RANCANGAN HASIL DAN PEMBAHASAN

15

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 RANCANGAN

OBSTACLE Pola kecepatan dan jenis aliran di dalam reaktor kolom gelembung sangat berpengaruh terhadap laju reaksi pembentukan biodiesel. Kecepatan aliran yang tinggi di dalam reaktor kolom gelembung menyebabkan terjadinya penurunan residence time yang terjadi di dalam reaktor, pola kecepatan aliran di dalam reaktor dapat dilihat pada Gambar 6. Gambar 6. Vektor kecepatan aliran fluida di dalam reaktor kolom gelembung Gambar 6 menunjukkan bahwa pada bagian tengah reaktor kolom gelembung kecepatan fluida gelembung metanol lebih tinggi dibandingkan dengan bagian yang dekat dengan dinding reaktor. Untuk meningkatkan efektifitas reaksi yang terjadi maka perlu dilakukan penurunan kecepatan pada bagian tengah reaktor tersebut, sehingga residence time dan luas permukaan kontak akan meningkat. Selain menurunkan kecepatan aliran juga perlu dilakukan peningkatan turbulensi aliran, karena aliran turbulen memiliki sifat yang cenderung menyebar dispersif. Sifat ini menyebabkan aliran turbulen memiliki kemampuan yang tinggi dalam proses pencampuran mixing, perpindahan massa, perpindahan panas, dan perpindahan momentum. Pada Gambar 6 pusaran aliran turbulen masih relatif kecil small scale eddy, diperlukan suatu mekanisme yang dapat meningkatkan pusaran large scale eddy sehingga proses pencampuran, perpindahan massa, dan perpindahan momentum yang terjadi Small scale eddy 16 dapat memperbesar laju reaksi yang terjadi. Pemasangan obstacle merupakan salah satu cara yang diharapkan dapat mengatasi permasalahan tersebut. Rancangan pertama yang dibuat adalah obstacle N1 dan N2. Obstacle N1 dibuat berbentuk nozzle dengan ukuran diameter kepala 20 mm dan tinggi kepala 20 mm, sedangkan obstacle N2 diameter kepala obstacle adalah 20 mm dan tinggi kepala 15 mm, hal ini dimaksudkan untuk memperlambat laju naiknya gelembung dari tengah nozzle ke permukaan minyak. Menurut Michele 2002, cepatnya kenaikan gelembung disebabkan oleh central nozzle bahkan pada kecepatan gas rendah. Dengan adanya obstacle berbentuk nozzle yang terpasang pada central nozzle, diharapkan laju gelembung yang naik ke permukaan minyak menjadi terhambat oleh obstacle, sehingga residence time gelembung di dalam minyak menjadi lebih lama. Diameter lubang pada obstacle N1 dan N2 adalah 4 mm dengan jarak antar lubang kurang lebih 7 mm karena pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Wulandani 2010 diameter lubang 4 mm dan 7 mm antar lubang mempunyai hasil yang paling bagus dari semua simulasi yang telah dilakukannya. Obstacle berbentuk N1 dan N2 yang dirancang dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 7. Rancangan obstacle N1 dan N2 Gelembung yang dihasilkan oleh obstacle N1 dan N2 menyebar ke pinggir dan menempel pada dinding reaktor sehingga menyebabkan terjadinya penurunan luas permukaan kontak, hasil simulasi N1 dan N2 dapat dilihat pada Lampiran 14 dan 15. Untuk mengantisipasi penurunan luas permukaan kontak dibuat obstacle N3 dengan penambahan lubang pada bagian atas kepala obstacle. Rancangan obstacle N3 dapat dilihat pada Gambar 8. Gambar 8. Rancangan obstacle N3 Hasil simulasi dengan menggunakan obstacle N3 menunjukkan bahwa sudah tidak terdapat gelembung metanol yang menempel pada dinding reaktor, tetapi gelembung yang dihasilkan memiliki ukuran yang sangat besar seperti yang terlihat pada Lampiran 16. N1 N3 Kepala obstacle N2 17 Setelah dilakukan pembandingan luas permukaan kontak antara N1, N2 dan N3 dengan dengan simulasi reaktor kosong S dan DO7, luas permukaan kontak N1, N2, dan N3 lebih tinggi dibandingkan dengan reaktor kosong akan tetapi tidak lebih tinggi bila dibandingkan dengan DO7. Kemudian dilakukan perancangan obstacle lain yang diharapkan memiliki luas permukaan kontak yang lebih tinggi daripada DO7. Obstacle yang dirancang adalah obstacle tipe A yang terdiri dari 3 rancangan, yaitu A1, A2, dan A3. Pada bagian tengah obstacle A1, A2, dan A3, digunakan poros berdiameter 5 mm untuk menyusun obstacle. Poros berukuran kecil ini digunakan agar kemungkinan kontak antara bahan minyak atau metanol dengan dinding obstacle dan dinding dalam reaktor semakin kecil bila dibandingkan dengan menggunakan obstacle berupa silinder dalam tipe DO7. Poros juga berfungsi untuk memecah gelembung metanol ketika keluar dari nozzle, diharapkan banyak terbentuk gelembung kecil yang akhirnya dapat memperluas kontak antara gelembung metanol dan minyak. Konsep obstacle A1 dan A2 hampir mirip satu sama lain dengan jarak pasang antar plat obstacle adalah 60 mm, yang membedakan rancangan ini adalah jumlah plat yang digunakan, pada bagian atas obstacle A1 terdapat plat tambahan berdiameter lebih kecil daripada obstacle yang berfungsi untuk menghambat laju gelembung. Selain itu, diduga jarak pasang antar plat juga akan berpengaruh terhadap luas permukaan kontak yang dihasilkan, maka dirancang obstacle A3 dengan jarak antar obstacle adalah 50 mm. Rancangan obstacle tipe A dapat dilihat pada Gambar 9. Gambar 9. Rancangan obstacle tipe A A1 A2 A3 18

4.2 HASIL SIMULASI CFD