evaluasi dan analisa supply aliran udara … · evaluasi dan analisa supplyaliran udara terhadap...
TRANSCRIPT
EVALUASI DAN ANALISA SUPPLY ALIRAN UDARA TERHADAP VARIABEL (T,P,V) PADA KAMAR MESIN KAPALTANKER 6500 DWT MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID
DYNAMICS
Oleh :Puspa Puspitasari2409 106 002
Dosen Pembimbing :Dr. Ridho Hantoro, ST, MT
Ir. Sarwono, MM
Latar BelakangSumber panas
Distribusi temperatur, tekanan dankecepatan aliran udara
Apakah sistem ventilasi yang terpasang dikamar mesin telah menghasilkan sirkulasi
udara sesuai kebutuhan
Computational fluid dynamic
Sistem ventilasi udara mekanikal
Kamarmesin kapal
Tanker
Permasalahan
Bagaimana mengevaluasi sistem ventilasiyang terpasang di dalam kamar mesin.
Bagaimana pengaruh variasi supply aliranudara terhadap varibel temperatur,kecepatan aliran udara dan tekanan diruang mesin menggunakan simulasicomputational fluid dynamics.
Variasi
Tujuan
• Untuk mengevaluasi apakah sistemventilasi yang terpasang di dalam kamarmesin telah menghasilkan sirkulasi udarasesuai kebutuhan.
• Untuk menganalisa pengaruh perubahansupply aliran udara terhadap varibelkondisi udara ruang mesin yang meliputitemperatur, kecepatan aliran udara dantekanan dengan menggunakan simulasicomputational fluid dynamics.
Batasan Masalah
Kapal yang digunakan adalah jenis kapal tankerdengan kapasitas 6500 DWT yang di buat oleh PT.Dok dan Perkapalan Surabaya (Persero).
Variabel yang disimulasikan yaitu meliputi variasikecepatan supply aliran udara dan luas exhaustfunnel.
Simulasi computational fluid dynamic (CFD)menggunakan software ANSYS versi 11.
Dalam simulasi menggunakan CFD, sistem ventilasiducting yang ada di kamar mesin berfungsi untukmengkondisikan udara yang disebabkan oleh panasyang dibebaskan oleh mesin dan peralatan.
Perhitungan beban panas dalam kamar mesindilakukan untuk komponen mesin dan peralatanyang menghasilkan panas paling signifikan.
Metodologi Penelitian
Pengumpulan data spesifikasi mesin dan peralatan dikamar
mesin, spesifikasi blower, layout kamar mesin dan sistem ventilasi
ErrorYa
Tidak
A
Studi literatur sistem ventilasi mekanikal dikamar mesin kapal,
karaktersistik udara,CFD
Mulai
Meshing
Perhitungan beban panas yang dibebaskan oleh mesin dan peralatan di kamar mesin
Pembuatan model geometri ventilasi ducting, geometri kamar mesin, jenis-jenis komponen
peralatan, dan pembuatan kondisi batas di ANSYS ICEM CFD Analisa pengaruh perubahan supply aliran
udara terhadap varibel kondisi udara ruang mesin yang meliputi temperatur, kecepatan
aliran udara dan tekanan
Kesimpulan
Selesai
A
Input model pada ansys-pre
Running model pada ansys solver
Error
Running model pada ansys post
Ya
Tidak
Tahapan Simulasi
• Pre-processing
• Pembuatan Geometri
• Solver
• Post-processing
Data Hasil Simulasi Untuk Distribusi Temperatur•Temperatur Slice Plane di sumbu YZ dan ZXContoh pembagian plane di slice plane sumbu YZ dan ZX untuk variasi 1_1
Persentase penurunan temperatur untuk setiap variasi , yaitu:
• Luas Daerah Isosurface Pada Temperatur 45°C, 46°C, 47°C, 48°C, 49°C dan 50°CContoh luas daerah isosurface pada temperatur 45°c, 46°c, 47°c, 48°c, 49°c dan 50°c untuk variasi 1_1
45°C 46°C
47°C 48°C
49°C 50°C
Persentase penurunan untuk luas daerah isosurface pada temperatur 45°C, 46°C, 47°C, 48°C, 49°C dan 50°C setiap variasi, yaitu:
Data Hasil Simulasi Untuk Distribusi Tekanan
Contoh pembagian plane di slice plane sumbu YZ dan ZX untuk tekanan pada variasi 1_1
• Hubungan antara kecepatan udara suplai inlet ducting dengan tekanan rata-rata plane.
Data Hasil Simulasi Untuk Kecepatan Aliran Udara Di Kamar Mesin
Aliran udara pada kamar mesin untuk variasi 1 ditunjukkan dengan streamline seperti dibawah ini
Hubungan antara kecepatan streamline rata-rata dengan kecepatan udara suplai inlet ducting untuksemua variasi yaitu:
Nilai kecepatan streamline rata-rata naik turun untuk semua variasi, karena udara yang masuk untuk kamarmesin ini disuplai oleh ujung-ujung outlet dua ducting yang berbeda yaitu ducting ke-1 dan ducting ke-2, hasilkecepatan dari masing-masing ujung outlet ducting ini setelah disimulasikan dengan berbagai variasimenghasilkan nilai yang bervariasi seperti ditunjukkan oleh grafik berikut:
Kesimpulan• Sistem ventilasi udara mekanikal dengan kapasitas blower 50000 m³/h belum bisa
mengatasi panas pada daerah plane 1 yang dan plane 10 yang temperaturnya sekitar48.5 C dan 54.13 C. Dengan adanya variasi penambahan kecepatan udara suplai inletducting sebesar 5% dari keadaan sebenarnya yaitu sebesar 13.51m/s, 14.2m/s,14.8m/s, 15.44 m/s sampai 16.09m/s maka temperatur pada daerah plane 1 danplane 10 menjadi turun, persentase penurunan temperatur 0,5% sampai 5% untukplane 1 dan 1.5% sampai 6.5% untuk plane 10.
• Semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka persentase penurunan luasisosurface pada temperatur 45 C, 46 C, 47 C, 48 C, 49 C dan 50 C juga semakinbesar sekitar 5-16% untuk variasi 1.
• Apabila dilihat dari sisi temperatur slice plane dan isosurface maka luas exhaustfunnel dan kecepatan udara suplai inlet ducting yang cocok untuk kamar mesinadalah variasi 3_6.
• Semakin besar kecepatan udara suplai inlet ducting maka tekanan rata-rata kamarmesin juga semakin naik kecuali plane 8 yang tiba-tiba turun, baik untuk variasi 1,variasi 2, variasi 3, variasi 4 maupun variasi 5.
• Nilai kecepatan aliran udara streamline rata-rata naik turun untuk semua variasibaik variasi 1, variasi 2, variasi 3, variasi 4 maupun variasi 5
DAFTAR PUSTAKA[1] Victor L. Streeter. E. Benjamin Wylie. (1985). “Fluid Mechanics”, Eighth Edition. McGraw-Hill, Inc.
England.[2] Stocker, Wilbert f dan Hara, Supratman. (1989). “Refigerasi dan Pengkondisian Udara”. Erlangga.[3] Arismunandar, Wiranto dan Heizo Saito. (1995). “Penyegaran Udara”. Jakarta: Pradnya Paramitha.[4] Anderson, John D. (1992). “Computational Fluid Dynamic: The Basic with Aplication”. McGraw Hill.[5] ASHRAE Handbook of HVAC System and Applications, American Society of Heating, Refrigating and Air-
Conditiong Engineers, Inc., Atlanta, 1998.[6] J.P. Holman, (1995), “Perpindahan Kalor”, Edisi Keenam. Erlangga[7] Biro Klasifikasi Indonesia. Volume 8 (2001). “Rules For Refrigerating Instalation Of Seagoing Steel Ships”.[8] ISO 8861. (1998). “Shipbuilding , Engine -Room Ventilation In Diesel, Engined Ships, Design Requirements
And Basis Of Calculations”[9] IACS (International Association of Classification Societies), rule M28. (1978)[10]SNAME, “ Calculations for Mershant Ship Heating Ventilation and Air Conditioning Design” SNAME.11] Fajar. (2008). “Analisa Pengkondisian Udara Pada kamar mesin di Kapal Ferry Untuk Mencapai
Temperatur Yang Optimum Dengan Menggunakan CFD”, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem PerkapalanFTK ITS.
[12]Apriantory, Dicky. (2009). “Analisa Aliran Udara Di Kamar Mesin Pada Kapal Tanker 6300 DWT DenganPendekatan CFD Menggunakan Software Ansys”. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.
[13]Seito, Kevin. (2002). “Analisa Pengaturan Udara pada Kamar Mesin Kapal PAX 500 Dengan PendekatanCFD”. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS.
VariasiLuas area exhaust funnel kecepatan aliran
udara inlet ducting (V)Tank top
( Lantai 1)Tween deck
(lantai 2)
1
P = 4.2 mL = 2.4628 mLuas =10.344 m2
P = 2.8 mL = 2 mLuas=5.6 m2 12.87 m/s
2
P = 4.345 mL =2.4628 mLuas=
10.861 m2
P = 2.94 mL = 2 mLuas=
5.88 m213.51 m/s
3
P= 4.410 mL= 2.4628 mLuas=
11.404 m2
P = 3.087 mL = 2 mLuas=
6.174 m2 14.2 m/s
4
P = 4.862 mL= 2.4628 mLuas=
11.974 m2
P = 3.241mL = 2 mLuas=
6.483 m2 14.8 m/s
5
P = 4.961 mL= 2.4628 mLuas=
12.176 m2
P = 3.403 mL = 2 mLuas=
6.807 m2 15.44 m/s
6 - - 16.09 m/s
• Variasi simulasi model kamar mesin
Variasi 1
Luas area exhaust funnel
Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Variasi 4
Variasi 5
Variasi 6
Variasi 2
Luas area exhaust funnel
Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Variasi 4
Variasi 5
Variasi 6
Variasi 3
Luas area exhaust funnel
Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Variasi 4
Variasi 5
Variasi 6
Variasi 4
Luas area exhaust funnel
Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Variasi 4
Variasi 5
Variasi 6
Variasi 5
Kecepatan aliran udara inlet ducting (V)
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Variasi 4
Variasi 5
Variasi 6
Luas area exhaust funnel
BACK
Pengumpulan Data Spesifikasi
• Main engineType : 6L32 WARTSILAJumlah silinder : 6 silinder Daya : 2760 KW =3701.221 HPSFOC : 176 gr/kW.h=131.2gr/HP
= 0.131 Kg/Hp.hrPutaran : 750 RPM
Jenis Komponenperalatan Jumlah
Power motor(KW)
Room
Cooling SW pump 2 11 Lantai 1
Standby HT FW cooling pump 1 11 Lantai 1
Standby LT FW cooling pump 1 11 Lantai 1
ME lube oil standby pump 1 26 Lantai 1
Cargo oil pump 3 123 Lantai 1
Main air compressor 2 22 Lantai 2
Kapasitas blower/ mechanical ventilationsystem untuk mensuplai kebutuhan udara dikamar mesinType : AHED 900/12-12/5Z/50Power : 34.5 KWPhase- V : 3 Ph-440 VSpeed : 1750 RPMFrekuensi : 60 HzNoise : -Capacity : 50000 m3/H
Auxiliary EngineType : YANMAR 6NY16L-
SNX360Jumlah silinder : 6 silinder Daya : 360 KW = 482.768 HPSFOC : 0.131 Kg/Hp.hrPutaran : 1200 RPM
Jenis-jenis peralatan dengan sumberdaya motor listrik
Perhitungan Beban Panas di Kamar Mesin1. Beban panas yang dibebaskan main engine dan auxiliary engine
Panas yang dibebaskan oleh main engine dan auxuliary engine dapat dihitung dengan persamaan :
Q = 0,02 Ne x gc x Qf
Keterangan:
Ne = daya main engine, HP
gc = Specific fuel oil consumption,kg/HP.hr
Qf = Caloric value of fuel (DO= 10100 kal/kg)
Sehingga
Q main engine = 0,02 x 3701.221x 0,131 x 10100
= 97941.7101 kkal/jam
= 27206.06 kal/detik
= 113805 watt
Q auxiliary engine = 0,02 Ne x gc x Qf
= 0,02 x 482.768x 0.131 x 10100
= 12775.007 kkal/jam
= 3548.61 kal/detik
= 14844.11watt
Karena auxiliary engine ada 3 dan mempunyai daya yang sama, maka auxiliary engine yang lainnya jugamengeluarkan panas sebesar 14844.11 Watt.
2. Beban panas yang dibebaskan oleh peralatan dengan sumber daya motor listrik
Dapat dihitung dengan persamaan :
Q = 864 x N x [(1-η)/η]
Keterangan:
N = daya motor, HP
η = efisiensi motor listrik,
Dimana efisiensi motor listrik adalah:Daya motor efisiensi
≤ 1/8 0.51/6 – 1/4 0.61/3 – 2 0.72 - 10 0.85≥10 0.9
Nama Komponen peralatanMotor power
ηBeban Panas yang dibebaskan
KW HP kkal/jam kal/detik watt
Cooling SW Pump 1 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34
Cooling SW Pump 2 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34
Standby HT FW Cooling Pump 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34
Standby LT FW Cooling Pump 11 14.75 0.9 1416.00 393.33 1645.34
ME Lube Oil Standby Pump 26 34.87 0.9 3347.52 929.87 3889.70
Main Air Compressor 1 22 29.5 0.9 2832.00 786.67 3290.69
Cargo oil pump 123 164.9457 0.9 15834.79 4398.55 18399.48
Main Air Compressor 2 22 29.5 0.9 2832.00 786.67 3290.69
BACK
Geometri Model Ducting
Variasi Blower capacity dankecepatan aliran udara inlet ducting (V)
1 50000 m³/h=13,9 m3/sV= 12.87 m/s
2 52524m³/h=14.59m3/sV= 13.51 m/s
3 55209.6 m³/h=15,34 m3/sV= 14.2 m/s
4 57542.2 m³/h=15,98 m3/sV= 14.8 m/s
5 60030 m³/h=16,68 m3/sV= 15.44 m/s
6 62557.2 m³/h=17.4 m3/sV= 16.09 m/s
Variasi yang dilakukan, yaitu:
Ducting ke-2Ducting ke-1
Meshing dan Boundary Condition Model Ducting
Hasil mesh ducting 1 Hasil mesh ducting 2
Boundary condition outlet model ducting
Nama outlet pada ujungType
Ducting ke-1 Ducting ke-2OTD_1 OTD2_1 OUTLETOTD_2 OTD2_2 OUTLETOTD_3 OTD2_3 OUTLETOTD_4 OTD2_4 OUTLETOTD_5 OTD2_5 OUTLETOTT_1 OTT2_1 OUTLETOTT_2 OTT2_2 OUTLETOTT_3 OTT2_3 OUTLETOTT_4 OTT2_4 OUTLETOTT_5 OTT2_5 OUTLETOTT_6 OTT2_6 OUTLETOTT_7 OTT2_7 OUTLET
Geometri Model Kamar Mesin
Lantai 1 (tank top) : Panjang 21.2 meter, lebar 19.2 meter dan tinggi 6 meter
Lantai 2 (tween deck): Panjang 21.2 meter, lebar 19.2 meter dan tinggi 3 meter
Meshing dan Boundary condition Model Kamar Mesin
Hasil mesh kamar mesin
Nama mesin, peralatan dan outletpada ujung ducting
Type Input data
Main Engine WALL Q=1433.35W/m²Main Generator set WALL Q= 810.96 W/m²Cooling SW pump WALL Q= 665.32 W/m²
Standby HT FW cooling pump WALL Q= 514.17 W/m²Standby LT FW cooling pump WALL Q= 514.17 W/m²
ME lube oil standby pump WALL Q= 3116.75W/m²Cargo oil pump WALL Q= 3123.32W/m²
Main air compressor WALL Q= 644.27 W/m²OTD_1 INLET V= 4.3 m/sOTD_2 INLET V= 5.2 m/sOTD_3 INLET V= 3.6 m/sOTD_4 INLET V= 8.1 m/sOTD_5 INLET V= 8.7 m/sOTT_1 INLET V= 4.3 m/sOTT_2 INLET V= 4.7 m/sOTT_3 INLET V= 5 m/sOTT_4 INLET V= 6.5 m/sOTT_5 INLET V= 7.1 m/sOTT_6 INLET V= 9.5 m/sOTT_7 INLET V= 11.8 m/s
OTD2_1 INLET V= 5.9 m/sOTD2_2 INLET V= 5.3 m/sOTD2_3 INLET V= 7.4 m/sOTD2_4 INLET V= 9.1 m/sOTD2_5 INLET V= 7.8 m/sOTT2_1 INLET V= 4.4 m/sOTT2_2 INLET V= 5.2 m/sOTT2_3 INLET V= 3.5 m/sOTT2_4 INLET V= 7.3 m/sOTT2_5 INLET V= 7.3 m/sOTT2_6 INLET V= 5.7 m/sOTT2_7 INLET V= 11.8 m/s
Boundary condition kamar mesin Variasi 1_1
BAC K