Analisis Model Matematika Perpindahan Panas Dalam Boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap Menggunakan Metode Volume Hingga Untuk Mengasah Technological Content Knowledge

Abstract

Teknologi dalam bidang industri terus berkembang, salah satunya yaitu adanya alat untuk menghasilkan uap air yang disebut dengan ketel uap (boiler ). Pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap, boiler menghasilkan panas dari pembakaran batubara yang digunakan untuk mengubah air di dalam pipa menjadi uap.Uap akan digunakan sebagai penggerak turbin dan memutar generator untuk pembangkitan listrik. Di dalam boiler terjadi proses perpindahan panas secara konveksi, konduksi, dan radiasi. Pada ruang bakar di dalam boiler terjadi perpindahan panas secara radiasi. Proses pembakaran sangat berpengaruh dalam efisiensi panas yang dihasilkan oleh kinerja ruang pembakaran (furnace) boiler. Dari latar belakang tersebut, maka dilakukan penelitian yang memiliki tujuan untuk mengetahui model matematika perpindahan panas dalam boiler PLTU, menyelesaikan model menggunakan metode volume hingga, menganalisis pengaruh kecepatan dan temperatur awal terhadap temperatur aliran udara dalam boiler, menganalisis pola temperatur aliran udara pada ruang pembakaran dalam boiler dan untuk mengetahui efektivitas metode volume hingga dalam menganalisis masalah perpindahan panas dalam boiler PLTU. Tahapan kegiatan penelitian meliputi: pertama, menentukan model matematika perpindahan panas dalam boiler PLTU. Tahapan ini meliputi studi pustaka tentang perpindahan panas dalam boiler PLTU kemudian membuat model matematika persamaan energi dan persamaan momentum. Model yang terbentuk didiskritisasi QUICK sehingga diperoleh matriks global. Setelah mendapatkan matriks global langkah selanjutnya adalah melakukan komputasi dengan MATLAB. Selanjutnya melakukan simulasi dengan FLUENT, kemudian melakukan validasi untuk mengasah kemampuan TCK peneliti. Adapun hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Model matematika perpindahan panas dalam boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap merupakan persamaan yang dinyatakan pada persamaan energi dan persamaan momentum yang diselesaikan menggunakan metode volume hingga dengan teknik diskritisasi QUICK. Berikut ini adalah persamaannya. e " u y t

1 − x y x y + y t x + x t y !# + w " u y t

x y x y + y t x + x t y − 1 !# + n " v x t

1 − x y x y + y t x + x t y !# + s " v x t

x y x y + y t x + x t y − 1 !# = μeff t u y x + v + u + v x y

− P( y t + x t) − 2 3 k( y t + x t) + g( y t + x t) + f( y t + x t) − T eff t

( y)2 + ( x)2 y

mc

x y + y t x + x t y

2. Hasil simulasi MATLAB dan FLUENT menunjukkan temperatur maksimum di dalam boiler pada kecepatan awal sebesar 20 m/s, 22 m/s, dan 24 m/s berturut-turut sebesar 979.90C, 12890C, dan 14690C. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan awal maka temperatur di dalam boiler semakin meningkat. 3. Hasil simulasi MATLAB dan FLUENT menunjukkan temperatur maksimum di dalam boiler pada temperatur awal sebesar 2580C, 2600C, dan 2620C berturut-turut sebesar 11740C, 13760C, dan 15430C. 4. Metode volume hingga merupakan metode yang efektif untuk menganalisis perpindahan panas dalam boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap dengan tingkat kesalahan perhitungan error relatif kurang dari 0.01. 5. Hasil validasi diperoleh nilai 4.65 menunjukkan penelitian ini valid untuk mengasah kemampuan TCK peneliti melalui analisis model matematika perpindahan panas dalam boiler pemangkit listrik tenaga uap menggunakan metode volume hingga.