Analisa Aliran pada Hydrocyclone dengan Metode Numerik menggunakan Program Komputer CFD

ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE

DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK CFD

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ION RISWAN SINAGA NIM. 050401081

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE

DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK CFD

ION RISWAN SINAGA NIM : 05 0401 081

Diketahui / Disahkan : Disetujui oleh :

Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing,

Fakultas Teknik USU Ketua,

DR. Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri

NIP. 196412241992111001 NIP. 196803102005011005 Terang USHG Manik ,ST,MT

ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE

DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK CFD

ION RISWAN SINAGA NIM : 05 0401 081

Telah disetujui dari hasil Seminar Skripsi Periode ke - 581 pada tanggal 31 Juli 2010

Pembanding I, Pembanding II,

Ir.Halim Nasution, MSc

NIP. 195403201981021001 NIP. 194910121981031002 Ir. Mulfi Hazwi, MSc

NAMA : ION RISWAN SINAGA

TUGAS SARJANA

NIM : 05 0401 081

MATA PELAJARAN : MEKANIKA FLUIDA

SPESIFIKASI : Analisalah fenomena aliran dan gaya-gaya yang

terjadi pada hydrocyclone dengan mengambil

dimensi geometris hydrocyclone yang digunakan di

Pabrik Kelapa Sawit Adolina PT. Perkebunan

Nusantara IV

DIBERIKAN TANGGAL : 01 / Oktober /2009 SELESAI TANGGAL : 12 / Juli /2010

MEDAN,12 Juli 2010

KETUA DEPT. TEKNIK MESIN DOSEN PEMBIMBING,

Dr.Ing.Ir.IKHWANSYAH ISRANURI

NIP.196412241992111001 NIP. 196803102005011005 TERANG U.S.H.G Manik, ST,MT

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU

MEDAN

AGENDA : 900/TS/2009

DITERIMA TGL : / /2009

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa oleh karena rahmat dan penyertaanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana dengan baik dan tepat waktu.

Adapun yang menjadi pembahasan dalam tugas sarjana ini adalah mengenai

“Analisa Aliran pada Hydrocyclone dengan Metode Numerik menggunakan Program Komputer CFD” .Berbagai ilmu yang berkaitan dengan sub program

studi konversi energi seperti mesin fluida dan mekanika fluida diaplikasikan dalam menganalisa aliran pada Hydrocyclone.

Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua dan keluarga tercinta, (Ayah) Alm. H Sinaga dan (Ibu) N Samosir yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, motivasi, dan nasihat yang tak ternilai harganya.

2. Bapak Terang USHG Manik,ST, MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

4. Rekan satu tim riset, Maycold Manurung , atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.

5. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, teristimewa kepada teman-teman seperjuangan Angkatan 2005. Kepada Eben Haezar L Tobing,ST, Fransdolin Hutabarat,ST, Zulfirman,ST, Alfred Telaumbanua, ST, Pandapotan, ST, M Roland, Marthin E Harianja,ST dan lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dan memberi masukan, motivasi yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini, "Solidarity Forever".

6. Jenny I P Sagala, Amd dan T Ulina L Tobimg yang juga telah banyak membantu dan memberi perhatian, masukan serta motivasi.

7. Kepada seluruh keluarga dimana pun berada yang telah banyak membantu baik dalam doa maupun dana.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini dikemudian hari.

Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita semua.

Penulis

05 0401 081 Ion Riswan Sinaga

ABSTRAK

Hydrocyclone dapat diartikan sebagai suatu alat yang memisahkan material ataupun partikel dari suatu komposisi campuran yang berbentuk padatan dengan cairan ataupun cairan dengan cairan. Prinsip kerja dari hydrocyclone adalah gaya sentrifugal dimana ketika terjadinya aliran yang berputar didalam hydrocyclone menyebabkan partikel ataupun material yang tercampur akan terpisah karena perbedaan densitas. Hydrocyclone pada dunia industri dipakai dalam industri pengolahan minyak kelapa sawit yang berada pada stasiun inti dimana dipakai untuk memisahkan antara cangkang dengan inti.

Adapun tujuan penelitian adalah analisa karateristik aliran dan unjuk kerja hydocyclone dengan melakukan simulasi yang dibantu oleh program komputer. Sehingga diperoleh perilaku distribusi aliran secara umum (General flow behavior) yang terdiri dari aliran tangensial, aliran aksial dan aliran radial.

Kata kunci: hydrocyclone, alat pemisah, gaya sentrifugal, distribusi aliran ABSTRACT

Hydrocyclone can be interpreted as a device that able to separate particles or materials, such as liquid with solid or liquid with liquid, from a mixed composition. The working principal of hydrocyclone is the implementation of centrifugal force when the rotating flow inside hydrocyclone caused a separation between any particles or materials in mixture due to density differences. Hydrocyclone is known used in palm oil processing industries, usually in the main station in order to separate the shell from the nucleus.

The objectives of this research are to analyze both of flow characteristics and performance of hydrocyclone by conducting simulation assisted by a computer program. So that the behavior of flow distribution in general (General Flow Behavior) which consist of tangential flow, axial flow, and radial flow , can be obtained.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

LEMBARAN PENGESAHAN ii

LEMBARAN PERSETUJUAN iii

SPESIFIKASI TUGAS iv

LEMBARAN EVALUASI vi

KATA PENGANTAR ix

ABSTRAK x

DAFTAR ISI xi

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR NOTASI (NOMENKLATUR) xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Batasan Masalah 2

1.3 Maksud dan tujuan 2

1.4 Metode Penulisan 3

1.5 Sistematika Penulisan 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Hydrocyclone 5

2.2 Prinsip Kerja Hydrocyclone 5

2.3 Jenis Hydrocyclone 6

2.3.1 Hydrocyclone tipe konvensional 6

2.4. Konstruksi pada multicyclone 7

2.4.1 Round Desilter Hydrocyclone 7

2.4.2 Inline Desilter Hydrocyclone 8

2.4.3 Hydrocyclone aliran aksial 8

2.5 Bagian-bagian dari Hydrocyclone 9

2.5.1 Lubang Masuk 9

2.5.2 Cylindrical Section 10

2.5.3 Vortex Finder 10

2.5.4 Cone Section 11

2.6 Hydrocyclone pada industri kelapa sawit 12

2.6.2 Bagian-bagian unit Hydrocyclone 14

2.7 Kecepatan settling sentrifugal 17

2.8 Aliran Vortex 18

2.8.1. Aliran Vortex Bebas 19

2.8.2 Aliran Vortex Paksa 22

2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi 23

2.9 Aliran Berputar dalam Tabung 24

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan waktu penelitian 27

3.3 Bahan dan metode penelitian 27

3.2.1 Bahan 28

3.2.2 Metode penelitian 30

3.3 Variabel yang diamati 32

3.4 Pelaksanaan Penelitian 33

3.5 Prosedur Simulasi 34

3.5.1 Pembentukan Model Hydrocyclone 34

3.5.2 Penentuan Meshing scehme 34

3.5.3 Penentuan Kondisi batas 35

3.6 Pelaksanaan Simulasi 36

BAB IV HASIL SIMULASI DAN DISKUSI

4.1. Hasil Simulasi 37

4.1.1 Perilaku Distribusi Aliran Secara Umum 37

4.1.1.a Kecepatan Tangensial 38

4.1.1.b Kecepatan Aksial 40

4.1.1.c Kecepatan Radial 42

4.1.1.d Disrtibusi Tekanan 43

4.1.1.e Gaya Sentrifugal 44

4.1.2 Parametric Studies

4.1.2.a Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap 46 Parametric Studies

4.1.2.b Pengaruh dari Vortex Finder terhadap 48 Parametric Studies

BAB V KESIMPULAN & SARAN

5.1. Kesimpulan 50

5.2. Saran 50

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip kerja Hydrocyclone 5

Gambar 2.2 Hydrocyclone tipe konvensional 6

Gambar 2.3 Round Desilter Hydrocyclone 7

Gambar 2.4 Inline Desilter Hydrocyclone 7

Gambar 2.5 Hydrocyclone aliran aksial 8

Gamabr 2.6 Bagian-bagian Hydrocyclone 8

Gambar 2.7 Beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area) 9

Gambar 2.8 Beberapa tipe dari cylindrical section 10

Gambar 2.9 Beberapa tipe dari cone section 11

Gambar 2.10 Gambar 2.11

Tahapan proses pengolahan hingga mencapai hydrocyclone Skema kerja unit hydrocylone

12 13

Gambar 2.12 Proses pemisahan di dalam tabung 14

Gambar 2.13 Jalur distribusi inti dan cangkang 16

Gambar 2.14 Variasi kecepatan tangensial dan kecepatan radial 17

Gambar 2.15 Pola garis arus untuk sebuah vortex 19

Gambar 2.16 Gerakan elemen fluida dari A ke B : vortex bebas 20 Gambar 2.17 Gerakan elemen fluida dari A ke B : Vortex paksa 22

Gambar 2.18 Tipe-tipe Vortex 23

Gambar 3.1 Dimensional Hydrocyclone 27

Gambar 3.2 Hydrocylone pada industri pengolahan kelapa sawit 27

Gambar 3.3.a Instalasi dari hydrocyclone 28

Gambar 3.3.b Instalasi dari hydrocyclone 29

Gambar 3.4 Diagram alir pelaksanaan penelitian 32

Gambar 3.5 Hasil permodelan hydrocyclone 33

Gambar 3.6 Hasil dari meshing pada model hydrocyclone 34

Gambar 4.1 Pola Aliran KecepatanTangensial 38 Gambar 4.2 Predicted Tangential Velocity Profiles pada ketinggian 0.25m,

0.5m, 0.75m, 1m

40

Gambar 4.3 Gambar 4.4

Pola Aliran Kecepatan Aksial

Predicted Axial Velocity Profiles pada ketinggian 0.25m, 0.5m, 0.75m, 1m

40 41

Gamabr 4.5 Pola Aliran Kecepatan Radial 42

Gambar 4.6 Pola Aliran Distribusi Tekanan 43

Gambar 4.7 (a) Gambar 4.7 (b) Gambar 4.7 (c)

Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 1 m Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 0.5 m Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 0.3 m

44 44 45

Gambar 4.8 Pengaruh Diameter Spigot terhadap Static Pressure 47 Gambar 4.9

Gambar 4.10

Pengaruh Diameter Spigot terhadap Y-Velocity

Pengaruh Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial

47 48 Gambar 4.11 Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure 49 Gambar 4.12

Gambar 4.13

Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity

Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan Tangensial

50 50

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

ac percepatan sentrifugal m/s2

Ain luas penampang masuk m2

CD koefisien gesekan

d diameter m

Fc gaya sentrifugal N

g percepatan gravitasi bumi m/s2

h ketinggian m

l panjang m

m massa kg

p tekanan fluida kg/m2

Q kapasitas aliran kg/s

Re bilangan Reynold

r jari-jari m

S faktor pemisah

Us kecepatan aliran m/s

v kecepatan m/s

t

v kecepatan tangensial m/s

v kecepatan air volumetrik m3/s

vgt gravitational terminal velocity m/s

W berat partikel N

X jarak dari sumbu utama m

ABSTRAK

Hydrocyclone dapat diartikan sebagai suatu alat yang memisahkan material ataupun partikel dari suatu komposisi campuran yang berbentuk padatan dengan cairan ataupun cairan dengan cairan. Prinsip kerja dari hydrocyclone adalah gaya sentrifugal dimana ketika terjadinya aliran yang berputar didalam hydrocyclone menyebabkan partikel ataupun material yang tercampur akan terpisah karena perbedaan densitas. Hydrocyclone pada dunia industri dipakai dalam industri pengolahan minyak kelapa sawit yang berada pada stasiun inti dimana dipakai untuk memisahkan antara cangkang dengan inti.

Adapun tujuan penelitian adalah analisa karateristik aliran dan unjuk kerja hydocyclone dengan melakukan simulasi yang dibantu oleh program komputer. Sehingga diperoleh perilaku distribusi aliran secara umum (General flow behavior) yang terdiri dari aliran tangensial, aliran aksial dan aliran radial.

Kata kunci: hydrocyclone, alat pemisah, gaya sentrifugal, distribusi aliran ABSTRACT

Hydrocyclone can be interpreted as a device that able to separate particles or materials, such as liquid with solid or liquid with liquid, from a mixed composition. The working principal of hydrocyclone is the implementation of centrifugal force when the rotating flow inside hydrocyclone caused a separation between any particles or materials in mixture due to density differences. Hydrocyclone is known used in palm oil processing industries, usually in the main station in order to separate the shell from the nucleus.

The objectives of this research are to analyze both of flow characteristics and performance of hydrocyclone by conducting simulation assisted by a computer program. So that the behavior of flow distribution in general (General Flow Behavior) which consist of tangential flow, axial flow, and radial flow , can be obtained.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perekonomian Indonesia komoditas kelapa sawit memegang peranan yang cukup strategis karena komoditas ini mempunyai prospek yang cerah sebagai sumber devisa. Di samping itu, minyak sawit merupakan bahan baku utama minyak goreng yang banyak dipakai di seluruh dunia, sehingga secara mampu pula menciptakan kesempatan kerja yang luas dan meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Indonesia bukan satu-satu negara yang memiliki industri pengolahan kelapa sawit. Negara Malasyia juga merupakan negara yang juga memiliki industri pengolahan kelapa sawit dan juga merupakan saingan dari Indonesia. Oleh sebab itu perkembangan teknologi pada industri pengolahan kelapa sawit mutlak harus dilakukan secara berkala di Indonesia untuk dapat menghasilkan hasil olahan yang lebih baik lagi dan dapat menghasilkan kapasitas olahan yang lebih banyak lagi. Langkah sederhana yang dapat dilakukan ialah peningkatan efisiensi kerja dari mesin-mesin produksi yang ada di pabrik-pabrik pengolahan.

Hydrocyclone merupakan salah satu mesin produksi CPO (Crude Palm Oil) pada stasiun pengolahan biji. Hydrocyclone berfungsi untuk memisahkan inti dengan cangkang. Prinsip kerjanya dengan menggunakan gaya sentrifugal, terjadinya pemisahan berdasarkan atas adanya perbedaan densitas. Hydrocyclone banyak digunakan sebagai alat pemisah karena konstruksi dari hydrocyclone yang sederhana, cara pemakaian yang mudah, biaya perawatan yang minim. Seiring perkembangan teknologi maka diperlukan perbaikan ataupun pengembangan lebih lanjut mengenai hydrocyclone tersebut.

Pemanfaatan teknologi dalam perancangan alat-alat industri pengolahan kelapa sawit berupa penggunaan software (peranti lunak) yang aplikatif memiliki banyak aspek yang menguntungkan diantaranya adalah dengan simulasi (peranti lunak), dapat dilakukan uji coba terlebih dahulu kegunaannya sebelum membeli mesin atau membangun sistem baru sehingga efisisensi sistem dapat ditingkatkan, serta dapat mengaudit sistem yang ada untuk memperbaiki performansi dalam

berbagai aspek. Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit dipecahkan melalui matematis analisis. Hal ini disebabkan karena matematis analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji.Penyelesaian analisis dari suatu persamaan diferensial suatu geometri yang kompleks dengan pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi dari penggunaan software (peranti lunak) dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini.

Dengan melakukan analisa menggunakan simulasi program komputer ini bisa menampilkan virtual prototype dari hydrocyclone yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di pabrik. Adapun hasil dari simulasi adalah pola aliran yang terjadi didalam hydrocyclone. Dari gambaran pola aliran tersebut dapat diperoleh nantinya berbagai pengaruh dari parameter penting pada hydrocyclone. Sehingga memudahkan untuk mencari tahu variabel apa saja yang menjadi perlu dicermati sehingga pada nantinya dapat mengembangkan lebih lanjut dengan memodernisasi desain ataupun bagian-bagiannya dalam hal peningkatan daya kerja dan efektifitas kerja.

1.2 Batasan Masalah

Hydrocyclone yang menjadi bahan rujukan yang akan dianalisa proses kerjanya adalah hydrocyclone pada pabrik pengolahan kelapa sawit milik PT. Pekebunan Nusantara IV Adolina. Adapun yang menjadi batasan masalah dalam tugas sarjana ini adalah sebagai berikut :

a. Perhitungan mengenai performansi dari hydrocyclone seperti: kecepatan aliran didalam hydrocyclone, gaya sentrifugal, penurunan tekanan, besar faktor pemisahan, efektifitas kerja.

b. Pembuatan simulasi aliran yang terjadi pada hydrocyclone dengan kondisi batas yang menggambarkan kenyataan di lapangan.

1.3 Maksud dan Tujuan

1. Mengetahui pengaruh pola aliran terhadap proses terjadinya pemisahan antara inti dan cangkang di dalam hydrocyclone.

2. Mengetahui bagaimana pengaruh dari parameter penting terhadap pola aliran seperti diameter vortex finder dan diameter spigot kecepatan tangesial, kecepatan radial dan static pressure.

3. Mengetahui secara jelas distribusi kecepatan tangensial, aksial, radial dan juga distribusi tekanan.

1.4 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini nantinya merupakan suatu upaya nyata dari pihak perguruan tinggi dalam memberikan informasi kepada pihak industri secara langsung mengenai segala perhitungan berkaitan proses kerja dan segala hal yang berkaitan di dalamnya dalam upaya penigkatan efisiensi kerja dari alat produksi.

1.5 Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini adalah : 1. Survey Lapangan

Survey lapangan telah dilakukan pada Pabrik Kelapa Sawit PT Perkebunan Nusantara IV, guna mendapatkan spesifikasi dari mesin hydrocyclone.

2. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

3. Diskusi

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing,dosen lainya dan teman-teman mahasiswa yang lain mengenai simulasi yang dibahas.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan tugas sarjana adalah sebagai berikut:

1. BAB I : Pendahuluan, berisikan latar belakang, batasan masalah, maksud penelitian, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

2. BAB II : Tinjauan Pustaka, berisikan tentang teori - teori yang mendasari pembahasan mengenai hydrocyclone serta seluruh kejadian yang berlangsung didalamnya..

3. BAB III : Metode Penelitian, berisikan proses yang dilakukan dalam pengambilan data, pengolahan data dan diagram alir proses pengerjaan dari analisa aliran pada hydrocyclone.

4. BAB IV : Hasil penelitian dan pembahasan, berisikan hasil dari survey yang telah dilaksanakan dan data dianalisis serta disimulasikan supaya mendapatkan kecepatan aliran yang berputar disekeliling dinding tabung, penurunan tekanan, kecepatan tangensial, kecepatan aksial, kecepatan radial, pengaruh berbagai parameter yang berkaitan dengan kerja hydrocyclone .

5. BAB V : Berisikan tentang kesimpulan dan saran yang ditarik berdasarkan hasil perhitungan dan simulasi yang telah dilakukan sebelumnya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Hydrocyclone

Pada dasarnya hydrocyclone merupakan gabungan dari dua kata yaitu hydro dan cyclone. Hydro dapat diartikan air ataupun cairan, sedangkan cyclone dapat diartikan sebagai pusaran. Sehingga hydrocyclone diartikan sebagai pusaran air.

Dalam penggunaanya secara nyata hydrocyclone dapat diartikan sebagai suatu alat yang dapat memisahkan material ataupun partikel dari suatu komposisi campuran baik berbentuk padatan dengan cairan ataupun cairan dengan cairan.

2.2 Prinsip kerja Hydrocyclone

Prinsip kerja dari hydrocyclone adalah terdapatnya kumpulan partikel dan air yang masuk dalam arah tangensial ke dalam siklon pada bagian puncaknya. Kumpulan air dan partikel ditekan ke bawah secara spiral (primary vortex) karena bentuk dari siklon. Gaya sentrifugal menyebabkan partikel terlempar ke arah luar, membentur dinding dan kemudian bergerak turun ke dasar hydrocyclone. Dekat dengan bagian dasar hydrocyclone, air bergerak membalik dan bergerak ke atas dalam bentuk spiral yang lebih kecil (secondary vortex) partikel yang lebih ringan bergerak keluar dari bagian puncak hydrocyclone sedangkan partikel yang berat keluar dari dasar hydrocyclone.

Ada beberapa alasan mengapa hydrocyclone dipakai sebagai alat pemisah, yaitu:

1. Biaya operaional yang relatif murah

2. Prosesnya dapat dilakukan pada satu tempat

3. Desain ataupun modelnya sederhana, berupa kombinasi konstruksi silinder dan kerucut

4. Tidak memiliki bagian yang bergerak 5. Minim biaya perawatan

2.2 Jenis Hydrocyclone

2.2.1 Hydrocyclone tipe konvensional

Pada Hydrocyclone tipe konvensional memiliki bagian berbentuk silinder dan bagian berbentuk kerucut. Memiliki dua jenis tipe yang berbeda yang berdasarkan sudut kemiringannya. Tipe yang pertama memiliki sudut kemiringan 20o – 25O

, sedangkan jenis yang lain memiliki sudut > 25o hingga 180o. Fluida dialirkan melalui dari lubang inlet bagian atas pada silinder dan aliran tersebut menghasilkan gerakan berbentuk pusaran yang kuat pada dinding Hydrocyclone.

2.3 Konstruksi pada multicyclone

Pada proses klarifikasi ataupun pada proses klasifikasi untuk ukuran partikel yang sangat kecil biasanya dipergunakan hydrocylone dalam jumlah yang banyak. Tetapi ukuran dari hydrocyclone yang digunakan tidak sebesar hydrocyclone pada umumnya. Hal ini dimaksudkan karena diperlukannya proses pemisahan yang berulang-ulang dan kualitas hasil pemisahan yang sangat baik sehingga dibuatlah konstruksi multicyclone.

Secara umum dapat dilihat terdapat 2 jenis konstruksi multicyclone yang dapat dijumpai, yaitu : konstruksi linear dan konstruksi circular. Kedua jenis konstruksi tersebut memiliki fungsinya masing-masing, seperti pada konstruksi circular yang memungkinkan tiap hydrocyclone dapat terhubung dalam jumlah banyak dimana mengelilingi satu pipa atau lubang utama sehingga panjang pipa penghubung tiap hydrocyclone tetap sama.

2.3.1 Round Desilter Hydrocyclone

Terdiri dari 10 hingga 20 Hydrocyclone yang digabungkan secara melingkar menjadi satu bagian. Pada Hydrocyclone ini dilengkapi dengan Shut-off valves pada setiap konstruksinya. Sehingga memungkinkan untuk memindahkan atau mengganti salah satu Hydrocyclone jika rusak tanpa menganggu kinerja Hydrocyclone lainnya dan juga memudahkan operator untuk mengawasi kinerja disetiap Hydrocyclone.

Gambar 2.3 Round Desilter Hydrocyclone (Krebs Engineering,2009)

2.3.2 Inline Desilter Hydrocyclone

Terdiri dari 10 – 20 Hydrocyclone yang disusun secara pararel. Inline

Desilter Hydrocyclone biasanya digunakan pada tempat yang tidak

memiliki area yang cukup luas untuk menampung banyak konstruksi instalasi mesin. Sehingga dapat menghemat pemakaian tempat.

Gambar 2.4 Inline Desilter Hydrocyclone

2.3.3 Hydrocyclone aliran aksial

Pada umumnya digunakan pada industri pengolahan air bersih. Berfungsi memisahkan sisi minyak dari campuran air kemudian sisa minyak tersebut ditampung dan dibuang.

Karateristik dari Hydrocyclone aliran aksial :

a.) Konsentrasi penyerapan minyak hingga 10.000 ppm b.) Besar penurunan tekanan balik 2 - 3,5 bar

c.) Besar penurunan tekanan buang 4 – 7,5 bar

d.) Penurunan tekanan dapat diminimalkan dengan menambah jumlah pipa didalam Hydrocyclone

2.4 Bagian-bagian dari Hydrocyclone

Secara umum bagian-bagian dari Hydrocyclone dapat dilihat dari gambar berikut :

Lubang Keluar

Feed Chamber

Lubang Masuk

Vortex Finder

Cone Section (Bagian Kerucut)

Tail Pipe Apex Valve (Katup keluar)

(Pipa bawah)

Lubang Keluar

Gambar 2.6 Bagian-bagian Hydrocyclone Keterangan:

1. Lubang masuk 2. Cylindrical section 3. Vortex finder 4. Cone section 5. Lubang keluar

2.4.1 Lubang masuk (Inlet area)

Ada beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area), yaitu : lubang masuk tipe involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll. Berbagai tipe tersebut dimaksudkan untuk lebih memaksimalkan kinerja dari Hydrocyclone. Dengan konstruksi lubang masuk dengan tipe involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll dapat mengurangi efek dari turbulensi yang terjadi disekitar dinding lubang masuk dan daerah antara lubang masuk dengan cylinder section.

Gambar 2.7 Beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area)

2.4.2 Cylindrical section

Pada dasarnya diameter dari cylindrical section memilki diameter sebesar diameter dari Hydrocyclone . Konstruksi dari cylindrical section yang panjang dimaksudkan untuk memperbesar kapasitas dan juga mengurangi dari kecepatan tangensial. Besar kecilnya dari konstruksi dari cylindrical section dapat mempengaruhi besarnya tekanan.

2.4.3 Vortex finder

Pada umumnya besar dari vortex finder 20 - 45 % dari diameter Hydrocyclone. Besar dari vortex finder dapat kualitas pemisahan yang dihisap.

2.4.4 Cone section

Besar sudut pada cone section didasarkan pada jenis pemakaiannya. Pada cone section besudut 20° merupakan standar pemakaian pada industri pertambangan mineral. Sedangkan untuk Hydrocyclone yang memiliki bagian bawah datar diperuntukan untuk pemisahan material-material berstruktur kasar.

2.5 Hydrocyclone pada industri kelapa sawit

Digunakan pada stasiun pengolahan inti. Hydrocyclone berfungsi untuk memisahkan antara inti dengan cangkang. Adapun proses pengolahan dari kelapa sawit hingga mencapai pada proses pemisahan menggunakan hydrocyclone terdiri dari beberapa tahapan yaitu:

Gambar 2.10 Tahapan proses pengolahan hingga mencapai hydrocyclone

Fresh Friut Bunch

Sterilization

Digestion

Pressing Depericarper

Silo Drier

Nut Cracker

Cracked Nut Blower

Hydrocyclone

Kernel Drier

Kernel Storage

2.5.1 Proses kerja unit Hydrocyclone

Campuran cangkang dan inti yang keluar dari separating coloum dimasukan kedalam bak 1, lalu oleh pompa hydrocyclone (P1) dipompakan kedalam hydrocyclone (H1), campuran ini akan diputar oleh gaya sentrifugal, inti yang mempunyai berat jenis lebih kecil berkumpul ditengah cyclone lalu melalui vortex finder keluar ke sebelah atas.

Inti yang bercampur dengan air ini kemudian masuk ke dewatering screen untuk memisahkan air, selanjutnya inti secara teratur banyaknya (atau diatur water lock) masuk ke kernel transport fan untuk dimasukan ke pemeraman inti (kernel bin) melalui saringan kernel sterilizer. Sedangkan cangkang yang mempunyai berat jenis besar akan berkumpul dibagian pinggir cyclone lalu keluar dari bawah bersama air ke bak 2.

Produk pada bak 2 masih terdapat inti bercampur cangkang. Campuran ini dipompakan oleh pompa hydrocyclone (P2) dipompakan ke hydrocyclone (H2) proses pemisahan disini sama dengan pada hydrocyclone (H1). Inti keluar sebelah atas pipa melalui vortex finder masuk kembali ke bak 3.

Proses pada bak 3 mengandung sedikit inti. Campuran ini

dipompakan oleh pompa hydrocyclone (P3) dipompakan ke

hydrocyclone (H3), proses pemisahan disini sama dengan pada hydrocyclone (H1) dimana cangkang akan keluar ke shall dewatering screen, selanjutnya secara teratur (diatur water lock) masuk ke shall transport fan untuk direbus ke

shall hopper sebagai bahan bakar ketel. Inti akan keluar melalui pipa dari atas dan masuk ke bak 2. Inti kemudian dibawa ke kernel dryer untuk dikeringkan dan disimpan di kernel storage[4].

2.5.2 Bagian-bagian unit Hydrocyclone Alat ini terdiri dari :

a. Tabung pemisah (Hydrocyclone) yang dilengkapi dengan pompa pengutip (vortex Finder) dan konus dibawahnya.

b. Bak penampung

a. Tabung pemisah (Hydrocyclone)

Alat ini bekerja bersarkan karena gaya senrtifugal yang di timbulkan oleh aliran air yang membentuk pusaran (vortex). Akibat gaya sentrifugal yang di timbulkan oleh aliran vortex maka Inti kelapa sawit yang memiliki massa jenis 1080 kg/ akan berada pada pusat pusaran sedangkan cangkang kelapa sawit yang memiliki massa jenis 1300 kg/ akan terlempar hingga ke dinding hydrocyclone.

Gambar 2.12 Proses pemisahan di dalam tabung

Kapasitas aliran masuk pada saluran inlet:

A v

Q= ( 2.5.2-1)

dimana: Q = kapasitas aliran (kg/s) v = kecepatan aliran (m/s) A = luas penampang (m2)

Dimana kecepatan aliran dapat diperoleh dari :

2 4 s d Q v ⋅ =

π

( 2.5.2-2) di= diameter pipa inlet (m)

sedangkan laju aliran massa dapat ditentukan dari: Q

m = ρ⋅

Gaya-gaya yang terjadi (Coulson,1986):

FC =m⋅aC ( 2.5.2-3) atau dapat di tulis

FC =m⋅r⋅ω2 (2.5.2-4) dimana: F = gaya sentrifugal _C

m = massa benda yang mengalami gaya sentrifugal = kecepatan sudut

C

a = percepatan sudut Jika :

r v =

ω (2.5.2-5)

v = kecepatan tangensial (m/s)

Jika kecepatan rotasi dinyatakan dalam N rpm:

60 2⋅ ⋅N = π

ω (2.5.2-6) Perbandingan gaya gravitasi dan gaya sentrifugal (Coulson,1986):

Gaya gravitasi: F =m⋅g (2.5.2-7)

Perbandingan: 2

2 2 001118 , 0 60 2 rN N g r g r F F g C =       ⋅ ⋅ = ⋅

= ω π

2

001118 ,

0 rN

g aC =

Maka gaya sentrifugal yang di alami oleh inti adalah :

FC1 =m1⋅r1⋅ω2 (2.5.2-8)

dimana : F = gaya sentrifugal yang dialami oleh inti _C1

m1= massa dari inti

1

r = jarak terlemparnya inti dari pusat pusaran

Dan gaya yang dialami oleh cangkang adalah :

FC2 =m2⋅r2⋅ω2 (2.5.2-9)

dimana : F = gaya sentrifugal yang dialami oleh cangkang _C2

m = massa dari cangkang 2

r = jarak terlemparnya cangkang dari pusat pusaran ₂

b. Bak penampung

Bak penampung campuran hasil pemisahan yang dilakukan oleh tabung pemisah (hydrocylone), yang dilengkapi dengan dewatering drum. Hasil pemisahan yang dikeluarkan hydrocylone melalui pipa bawah akan masuk ke dalam bak ini yang selanjutnya akan dibawa keluar oleh shall transport fan untuk dibawa ke proses selanjutnya untuk direbus ke shall hopper sebagai bahan bakar ketel[4].

2.6 Kecepatan settling sentrifugal

Kecepatan settling sentrifugal atau kecepatan pengendapan sentrifugal ditinjau dari sebuah sebuah partikel berdiamater Dp, berotasi pada jari-jari = r, maka gaya sentrifugal seperti perilaku gerak partikel dalam fluida, tetapi gaya gravitasi diganti dengan gaya sentrifugal[1]. Adapun kecepatan settling sentrifugal dapat dilihat pada persamaan 2.6-1 (Coulson,1986).

gr v v

v t

T gt

2

= (2.6-1)

gt

v = gravitational terminal velocity (m/s) t

v = kecepatan tangensial (m/s)

Gambar 2.14 Variasi kecepatan tangensial dan kecepatan radial [Ter linden, Inst.page165.(1949)]

Maka, ₂

t out r

v d g v v

gt

⋅ ⋅

= (2.6-2)

Dimana:

r v vr

⋅ ⋅ =

π

2 (2.6-3)

v = kecepatan air volumetrik [massa/waktu] (m3/s)

v d

g d A v

in out in

gt ⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

π

2

(2.6-4)

2.7 Aliran Vortex

Vortex adalah massa fluida yang partikel-partikelnya bergerak berputar dengan garis arus (streamline) membentuk lingkaran konsentris[7]. Gerakan vortex berputar disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan antar lapisan fluida yang berdekatan. Dapat diartikan juga sebagai gerak alamiah fluida yang diakibatkan oleh parameter kecepatan dan tekanan. Vortex sebagai pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional dimana viskositas berpengaruh didalamnya. Sebuah vortex mewakili sebuah aliran yang garis-garis arusnya adalah lingkaran-lingkaran sepusat (konsentris). Aliran vortex awalnya dianggap sebagai kerugian dalam suatu aliran fluida. Belakangan ini prinsip aliran vortex digunakan untuk pengembangan teknologi penegeboran minyak, pemisahan partikel ataupun material padatan dengan cairan, industri kimia dan lain sebagainya.

Pergerakan aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: 1. Translasi murni atau translasi irrotasional

2. Rotasi murni atau translasi rotasional

3. Distorsi atau deformasi murni, baik angular ataupun linier

Aliran irrotasional terjadi apabila elemen fluida di setiap titik tidak mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik tersebut. Sebaliknya aliran rotasional terjadi apabila elemen fluida mempunyai kecepatan sudut netto. Gerak vortex dapat dikategorikan sebagai dalam aliran rotasional. Vortex digambarkan sebagai aliran yang bergerak dan berputar terhadap sumbu vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan sekelilingnya.

Tetapi pada beberapa kondisi vortex juga dapat dikategorikan sebagai aliran irrotasional. Kelihatannya agak mengherankan bahwa gerakan vortex irrotasional. Namun demikian harus diingat kembali bahwa rotasi mengacu pada orientasi pada elemen fluida bukan lintasan yang diikuti oleh elemen tersebut. Jadi, untuk sebuah vortex irrotasional, jika sebuah tongkat pendek

ditempatkan di dalam medan aliran pada lokasi A, seperti pada gambar 2.16, tongkat-tongkat itu kan berotasi selagi bergerak ke lokasi B. Salah satu tongkat yang sesuai garis-garis akan mengikuti sebuah lintasan yang melingkar dan berputar dengan arah berlawanan dengan arah jarum jam. Tongkat yang lain akan berotasi searah putaran jarum jam karena sifat alamiah dari medan aliran, di mana bagian tongkat yang terdekat dengan titik asal bergerak cepat dari pada ujung lainya.

Gambar 2.15 Pola garis arus untuk sebuah vortex

Berdasarkan klasifikasi aliran berputar yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari maka aliran vortex dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu :

2.7.1 Aliran vortex Bebas

Aliran vortex terjadi walaupun tidak adanya gaya yang dilakukan pada fluida tersebut. Karateristik dari vortex bebas adalah kecepatan tangensial dari partikel fluida yang berputar pada jarak tertentu dari pusat vortex . Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan 2.7.1-1 (Munson,2003).

v = r π 2

Γ

(2.7.1-1)

v = kecepatan tangensial fluida (m s-1)

r = jari-jari putaran partikel fluida dari titik pusat (m) Γ = sirkulasi

Gambar 2.16 Gerakan elemen fluida dari A ke B : vortex bebas

Pada aliran vortex bebas dengan menganggap elemen air memiliki : l = panjang elemen air

dr = ketebalan elemen air v = kecepatan tangensial

dP = beda tekanan dari elemen air

dan aliran bebas mempunyai gaya, tekanan yang sebanding dengan aksi gaya sentrifugal air.

(

)

gr v dr wl xl dp

2

⋅ = ⋅

gr dr v w

dp 2

= (2.7.1-2)

Dan diketahui energi keseluruhan elemen air :

gh v w P E

2

+

= (2.7.1-3)

g vdv w

dP

dE = +

dr vdv gr dr v +

= 2 _ = _

gr dr v w dP 2       + + = dr dv r v g v dr dE (2.7.1-4)

Dalam vortex bebas, tidak ada perubahan energi melintas pada aliran lurus, jadi persamaan diatas sama dengan nol.

0 0 0 = + = + =       + + r dr v dv dr dv r v dr dv r v g v

Setelah diintegralkan persamaan diatas menjadi:

loge v + loge r = C (2.7.1-5)

vr = C (identik dengan teori kinematik fluida)

Jika digeneralisasikan, maka:

r C

v= (2.7.1-6)

Jika C sama dengan konstan maka dapat diketahui kekuatan dari vortex, nampak jelas bahwa kecepatan partikel berbanding terbalik dengan jarak dari pusat vortex.

Apabila suatu gaya diberikan pada suatu fluida dengan maksud membuat aliran fluida berputar. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan 2.7.2-1 (Munson,2003).

r

v=ω⋅ (2.7.2-1) dimana :

ω= kecepatan sudut r = jari-jari putaran (m)

Gambar 2.17 Gerakan elemen fluida dari A ke B : Vortex paksa

Air dalam tabung diputar dengan gaya torsi, partikel P pada permukaan air, berjarak x pada sumbu putaran, bekerja gaya-gaya:

1. Berat partikel, arah ke bawah (W)

2. Gaya sentrifugal dengan arah menjauhi pusat putaran (FC)

3. Gaya reaksi zat cair yang mendesak partikel (R)

Bekerjanya gaya selain gaya gravitasi pada air dalam tabung menghasilkan gaya vortex yang dikenal sebagai aliran vortex paksa. Pada putaran silinder, N dan kecepatan sudut ψ , partikel P mempunyai sudut tangen ψ , berat partikel W dan gaya sentrifugal FC.

Gaya sentrifugal didefenisikan sebagai berikut (Ridwan dan Siswantara,2002):

( )

2

X g W

F_C = ω (2.7.2-2)

ω = kecepatan sudut (rad/s) W = berat partikel (kg) g = gaya gravitasi (m/s2) X = jarak dari sumbu (m)

2.7.3 Aliran Vortex Kombinasi

Aliran Vortex Kombinasi adalah vortex dengan vortex paksa pada inti pusatnya dan distribusi kecepatan yang sesuai dengan vortex bebas pada luar intinya. Jadi untuk sebuah votex kombinasi dapat dilihat pada persamaan berikut (Munson,2003)

v_θ =ωr r≤r₀ (2.7.3-1) dan

r K

v_θ = r>r₀ (2.7.3-2) dimana K dan ωadalah konstanta dan r adalah jari-jari inti pusat. 0

Sebuah konsep matematika yang biasanya berhubungan dengan gerakan vortex adalah sirkulasi. Sirkulasi didefenisikan sebagai sebuah integral garis dari komponen tangensial kecepatan yang diambil dari sekeliling kurva tertutup di medan aliran. Konsep sirkulasi sering digunakan untuk mengevaluasi gaya-gaya pada terbentuk pada benda-benda yang terendam dalam fluida yang bergerak.

Gambar 2.18 Tipe-tipe Vortex (Hecker,1987)

Tipe vortex 1 merupakan awal aliran air berputar di permukaan. Tipe 2 putaran air mulai menunjukkan adanya cekungan kedalam di bagian tengah pusaran. Tipe 3 pusaran air mulai membentuk kolom udara (vortex) yang

bergerak menuju oulet. Tipe 4 kekuatan vortex mampu menarik material apung masuk ke dalam pusaran. Tipe 5 adalah vortex dimana gelembung-gelembung udara pecah di ujung pusat pusaran yang masuk konstruksi silinder. Tipe 6 vortex dengan lubang udara penuh menuju outlet.

2.8 Aliran berputar dalam tabung

Sebuah tulisan yang dibuat oleh F.Chang dan V.K Dhir mengemukakan sebuah penelitian eksperimental untuk memahami karateristik daerah turbulen pada aliran berpusar secara tangensial dalam tabung. Profil kecepatan aksial menunjukkan terjadinya aliran balik dibagaian tengah tabung yang mengecil ukurannya sesuai berkurangnya intensitas putaran, kecepatan aksial minimum didekat dinding juga berkurang sesuai berkurangnya intensitas pusaran. Profil kecepatan tangensial menunjukkan bahwa daerah kecepatan tangensial maksimum akan bergerak secara radial menuju tengah putaran, sesuai denagn penambahan jarak aksial putaran dari fluida yang masuk. Aliran yang berputar dapat dibagi dua bagian tengahnya terbentuk vortex paksa dan pada bagian tepinya merupakan vortex bebas dengan daerah transisi diantaranya. Maka aliran yang terbentu dalam tabung tersebut merupakan aliran vortex Rankine.

Parameter yang paling penting pada Hydrocyclone sebagai alat pemisah adalah efisiensi pengumpulannya dan titik tekan antar unit. Efisiensi pengumpulan Hydrocyclone ditentukan oleh kemampuannya menangkap dan menyimpan partikel atau material dimana titik tekanan sejumlah dengan kekuatan yang dibutuhkan unit untuk melakukan hal tersebut.

Gaya pemisah :

2 1

2 2

4

  

 ₊

= g R

V W

F_S (2.8-1)

Faktor pemisah :

gR V W F

S C

2

=

= (2.8-2)

V = Kecepatan aliran (m/s) R = Jari-jari rotasi (m) g = Gaya gravitasi (m/s2)

Distribusi kecepatan tangensial tidak bervariasi secara signifikan terhadap arah aksial (Xiang and Lee, 2005). Perbedaan antara kecepatan tangensial dalam silinder bagian atas dan kerucut bagian bawah tidak terjadi. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi percepatan kecepatan dalam kerucut akibat penurunan luas penampang kerucut. Bagaimanapun, terjadi perbedaan kecepatan tangensial pada ketinggian yang berbeda. Kecepatan tangensial secara signifikan turun ketika ketinggian hydrocyclone meningkat dan ini bertanggung jawab pada rendahnya efisiensi pemisahan. Fenomena ini terjadi pada kerucut yang panjang. Satu perkecualian adalah bahwa jika hydrocyclonenya sangat pendek sehingga menyebabkan pipa keluar menonjol ke bagian kerucut sehingga efisiensi dari siklon akan turun akibat aliran pintas ke pipa keluar.

Menurut Kim dan Lee lapisan batas kecepatan yang terbentuk pada permukaan dinding siklon memegang peranan penting sebagai penghalang deposisi partikel karena terjadinya penurunan gaya sentrifugal yang tajam di daerah dekat dinding (Kim and Lee, 2001). Pemodelan turbulen perlu memperhitungkan difusi turbulen dalam daerah inti aliran dan gerakan partikel di dalam lapisan batas ini.Turbulen merupakan bentuk aliran yang berfluktuasi terhadap ruang dan waktu. Turbulen merupakan proses yang kompleks.Aliran turbulen adalah bagian dari disiplin ilmu mekanika fluida. Dalam analisanya, mekanika fluida selalu menggunakan pendekatan bahwa fluida sebagai kontinum, suatu ukuran fluida yang jauh lebih besar dari ukuran molekul, tetapi lebih kecil dari ukuran partikel. Karakter aliran turbulen tidak ditentukan oleh jenis fluida tetapi oleh karakter aliran itu sendiri. Turbulensi aliran pada fluida air dengan udara akan memiliki karakter yang sama jika memiliki bilangan Reynolds yang sama. Tegangan geser yang terjadi pada lapisan batas turbulen berasal dari viskositas fluida/viskositas molekuler (sifat molekuler fluida) dan viskositas turbulensi (sifat aliran).

Turbulen akan terjadi ketika gaya inersia dalam fluida menjadi sangat dominan dibandingkan gaya viskos (dicirikan dengan tingginya Reynolds, (Re). Nilai absolut dari bilangan Reynolds untuk turbulen selalu relatif terhadap konfigurasi aliran. Misalnya aliran eksternal akan memiliki bilangan Reynolds yang lebih tinggi daripada aliran internal. Tetapi nilai relatif bilangan Reynolds aliran turbulen selalu lebih tinggi daripada aliran laminer. Karena bilangan Reynolds merupakan rasio antara gaya inersia aliran dan gaya gesek, pengaruh gaya inersi pada aliran turbulen jauh lebih dominan dibandingkan dengan pengaruh gaya gesek[6].

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan waktu penelitian

Penelitian dilakukan di PT Perkebunan Nusantara IV (Persero) Kebun Adolina, Deli Serdang, Sumatera Utara. Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal pengesahan sampai dinyatakan selesai,yang direncanakan berlangsung selama ± 6 bulan yaitu pada bulan Oktober 2009 sampai dengan April 2010.

3.2 Bahan dan Metode penelitian 3.2.1 Bahan

Dalam penelitian ini, subjek penelitian adalah hydrocyclone beserta instalasinya seperti Gambar 3.1. Adapun spesifikasi hydrocyclone sebagai berikut:

Tabel 3.1 Dimensi dari bagian-bagian Hydrocyclone Hydrocyclone

No. Item Simbol Dimensi (mm)

1. Diameter Hydrocyclone Dc 600

2. Diameter inlet Di 152

3. Diameter vortex finder Do 152

4. Tinggi vortex finder l 256

5. Tinggi tabung silinder lt 1000

6. Tinggi kerucut lk 355

7. Diameter spigot Du 148

Gambar 3.1 Dimensional Hydrocyclone

Gambar 3.2 Hydrocylone pada industri pengolahan kelapa sawit

Adapun bahan dari hydrocyclone menggunakan carbon steel, C8531ST pada cylinder section dan C8533ST pada conical section.

Ada beberapa alat yang digunakan pada stasiun pemisahan inti, yaitu pompa yang mengalirkan campuran inti,cangkang dan air masuk kedalam silinder.

Adapun spesifikasi dari pompa yang dipergunakan adalah:

Pompa :

- Merk : Warmen

- Tipe : RC 150

- Kapasitas : 50 m3/h

- Putaran : 1263

- Hub.penggerak : Fan belt - Diameter puli : 190 mm Motor penggerak :

- Merk : NEC

- Tipe : DPI 180 L/4

- Daya : 30 KW

- Volt/amp : 380/41,7

- Putaran : 1455 rpm

Gambar 3.3 Instalasi dari hydrocyclone

Keterangan gambar : 1. Hydrocyclone 2. Pipa saluran masuk 3. Pipa saluran keluar 4. Pompa

5. Dewatering Drum

6. Pipa saluran dari vortex finder

3.2.2 Metode penelitian

Ada beberapa tahapan yang dilakukan dalam melakukan penelitian, yaitu:

a. Tahap pertama, pengumpulan literatur

Tahapan pertama dalam memulai penelitian adalah pengumpulan literatur

yang berkenaan dengan bahan yang akan diteliti. Pengumpulan literatur dilakukan

sebagai awal pengenalanan seluruh variabel yang berkaitan. Alat yang diteliti

adalah Hydrocyclone. Literatur yang diperoleh berasal dari buku-buku, literatur

pencarian melalui internet. Literatur yang didapat kemudian dikumpulkan lalu

dipelajari sebagai teori analisa pada tahapan selanjutnya.

b. Tahap kedua, survey di pabrik

Setelah didapatkan literatur dari berbagai sumber maka tahap selanjutnya

adalah survey langsung di pabrik. Selama survey berlangsung sebisa mungkin

mengambil data-data yang diperlukan, seperti : foto, spesifikasi teknik, gambar

mesin Hydrocyclone lengkap dengan dimensinya dan gambar instalasinya,

data-data inspeksi rutin perawatan dan perbaikan dari hydrocyclone. Data-data-data tersebut

sangat diperlukan untuk melakukan analisa data dan perhitungan dari segala

proses kerja yang terjadi pada hydrocyclone seperti analisa aliran vortex, kerja

proses pemisahan (separation process), besar gaya angkat yang diperlukan

terhadap material yang akan dipisahkan (inti dan cangkang) dan juga efisiensi

kerja dari hydrocyclone.

c. Tahap ketiga, pengolahan data dan analisa data

Pada tahap pengolahan data adalah mensimulasi bentuk geometri yang

diperoleh dari penelitian di lapangan berikt dengan data-data tambahan yang

menyangkut kinerja dari hydrocyclone tersebut. Data-data yang diperoleh

3.3 Variabel yang diamati

Adapun variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah:

1. Kecepatan Tangensial, Kecepatan Aksial, Kecepatan Radial dan

Tekanan

2. Gaya Sentrifugal yang terjadi di berbagai level ketinggian dari

hydrocyclone

3. Parametric studies, berbagai pengaruh yang terjadi terhadap parameter

penting yang terjadi pada hydrocyclone seperti pengaruh diameter

3.4 Pelaksanaan Penelitian

Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini dilaksanakan berurutan dan

sistematis,seperti ditunjukkan pada gambar 3.3.

Gambar 3.4 Diagram alir pelaksanaan penelitian

START

Indentifikasi masalah dan menetapkan tujuan penelitian

STUDI AWAL: Studi literatur

SURVEY: - Kunjungan langsung ke pabrik - Pencarian data-data yang dibutuhkan

PENGUMPULAN DATA: - Spesifikasi teknik

- Kapasitas aliran yang masuk (m3/s) - Tekanan pada lubang masuk (kgf/cm2) - Besar penurunan tekanan (pressure drop) - Besar faktor pemisahan

- Perbandingan antara inti,cangkang dan air.

ANALISA DATA

KESIMPULAN

SELESAI

Proses Diskritisasi

PENGOLAHAN DATA: Simulasi data statistik (komputer)

3.5 Prosedur Simulasi

3.5.1 Pembentukan model hydrocyclone

Merupakan tahap awal dimana benda kerja sebenarnya dimodelkan dengan ukuran yang sama dengan ukuran aslinya.

Gambar 3.5 Hasil permodelan hydrocyclone

3.5.2 Penentuan Meshing scheme

Setelah terbentuk pemodelan hydrocyclone dalam bentuk tiga dimensi maka tahap selanjutnya adalah melakukan meshing scheme pada pemodelan tersebut. Pembuatan mesh dilaksanakan dengan bantuan perangkat lunak yang sudah terdapat dalam paket simulasi yang digunakan. Sementara itu, pemilihan jumlah grid dilakukan dengan pertimbangan ketelitian, kecepatan perhitungan dan efisiensi pemakaian memori komputer.Ukuran mesh yang ditentukan adalah 10 mm. Ukuran tersebut dipilih dikarenakan dari berbagai ukuran meshing yang telah dicoba berulang kali, ukuran meshing 10 mm dapat menampilkan hasil pemodelan dengan jelas dan presisi tanpa membebani waktu selama proses interasi berlangsung dalam penentuan aliran pada hydrocyclone. Adapun hasil meshing scheme dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Hasil dari meshing pada model hydrocyclone

3.5.3 Penentuan Kondisi batas

Setelah grid selesai dibuat maka selanjutnya perangkat simulasi akan mendefinisikan material, tekanan kerja acuan dan kondisi batas yang diterapkan pada model. Kemudian dilakukan pengendalian solusi, inisialisasi, pemantauan proses dan iterasi. Dalam perhitungan ini diterapkan kriteria konvergensi untuk persamaan kontinuitas dan komponen kecepatan dalam arah x, y dan z.

Kondisi batas yang ditentukan pada proses simulasi adalah sebagai berikut: 1.) Jenis fluida yang ditentukan adalah water-liquid dengan densitas 998 kg/m3

nilai viskositas 1,003 x 10-6 kg/m.s

2.) Kecepatan fluida yang mengalir adalah 0,897 m/s, kecepatan rotasi 3,05rads dan tekanan sebesar 161,12 Pa

3.) Dinding solid didefenisikan v = 0 4.) Diameter saluran masuk 0,1404 m

Gambar 3.7 Penentuan kondisi batas pada model hydrocyclone

Pada penelitian sebelumnya diketahui bahwa pemodelan dari hydrocyclone dalam bentuk 3 dimensi memiliki hasil analisa yang mendekati dengan hasil pengujian secara eksperimental. Mesh yang berbentuk hexahedral, cocok dengan bagian-bagian dari hydrocyclone yang memilki sudut-sudut kecil digunakan untuk melakukan meshing scheme disebagian besar dari permukaan hydrocylone. Mesh yang berbentuk hexahedral juga memilki kemampuan untuk menyebar ke seluruh permukaan lebih baik dibandingkan dengan tipe mesh lainnya.

3.7 Pelaksanaan Simulasi

Tidak

Ya

Gambar 3.8 Diagram alir pelaksanaan simulasi

Pembuatan Geometri dan Meshing

Penentuan kondisi batas

Proses Numerik

Iterasi Eror?

Plot distribusi kecepatan dan

tekanan S

T A R T

Mesh baik?

Pendefinisian bidang batas pada geometri

Data sifat fisik

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN DISKUSI

4.1 Hasil Simulasi

4.1.1 Perilaku Distribusi Aliran Secara Umum (General flow behavior) 4.1.1.a Kecepatan Tangensial

Dari gambar 4.1 dapat dilihat pola aliran yang terjadi di dalam Hydrocyclone. Dapat dilihat pula pola perubahan kecepatan aliran mulai dari lubang masuk (inlet) ,area silinder (cylinder section), area kurucut (conical section), lubang vortex finder hingga pada lubang keluar (spigot). Secara keseluruhan analisa terhadap kecepatan aliran difokuskan pada tiga area utama, yaitu lubang masuk, disekitar silinder dan vortex finder.

Gambar 4.1 Profil Kecepatan Tangensial

Peningkatan kecepatan tangensial terjadi pada daerah yang menuju inti dari pusaran. Secara perlahan semakin menjauhi daerah pusaran maka kecepatan tangensial akan semakin menurun. Penurunan kecepatan tangensial

disebabkan adanya gesekan antara material dengan dinding hydrocyclone dan juga pengaruh dari gaya gravitasi.

Ketinggian 0.75 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0

Radial Position (m)

T a n g e n ti a l V e lo c it y ( m /s )

Ketinggian 0.75 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Radial Positon (m)

T a n g e n ti a l V e lo c it y ( m /s )

Ketinggian 0.25 m

0 0.5 1 1.5 2

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0

Radial Position (m)

T angent ial V el oci ty (m /s)

Ketinggian 0.25 m

0 0.5 1 1.5 2

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Radial Position (m)

T angent ial v el oc ity ( m /s )

Ketinggian 0.5 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 Radial position (m)

T angent ial V el oci ty (m /s)

Ketinggian 0.5 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Radial Position (m)

T angent ial P os it ion ( m /s )

Gambar 4.2 Predicted tangential velocity profiles pada ketinggian 0.25m, 0.5m, 0.75m dan 1m

4.1.1.b Kecepatan Aksial

Aliran aksial merupakan aliran yang pergerakannya sejajar dengan sumbu poros. Pada hydrocyclone aliran aksial berpengaruh terhadap proses pembuangan melalui spigot.

Gambar 4.3 Profil Kecepatan Aksial Ketinggian 1 m

0 1 2 3 4

-0.4 -0.2 0

Radial position (m)

T

angent

ial

V

el

oci

ty

(m

/s)

Ketinggian 1 m

0 1 2 3 4

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Radial position (m)

T

angent

ial

V

el

oci

ty

(m

Pada posisi makin mendekati dinding maka kecenderungan nilai kecepatan aksial mendekati nol, karena adanya gesekan antara lapisan fluida dengan dinding hydrocyclone[2].

Ketinggian 0.5 m

0 0.05 0.1 0.15 0.2

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0

Radial Position (mm)

A xi a l V e lo ci ty (m /s)

Ketinggian 0.5 m

0 0.05 0.1 0.15 0.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 Radial Velocity (mm)

Axi a l Ve lo ci ty (m/ s)

Ketinggian 0.25 m

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 Radial Position (mm)

Aksi a l Ve lo ci ty (m/ s)

Ketinggian 0.25 m

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 Radial Position (mm)

A x ia l V e lo c ity ( m /s )

Ketinggian 0.75 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0

Radial Velocity (mm)

A x ia l V e lo c it y ( m /s )

Ketinggian 0.75 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Radial Position (mm)

A x ia l V e lo c it y ( m /s )

Gambar 4.4 Predicted axial velocity profiles pada ketinggian 0.25m, 0.5m, 0.75m dan 1m

4.1.1.c Kecepatan Radial

Kecepatan radial hanya sedikit saja terlihat tidak seperti kecepatan tangensial ataupun kecepatan aksial. Hal ini diakibatkan karena sulitnya menganalisa secara akurat. Dapat dilihat posisi dari kecepatan radial berada di sisi dalam dinding dan besarnya akan menghilang seiring dengan berkurangnya diameter dari pusaran[2].

Gambar 4.5 Pola aliran kecepatan radial Ketinggian 1 m

0 0.05 0.1 0.15 0.2

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0

Radial Position (mm)

A x ia l V e lo c it y ( m /s )

Ketinggian 1 m

0 0.05 0.1 0.15 0.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Radial Position (mm)

A x ia l V e lo c it y ( m /s )

Pada penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya oleh para peneliti diketahui bahwa nilai kecepatan tangensial maupun aksial dapat diukur berdasarkan hasil eksperimen sedangkan nilai kecepatan radial hanya ditampilkan dalam bentuk persamaan. Profil kecepatan menunjukan bahwa besarnya komponen kecepatan radial lebih kecil dari pada komponen tangensial ataupun aksial.

4.1.1.d Distribusi tekanan

Selain pengamatan terhadap distribusi kecepatan yang terdiri dari kecepatan tangensial, aksial dan radial pada penelitian kali ini juga akan dibahas juga mengenai distribusi tekanan secara umum. Dapat dilihat secara jelas bagaimana terjadinya pola aliran distribusi tekanan yang terjadi pada hydrocyclone. Perubahan tekanan tidak terlalu signifikan. Konsentrasi perubahan tekanan terjadi pada dua area yaitu pada area cylindrical area dan juga pada vortex finder.

Untuk melihat penurunan tekanan yang terjadi secara signifikan dapat dilakukan dengan melakukan perubahan kecepatan aliran masuk. Adapun penurunan tekanan dimaksudkan untuk memaksimalkan nilai efisiensi dari kerja hydrocyclone[9].

4.1.1.e Gaya Sentrifugal

Dari gambar berbagai pola aliran yang telah dijelaskan maka dapat pula ditentukan gaya sentrifugal yang terjadi pada hydrocyclone. Mengingat bahwa proses pemisahan pada hydrocyclone tersebut memanfaatkan gaya sentrifugal. Berdasarkan persamaan 2.7.2-2 diketahui besaran gaya sentifugal yang terjadi pada hydrocyclone dapat dilihat pada gambar 4.7 (a) dan (b).

(a)

(b)

Ketinggian 0.5 m

-1 1 3 5 7 9 11 13

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4

Radial Position (m)

C e n tr if u g a l F o rc e ( N )

Ketinggian 1 m

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4

Radial Position (mm)

C e n tr if u g a l F o rc e ( N )

Dari kedua gambar diatas terlihat pola distribusi gaya sentrifugal pada hydrocyclone. Gaya sentrifugal terbesar terjadi pada bagian disekitar sumbu poros kemudian gaya sentrifugal menurun ketika radiusnya semakin besar. Pola dari kedua gambar tersebut tidak terlalu berbeda karena gaya sentrifugal yang terjadi pada ketinggian 0.5 m dan 1 m masih berada dalam bagian cylindrical section dari hydrocyclone.

(c)

Gambar 4.7 (a),(b) dan (c) Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 1 m, 0.5 m dan 0.3 m

Pada gambar 4.7 (c) masih menunjukan pola distribusi dari gaya sentrifugal. Hanya saja pola ditribusi gaya sentrifugal yang berbeda dari gambar 4.7 (a) dan (b). Penurunan gaya sentrifugal terjadi akibat perbedaan luasan di mana pengamatan yang dilakukan pada ketinggian 0.3 m ini berada pada daerah conical section (kerucut). Bagian dimana semakin ke bawah maka diameternya semakin kecil. Sehingga menyebabkan penurunan gaya sentrifugal yang cukup besar pada daerah ini.

Sedangkan untuk tingkat efektivitas pemisahan dapat dilihat berdasarkan besar faktor pemisahannya. Dari persamaan 2.8-2 diketahui bahwa besar

Ketinggian 0.3 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5

-0.16 -0.08 0 0.08 0.16

Radial Position (m)

C e n tr if u g a l F o rc e ( N )

faktor pemisahan berbanding lurus dengan Gaya Sentrifugal (FC) sehingga

jika dilihat pada gambar 4.7 diketahui bahwa pemisahan efektif terjadi pada bagian kerucut dari hydrocyclone. Hal inilah yang menyebabkan konstruksi hydrocyclone terdiri dari 2 bagian yaitu silinder dan kerucut. Material yang terlempar kemudian berputar mengelilingi silinder dan akan bergerak turun akibat dari gaya gravitasi dan gesekan dengan dinding hydrocyclone hingga ke bagian bawah dari hydocyclone kemudian keluar dari lubang discharge.

4.1.2 Parametric Studies

Berbagai pengaruh yang terjadi pada parameter penting pada konstruksi dan proses kerja dari hasil simulasi dapat dilihat dari beberapa grafik berikut ini dimana pengamatan dilakukan pada hanya pada satu level ketinggian yaitu 0,75 m dari puncak tabung silinder dari hydrocyclone. Hal ini dikarenakan pada pengamatan sebelumnya yaitu gambar 4.2 Predicted tangential velocity profiles dan gambar 4.4 Predicted axial velocity profiles memiliki bentuk keseragaman garfik yang tidak terlalu jauh berbeda pada berbegai level ketinggian.

4.1.2.1 Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap Parametric Studies

Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap Static Pressure tanpa adanya perubahan dari ketinggian Vortex Finder dapat dilihat dari gambar 4.8. Dapat diamati pada bagian pusat pusaran (swrilling flow) ketika bagian Spigot terbuka berada pada area bertekanan rendah mengindikasikan aliran balik yang terjadi pada pusat pusaran. Bagaimanapun, kenaikan dari Static Pressure sejalan dengan perubahan kenaikan diameter pusaran hingga mencapai nilai maksimum.

0 0.5 1 1.5 2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2

Radial poisiton (m )

S ta ti c P re s s u re ( k P a )

Diameter Spigot 60 mm Diameter Spigot 85 mm Diameter Spigot 50 mm

Gambar 4.8 Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap Static Pressure

Pengaruh Diameter Spigot terhadap Y-Velocity dapat dilihat dari gambar 4.9. Peningkatan terlihat dari kecepatan tangensial yang terjadi bersamaan dengan pertambahan jarak dari 0,03 m hingga 0,08 m. Kecepatan maksimum aksial menandakan adanya aliran yang naik didaerah dekat dinding dan setelahnya bergerak turun kembali.

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015

Radial Position (m)

Y -V e lo c it y ( m /s )

Diameter Spigot 60 mm Diameter Spigot 85 mm

Diameter Spigot 50 mm

Gambar 4.9 Pengaruh Diameter Spigot terhadap Y-Velocity

Ketinggian 0.75 m

Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial dapat dilihat dari gambar 4.10. Kenaikan kecepatan tagensial sejalan dengan kenaikan perubahan jarak radial. Angka-angka menunjukkan bahwa kecepatan tangensial meningkat seiring dengan meningkatnya jarak radial dari sumbu sampai kecepatan tangensial maksimum. Namun pada kenaikan lebih lanjut dalam jarak radial mendekat ke arah dinding, terjadi penurunan nilai kecepatan dari Y-Velocity.

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015

Radial Position (m)

T a n g e n ti a l V e lo c it y ( m /s )

Diameter Spigot 85 mm Diameter Spigot 60 mm Diameter Spigot 50 mm

Gambar 4.10 Pengaruh Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial

Dari gambar juga diketahui bahwa peningkatan kecepatan tangensial dengan radius di kawasan inti pusat dan selanjutnya menurun. Lebih lanjut, dapat diamati bahwa kecepatan tangensial mempunyai nilai maksimum pada Vortex Finder dan nilai minimum yang diamati pada daerah Spigot (lubang keluar). Dari ketiga hydrocyclone tersebut memiliki diameter lubang discharge (spigot) yang berbeda yaitu 85 mm, 60 mm dan 50 mm. Pada hydrocyclone I memiliki diameter lebih besar karena material campuran masih banyak dan belum sepenuhnya terpisah. Pada hydrocyclone II campuran sudah banyak

terpisah hingga pada hydrocyclone III pemisahan hanya menyisakan sedikit sisa campuran dan akan habis terpisah semuanya pada bagian ini.

4.1.2.2 Pengaruh Vortex Finder terhadap Parametric Studies

Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure dapat dilihat dari gambar 4.11. Akan terlihat bagian yang merata pada bagian bawah dan nilai dari Static Pressure akan berangsur-angsur meningkat ketika bergerak dari tengah ke arah dinding. Tekanan pada bagian tengah rendah menandakan terjadinya pusaran air. Untuk pengamatan lebih lanjut pada radius diberikan nilai tekanan lebih tinggi untuk diameter Vortex Finder yang lebih kecil.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15

Radial Position (m)

S

ta

ti

c

P

re

s

s

u

re

(

k

P

a

)

Diameter Vortex Finder 270 mm Diameter Vortex Finder 152 mm

Diameter Vortex Finder 120 mm

Gambar 4.11 Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure

Pengaruh dari Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity dapat dilihat dari gambar 4.12. Dimana ketika mulai bergerak dari bagian tengah hingga ke daerah dinding maka akan terjadi kenaikan kecepatan pada awalnya dan kemudian bergerak turun. Semakin menjauhi pusaran maka kecepatannya akan perlahan berkurang. Hal ini diakibatkan karena material yang terlempar keluar ataupun material yang bergerak menjauhi pusaran lebih banyak

kuantitasnya dan massanya lebih berat dibandingkan dengan material yang berkumpul didaerah pusaran.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15

Radial Position (m)

Y -V e lo c it y ( m /s )

Diameter Vortex Finder 120 mm Diameter Vortex Finder 152 mm Diameter Vortex Finder 270 mm

Gambar 4.12 Pengaruh dari Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity

Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan Tangensial dari gambar 4.13. Nilai dari kecepatan tangensial pada diameter Vortex Finder meningkat sejalan dengan perubahan jarak dari posisi radial hingga mencapai nilai maksimum. -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

-0.02 -0.01 0 0.01 0.02

Radial Position (m)

T angent ial V el oc ity ( m /s )

Diameter Vortex Finder120 mm Diameter Vortex Finder152 mm Diameter Vortex Finder 270 mm

Gambar 4.13 Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan Tangensial

Ketinggian 0.75 m Ketinggian 0.75 m

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dari hasil simulasi dapat dilihat bagaimana pola dari aliran yang terbentuk, perubahan kecepatan aliran baik itu kecepatan aliran tangensial ataupun kecepatan aliran aksial dan daerah konsentrasi perubahannya.

2. Dapat dilihat proses terjadinya vortex dimana adanya pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional. Sebuah vortex mewakili sebuah aliran yang garis-garis arusnya adalah lingkaran-lingkaran sepusat (konsentris).

3. Terjadi perbedaan besar dari gaya sentrifugal di setiap level ketinggian pada hydrocyclone. Dimana pada ketinggian 1 m besar gaya sentrifugal 17 N, pada ketinggian 0.5 m sebesar 12 N dan terendah pada ketinggian 0.3 m sebesar 8.7 N. Namun efektivitas pemisahan paling baik terjadi pada daerah kerucut (conical section) di ketinggian 0.3 m karena pada bagian ini terjadi penurunan gaya sentrifugal yang cukup besar hingga 3 N.

4. Static Pressure terbesar terjadi pada hydrocyclone yang memiliki diameter spigot paling besar hingga 1,8 kPa karena pada bagian ini kuantitas dan massa material paling besar dipisahkan di hydrocyclone I. Dan sebaliknya static pressure terkecil hanya 1,02 kPa berada pada hydrocyclone terakhir yang berdiameter spigot terkecil.

5. Kecepatan tangensial terbesar 2.78 m/s terjadi pada hydrocyclone berdiameter vortex finder paling kecil yaitu pada hydrocyclone III karena jumlah material dan massa material yang akan dipisahkan tidak terlalu banyak.

5.2 Saran

1. Untuk mendapatkan penjelasan secara lebih mendetail mengenai analisa aliran pada hydrocyclone, ada baiknya untuk penelitian berikutnya dilakukan percobaan langsung di laboratorium sehingga diperoleh bentuk virtual dari aliran yang terjadi pada hydrocyclone sehingga dapat diamati bagaimana proses terjadinya aliran pada hydrocyclone pada saat keadaan aktual dan membandingkanya dengan hasil simulasi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Coulson.1986.Particle Technology and Separation Process.New York: Foust and Perry

2. Dalamini, MF.,Powell, MS., Meyer CJ.2005. A CFD simulation of a single phase hydrocyclone flow field. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy (November 2005) p.711-717

3. Jones, A.G.2002.Criztallization Process System. Oxford: Butterworth Heinemann

4. Pengenalan Alat Produksi Industri Pengolahan Kelapa Sawit.2002. Lembaga Pelatihan Perkebunan Medan hal 52 - 53

5. Munson, Bruce R.1982.Fundamental of Fluid Mechanics.New York: John Wiley & Sons Inc.

6. Ricci,Larry.1985.Separation theqniques 2 gas/liquid/solid systems.New York:Mc Graw Hill Publications

7. Ridwan, Ikhwan Nasution.2005.Pemodelan Turbulensi.e-Universitas Sumatera Utara Repository(2005) hal 95-98

8. Ridwan, Indra Siswantara A., Suprianto.2002.Kajian Model Cyclone Separator.KOMMIT Universitas Gunadarma (Juli 2004) hal 484 - 493 9. Svarovsky, Ladislav.2000.Solid-Liquid Separation.Oxford: Butterworth

Heinemann

10. Streeter, Victor L.1995.Mekanika Fluida (terjemahan).Jakarta: Erlangga 11. Suyitno.2005.Analisis CFD Unjuk Kerja Siklon dengan Menggunakan

Model Turbulen Spalart-Allmaras dan Rng K-e.Jurnal Media Mesin Volume 6 No.2 Juli 2005 hal 47-54

Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial dapat dilihat dari gambar 4.10. Kenaikan kecepatan tagensial sejalan dengan kenaikan perubahan jarak radial. Angka-angka menunjukkan bahwa kecepatan tangensial meningkat seiring dengan meningkatnya jarak radial dari sumbu sampai kecepatan tangensial maksimum. Namun pada kenaikan lebih lanjut dalam jarak radial mendekat ke arah dinding, terjadi penurunan nilai kecepatan dari Y-Velocity.

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015

Radial Position (m)

T

a

n

g

e

n

ti

a

l

V

e

lo

c

it

y

(

m

/s

)

Diameter Spigot 85 mm Diameter Spigot 60 mm Diameter Spigot 50 mm

Gambar 4.10 Pengaruh Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial

Dari gambar juga diketahui bahwa peningkatan kecepatan tangensial dengan radius di kawasan inti pusat dan selanjutnya menurun. Lebih lanjut, dapat diamati bahwa kecepatan tangensial mempunyai nilai maksimum pada Vortex Finder dan nilai minimum yang diamati pada daerah Spigot (lubang keluar). Dari ketiga hydrocyclone tersebut memiliki diameter lubang discharge (spigot) yang berbeda yaitu 85 mm, 60 mm dan 50 mm. Pada hydrocyclone I memiliki diameter lebih besar karena material campuran masih banyak dan belum sepenuhnya terpisah. Pada hydrocyclone II campuran sudah banyak

terpisah hingga pada hydrocyclone III pemisahan hanya menyisakan sedikit sisa campuran dan akan habis terpisah semuanya pada bagian ini.

4.1.2.2 Pengaruh Vortex Finder terhadap Parametric Studies

Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure dapat dilihat dari gambar 4.11. Akan terlihat bagian yang merata pada bagian bawah dan nilai dari Static Pressure akan berangsur-angsur meningkat ketika bergerak dari tengah ke arah dinding. Tekanan pada bagian tengah rendah menandakan terjadinya pusaran air. Untuk pengamatan lebih lanjut pada radius diberikan nilai tekanan lebih tinggi untuk diameter Vortex Finder yang lebih kecil.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15

Radial Position (m)

S

ta

ti

c

P

re

s

s

u

re

(

k

P

a

)

Diameter Vortex Finder 270 mm Diameter Vortex Finder 152 mm

Diameter Vortex Finder 120 mm

Gambar 4.11 Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure

Pengaruh dari Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity dapat dilihat dari gambar 4.12. Dimana ketika mulai bergerak dari bagian tengah hingga ke daerah dinding maka akan terjadi kenaikan kecepatan pada awalnya dan kemudian bergerak turun. Semakin menjauhi pusaran maka kecepatannya akan perlahan berkurang. Hal ini diakibatkan karena material yang terlempar keluar ataupun material yang bergerak menjauhi pusaran lebih banyak

kuantitasnya dan massanya lebih berat dibandingkan dengan material yang berkumpul didaerah pusaran.

0 0.5 1 1.5 2 2.5

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15

Radial Position (m)

Y -V e lo c it y ( m /s )

Diameter Vortex Finder 120 mm Diameter Vortex Finder 152 mm Diameter Vortex Finder 270 mm

Gambar 4.12 Pengaruh dari Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity

Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan Tangensial dari gambar 4.13. Nilai dari kecepatan tangensial pada diameter Vortex Finder meningkat sejalan dengan perubahan jarak dari posisi radial hingga mencapai nilai maksimum. -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

-0.02 -0.01 0 0.01 0.02

Radial Position (m)

T angent ial V el oc ity ( m /s )

Diameter Vortex Finder120 mm Diameter Vortex Finder152 mm Diameter Vortex Finder 270 mm

Gambar 4.13 Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan Tangensial

Ketinggian 0.75 m Ketinggian 0.75 m

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dari hasil simulasi dapat dilihat bagaimana pola dari aliran yang terbentuk, perubahan kecepatan aliran baik itu kecepatan aliran tangensial ataupun kecepatan aliran aksial dan daerah konsentrasi perubahannya.

2. Dapat dilihat proses terjadinya vortex dimana adanya pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional. Sebuah vortex mewakili sebuah aliran yang garis-garis arusnya adalah lingkaran-lingkaran sepusat (konsentris).

3. Terjadi perbedaan besar dari gaya sentrifugal di setiap level ketinggian pada hydrocyclone. Dimana pada ketinggian 1 m besar gaya sentrifugal 17 N, pada ketinggian 0.5 m sebesar 12 N dan terendah pada ketinggian 0.3 m sebesar 8.7 N. Namun efektivitas pemisahan paling baik terjadi pada daerah kerucut (conical section) di ketinggian 0.3 m karena pada bagian ini terjadi penurunan gaya sentrifugal yang cukup besar hingga 3 N.

4. Static Pressure terbesar terjadi pada hydrocyclone yang memiliki diameter spigot paling besar hingga 1,8 kPa karena pada bagian ini kuantitas dan massa material paling besar dipisahkan di hydrocyclone I. Dan sebaliknya static pressure terkecil hanya 1,02 kPa berada pada hydrocyclone terakhir yang berdiameter spigot terkecil.

5. Kecepatan tangensial terbesar 2.78 m/s terjadi pada hydrocyclone berdiameter vortex finder paling kecil yaitu pada hydrocyclone III karena jumlah material dan massa material yang akan dipisahkan tidak terlalu banyak.

5.2 Saran

1. Untuk mendapatkan penjelasan secara lebih mendetail mengenai analisa aliran pada hydrocyclone, ada baiknya untuk penelitian berikutnya dilakukan percobaan langsung di laboratorium sehingga diperoleh bentuk virtual dari aliran yang terjadi pada hydrocyclone sehingga dapat diamati bagaimana proses terjadinya aliran pada hydrocyclone pada saat keadaan aktual dan membandingkanya dengan hasil simulasi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Coulson.1986.Particle Technology and Separation Process.New York: Foust and Perry

2. Dalamini, MF.,Powell, MS., Meyer CJ.2005. A CFD simulation of a single phase hydrocyclone flow field. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy (November 2005) p.711-717

3. Jones, A.G.2002.Criztallization Process System. Oxford: Butterworth Heinemann

4. Pengenalan Alat Produksi Industri Pengolahan Kelapa Sawit.2002. Lembaga Pelatihan Perkebunan Medan hal 52 - 53

5. Munson, Bruce R.1982.Fundamental of Fluid Mechanics.New York: John Wiley & Sons Inc.

6. Ricci,Larry.1985.Separation theqniques 2 gas/liquid/solid systems.New York:Mc Graw Hill Publications

7. Ridwan, Ikhwan Nasution.2005.Pemodelan Turbulensi.e-Universitas Sumatera Utara Repository(2005) hal 95-98

8. Ridwan, Indra Siswantara A., Suprianto.2002.Kajian Model Cyclone Separator.KOMMIT Universitas Gunadarma (Juli 2004) hal 484 - 493 9. Svarovsky, Ladislav.2000.Solid-Liquid Separation.Oxford: Butterworth

Heinemann

10. Streeter, Victor L.1995.Mekanika Fluida (terjemahan).Jakarta: Erlangga 11. Suyitno.2005.Analisis CFD Unjuk Kerja Siklon dengan Menggunakan

Model Turbulen Spalart-Allmaras dan Rng K-e.Jurnal Media Mesin Volume 6 No.2 Juli 2005 hal 47-54