Heat Exchanger - CFD

Heat exchanger/Penukar panas adalah perangkat untuk mentransfer panas dari suatu medium ke medium lain. Pada gambar dibawah adalah heat exchager dengan menggunakan tube/tabung sebagai media penukar. Pemakaian heat exchanger sangat luas, antara lain : otomotif, power plant, pengkondisian ruangan, chemical plant, petrochemical plant, natural gas processing, refrigeration dll.

Pada kasus ini, fluida panas didinginkan dengan dilewatkan pada sebuah heat exchanger yang terdiri dari susunan tabung. Udara dengan temperatur lebih rendah dialirkan dengan menggunakan blower darih arah bawah melewati susunan tabung-tabung tersebut yang berisi fluida dengan temperatur lebih tinggi.

vektor kecepatan

kontur temperatur

garis arus

kontur temperatur pada dinding dalam Heat Exchanger

Kinerja Heat exchanger dinilai dari seberapa banyak kalor yang dipindahkan dibandingkan dengan energi yang dipakai untuk memindahkan kalor tersebut.

Simulasi Transien Turbin Francis - CFD

Unduh Transien_Francis.avi

Untuk memahami dinamika fluida pada turbin, simulasi dalam keadaan tunak dan transien dilakukan. Simulasi transien mutlak dilakukan untuk mengamati fenomena-fenomena seperti fluktuasi tekanan pada draft tube, interaksi rotor-stator (runner-guide vane), instabilitas guide vane akibat von karman vortex ataupun fluktuasi torsi pada shaft turbin.

Oil/Gas/Water Separator - CFD

Separator dalam industri perminyakan digunakan untuk memisahkan produk fluida dari sumur minyak (biasanya terdiri dari minyak, air dan gas). Pada proses perancangan separator CFD digunakan untuk mempelajari aliran fluida dan proses separasi antar fasa yang dipengaruhi oleh geometri tangki separator.

Unduh separator.avi

Desain Runner Turbin Francis - Optimasi

Dalam rangka meningkatkan performa dari runner turbin francis seperti efisiensi, fenomena dinamik ataupun umur runner, penyempurnaan atau kita sebut optimasi pada runner maupun komponen lain dilakukan. Optimasi dilakukan dengan cara memodifikasi geometri dengan metoda algoritma genetik atau Design of Experiment (DOE). Langkah paling awal yang dilakukan yaitu optimasi kesesuain antara kondisi operasi hasil desain dengan kondisi nantinya turbin akan terpasang dilapangan. Artinya, head, debit, putaran maupun daya terbangkit sesuai dengan apa yang direncanakan terpasang di pembangkit. Selain kondisi kerja, parameter optimasi desain lainnya : kavitasi, tekanan lokal, separasi aliran dan kekuatan struktur.

0

1

2

3

Gambar-gambar di atas adalah salah satu contoh proses optimasi dengan menggunakan metoda DOE.  Kasusnya adalah terjadinya tekanan lokal pada daerah trailing edge pada sisi hisap dekat shroud sudu. Dengan memvariasikan beberapa geometri sudu (inlet angle, outlet angle, rake angle dan tebal sudu) dan disimulasi menggunakan CFD, proses simulasi dilakukan dalam beberapa selang iterasi. Iterasi dianggap selesai ketika tekanan lokal direduksi atau hilang sama sekali tanpa menimbukan masalah baru pada daerah yang lain.

keterangan :  Gambar 0 hasil desain awal

                     Gambar 1 optimasi iterasi pertama

                     Gambar 2 optimasi iterasi ke-n

                     Gambar 3 optimasi iterasi final

Desain Runner Turbin Francis - CFD

Fenomena aliran air pada runner dipelajari dengan menggunakan CFD. CFD - Computational Fluid Dynamic - adalah cabang dari mekanika fluida yang menggunakan algoritma dan metode numerik untuk menganalisa dan memecahkan maasalah yang berhubungan dengan aliran fluida. Ada dua cara untuk memprediksi performa dari runner : Eksperimen dan CFD. Prediksi performa dengan eksperimen memakan waktu lama dan berbiaya mahal, karena eksperimen dilakukan menggunakan model komponen-komponen turbin dengan skala yang lebih kecil. Eksperimen dapat menghasilkan nilai-nilai pengukuran tapi tidak dapat memecahkan akar permasalahan dari buruknya performa turbin. Di lain pihak CFD dapat menampilkan detail aliran fluida pada turbin termasuk fenomena seperti kavitasi, flow separation dan lainnya. Pembuatan model purwarupa tidak dibutuhkan sehingga mereduksi biaya dalam tahap penyelesaian proyek, untuk itu CFD saat ini menjadi alat maupun metode paling mumpuni dalam mendesain runner.

 

CFD dilakukan pada domain-domain dimana fluida berinteraksi dengannya : Spiral case, sudu pengarah, runner dan draft tube. Dari hasil CFD dapat diamati pergerakan fluida, arah maupun besarannya, tekanan fluida pada sudu maupun sepanjang potongan profilnya. Dari CFD pula dapat diperoleh kondisi operasi turbin - Head, debit dan putaran - maupun performa turbin.

Desain Runner Turbin Francis - Modelling

Aliran air pada turbin air sesungguhnya komplek, karena alirannya bersifat tiga dimensi. Air masuk runner yang berotasi pada arah radial dan kemudian keluar pada arah aksial. Langkah pertama mendesain runner adalah menghitung dimensi utama runner-diameter dan tebal runner berdasarkan rumus atau data eksperimental-untuk menetukan bentuk dari meridional section runner. setelah itu mengkalkulasi sudut masuk dan sudut keluar sudu runner dengan menggunakan persamaan energi euler atau  dikalkulasi dengan cara grafis (2D) menggunakan segitiga kecepatan.

Sudut masuk dan sudut keluar dari sudu runner harus kita terjemahkan dalam bentuk model 3D. Memang tidak mudah memodelkan sudu runner dalam ruang 3D, sedangkan dimensi profil sudu runner dikalkulasi pada bidang 2D. Bagi perancang runner turbin francis harus memiliki teknik yang paling sesuai untuk dirinya sendiri dalam menterjemahkan ke dalam bentuk model 3D bergantung salah satunya pada jenis software 3D CAD untuk memodelkan runner. 

 

Model komplit runner terdiri dari sudu, hub dan shroud.