis :

1. Model fisik : permodelan yang sama dengan bentuk yang sama dengan aslinya tetapi dengan ukuran yang lebih kecil.

2. Model komputasi : seperti menggunakan aplikasi untuk mempermudah perhitungan dan/atau visualisasi dari sistem sebenarnya. Dan memerlukan pengetahuan dasar tentang komputasi itu sendiri.

3. Ada juga permodelan artifician intelegent yang berdasarkan data-data yang dikumpulkan sebelumnya.

Pada pertemuan ini juga dibahas kasus dalam library openmodelica

kasus pertama adalah, example two tanks yang diambil dari library example thermal. Dalam contoh ini terdapat 2 tank yang tingginya sama (1 m) dengan ketinggian mula-mula air tangki 1 = 1 m dan ketinggian air tangki 2 = 0, seperti terlihat pada gambar dibawah

setelah dilakukan simulasi didapatkan hasil sebagai berikut:

Ketinggian air dalam tangki mengalami keadaan toleransi dikatakan konvergen/setimbang pada detik ke 1.5 s. dan grafik debit air (garis hijau) yang mula-mula lebih dari 1,5 m^3/s akan menjadi 0 seperti gambar dibawah.

Kasus yang kedua adalah 2 tangki yang diambil dari library fluid openmodelica.

kedua tangki memiliki perbedaan ketinggian yang di tunjukan oleh perbedaan ketinggian port di pipa, atau dalam program ditulis sebagai height_ab. hal tersebut diindikasikan dengan connectnya port a pipa dengan port outlet tanki 1 dan port b pipa dengan port inlet tangki 2. dalam example yang diambil dari library openmodelica.fluid.twotanks height_ab = -1 m. dan didapatkan hasil grafik simulasi sebagai berikut:

height_ab = -1

Tugas 3 Heating system & three tanks

Tugas ini diberikan oleh pak Hari sebagai bahan pembelajaran. Tugas yang diberikan adalah sebagai berikut :

Dari sistem fluida yang diberikan dalam gambar-gambar berikut, buatlah analisa pemodelannya sbb :

A. Modelica.Fluid.Example.HeatingSystem

Modelica.Fluid.Example.HeatingSystem

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

A) Tanki :

Tinggi tangki = 2 m

Cross sectional area = 0.01 m^2

B) Pump :

Nominal inlet pressure for predefined pump characteristics = 110000 Pa

Nominal outlet pressure = 130000 Pa

Nominal mass flow rate = 0.01 kg/s

C) Burner :

Fixed flow rate at port = 1.6e3 W

Refrence temperature = 70 C

Temperature coefficient of heat flow rate = -0.5 /K

D) Dynamic Pipe :

D = 0.01 m

L_burner_pipe = 2 m

L2 = 10 m

L_ambient_G = 10 m ; Constant thermal conductance of material = 1.6e3 / 20 W/K ; dengan temperature ambient system.

E) Valve :

Nominal Pressure Drop = 10000 Pa

Mass Flow Rate = 0.01 kg/s

Handle signal = offset : 0.1 ; height : 0.9

2. Prosedur analisa pemodelan

Prosedur analisa yang pertama menentukan tekanan yang ada pada inlet dan outlet pump. Setelah itu medium mengalir ke dalam burner berarti harus ditentukan heat flow rate, refrence temperature, dan thermal coefficient heat flow rate. Setelah itu medium dialirkan menggunakan pipa ke valve, di valve harus ditentukan pressure drop yang terjadi dalam valve dan juga ditentukan mass flow rate dalam valve. Ditentukan juga temperature ambient dan thermal conductivity dari pipe radiator.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Dalam sistem ini medium fluida yang digunakan adalah Modelica.Media.CompressibleLiquids.LinearWater_pT_Ambient, medium dari tangka dipompa menuju sistem melewati sensor flow rate dan masuk ke dalam pipa yang diberi pemanas (burner). Output yang keluar dari heater diukur menggunakan sensor temperature. Medium dialirkan lagi menggunakan dynamic pipe menuju valve (untuk mengontrol flow rate yang) dikontrol menggunakan handle otomatis yang sudah diatur. Setelah itu dialirkan lagi menggunakan dynamic pipe dan mengalami konduksi dengan kondisi temperature sekitar dan konstanta konsuksi termal dari material pipa = 1.6e3 / 20 W/K. Output dari pipa diukur menggunakan sensor temperature dan dimasukan kedalam tangka Kembali melalui port input.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Dalam sistem ini merupakan close system karena tidak terjadi perpindahan massa ke luar sistem sehingga hanya menggunakan hukum fisika :

-Hukum kekekalan Energi : Terjadi pada saat air melewati pipa dan pompa, energi mekanik pompa diteruskan ke fluida untuk menaikkan tekanan, tetapi seiring fluida melewati pipa terjadi gesekan terus menerus pada dinding pipa sehingga terjadi pressure drop

-Hukum perpindahan kalor : Terjadi dari heater dan lingkungan ke pipa dinamik. Kalor yang di pindahkan dari burner memiliki kecepatan perpindahan tertentu sehingga dapat diperhitungkan panas yang keluar dari outlet pipa.

5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Simulasi tidak dapat dijalankan karena adanya peringatan seperti dibawah ini.

B. Modelica.Fluid.Example.Tanks.ThreeTanks

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

TANKS

Ketiga tank yang digunakan merupakan jenis open tank yang terdapat dalam library openmodelica dengan spesifikasi sebagai berikut :

- Tank1

• Ketinggian Tangki = height = 12

• Luas = crossArea = 1

• Tinggi awal air = level_start = 8

• Terhubung ke pipe1(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

- Tank2

• Ketinggian Tangki = height = 12

• Luas = crossArea = 1

• Tinggi awal air = level_start = 3

• Terhubung ke pipe2(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

- Tank3

• Ketinggian Tangki = height = 12

• Luas = crossArea = 1

• Tinggi awal air = level_start = 3

• Terhubung ke pipe3(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

PIPE

Untuk pipe yang digunakan merupakan jensi static pipe yang ada dalam library OpenModelica.Fluid.Pipe dengan spesifikasi sebagai berikut :

- Pipe 1

• Panjang pipa = length = 2

• Ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2

• Diameter pipa = diameter = 0.1

• Port_b sebagai inlet yang tersambung ke ports tank1, port_a sebagai outlet yang tersambung ke pipe2

-Pipe 2

• Panjang pipa = length = 2

• Ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2

• Diameter pipa = diameter = 0.1

• Port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe1 dan pipe3, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank2

-Pipe 3

• Panjang pipaa = length 2

• Ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = -1

• Diameter pipa = diameter = 0.1

• Port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe2, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank3

2. Prosedur analisa pemodelan

- dalam contoh diagram diatas didapatkan pada menu example fluid open modelica.

-Cara mencarinya pada Modelica bagian fluid, dan di expand, lalu pilih bagian tanks, dan double klik pada bagian three tanks.

-pada bagian text lakukan check lalu simulasi, dan hasil akan keluar

-checklis V pada ketiga tanki dan amati perubahan voluume setiap waktu.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Geometri dan ukuran tanki ini sama semua dan pada awalnya ketinggian tanki 1 setinggi 8 m ddan yang lainnya 3 meter. setelah waktu dimulai air mengalir dari tempat tinggi hingga kondisi setimbang. pada grafik, Volume dari tanki 3 tidak bergerak ke arah yang sama seperti tangki 1 dan 2. volume tangki 3 cenderung naik. hal ini dikarenakan air dari tangki 1 dan 2 masuk sebagai input semua.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

- Mass Balance Equiation

- Hukum Newton 2 yang dikembangkan menjadi Hukum Bernouli (A1V1 = A2V2) --> Pressure drop. hukum ini digunakan untuk menentukan Ketinggian akhir dari fluida di masing-masing tank.

- Hukum Kontinuitas = Untuk menentukan waktu (t) mencapai kondisi setimbang.

5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Dari hasil diatas terjadi kesetimbangan pada detik ke +- 140 s. dan posisi ketinggian air saat setimbang adalah: Tanki 1 & 2 = 3,67 m sementara tanki 3 = 6,67 m, hal ini dikarenakan ketinggian port tangki 1 dan 2 lebih tinggi sekitar 3 meter dari tanki 3 sehingga mengakibatkan kesetimbangan di posisi tersebut.

Pertemuan 4 : Kamis, 3 Desember 2020

Pada pertemuan kali ini diajarkan tentang cara me-remodel dari suatu example di OpenModelica dengan tahapan-tahapan sebagai berikut :

1) Buka model example yang akan di remodel

2) Siapkan new model

3) Masukan komponen-komponen dengan susunan yang sama dengan example model, dengan cara meng-drag komponen kedalam diagram view. Letak dari komponen yang dipilih bisa dilihat dengan meletakkan kursor tepat di komponen pada example model.

4) Setting parameter, samakan dengan example modelnya terlebih dahulu

5) Lakukan check, dan simulasikan dengan interval waktu yang sama dengan model

6) Kelebihan me-remodel suatu kasus example adalah bisa merubah parameter sesuai dengan yang dibutuhkan atau ditentukan. dan juga bisa menambah komponen sesuai tuntutan.

Contoh Re-model

kedua tangki memiliki perbedaan ketinggian yang di tunjukan oleh perbedaan ketinggian port di pipa, atau dalam program ditulis sebagai height_ab. hal tersebut diindikasikan dengan connectnya port a pipa dengan port outlet tanki 1 dan port b pipa dengan port inlet tangki 2. dalam example yang diambil dari library openmodelica.fluid.twotanks height_ab = -1 m. dan didapatkan hasil grafik simulasi sebagai berikut:

height_ab = -1

Jika dilakukan re-model dan height_ab nya diubah menjadi -4 m maka, tangki 1 kosong semakin cepat dan tangki 2 terisi makin cepat juga. Hal ini membuktikan rumus bernouli v^2 = 2.g.h dapat digunakan untuk kasus ini.

height_ab = -4

Tugas 4 Combined Cycle Power Plant

Tugas yang di berikan berupa analisis sistem fluida di dalam suatu Siklus Kombinasi Pembangkit Daya (Combined Cycle Power Plant) seperti diberikan dalam gambar dibawah ini :

ThermoSysPro.Examples.CombinedCyclePowerPlant.CombinedCycle_Load_100_50

1. Bagaimanakah analisa termodinamika (konservasi massa dan energi) pada sistem tersebut, buat skematik analisisnya.

Combined cycle power plant adalah sebuah assembly dari heat engine yang bekerja bersamaan untuk menghasilkan gerak generator yang akan diubah menjadi listrik. Pada combined cycle power plant terdapat 2 bagian besar yang dapat dilakukan Analisa termodinamika (konservasi energi dan massa). Yang berada di darat disebut combined cycle gas turbin (CCGT) dan yang sebagai tenaga penggerak air laut adalah combined gas and stream (CCOGAS). Keduanya bekerja Bersama dapat meningkatkan efisiensi dan menghemat biaya.

a) Combined Cycle Gas Turbin (CCGT)

Menggunakan siklus Braytone, siklus dimana dengan pola 1-2-3-4-1. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisis secara berikut:

Urutan proses dari :

- 1 ke 2 terjadi kompresi isentropic dimana Kerja yang dibutuhkan oleh compressor : Wc= ma (h2-h1), sehingga pada diagram P-v tekanan meningkat dengan entalphy yang constant, dan terjadi peningkatan temperature karena peningkatan tekanan.

- Proses 2 ke 3 bahan bakar masuk secara constant, dan menyebabkan peningkatan kalor karena ada pembakaran antara bahan bakar dengan fluida yang bekerja berupa udara bersuhu tinggi dan tekanan tinggi, dengan rumus : Qa = (ma + mf) (h3 - h4). Hasil dari pembakaran ini berupa energi kinetic. Energi kinetic tersebut diarahkan ke sudu-sudu turbin gas dengan bantuan noozle.

- Proses 3 ke 4 terjadi ekspansi isentropic di dalam turbin, keadaan isentropic enthalpy selalu constant, dan karena ekspansi suhu menjadi turun karena tekanan turun dan volume fluida bertambah. Kerja yang dibutuhkan turbin adalah : WT = (ma + mf) (h3-h4).

- Proses 4 ke 1 terjadi proses pembuangan udara panas danbertekanan ke udara sekitar. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1).

b) Combined Gas and Stream (COGAS)

Siklus dari turbin uap menggunakan siklus Rankine digambarkan sebagai berikut :

- Proses 1-2 melalui proses kompreesi isentropic dipompa dari tekanan rendah ke tinggi. Pada proses membutuhkan sedikit input energi (isentropic) dan tidak terjadi perubahan enthalpy.

- Proses 2-3 liquid HP memasuki boiler, dimana saat dipanaskan tekanan constant dan kalor masuk. Liquid dipanaskan hingga menjadi dry saturated vapor.

- Proses 3-4 dry saturated vapour mengalami ekspansi karena melewati turbin sehingga tekanan dan temperature berkuran, dan juga terjadi sedikit kondensasi. Pada proses ini terjadi secara isentropic sehingga tidak terjadi perubahan enthalpy, tetapi ada tambahan hasil kondensasi yang menyebabkan terjadinya perubahan enthalpy.

- Proses 4-1 ketika wet vapour memasuki kondensor dimana kondensat berubah pada kondisi konstan pressure menjadi saturated liquid.

2. Lakukan identifikasi komponen-komponen utama pada sistem serta berilah deskripsi fungsi kerjanya dalam sistem dan penjelasan analisis parameter yang digunakan.

a) Turbin gas

Adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.

Parameter :

- Efisiensi compressor  : 87%

- Compression rate : 14,02

- Sumber fuel : Fuel source with fixed pressure and mass flow rate, memiliki density 0.838 kg/m^3 . dengan temperature 185 C dan tekananconstant 1 bar.

- Sumber air memiliki tekanan dan mass flow rate constant/fix. Mass flow rate 13.44 kg/s.

- Fuel gas source dengan tekanan dan mass flow rate constant sebesar 1.013 bar dan mass flow rate 600 kg/s. Dengan temperature 29.4 C.

- Humidity = 97%

b) Dynamic exchanger digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan viskositas tinggi produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi.

Parameter :

- L = 20.4 & 20.72 m

- Jumlah component parallel = 246

- Diameter internal = 32.8e-3

c) Dynamic drum = Horizontal cylinder dengan radius drum 1.05 m dan panjang 16.25 m, heat exchang coefficient antara dinding dan link 5 W/m^2.K . dan wall temperature 600 K.

d) Control Valve : mengtur tekanan

e) Stodola / steam turbin : merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam

bentuk putaran poros turbin. Maximal mass flow through the turbin : 140 & 150 kg/s.

f) Condensor : mengubah uap/ gas menjadi cair. Parameter :

- Cavity volume : 1000 m^3

- Cavity cross-sectional cavity : 100 m^2

- Pipe internal diameter : 0.018

- Fraction of initial water volume in the drum 0.15

g) Generator : Menghasilkan tenaga / Daya.

3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan.

Dalam sistem ini diasumsikan dalam kondisi steady state dan energi kinetic diabaikan. Pada sistem ini mesin yang bekerja adalah :

a) Gas turbin

media fluida yang bekerja adalah udara yang di compress menjadi gas panas bertekanan tinggi setelah itu dicampur dengan bahan bakar dan menghasilkan udara panas yang diarahkan sehingga menjadi energi kinetic. Perhitungan-perhitungan yang digunakan :

- Kerja yang dibutuhkan Kompressor : Wc= ma (h2-h1),

- Kalor yang dihasilkan proses combustion : Qa = (ma + mf) (h3 - h4)

- Daya yang dibutuhkan turbin : WT = (ma + mf) (h3-h4).

- Kalor yang dilepas : QR = (ma + mf) (h4 – h1).

b) Turbin Uap

Media fluida yang bekerja adalah liquid yang dikompresi menjadi tekanan tinggi. Setelah iu dipanaskan menjadi dry saturated vapor. Setelah itu mengalami ekspansi dan menjadi wet vapour.

Perhitungan rankine cycle sebagai berikut :

Secara general perhitungan efisiensi rankine cycle sebagai berikut :

Masing-masing dari empat persamaan berikutnya diturunkan dari keseimbangan energi dan massa untuk volume control. Efisiensi thermal mendefinisikan efisiensi termodinamika dari siklus sebagai rasio keluaran daya bersih terhadap masukan panas.

Saat menangani efisiensi turbin dan pompa, penyesuaian persyaratan kerja harus dilakukan:

4. Jelaskan flow line (jalur koneksi) masing-masing yang diberi warna hitam, merah

- Jalur hitam = merupakan jalur penerusan energi kinetic dari turbin dan masuk ke dalam generator untuk diubah menjadi energi lain.

- Jalur biru = menunjukan fluida hasil ekspansi tekanan rendah dan temperature rendah.

- Jalur merah = menunjukan aliran fluida tekanan tinggi temperature tinggi hasil kompresi.

Pertemuan 5 : Kamis , 10 Desember 2020

Pada pertemua kali ini dibahas tentang sistem TestCompressor pada library OpenModelica. Model didapatkan dari ThermoSysPro.Example.SimpleExample.TestCompressor. Diagram dari model sebagai berikut :

Setelah itu dilakukan simulasi dan didapatkan data karakteristik fluida yang terjadi di kompressor, sebagai berikut :

didapatkan bahwa peningkatan tekanan yang terjadi dari sisi inlet 0,999995 bar ke outlet 9,999995 bar. mengapa pada sisi inlet hanya 0,99995 bar sementara inpu dari source 1 bar. Hal itu dikarenakan gesekan pada LumpedStraightPipe yang mengakibatkan pressure loss yang dijabarkan sebagai berikut :

LumpedStraightPipe sisi inlet

Pertemuan 6 : Kamis, 17 Desember 2020

Pendahuluan :

Pada hari ini kami menghadiri kuliah tamu dengan Bapak Dr. Ir. Harun Al Rosyid sebagai CEO PT. Indopower International. Kuliah hari ini membahas tentang combined cycle power plant'Italic text yang ada di Indonesia.

Combined cycle power plant (CCPP) baru berkembang 1950. Aplikasi yang umum digunakan adalah sebagai berikut

- Untuk meningkatkan kapasitas,

- Sumber listrik yang independent

- Sebagai pengisi beban terutama untuk malam hari.

Combustion turbin memiliki beberapa /configuration ada berbentuk antara lain :

- Turbojet : tenaga pendorongnya menggunakan mesin jet

- Turboprop : shaft turbin digunakan untuk menggerakan baling-baling

- Turbinshaft : untuk menggerakan generator,

- High bypass turbinfan, Low bypass turbinfan after burning : keduanya merupakan jenis turbinfan

Gas turbin tipe :

1. Heavy duty : daya lebih besar.

2. Aeoderivative : efisiensinya lebih tinggi karena partnya lebih ringan

Skematik turbin gas, fresh air masuk ke kompresor, lalu udara masuk dicampur dengan fuel dan terjadi combustion, setelah itu daya yang kuat diarahkan dan menggerakan turbin. t-s turbin itu medianya adalah udara, udara dipakai sebagai pendekatan, karena mayoritas gas turbin adalah gabungan fuel dan udara.

Data diatas merupakan beberapa pilihan jika ingin membuat suatu CCPP. Brand harus memiliki pengalaman dalam pembangunan new-plant combined cycle power plant. Cara yang dilakukan untuk memilih mesin gas turbin adalah menentukan kapasitasnya. Kalau sudah kita menentukan kapasitas gas turbine kita dapat menentukan suatu peralatan power plan yang sudah tersedia dipasaran, atau proved thecnology .

Dalam tabel tersebut terlihat typical dari gas turbine yang pernah dibuat. Efisiensi bergantung juga pada temperature ambient, makin tinggi temperature ambient akan turun efisiensinya. Dalam tabel ISO terlihat bahwa pengujian terjadi pada kondisi pada tabel tersebut. Hal tersebut bisa diatasi dengan chiler yang dipasang pada tempat udara masuk.

Tujuan utama dari penggabungan dari gas turbine dan steam turbine adalah untuk meningkatkan efisiensi. Dapat dilihat dari grafik T-s diatas .

Prinsip kerjanya gas turbine menyerap udara dari lingkungan menggunakan kompresor sehingga udaara bertekanan tinggi dan panas. Setelah melewati proses kompresi bahan bakar gas dimasukan dan bercampur dengan udara panas bertekanan dan terjadi proses combustion. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas dan bertekanan tinggi agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas. Proses ini juga menghasilkan enthalpy. Gas ini lalu disemprotkan ke turbin, hingga enthalpy gas diubah oleh turbin menjadi energi gerak yang memutar generator untuk menghasilkan listrik. Gas panas keluar melalui exhaust.

Steam turbin biasanya bergerak menggunakan energi batubara / minyak. Bahan bakar digunakan untuk memanaskan boiler, uap panas dan gas panas dari gas turbine digabungkan dalam steam header, dan dialirkan steam turbine. Poros pada gas turbin biasanya dihubungkan dangan generator sekaligus steam turbine.