33
2.6. Sirkulasi Alami
Sirkulasi air pada ketel uap dengan sikulasi alami terjadi karena perbedaan kerapatan fluida antara pipa waterwall dengan pipa-pipa konveksi atau pipa
downcomer. Perbedaan kerapatan ini karena temperatur pada pipa waterwall lebih besar dari pipa-pipa konveksi atau pipa downcomer.
Pipa yang dipanasi dengan flux panas tertentu akan mengalami pengeringan saat air telah berubah menjadi uap sepenuhnya titik Dryout,
akibatnya air akan mengalir untuk mempertahankan ketinggian statis fluida. Hal ini terjadi pada pipa waterwall, sehingga ketinggian air pada pipa waterwall
diukur sampai titik dryout tersebut. Seperti gambar 2-23 berikut ini
Gambar 2. 23 Proses sirkulasi alami pada ketel uap [ Lit. 10. hal:5-3]
Kerugian tekanan statis pada pipa akibat pemanasan fluida, dryout dan hambatan karena peralatan pada pipa dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini
_ l
a f
Z d
P P
P g
dz z
Z ∆
+ ∆
+ ∆
= −
∫
ρ ρ
[ Lit. 10. hal:5-18]
2- 32 Dimana :
Z
NWL
= Ketinggian permukaan air ketel NWL diukur dari pipa mulai dipanasi.
h
w
φ Dryout
φ
34
d _
ρ = Kerapatan fluida pada pipa downcomerkonveksi. z
ρ = Kerapatan fluida pada pipa sisi ruang bakar. Karena pipa sisi ruang bakar dipanasi dengan flux panas
1
φ
, maka ada kemungkinan terjadi Dryout, atau fluida tidak mencapai temperatur
saturasi sehingga untuk mengetahui kecepatan massa G rumus diatas harus di iterasi.
z = Tinggi pipa pada saat terjadi dryout atau jika tidak terjadi dryout,
tinggi pipa raiser. g
= Gravitasi
f
P ∆
= Kerugian tekanan karena gesekan-gesekan dalam pipa
a
P ∆ = Kerugian tekanan karena percepatan fluida dalam pipa
l
P ∆ =Kerugian tekanan karena belokan-belokan dan peralatan-
peralatan lainnya dalam pipa. Kerugian tekanan karena gesekan fluida dengan pipa dihitung dengan
menggunakan persamaan Darcy berikut ini : ρ
D G
L f
P
f
2
2
= ∆
[ Lit. 11. hal:291]
2- 33 Dimana :
f = Koefisien gesek pipa
L
= Panjang pipa ρ
= Kerapatan fluida dalam pipa
D
= Diameter pipa Harga koefisien gesek f didapat dari diagram moody, namun sudah
dikembangkan persamaan untuk menghitung koefisien gesek pada aliran turbulen secara iterasi dengan menggunakan persamaan Colebrook-White yang
dikembangkan Swamee dan Jain berikut ini.
35
+
=
− 1
2
Re 51
. 2
7 .
3 log
4 1
i e
i
f f
ε
[ Lit. 11. hal:295]
2- 34
Dimana : ε
= Kekasaran pipa
Re
= Bilangan Reynold
i
f = Koefisien gesek untuk iterasi ke - i
untuk iterasi awal
f
digunakan persamaan 2-35 berikut ini.
568 .
log 4
1
2
− =
ε
e
f
[ Lit. 11. hal:295]
2- 35 Sedangkan untuk aliran laminar dihitung dengan menggunakan persamaan
2-36 berikut ini:
Re 64
=
d
f
[ Lit. 6. hal:372]
2- 36 Bilangan Reynold Re dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
berikut ini
f d
GD µ
= Re
2- 37 Kerugian tekanan karena percepatan dihitung dengan menggunakan persamaan
berikut ini:
− =
∆
in out
a
G P
ρ ρ
1 1
2
[ Lit. 10. hal:5-10]
2- 38 Dimana :
out
ρ = Kerapatan fluida masuk kedalam pipa
in
ρ = Kerapatan fluida keluar dari pipa Kerugian tekanan karena belokan-belokan pada pipa, katub-katub atau
peralatan lainnya yang dipasang pada pipa dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini :
36 ρ
2
2
G K
P
l
Φ =
∆
[ Lit. 10. hal:5-10]
2- 39 Dimana :
Φ = Konstanta dua fasa
K = Koefisien Kerugian karena hambatan hambatan pada pipa
ρ = kerapatan fluida
Konstanta dua fasa dihitung dengan persamaan 2-40
[ Lit. 10. hal:5-10]
berikut ini :
[ ]
2 5
. 5
.
1 027
. 1
97303 .
1 97303
.
−
+ +
− ×
+ −
= Φ
x x
x v
v x
x
f g
2- 40 Kecepatan sirkulasi air tergantung kepada temperatur air dan kerugian
tekanan Pressure Drop pada pipa waterwall dan pipa pipa konveksi atau pipa downcomer. Sehingga persamaan 2-32 diatas dapat tulis seperti persamaan 2-41
yaitu dengan memisahkan kerugian tekanan pada pipa downcomerkonveksi dan pipa raiser atau waterwall.
_ _
_ _
_ _
_
ww l
ww a
ww f
d l
d a
d f
Z d
P P
P P
P P
g dz
z Z
∆ +
∆ +
∆ +
∆ +
∆ +
∆ =
−
∫
ρ ρ
2- 41
Dengan menggabungkan persamaan-persamaan diatas, didapat persamaan menjadi :
ρ ρ
ρ ρ
ρ ρ
ρ ρ
ρ ρ
2 1
1 2
2 1
1 2
2 2
2 2
2 2
_
G K
G G
D L
f G
K G
G D
L f
g dz
z Z
in out
ww in
out d
Z d
Φ +
− +
+ Φ
+
−
+ =
−
∫
2- 42
Umumnya pada pipa downcomer ataupun pipa-pipa konveksi tidak terjadi penguapan sehingga konstanta dua fasa
Φ
adalah 1. Sehingga dengan memodifikasi persamaan diatas, dapat dihitung kecepatan massa dengan
persamaan 2-43 berikut ini.
ww ww
d out
ww ww
ww ww
ww d
d d
in d
out d
d d
d ww
d NWL
K D
L f
K D
L f
g z
Z G
ρ ρ
ρ ρ
ρ ρ
ρ ρ
ρ ρ
2 1
1 2
2 1
1 2
_ _
_
Φ +
− +
+ +
− +
− =
2- 43
37 Dimana :
NWL
Z = Ketinggian permukaan air normal ketel pada pipa raiser
waterwall
d
ρ
= Kerapatan rata-rata fluida pada pipa downcomerkonveksi.
ww
ρ = Kerapatan fluida cair pada pipa pipa raiser waterwall. Jika fluida mencapai temperatur saturasi maka kerapatannya adalah
kerapata saturasi fluida tersebut, namun jika fluida tidak mencapai temperatur saturasi maka kerapatan yang dipakai adalah kerapatan
rata-rata fluida pada pipa.
d in _
ρ = Kerapatan fluida masuk ke pipa downcomerkonveksi
d out _
ρ = Kerapatan fluida keluar dari pipa downcomerkonveksi
z = Tinggi pipa pada saat terjadi dryout atau jika tidak terjadi dryout,
tinggi pipa raiser waterwall. g
= Gravitasi
d
L = Panjang pipa downcomerkonveksi
ww
L = Panjang pipa raiser waterwall
G
= Kecepatan massa fluida
d
D = Diameter pipa downcomerkonveksi
ww
D = Diameter pipa raiser waterwall
d
f = Koefisien gesek pada pipa downcomerkonveksi
ww
f = Koefisien gesek pada pipa raiser waterwall
d
K = Koefisien Kerugian karena hambatan hambatan pada pipa
downcomerkonveksi
ww
K = Koefisien Kerugian karena hambatan hambatan pada pipa raiser
waterwall
Φ
= Konstanta dua fasa pada pipa raiser waterwall
38
2.7. Visual Basic 6.0
Kategori