Analisis Perpindahan Panas Boiler pada Insinerator Universitas Pamulang dengan Variasi Suhu Pipa

Abstract

Pembakaran sampah menggunakan insinerator dapat memanaskan air sehingga menghasilkan uap yang mampu memutar turbin. Turbin dikopel dengan generator untuk menghasilkan energi listrik. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi suhu pipa boiler terhadap suhu air dan kenaikan entalpi di sepanjang pipa, serta perubahan fraksi uap di sepanjang pipa setelah mencapai titik didih. Penelitian ini menggunakan metode simulasi Euler berdasarkan data hasil pengukuran. Pipa boiler sepanjang 18 m dipasang di dalam ruang pembakaran insinerator agar dapat menyerap panas secara maksimal. Pipa dihubungkan ke tangki air yang dilengkapi keran dan flow meter, sedangkan ujung lainnya dihubungkan ke bak penampung. Suhu pipa dan suhu air di dalam pipa diukur selama proses pembakaran dengan laju alir fluida air diatur sebesar 7 L/menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu pipa boiler, semakin tinggi pula suhu air di dalam pipa. Pada suhu pipa boiler 200 °C, air mencapai titik didih pada panjang pipa 1,82 m. Pada suhu pipa 210 °C, air mencapai titik didih pada panjang pipa 1,72 m, sedangkan pada suhu pipa 220 °C, titik didih dicapai pada panjang pipa 1,61 m. Selain itu, semakin tinggi suhu pipa boiler, kenaikan entalpi air di dalam pipa juga semakin besar. Pada panjang pipa 18 m dengan variasi suhu pipa boiler 200 °C, 210 °C, dan 220 °C, nilai entalpi air yang keluar dari pipa berturut-turut adalah 551,55 kJ/kg, 565,01 kJ/kg, dan 583,76 kJ/kg. Semakin tinggi suhu pipa, fraksi uap air yang terbentuk setelah pendidihan juga semakin besar. Pada panjang pipa 18 m, fraksi uap yang terbentuk pada suhu pipa 200 °C adalah 0,0595 (5,95%), pada suhu pipa 210 °C sebesar 0,0655 (6,55%), dan pada suhu pipa 220 °C sebesar 0,0726 (7,26%). Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa peningkatan suhu pipa boiler menyebabkan kenaikan suhu air, entalpi air, serta fraksi uap yang terbentuk setelah pendidihan.

Abstract: Incinerating waste can heat water to produce steam, which drives a turbine. The turbine is coupled with a generator to produce electricity. This study aims to determine the effect of varying boiler pipe temperatures on water temperature and enthalpy rise along the pipe, as well as the effect of pipe temperature variations on the change in vapor fraction along the pipe after the boiling point is reached. The study employs a simulation using the Euler method based on measured data. An 18 m long boiler pipe is installed inside the incinerator's combustion chamber to maximize heat absorption. One end of the pipe is connected to a water tank equipped with a valve and a flow meter, while the other end connects to a collection reservoir. Pipe temperatures and internal water temperatures are measured during combustion with the water flow rate set at 7 L/min. The results indicate that higher boiler pipe temperatures lead to higher water temperatures within the pipe. At a boiler pipe temperature of 200 °C, the water reaches its boiling point at a pipe length of 1.82 m; at 210 °C, it reaches the boiling point at 1.72 m; and at 220 °C, it reaches the boiling point at 1.61 m. Higher boiler pipe temperatures result in a greater rise in water enthalpy. At a pipe length of 18 m, the enthalpy values of the water exiting the pipe are 551.55 kJ/kg, 565.01 kJ/kg, and 583.76 kJ/kg for boiler pipe temperatures of 200 °C, 210 °C, and 220 °C, respectively. Furthermore, higher pipe temperatures result in a larger vapor fraction forming after boiling occurs. At a pipe length of 18 m, the vapor fraction formed at a pipe temperature of 200 °C is 0.0595 (5.95%); at 210 °C, it is 0.0655 (6.55%); and at 220 °C, it is 0.0726 (7.26%). Thus, it can be concluded that the higher the boiler pipe temperature, the higher the temperature of the water inside the pipe, the greater the enthalpy rise, and the larger the fraction of water vapor formed after boiling.