Desain Dan Analisis Kinerja SebuahGenerator Diesel 16kwSistem Pendinginan Menggunakan Panas Buang

Dari situasi penelitian masa lalu, desain dan simulasi sistem kogenerasi terdistribusi terlalu moderen.

1 desain integrasi sistem

Area hunian pulau yang dipilih ditenagai oleh generator diesel 16 kW. Gas buang mesin diesel mengandung banyak energi panas, dan pendingin penyerap Litium Bromida memanfaatkan gas buang sebagai sumber panas kerja untuk mendinginkan pengguna. Untuk meningkatkan rentang beban pendinginan yang dapat disesuaikan, digunakan pendingin tipe afterburning. Desain keseluruhan sistem generator diesel 16 kW di pulau ini diilustrasikan pada Gambar 1.

Berdasarkan prinsip desain pendingin listrik (pencocokan chiller dengan generator diesel 16 kW), pemilihan chiller yang sesuai dilakukan dalam makalah ini. Luas lantai kotor area hunian sekitar 4.850 m² dan daya pengenal generator diesel 16 kW adalah 350 kW. Generator diesel 16 kW menghasilkan gas buang pada suhu sekitar 450°C, dan energi panas yang tersedia untuk pendingin sekitar 420 kW. Pendingin serapan litium bromida paralel efek ganda dengan koefisien refrigerasi 1,4 dan daya 582 kW dipilih. Beban pendinginan rata-rata pengguna pulau adalah 120 W/m². Berdasarkan hasil investigasi, 120 W/m² memenuhi kebutuhan beban pendinginan pengguna pulau. Oleh karena itu, ketika generator diesel 16 kW dioperasikan pada kondisi kerja terukur, panas buang dari gas buang dapat memenuhi kebutuhan pendingin. Parameter desain sistem refrigerasi generator diesel 16 kW ditunjukkan pada Tabel 1.

2. Pemodelan matematika

Sistem refrigerasi generator diesel 16 kW sangat kompleks dan melibatkan banyak subjek seperti dinamika, termodinamika, dan perpindahan panas. Oleh karena itu, pemilihan metode pemodelan yang tepat sangatlah penting. Dalam makalah ini, model simulasi sistem refrigerasi pemanfaatan panas buang 16 kW dibuat menggunakan metode pemodelan modular. Sistem refrigerasi pemanfaatan panas buang generator diesel 16 kW merupakan sistem termodinamika yang umum, dengan modul-modul yang terbagi berdasarkan aliran zat dan energi kerja.

Setelah menentukan keseluruhan ide pemodelan, kita harus memilih metode yang masuk akal untuk mensimulasikan pengoperasian sistem secara akurat.

Makalah ini terutama mengkaji daya keluaran dan energi panas buang generator diesel 16 kW pada berbagai beban, tanpa mempertimbangkan proses kerja internal generator diesel 16 kW. Pemodelan menggunakan metode rata-rata memastikan akurasi simulasi generator diesel 16 kW pada tingkat integrasi sistem.

Terdapat banyak jenis penukar kalor dalam sistem refrigerasi generator diesel 16 kW, dan terdapat kopling tekanan-aliran di antara penukar kalor tersebut. Metode pemodelan tradisional membagi modul berdasarkan model fisik, menghitung tekanan dan aliran masing-masing modul secara terpisah berdasarkan persamaan keseimbangan, dan harus memenuhi kondisi pembatasan batas yang sama. Oleh karena itu, komputasi iteratif tidak dapat dihindari dan waktu komputasi meningkat. Untuk menyelesaikan masalah ini, model simulasi sistem refrigerasi generator diesel 16 kW menggunakan panas buang dibuat dengan metode inersia volumetrik.

Metode inersia volumetrik menganggap laju aliran di setiap komponen tidak seimbang, dan setiap komponen dipertimbangkan berdasarkan hubungan inersia volumetrik. Metode ini menganggap setiap komponen sebagai modul volume, dan pipa penghubung di antara setiap komponen sebagai modul resistansi. Untuk modul volume, dengan mengabaikan resistansi fluida internal, tekanan di dalam modul volume bersifat seragam. Tekanan dalam modul volume dapat dihitung berdasarkan selisih laju aliran massa di kedua ujung modul volume dan perubahan suhu dalam modul volume. Namun, perbedaan tekanan antara saluran masuk dan keluar serta rugi gesekan dinding pipa menyebabkan perubahan fluks, dan nilai dinamis fluks dapat dihitung berdasarkan hukum kekekalan momentum.

Mengambil panjang pipa l sebagai contoh, ia dibagi menjadi modul volume dan modul resistansi, dan model inersia volumenya ditetapkan.

1) modul volume.

Laju aliran per satuan waktu yang masuk ke modul volume adalah M1, dan laju aliran per satuan waktu yang keluar dari modul volume adalah M2. Berdasarkan hukum kekekalan massa: aliran masuk modul volume - aliran keluar modul volume = pertambahan massa modul volume, pertambahan massa modul volume dapat dihitung:

Dalam rumus: M adalah massa fluida kerja dalam modul volume, kg; v adalah volume fluida kerja dalam modul volume, M3; kg/m3 adalah massa jenis fluida kerja dalam modul volume; M1 dan M2 adalah aliran massa fluida yang masuk dan keluar modul volume, kg/s.

2) modul resistif.

Pada modul resistif, laju aliran berubah karena perbedaan tekanan dan hambatan gesek fluida. Berdasarkan hukum kekekalan MOMENTUM LINIER: Momentum yang masuk ke modul resistif - momentum yang keluar dari modul resistif + momentum gaya eksternal = pertambahan momentum modul resistif, massa fluida yang mengalir melalui penampang modul resistif dapat dihitung:

nomor halaman_ebook=33,nomor halaman_buku=25

Dalam rumus: M adalah laju aliran massa fluida kerja melalui pipa, kg/s; v adalah kecepatan fluida kerja, m/s; a adalah luas penampang pipa, m 2; l adalah panjang pipa, m; p 1 dan P 2 adalah tekanan pada kedua sisi modulus resistif, PA; UL adalah resistansi gesekan fluida pada dinding pipa, tanda minus menunjukkan resistansi gesekan dalam arah yang berlawanan dengan aliran fluida, U adalah keliling basah pipa, U adalah resistansi gesekan per satuan luas, = 1/2 FV 2, F adalah koefisien gesekan penukar panas sepanjang jalan, yang dapat diperoleh menurut rumus empiris.

3 analisis kinerja sistem

Dalam makalah ini, generator diesel turbocharged empat langkah 16kw dibagi menjadi kompresor, turbin, rotor turbin, intercooler, pipa pemasukan dan pembuangan, governor, silinder dan generator. Model simulasi generator diesel 16kw dibangun menggunakan metode rata-rata.

Sistem refrigerasi generator diesel 16 kW memiliki banyak penukar kalor, dan metode inersia volumetrik digunakan untuk membangun model simulasi setiap komponen. Media kerja cair dalam sistem terutama terdiri dari gas buang, larutan litium bromida, air, uap air, dan sebagainya. Untuk menjamin akurasi perhitungan model, model untuk menghitung sifat termal media kerja dibuat sesuai dengan rumus yang sesuai. Model simulasi pendingin 16 kW dan pendingin serapan litium bromida masing-masing dibangun dan di-debug menggunakan perangkat lunak Matlab/Simulink. Selanjutnya, model simulasi pendingin generator diesel 16 kW yang menggunakan panas buang digabungkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Dalam simulasi kondisi tunak, berdasarkan parameter desain, pertama-tama, kondisi batas ditetapkan dalam perangkat lunak simulasi Matlab/Simulink, dan nilai awal variabel keadaan model ditetapkan. Algoritma ODE45 dengan akurasi simulasi tinggi digunakan untuk menetapkan waktu simulasi selama 2000 detik. Tabel 2 menunjukkan perbandingan antara hasil simulasi kondisi tunak dan parameter desain.

Tabel 2 menunjukkan bahwa kesalahan relatif antara nilai simulasi kondisi tunak dan parameter desain sistem refrigerasi generator diesel 16 kW kurang dari 3%, yang memenuhi persyaratan presisi simulasi sistem dan memverifikasi kebenaran serta akurasi model simulasi. Parameter termal media kerja dalam sistem diperoleh dengan rumus yang sesuai, asumsi yang diperlukan dibuat dalam pemodelan, dan kesalahan komponen akan meningkat ketika dirakit. Hal inilah yang menjadi penyebab kesalahan relatif.

Berdasarkan hasil simulasi kondisi tunak, Koefisien Pemanfaatan Energi Total (TPE) sistem refrigerasi pemanfaatan panas buang generator diesel 16 kW dievaluasi. Metode perhitungan TEP sistem ini menggunakan rumus.

X merupakan Koefisien Pemanfaatan Energi total dari sistem generator diesel 16kw, PG merupakan generator diesel 16kw, kW, RC merupakan pendingin penyerapan libr, kW, EC merupakan konsumsi energi lain dari sistem, kW; FC merupakan konsumsi bahan bakar generator diesel, kW; PC merupakan konsumsi daya sistem, kW.

Di bawah kondisi operasi yang dirancang, generator diesel 16kw memiliki kapasitas 357,6 kW, Pendingin Penyerapan Lithium Bromida memiliki kapasitas 579,79 kW, konsumsi energi lain dari sistem adalah 132 kW, dan konsumsi bahan bakar generator diesel 16kw sekitar 1286 kW, konsumsi daya pompa dan peralatan pemakai daya lainnya dalam sistem sekitar 30kw.

Menurut perhitungan Rumus (6), Koefisien Pemanfaatan Energi Total dari sistem pendingin generator diesel 16kw adalah sekitar 0,813, dan efisiensi pemanfaatan energi sangat meningkat, yaitu lebih dari 0,8, dan memenuhi persyaratan desain.

Beban generator diesel 16 kW ditentukan oleh konsumsi daya. Perubahan beban akan mengakibatkan perubahan suhu dan laju aliran gas buang generator diesel 16 kW, yang akan memengaruhi kapasitas pendinginan pendingin penyerap Litium Bromida di hilir sistem.

Proses termodinamika sistem ini kompleks, dengan penundaan inersia. Dengan menetapkan seluruh waktu simulasi ke 6000 detik, dimulai dari 2000 detik, dan menambahkan perubahan langkah, beban generator diesel 16 kW dikurangi dari 100% menjadi 80%, dan perhitungan simulasi dinamis dilakukan.

Mulai tahun 2000-an, beban diturunkan dari 352,3 kW menjadi 287,48 kW, laju alir gas buang dari 1,3187 kg menjadi 1,1192 kg, dan suhu gas buang dari 462°C hingga 453 °C untuk generator diesel 16 kW. Seluruh proses respons dinamis berlangsung sekitar 100 detik. Beban diesel berkurang 20%, putaran mesin diesel meningkat, respons governor cepat, dan injeksi bahan bakar berkurang untuk menjaga stabilitas kecepatan pada titik yang ditentukan. Penurunan injeksi bahan bakar pada mesin diesel mengakibatkan penurunan suhu dan laju aliran gas buang.

Kapasitas pendinginan meningkat sedikit, kemudian turun drastis ke nilai stabil lainnya, dari 579,79 kW menjadi 507,15 kW. Seperti terlihat pada Gambar 9, koefisien refrigerasi meningkat sedikit, kemudian menurun dari 1,394 menjadi 1,402. Penurunan beban generator diesel 16 kW mengakibatkan penurunan energi panas yang masuk ke seluruh sistem generator diesel 16 kW, yang menyebabkan penurunan kapasitas pendinginan chiller. Namun, koefisien refrigerasi meningkat sedikit, dan seluruh proses dinamis selesai sekitar tahun 2000-an.

4 KESIMPULAN

Mengambil daerah pemukiman di sebuah pulau sebagai contoh, teknologi pendinginan hemat energi baru yang menggunakan panas buangan dari pembangkit listrik tenaga diesel dipelajari.

1) Perancangan terpadu sistem refrigerasi pemanfaatan panas buang generator diesel 16 kW telah dilakukan, dan parameter perancangan ditentukan. Melalui perhitungan simulasi statik dan dinamis sistem, kinerja sistem dianalisis, kemudian sistem kendali dirancang dan sistem dioptimasi.

2) Simulasi kondisi tunak dilakukan pada kondisi desain, dan kesalahan relatif kurang dari 3%, yang memenuhi persyaratan desain dan memvalidasi akurasi dan ketepatan model. Berdasarkan hasil simulasi kondisi tunak, Koefisien pemanfaatan energi total sistem adalah sekitar 0,813, yang memenuhi persyaratan desain.

3) Simulasi dinamis gangguan beban 16 kW dilakukan, yang menghasilkan penurunan beban 16 kW, penurunan daya pembangkitan, penurunan energi panas gas buang, penurunan kapasitas pendinginan, dan sedikit peningkatan koefisien pendinginan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kapasitas pendinginan pembangkit listrik 16 kW lebih rendah daripada pembangkit listrik 16 kW, dan output pembangkit listrik 16 kW lebih rendah daripada pembangkit listrik 16 kW, serta energi panas gas buang lebih rendah daripada generator diesel 16 kW.