Analisis Distribusi Aliran Udara pada Furnace PLTBm 10kW dalam Keadaan Pintu Bahan Bakar Terbuka dan Tertutup menggunakan CFD

Yosafat Galang Aryasatya, Dr. Ir. Andang Widi Harto, MT., IPU., ASEAN Eng.; Ir. Kutut Suryapratomo, M.T., M.Sc.

2024 | Skripsi | FISIKA TEKNIK

Pembangkit listrik tenaga biomassa (PLTBm) 10 kW merupakan salah satu upaya pemenuhan kebutuhan listrik di Indonesia, khususnya di daerah 3T. Namun, prototipe yang telah dibangun belum mencapai kestabilan operasi dan kinerja yang diharapkan. Ketidakstabilan ini disebabkan oleh suhu pembakaran furnace yang belum mencapai target desain dan terdapat aliran udara yang keluar dari furnace ketika pintu bahan bakar dibuka selama pembangkit beroperasi. Penelitian ini akan menganalisis distribusi dan keseragaman aliran udara dalam furnace dalam kondisi pintu terbuka dan tertutup. 

Analisis dilakukan menggunakan simulasi CFD karena memiliki beban biaya dan waktu yang lebih kecil dibandingkan metode analitis atau eksperimental tanpa mengurangi kualitas hasil. Model turbulen yang digunakan adalah k-? RNG dengan solver SIMPLE dan metode diskritisasi second-order upwind. Parameter yang diamati adalah indeks keseragaman kecepatan dan pola distribusi aliran udara.

Aliran saat pintu dibuka dan ditutup memiliki pola yang tidak teratur/turbulen dengan arah aliran yang berubah-ubah, dan terdapat beberapa area resirkulasi. Keseragaman dalam furnace berkisar antara 0,678 dan 0,851, dan meningkat semakin mendekati outlet. Menutup pintu dapat meningkatkan rata-rata indeks keseragaman sebesar 0,012. Pressure drop minimal yang diperlukan agar tidak ada aliran udara yang keluar melalui pintu adalah sebesar 0,86 Pa, yang dapat dicapai dengan menyesuaikan kecepatan putaran kipas pada blower hisap dari arah outlet.

The 10 kW biomass power plant (PLTBm) is one of the efforts to fulfill electricity needs in Indonesia, especially in the 3T area. However, the prototype has not yet achieved the expected operating stability and performance. This instability is due to the combustion temperature in the furnace not reaching the design target, along with air flowing out of the furnace when the fuel door is opened while the plant is operating. This study will analyze the distribution and uniformity of airflow in the furnace when the door is open and closed.

The analysis uses CFD simulation because it is less expensive and time-consuming than analytical or experimental methods without compromising the quality of the results. The turbulent model is k-? RNG with SIMPLE solver and second-order upwind discretization. The observed parameters are the velocity uniformity index and airflow distribution pattern.

When the door is opened and closed, the flow shows an irregular/turbulent pattern with changing flow direction, and several recirculation areas. The uniformity in the furnace ranges between 0,678 and 0,851 and increases closer to the outlet. Closing the door can increase the average uniformity index by 0.012. The minimum pressure drop required to prevent airflow from exiting through the door is 0.86 Pa, which can be achieved by adjusting the fan speed on the suction blower at the outlet.

Kata Kunci : Furnace, distribusi aliran udara, velocity uniformity index, PLTBm,CFD