-
IDENTIFIKASI,ANALISISKEGAGALANDANOPTIMASITERMOHIDROLIKAPERALATANSISTEMTERMALDENGANBANTUANCFD
BambangTeguhPrasetyoPenelitiUtamaBalaiTermodinamika,MotordanPropulsi
BPPT
PUSPIPTEK,Serpong15314GuruBesarTeknikMesin,SekolahPascasarjana,ISTN,Jakarta
Email;[email protected]
-
BiografiRingkas
Nama : Bambang Teguh Prasetyo Tempat/tgl. Lahir : Solo, 18
Februari 1958 Jabatan : - Peneliti Utama BTMP - BPPT
- Guru Besar Teknik Mesin ISTN (sejak 2002)
Pendidikan :
STM Jurusan Mesin STM Negeri - Kebumen 1976S1 Teknik Mesin
STTN/ISTN - Jakarta 1983/1984Dipl.-Ing Mekanika Fluida Industri
INPG-Grenoble - Perancis 1986S2 (DEA) Termo-hidrolika INPG-Grenoble
- Perancis 1988S3 (DR) Energi ECP-Paris - Perancis 1993
-
EKONOMI / EKONOMI / BIAYABIAYA
FAKTOR FAKTOR KEAMANANKEAMANAN
FUNGSI / FUNGSI / MANFAATMANFAAT
KEMAMPUKEMAMPU--RAWATANRAWATAN PENAMPILAN/ PENAMPILAN/
SENI & SENI & ERGONOMIKERGONOMIK FAKTOR K3LL FAKTOR
K3LL
DAN SOSIALDAN SOSIAL
DATA DATA RIWAYAT RIWAYAT
PEMAKAIANPEMAKAIAN
PEMILIHAN PEMILIHAN MATERIAL/BAHANMATERIAL/BAHAN
DESAINDESAIN
MANUFAKTUR/ MANUFAKTUR/ FABRIKASIFABRIKASI
PERAKITAN/ PERAKITAN/ ASSEMBLINGASSEMBLING
OPERASI DAN OPERASI DAN PEMELIHARAANPEMELIHARAAN
ANALISA ANALISA KERUSAKAN/ KERUSAKAN/ KEGAGALANKEGAGALAN
PENGEBANGANPRODUKTEKNOLOGI
TEKNIK DAN TEKNIK DAN MANAJEMEN MANAJEMEN
PEMELIHARAANPEMELIHARAAN
-
PERALATANSISTEMTERMAL Peralatantermohidrolika
sistemtermal,dalamoperasionalnya
terkaiteratdenganfenomenatransport(massa,momentum,danenergi)ygcukupkomplek.
Padatahapdesain,sulitmenerapkanfenomenatsbsecarakonsisten,shgseringdiambilasumsiagarprosesdesainbisadilaksanakan.
Optimasidesainhanyadilakukanpadakondisioperasionaltertentu(designcondition)
Memungkinkantimbulnyapenyimpanganpadasaatperalatandioperasikan
-
PERALATANSISTEMTERMAL
Pergeserankondisioptimumpadasaatpengoperasianperalatanbiasanyadiindikasikanolehkinerjayanglebihrendahbiladibandingkandengandesignpointnya
Upaya
ygdilakukanolehoperatoruntukmengembalikankinerjamaksimum,biasanyadgnpengaturanparameteroperasimisal:
lajualiran,suhualirandanlainlain,ygseringkalimelebihibatasbatasdesainnya
-
PERALATANSISTEMTERMAL
Tindakaninikemudianmenyebabkanadanyaperubahanfenomenalokalaliranyangbisamenimbulkankegagalanataukerusakanmekanikpadaperalatan
Padatahappengoperasian,seringjugatidakmemperhatikanfaktorfaktorlingkunganygmungkinberpengaruhterhadapkinerjadankehandalanperalatan/sistem
Memungkinkanpenurunankinerjadankehandalan
peralatan/sistemdengancepatkegagalan
-
Padatahapmaintenance
analisiskegagalanhanyafokuspdkajianproblemmekanikaldanmaterial,danjarangditindaklanjutidgnanalisistermohidrolikaataufenomenalokalaliran.Halinidisebabkankurangnyapemahamanparamaintenanceengineer
terhadapnature perlatanterkait
DgnpemahamannaturedariperalatandantersedianyasoftwareCFDdapatdioptimasipelaksanaandesain,instalasi,pengoperasian,pemeliharaandanpenyelesaianmasalahjikaterjadikegagalandariperalatan/sistem
PERALATANSISTEMTERMAL
-
Deadzone (mempercepatfouling,overheating,........)
Flowinducedvibration(mempercepatbaffledamage,collisiondamage,tubejointfailure,..)
Contoh:MaldistributionpadaS&THE
PERALATANSISTEMTERMAL
-
Kesalahandesaindivergensikanal>maldistribution
penurunanperformansidankerusakanmekanik(akibatdilatasitermaltidakmerata..
Contoh:MaldistributionpadaPlateHE
PERALATANSISTEMTERMAL
-
FAKTORFAKTORYANGDAPATMEMPENGARUHITERJADINYAKERUSAKAN/KEGAGALANPADAPERALATANINDUSTRI
DESAIN
Kesalahananalisabeban(tegangan/thermal)
Ketidaksesuaianstruktur,bentuk/geometridanukuran
Pembebananberlebihan Pengabaiankondisilingkunganoperasi
Ketidaktepatansusunan/tataletak Tidakmemperhitungkan
kemampurawatanOPERASIONAL
Kesalahanproseduroperasional
Pembebanan/temperaturmelampauibatas
Kesalahaninstalasi/pemasangan
Perawatankurangmemadai Kesalahanrepair/penggantiansukucadang
Dll.
MATERIAL Kesalahanspesifikasimaterial/komposisikimia
Cacatpengecoran/prosespembentukan
Salahlakupanas Terjadinyapenurunansifatmekanis
Dll.MANUFAKTUR
Kesalahanprosespembuatan Kesalahanlakupanas
Kesalahanprosespengelasan&pengerjaanlanjut
Kesalahandalamprosespengerasan/pelapisan
Dll.
KEGAGALANKEGAGALAN
KERUSAKANKERUSAKAN
-
Inappropriaterepair6%
Inappropriateofreplacement
16%
Assembling & setting2%
Misselectionofmaterials,poormachining&fabrication
19%
Inappropriatestructure,shape24%
Underestimationofexternalforce
33%
TOTALTOTAL242242
CASESCASES
ClassificationofFailuresaccordingtofactorClassificationofFailuresaccordingtofactor
-
33%penyebabkegagalandisebabkanpadatahapdesain,underestimationofexternalforce.
Analisakegagalanseringhanyaberdasarkankajianproblemmekanikalataukajianmaterial,danjarangditindaklanjutidengananalisafenomenalokalygterjadi
DgnpemahamannaturedariperalatandantersedianyasoftwareCFD(ComputationalFluidDynamics)dapatdioptomasipelaksanaandesain,instalasi,pengoperasian,pemeliharaandanpenyelesaianmasalahjikaterjadikegagalandariperalatan/s
KEGAGALAN
-
KEGAGALAN
PenurunanPerformansiOutputprosestidaktercapaidisebabkanolehal:
perubahanpolafenomenatransportdidalam
peralatan/sistemyangmenyebabkanmaldistribution,deadzone,leakage/bypassflow,fouling,.
KerusakanMekanikAkibatfenomenatersebutdiatasbisamengakibatkanerosi,korosi,overheating,mechanicalvibration,flowinducedvibration,..
OVERHEATINGAKIBATFOULING
Sumber,B2TKS
-
PENYEBABKEGAGALAN Desain,antaralain:
Sulitmenerapkanfenomenatransportsecarakonsisten,sehinggaseringdiambilhipotesis
Peralatandirancangdandioptimasihanyapadakondisioperasitertentu(designparameters),Dll..
Fabrikasi,al: Kesalahanpemilihanmaterial
Kesalahanpengerjaanlanjutan Kesalahanperhitungan,standarDll,.
-
PENYEBABKEGAGALAN
PenyimpanandanTransportasi,al:Tidakmemperhatikankondisilingkungan,TidakmemberikanbahanproteksiDll..
Instalasi,al:Kesalahanaligment,Tidakmemperhatikankondisilingkungan,Dll,.
-
PENYEBABKEGAGALAN
Operasi,al:TidakmengindahkanrekomendasidesainKesalahanmonitoringSaranapenunjangkurangbaikPengaruhlingkungan(korosif,getaran,.)Kesalahanmaintenance,Dll,
-
IDENTIFIKASI,ANALISISdanSOLUSIPERMASALAHAN
paper ini lebih fokus pada kegagalan akibat perubahan pola
aliran dengan melakukan simulasi menggunakan CFD.
Teknik ini sangat membantu dalam melakukan identifikasi,
analisis, solving problem, dan optimasi desain
-
MENGAPA CFD
Banyakperalatanbekerjamengikutikaidahfenomenatransport(dinamikafluida,perpindahanpanasdanmassa,dll.)
ComputationalFluidDynamics
(CFD)adalahanalisissistemygmelibatkanaliranfluida,perpindahanpanasdanfenomenaterkait(misal;reaksikimia)dgncarasimulasiygberbasiskomputer
Hasilsimulasiantaralain:medankecepatan,medantekanan,medantemperatur,konsentrasi,.padasistemyangdiobservasi
Denganpemahamannaturedariperalatan,akanbisadijelaskandampakpadakomponensistemjikaterjadianomali
-
PERSAMAANDASAR( ) ( ) ( ) +=+ SgraddivVdivt
r
Dimana adalahvariabelumum,dan koefisiendifusi,S termsource Jika
=1,diperolehperskonservasimassa Jika =u,v,w; = ;S
disesuaikandgnkondisialiran,diperolehperskonservasimomentum Jika
=iatauTatauh; =k;S
disesuaikandgnkondisialiran,diperolehperskonservasienergi
Dimana;u,v,w=komponenkecepatankearahx,y,z;
=viskositasdinamis;k=konduktivitastermal;T=temperatur;i=energidalam;h=entalpi
Lajupertumbuhan padaelemenfluida
Lajualiranneto keluarelemenfluidaakibatkonveksi
Lajupertumbuhan akibatdifusi
Lajupertumbuhan akibatsource
-
CONTOHSTUDIKASUS
-
SIMULASIPOLAALIRANSISISHELLPADASHELLANDTUBEHE
VALIDASI EKSPERIMENTAL
Desain dan Optimasi
-
OPTIMASI ALIRANSISISHELLDGNBAFFLEPILIN
HasilpengujiandiBTMPBPPTadakenaikankoefisienperpindahanpanasmenyeluruhUdanpanasyangdipindahkanQsekitar28,22%dan19,03%
Desain dan Optimasi
-
TelahdilakunansimulasinumerikdaneksperimentaldistribusialiranudaradidalamCT
SeabagaibahanstudidigunakanCTsejenisdengankapasitaslebihkecil:debitair130liter/min,debitudara85m3/jam
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
-50 -30 -10 10 30 50
Posisi pengukuran sepanjang diameter CT (cm)
K
e
c
e
p
a
t
a
n
u
d
a
r
a
(
m
/
s
)
Simulasi numerik kecepatan udara di dalam CT
Harga kecepatan pada garis ------
Profil kecepatan hasil pengukuran pada garis ------
ANALISAPENGGUNAANMAKEUPWATERPADACT
-
ANALISAPENGGUNAANMAKEUPWATERPADACT
ValidasieksperimentaluntukgeometriCToriginal
TelahdilakukanpengukurankonsumsiairpenambahpadaalirandingindanpanasgeometriCToriginal
Pengukuranalirandingin:untukmendapatkanhargaeksperimentalkehilanganairakibatfragmentasidengan,asumsikehilanganakibatevaporasirelatifkecilmengingatsuhuairdansuhuudararelatifsama
Pengukuranaliranpanaspadasuhuoperasionalair(sekitar35oC):untukmendapatkanhargaeksperimentalkehilanganairtotalakibatfregmantasidanevaporasi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
13:27
:0713
:37:07
13:47
:0713
:57:07
14:07
:0714
:17:07
14:27
:0714
:37:07
14:47
:07
waktu pengujian
a
i
r
p
e
n
a
m
b
a
h
(
l
i
t
e
r
/
m
e
n
i
t
)
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
114
:38:22
14:48
:2214
:58:22
15:08
:2215
:18:22
15:28
:2215
:38:22
15:48
:22
Waktu penguluranA
i
r
p
e
n
a
m
b
a
h
(
l
i
t
e
r
/
m
e
n
i
t
)
Konsumsi air pada uji dingin, geometri CT original
Konsumsi air pada uji aliran panas, geometri CT original
-
Desainpemerataalirandansimulasinumerikaliranuntukgeometriyangdimodifikasi
Dilakukanperhitunganhambatan(P)menggunakanpers.Bernoulli,diperolehP(r)berupaperbandinganketebalanalatperataaliran(pers3)
SimulasinumerikaliranudaradidalamCTdgnmemasukkanhargahambatanaliran
Pembuatanperataalirandengannilaihambatanhasilperhitungandansimulasi
Perata aliran terbuat dari pipa plastik (tipe 1)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 10 20 30 40 50
Jari-jari (cm)
K
e
c
e
p
a
t
a
n
(
m
/
s
)
Simulasi numerik aliran udara dengan hambatan perata aliran
Profil kecepatan hasil pengukuran pada (-----)
ANALISAPENGGUNAANMAKEUPWATERPADACT
-
Pengukurankonsumsiairpenambahsetelahdilengkapiperataaliran
Pengukurankonsumsiairpenambahpadaaliranpanasdilakukansesuaidenganeksperimentalterdahulu,sebelumCTdiberiperataaliran
Darihasilpengukuran,konsumsiairpenambahpadaaliranpanasrataratasekitar0,5liter/menitatausekitar0,41%kapasitasCT.
Biladibandingkandengankonsumsiairpenambahsebelumadaperataaliran,tampakadapengurangansebesarkuranglebih0.35liter/menitatausekitar52%.
Konsumsi air pada uji aliran panas, dengan perata aliran
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
11:06
:2211
:16:22
11:26
:2211
:36:22
11:46
:2211
:56:22
12:06
:2212
:16:22
12:26
:22
Waktu Pengukuran
A
i
r
P
e
n
a
m
b
a
h
(
l
/
m
i
n
)
ANALISAPENGGUNAANMAKEUPWATERPADACT
-
ANALISISKEBOCORANSISTEMBFW Masalah
:kebocoranpadasistemboilerfeedwater di
sebuahindustripetrokimiaakibatadanyapenipisanlokalpadaujungsaluraninjektorinhibitor
lubang kebocoran
pipa injektor nozzle
las
Arah aliran
-
PengujianLaboratorium
Hasilpengujianmaterial:kekerasan,komposisikimia,
danstrukturmikropipasesuaidgnspesifikasimaterialygdigunakan(ASTMA106gradeB).
Hasilpengujianprodukkorosi:permukaanpipaterkorosikarenaprodukkorosimengandungelemenelemenyangkorosif.
PengujianpolarisasidanefekpHmembuktikanbahwalajukorosimenurundenganpenambahaninhibitordanpeningkatanpHpadaBFW.
Belum diperoleh kesimpulan yg memuaskan
ANALISISKEBOCORANSISTEMBFW
-
SimulasialirandgnCFD
o
Darisimulasi:bahwakarenalokasiujunginjektorygterletakdidaerahdepresialiran,terbentukcaustic
sebagaiakibatreaksiantarainhibitor(SodiumTripolyphosphate/Na3PO4)denganair(BFW).
o
Causticmenyebabkanujungsaluraninjektormenjadigetas(embrittlement)shgdgnaliranairygrendahsajasudahdapatmelepaslapisancausticdiujungsaluraninjektor
ANALISISKEBOCORANSISTEMBFW
-
Rekomendasi
Untukmenghindariterjadinyacaustic
padaujungsaluraninjektorinhibitor,makaposisinyadisarankanuntukdijauhkandarisumbucheckvalveshgkeluardaridaerahresirkulasi(DeadZone)
ANALISISKEBOCORANSISTEMBFW
-
KEBOCORANKARENAOVERHEATINGKebocorankarenaoverheatingakibatfoulingpadatubesuperheater
sebuahboilerPLTU
-
ImportgeometridariCATIA
Meshgeneration
REKAYASAULANGTURBINPLTP3MW BPPTDesain dan Optimasi
-
Distribusikeceptan
REKAYASAULANGTURBINPLTP3MW BPPT
-
REKAYASAULANGTURBINPLTP3MW
-
Daripembahasandiatas,dapatdisimpulkanbahwa: Fenomena lokal
aliran bisa membantu dalam
pemahamannaturedariperalatan Fenomena aliran bisa membantu
untuk
mengidentifikasi, menganalisis, menyelesaikanpermasalahan
danoptimasi
Fenomenalokalaliranbisamembantudalammenyusunprediktifmaintenance
Fenomena lokal aliran bisa membantu
dlmpengembanganfilosofidanstrategimaintenancesecaraterpadu
Untuk itu disarankan perlunya analisis dengan CFDdipertimbangkan
dalam optimasi desain dan strategimaintenance
KESIMPULAN
-
TERIMAKASIHSAMPAI JUMPA
