PERMADI 2019
Optimasi Laju Aliran Batu Bara pada Konveyor
Sabuk Model
V Flow
di PLTU dengan Metode CFD
Yudi Nata1, Yana Mulyana1, Oscar Haris 1*, Usup 1, Muhammad SaripulHidayat 1
1Teknik Mesin, Universitas Nusa Putra
*E-mail: oscar_haris@nusaputra.ac.id
AbstrakDi masa yang lalu, untuk mengetahui kinerja dari sebuah komponen di dalam suatu sistem sulit dilakukan, karena banyaknya parameter dan butuh waktu serta biaya yang besar. Dengan perkembangan teknologi di bidang komputer saat ini banyak sekali menghasilkan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk menganalisis dan membantu dalam sebuah perencanaan suatu komponen. Penggunaan V Flow banyak diterapkan dalam sistem tranportasi konveyor sabuk di pembangkit listrik dengan bahan bakar batubara. Di mana fungsi dari V
Flow ini adalah sebagai pembagi aliran batu bara di atas konveyor sabuk
sebelum masuk ke inlet chute. Kasus yang banyak terjadi di lapangan adalah banyaknya batubara yang berserakan di sekitar inlet chute, yang kemungkinan disebabkan akibat tidak meratanya kecepatan aliran batubara pada saat melalui V Flow. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan solusi yang terbaik dalam perencanaan pembuatan konstruksi V Flow. Dengan menggunakan CFD, kita dapat mensimulasikan aliran batu bara pada saat melewati V Flow, sehingga kita dapat mengetahui bentuk konstruksi yang paling optimal untuk menghasilkan laju aliran yang seragam. Dalam penelitian ini dijelaskan hubungan antara besarnya sudut bukaan dengan panjang pelat Flow dan offset antara V Flow pemecah dan pembersih terhadap konveyor sabuk dalam bentuk 2 (dua) dimensi. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa V Flow pemecah dengan sudut bukaan yang besar serta pelat Flow yang panjang menghasilkan laju aliran yang optimal. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi rujukan untuk penerapan V Flow di lapangan, khususnya di industri yang menggunakan V Flow dan Konveyor sabuk sebagai sarana transfortasi bahan bakunya.
AbstractIn the past, it was difficult to find out the performance of a component in a system, because of the many parameters and need a lot of time and cost. With the development of technology in the field of computers today produces a lot of software that can be used to analyze and assist in planning a component. The use of V Flow is widely applied in belt conveyor transportation systems in coal-fired power plants. Where the function of the V Flow is as a coal flow divider on the conveyor belt before entering the inlet chute. The most common case in the field is the large amount of coal scattered around the inlet chute, which is likely due to uneven coal flow velocity when passing V Flow. This research was conducted to provide the best solution in planning the construction of V Flow construction. By using CFD, we can simulate coal flow when passing V Flow, so we can find out the most optimal form of construction to produce a uniform flow rate. In this study the relationship between the magnitude of the opening angle with the length of the Flow plate and the offset between the V Flow breaker and cleaner on the conveyor belt in the form of 2 (two) dimensions. The results of this study indicate that a V Flow breaker with a large opening angle and a long Flow plate produces an optimal flow rate. This research is expected to be a reference for the application of V Flow in the field, especially in industries that use V Flow and conveyor belts as a means of raw material transportation.
1 Pendahuluan
Perkembangan dunia industri bergerak dengan cepat. Segala jenis transportasi dibuat secara efektif dan efisian, termasuk transportasi bahan baku untuk industri. Inovasi dan teknologi diciptakan untuk mendukung agar semua proses produksi dapat berjalan efektif dan efisien (Arimad dkk. 2015). Semua inovasi teknologi yang diciptakan tidak semuanya sukses diterapkan di lapangan. Dalam industri pembangkit listrik tenaga uap berbahan bakar batu bara, jenis transportasi batu bara yang banyak digunakan adalah konveyor sabuk. Dengan makin bertambahnya unit pembangkit, maka akan makin banyak jumlah konveyor sabuk yang dibutuhkan. Untuk meminimalisir biaya pembuatan konveyor sabuk, maka beberapa unit pembangkit mengambil pasokan batu baranya di ambil dari jalur konveyor sabuk yang sudah ada dengan menggunakan metoda V flow.
V flow ini sudah banyak diterapkan karena terbukti dapat meminimalisir biaya pembuatan konveyor sabuk. V flow ini diterapkan bisa berfungsi sebagai pembagi aliran batu bara di atas konveyor sabuk untuk diarahkan ke inlet chute atau scraper untuk membersihkan batu bara. Dalam penerapan V flow ini, tentunya akan berdampak pula pada kinerja dari konveyor sabuk itu sendiri, karena dengan adanya pemasangan V flow ini akan menjadi hambatan tersendiri pada aliran batu bara.
Hambatan aliran batu bara terjadi pada saat batu bara mulai melewati V flow ini, biasanya akan terjadi penumpukan dan gesekan antar batu bara di sepanjang dinding V flow. Hal ini tentunya akan berdampak makin besarnya daya listrik yang dibutuhkan oleh konveyor sabuk yang diakibatkan adanya hambatan di sekitar V flow (Nata 2015, Zhang dan Xia 2011).
Penerapan V flow tidak dapat dihindarkan karena fungsinya yang dapat meminimalisir biaya, tetapi perlu didesain sedemikian rupa agar dampak negatif yang ditimbulkannya juga semakin kecil. Dalam penelitian ini difokuskan untuk mengetahui performance dari dua model
V flow dengan sudut bukaan sebesar 30o, 45o dan 60o serta panjang flow
sebesar 0,5 meter, 0,75 meter dan 1 meter agar didapatkan laju aliran batu bara yang optimal dengan cara simulasi menggunakan CFD dalam
bentuk 2 (dua) dimensi. Saat ini aplikasi CFD ini banyak digunakan dalam proses perencanaan atau mendesain ulang konstruksi yang sudah ada dan menganalisanya (Okolnishnikov 2016).
2 Studi Literatur
V Flow merupakan suatu alat berupa mekanisme beberapa komponen yang bertujuan untuk mengalirkan material dari Konveyor sabuk ke inlet Chute. Komponen V Flow terdiri dari bajak pemecah berbentuk V, bajak pembersih yang berada dibelakang, meja pengangkat, dan inlet corong untuk mengalirkan material ke Chute. Komponen pemecah V di depan mempunyai sudut kemiringan 60o antara kedua
sisinya, besar sudut ini sudah cukup untuk memberikan gaya material yang minimum.
Gambar 1. Diagram V Flow
Dengan perkembangan teknologi perangkat lunak saat ini banyak aplikasi yang dapat digunakan untuk membantu dalam hal perencanaan dan memecahkan permasalahan dalam dunia industri. Untuk mengetahui performa dari suatu model, tidak mungkin harus dilakukan pengujian secara langsung, karena hal ini akan memakan biaya yang cukup besar, maka penggunaan aplikasi perangkat lunak khususnya CFD ini dapat menjadi solusi dalam menyelesaikan permasalahan yang ada.
Penggunaan aplikasi software dalam menganalisa permasalahan dan penelitian di dunia industri sudah banyak dilakukan, diantaranya: Nata dkk (2017) dalam penelitiannya menyampaikan hasil simulasi tentang karakteristik aerodinamik model winglet yang akan diterapkan pada sepeda motor. Pemodelan menggunakan solid work dan untuk simulasinya menggunakan CFD SOLID WORK 2015.
Sangolkar dkk (2015) dalam penelitiannya mempelajari analisis struktural pada sistem konveyor sabuk. Pemodelan sistem konveyor
sabuk dibuat menggunakan Creo Parametric Software. Analisis elemen hingga (FEA) dilakukan untuk mendapatkan variasi tegangan pada lokasi kritis dari sistem menggunakan perangkat lunak ANSYS dan menerapkan kondisi batas untuk mengevaluasi total deformasi, tegangan ekuivalen (Von-Misses) dan tegangan geser.
Molnar dkk (2016) dalam penelitiannya menerangkan tentang desain parameter optimal untuk operasi hemat energi dari sistem transportasi yang terdiri dari konveyor sabuk berdasarkan model simulasi analitik baru. Rekomendasi untuk aplikasi praktis sistem transportasi pada titik transfer telah dirancang sesuai dengan optimasi dengan simulasi menggunakan program ADAMS.
3 Simulasi Aliran Batu Bara
3.1 Rancangan Simulasi
Aliran batubara di konveyor sabuk melalui V Flow dapat dipelajari melalui simulasi menggunakan perangkat lunak CFD. Kondisi aliran yang ingin dipelajari yaitu aliran batubara melewati V Flow dengan kondisi berbeda yaitu:
1. V Flow dengan panjang berbeda.
2. V Flow dengan sudut bukaan V-pemisah berbeda,
3. Perbandingan desain V Flow dimana ada dan tidak ada offset. Perilaku aliran batubara yang melewati V Flow ini memengaruhi desain Chute khususnya dimensi dan lokasi penempatan Chute. Aliran batubara keluar dari V-pembersih harus benar-benar menuju lubang inlet
Chute sehingga tidak ada batubara yang berceceran keluar dari Chute.
Perilaku dari gerakan batubara ini dapat dipelajari termasuk arah dan kecepatan yang dialami pada saat melewati V-pemisah dan V-pembersih. Dengan simulasi juga dapat diketahui desain V Flow terbaik ditinjau dari arah aliran batubara setelah melalui V-pemisah.
Kondisi batas yang digunakan dalam simulasi ini adalah: 1.Kecepatan aliran batubara 3 m/s
2.Tinggi batubara di atas BC 20 cm
3.Fluida diasumsikan memiliki massa jenis sama dengan batubara 4.Syarat batas inlet adalah kecepatan
Simulasi dilakukan dengan menyusun variasi desain belt flow yang dibedakan menurut panjang dan sudut bukaan flow. Simulasi juga dilakukan untuk melihat pengaruh dari hilangnya karet penyapu pada V-pemisah terhadap perilaku aliran batubara. Tabel 1 memperlihatkan rancangan simulasi aliran batubara dengan mengubah-ubah variabel panjang flow, sudut bukaan dan jarak offset. Dari rancangan itu terlihat bahwa simulasi akan dilakukan sebanyak 18 kali. Dari masing-masing simulasi akan diperoleh kontur kecepatan (distribusi kecepatan aliran batubara) dan kontur tekanan (distribusi tekanan).
Tabel 1 Rancangan simulasi aliran batu bara melewati V Flow
No. Panjang Flow (m) Sudut Bukaan Flow (o) Posisi Kesejajaran 2 Flow/Offset (cm) 1 0,50 30 0 2 0,75 30 0 3 1,00 30 0 4 0,50 45 0 5 0,75 45 0 6 1,00 45 0 7 0,50 60 0 8 0,75 60 0 9 1,00 60 0 10 0,50 30 10 11 0,75 30 10 12 1,00 30 10 13 0,50 45 10 14 0,75 45 10 15 1,00 45 10 16 0,50 60 10 17 0,75 60 10 18 1,00 60 10 3.2 Hasil Simulasi
Tabel 2 Kontur kecepatan batu bara melewati sabuk Flow dengan offset 0 cm No. Panjang Flow (m) Sudut Bukaan Flow (o) Hasil Simulasi 1 0,50 30 2 0,75 30 3 1,00 30 4 0,50 45 5 0,75 45 6 1,00 45
7 0,50 60
8 0,75 60
9 1,00 60
Tabel 3 Kontur kecepatan batu bara melewati sabuk Flow dengan offset 10 cm No. Panjang Flow (m) Sudut Bukaan Flow (o) Hasil Simulasi 1 0,50 30 2 0,75 30
3 1,00 30 4 0,50 45 5 0,75 45 6 1,00 45 7 0,50 60 8 0,75 60
9 1,00 60
4 Pembahasan
Sabuk flow dengan sudut bukaan makin besar menghasilkan aliran batubara lebih baik dalam arti di belakang V-pemisah lebih banyak menyisakan ruang kosong. Batubara memiliki kecenderungan tidak banyak menyentuh V-pembersih setelah melewati V-pemisah pada sudut bukaan yang besar (lihat gambar 2).
30o 45o 60o
Gambar 2. Pengaruh sudut flow dengan panjang 750 mm
Sedangkan flow semakin panjang memiliki dampak lebih baik dalam arti menyisakan banyak ruang kosong di belakang V-pemisah.
500 mm 750 mm 1000 mm
Gambar 3. Pengaruh panjang flow dengan sudut 60o
Aliran batubara lebih banyak kontak dengan flow dan diarahkan oleh flow tersebut dengan mengikuti arah flow. Kecepatan batubara yang kontak dengan flow akan semakin menurun akibat gesekan. Akibat flow yang panjang, volumetrik batubara keluar dari V-pemisah lebih sedikit yang akhirnya berkontak dengan V-pembersih. Berbeda dengan flow pendek, aliran batubara selepas plow akan terdorong oleh batubara lain dengan kecepatan lebih tinggi sehingga ada kemungkinan aliran batubara itu mengarah ke V-pembersih.
5 Kesimpulan
Berdasarkan kajian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Berdasarkan hasil simulasi CFD, desain V Flow terbaik adalah pelat flow dengan panjang dan sudut bukaan yang besar
2. Dampak positif flow panjang diiringi dengan dampak negatifnya. Gesekan lebih lama dialami batubara saat menyentuh flow. Area gesekan lebih luas untuk flow panjang berakibat gaya dorong pada flow juga makin besar
Daftar Pustaka
D.D. Arimad, B. Susilo, S.H. Sumarlan. 2015. Analisis Efisiensi pada Belt Conveyor untuk Meningkatkan Efisiensi Proses Pengangkutan Tebu di Pabrik Gula Kebonagung. Jurnal Keteknikan Pertanian. 3(2): 112-120.
R.N. Sangolkar, V.P. Kshirsagar. 2015. Modeling and Analysis of Industrial Belt Conveyor System using Creo Parametric and Ansys Software. International Journal of Technical Research and Applications. 3(4): 178-181.
S. Zhang, X. Xia. 2011. Modeling and Energy Efficiency Optimization of Belt Conveyors. Applied Energy. 88(9): 3061-3071.
V. Molnar, G. Fedorko, N. Husakova, J. Kral, M. Ferdynus. 2016. Energy Calculation Model of an Outgoing Conveyor with Application of a Transfer Chute with the Damping Plate. Mechanical Science. 7(2): 167-177.
V. Okolnishnikov. 2016. Simulating the Various Subsystems of a Coal Mine. 6(3): 993-999.
Y. Nata, M. Ikhlas, I. Kurniawan, I. Sutiawan. 2017. Optimizing the Winglet Model in Getting the Maximum Power Pressure. 2017 International Conference on Computing, Engineering and Design. DOI: 10.1109/CED.2017.8308111.
