19
4.2.1 Pemodelan CFD
Simulasi CFD yang dilakukan menggunakan 9 tipe rancangan obstacle yaitu N1, N2, N3, N2+DO7, A1, A2, A3 dengan S dan DO7 sebagai pembanding. Masing-masing rancangan dijelaskan
pada Tabel 3. Gambar dan ukuran masing-masing tipe obstacle dapat dilihat pada Lampiran 8. Tabel 3. Deskripsi rancangan obstacle dalam reaktor kolom gelembung yang disimulasikan dengan
metode CFD Obstacle
Deskripsi Simulasi
CFD Percobaan
reaksi biodiesel S
Tanpa obstacle pada T =290
o
C √
X DO7
Dua obstacle yang disusun pada silinder dalam pitch 7 mm, 24 lubang, dan diameter 4 mm, T =
290 C
√ √
N1 Obstacle berbentuk nozzle berdiameter 20 mm,
tinggi 20 mm dan 9 lubang berdiameter 4 mm, T = 290
C √
X N2
Obstacle berbentuk nozzle berdiameter 20 mm, tinggi 10 mm dan 9 lubang berdiameter 4 mm, T =
290 C
√ X
N3 Obstacle berbentuk nozzle berdiameter 20 mm,
tinggi 10 mm dan 9 lubang berdiameter 4 mm, T = 290
C √
X N2+DO7
Kombinasi antara DO7 dan N2 dengan T = 290 C
√ X
A1 Terdiri dari 4 obstacle berdiameter 55 mm dengan
jarak antar obstacle 60 mm, diameter poros 5 mm. Obstacle bawah 24 lubang, tengah 5 lubang, dan
atas 12 lubang dengan diameter lubang 4 mm, dan pada bagian paling atas terdapat plat tanpa lubang
dengan diameter 40 mm, T = 290
C √
X
A2 Terdiri dari 3 obstacle berdiameter 55 mm dengan
jarak antar obstacle 60 mm, diameter poros 5 mm. Obstacle bawah 24 lubang, tengah 5 lubang, dan
atas 12 lubang, dengan diameter lubang 4 mm, T = 290
C √
X
A3 Terdiri dari 3 obstacle berdiameter 55 mm dengan
jarak antar obstacle 50 mm, diameter poros 5 mm. Obstacle bawah 24 lubang, tengah 5 lubang, dan
atas 12 lubang, dengan diameter lubang 4 mm, T = 290
C √
√
Simulasi CFD memerlukan kualitas mesh yang bagus agar proses simulasi tidak mengalami kegagalan dan waktu simulasi menjadi lebih singkat. Kualitas mesh terburuk worst element yang
digunakan untuk simulasi CFD adalah 0.847. Mesh yang digunakan adalah mesh volume tipe elemen HexWedge Cooper dan TetHybrid Tgrid. Bagian reaktor yang memiliki bentuk sederhana dan
berukuran besar seperti tabung reaktor bagian atas, digunakan mesh volume tipe elemen HexWedge Cooper dengan ukuran 3 mm sedangkan pada bagian reaktor yang rumit dan berukuran kecil seperti
bagian bawah reaktor yang berbentuk setengah bola dan lubang obstacle yang memiliki ukuran relatif kecil maka digunakan mesh volume tipe elemen TetHybrid Tgrid dengan ukuran 2 mm. Kualitas dan
jumlah elemen mesh pada masing-masing model dapat dilihat pada Tabel 4.
20 Tabel 4. Kualitas dan jumlah elemen mesh pada masing-masing model CFD
Obstacle Worst Element
Total Element S
0.809 55213
DO7 0.806
53415 N1
0.847 89443
N2 0.834
62786 N3
0.786 93678
N2+DO7 0.821
102416 A1
0.758 154322
A2 0.823
128958 A3
0.823 130143
Gambar 10. Mesh dan konfigurasi obstacle dalam reaktor kolom gelembung yang disimulasikan
S DO7
N1 N2
N3
N2+DO7 A1
A2 A3
21 Waktu yang dibutuhkan untuk mensimulasikan 1.5 detik proses pembentukan gelembung di
dalam reaktor kolom gelembung dengan menggunakan CFD memerlukan waktu 3-4 hari. Lamanya waktu komputasi dipengaruhi oleh ukuran mesh yang digunakan, semakin kecil ukuran mesh maka
hasil yang diperoleh semakin teliti, akan tetapi waktu komputasi yang diperlukan akan semakin lama. Ukuran mesh harus diatur sedemikian rupa supaya hasil simulasi yang diperoleh cukup teliti dan
waktu komputasi tidak terlalu lama. Mesh yang digunakan untuk simulasi dapat dilihat pada Gambar 10.
Proses meshing hanya dilakukan pada bidang yang berbentuk fluida sedangkan pada bidang solid tidak dilakukan meshing karena pada bidang padatan tidak dilakukan analisis saat simulasi
dengan menggunakan FLUENT. Bidang batas yang digunakan untuk inlet adalah tipe velocity inlet sedangkan untuk outlet digunakan tipe pressure outlet. Kondisi batas bahan yang digunakan terdiri
dari dua fasa, yaitu oil minyak dan vapor uap metanol. Saat kondisi awal simulasi bagian atas reaktor seharusnya diisi dengan udara, karena simulasi
hanya menggunakan dua fasa, yaitu fasa cair minyak dan fasa gas metanol super-terpanaskan, maka bagian tersebut langsung diisi dengan metanol super-terpanaskan, semua udara yang ada di
dalam reaktor dianggap sudah keluar dan digantikan oleh uap metanol superterpanaskan. Hal ini tidak berpengaruh terhadap hasil simulasi, karena data simulasi yang diambil adalah pada saat kondisi
gelembung yang ada di dalam reaktor sudah konstan. Kondisi awal dari simulasi CFD pada reaktor kolom gelembung dapat dilihat pada Gambar 11. Warna merah pada gambar adalah uap metanol
super-terpanaskan dan warna biru adalah minyak cairan.
Gambar 11. Kondisi awal dari simulasi penggunaan obstacle pada reaktor kolom gelembung menggunakan CFD tampilan pada bidang XY
4.2.2 Pengaruh Penggunaan Obstacle Terhadap Luas Permukaan Kontak
Kategori