-Sesi-9-Identifikasi Analisis Kegagalan Dan Optimasi TH Peralatan Sistem Termal Dengan Bantuan CFD

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


Deadzone (mempercepatfouling,overheating,........)

Flowinducedvibration(mempercepatbaffledamage,collisiondamage,tubejointfailure,..)

Contoh:MaldistributionpadaS&THE


Kesalahandesaindivergensikanal>maldistribution penurunanperformansidankerusakanmekanik(akibatdilatasitermaltidakmerata..

Contoh:MaldistributionpadaPlateHE


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


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 (-----)


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

)


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


Rekomendasi

Untukmenghindariterjadinyacaustic padaujungsaluraninjektorinhibitor,makaposisinyadisarankanuntukdijauhkandarisumbucheckvalveshgkeluardaridaerahresirkulasi(DeadZone)


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

-Sesi-9-Identifikasi Analisis Kegagalan Dan Optimasi TH Peralatan Sistem Termal Dengan Bantuan CFD

Documents