Analisa Separator Gas Buang Tipe Cyclone Dengan Menggunakan Software Cfd.docx

ANALISA SEPARATOR GAS BUANG TIPE CYCLONE DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS

ABSTRAK Prinsip kerja Cyclone separator yaitu memanfaatkan gaya sentrifugal dan gaya gravitasi di dalamnya untuk memisahkan partikel padat dan gas. Vortex yang terjadi di dalam cyclone menyebabkan Partikulat Matter (PM) terpisah dari gas buang, dimana PM akan jatuh ke bawah sedangkan gas buang akan naik ke atas karena massa jenis gas buang yang lebih kecil daripada PM. Pada penelitian ini Cyclone separator dianalisis dengan menggunakan software ANSYS. Persamaan yang digunakan dalam software ANSYS adalah persamaan k-epsilon RNG. Variasi panjang pipa vortex dilakukan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap persentase pemisahan partikel dengan panjang berturut-turut 3 cm, 5 cm, 7 cm, 9 cm, dan 11 cm. Simulasi Particle Track digunakan untuk mendapatkan persentase pemisahan partikel. Hasil simulasi yang didapatkan menunjukkan bahwa variasi kecepatan cukup berpengaruh terhadap persentase pemisahan partikel, dimana semakin tinggi kecepatan inlet maka persentase partikel yang escaped semakin sedikit dan yang trapped semakin bertambah. Dari 5 variasi panjang pipa vortex yang disimulasikan, cyclone separator dengan panjang pipa vortex 7 cm dan kecepatan inlet 30 m/s menghasilkan persentase pemisahan yang paling tinggi serta menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan cyclone separator pada panjang pipa vortex lainnya Kata kunci :Partikulat Metter, Cyclone Separator, Ansys, panjang pipa vortex, kontur

i

ii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Cyclone merupakan alat pengendali partikulat yang sangat umum dan banyak digunakan untuk berbagai aplikasi karena prinsip kerjanya pemisahan partikel. Partikel yang dapat disisihkan adalah partikel yang berukuran besar, alat ini sangat tidak efisien jika digunakan untuk menyisihkan partikel kecil karena partikel-partikel kecil mempunyai massa yang kecil dan dapat menghasilkan gaya sentrifugal (Maikel mendes dkk) Cyclone adalah alat sederhana yang menggunakan gaya sentrifugal untuk memisahkan partikel dari aliran gas, pada umumnya Cyclone terbentuk dari pelat logam, dan ada juga dari bahan lain. Cyclone dapat mengendalikan beban debu yang sangat besar, dan juga digunakan pada aliran gas yang sangat tinggi. Kadang – kadang penggunaannya di gabungkan dengan material tahan panas untuk mencegah abrasi dan untuk mengisolasi material logam dari temperatur gas yang sangat tinggi. Alat ini pada umumnya digunakan untuk mencegah pencemaran udara dari hasil penbakaran mesin diesel. (Maikel mendes dkk, laporan kerja praktek) Gas buang dari hasil proses pembakaran berpegaruh terhadap pencemaran udara dan lingkungan khususnya motor diesel. Proses pembakaran bahan bakar pada motor bakar menghasilkan gas buang yang mengandung unsur Nitrogen Oksida (NOx), Sulfur Oksida (SOx), Particulate Matter (PM), Karbon Monoksida

1

(CO), dan Hidrokarbon (HC) yang bersifat mencemari udara. Pencemaran terhadap udara tentunya akan berakibat terhadap kesehatan manusia, selain juga terhadap mahluk hidup lainnya seperti hewan dan tumbuhan.(Reza Revari,dkk 2012) Pencemaran udara yang berupa partikulat dapat diatasi dengan alat-alat pengontrol udara seperti Cyclone Separator. Prinsip alat ini adalah memisahkan partikel padat dan gas dengan memanfaatkan gaya sentrifugal dan gaya gravitasi didalam Cyclone. Partikulat dan gas akan terpisah, dimana partikulat yang bermassa jenis besar akan jatuh kebawah dan udara yang bermassa jenis kecil akan naik keatas. Efisiensi pemisahan partikel bergantung pada diameter partikel, berat jenis partikel, dimensi Cyclone separator, panjang pipa vortex serta Kecepatan masuk inlet juga cukup mempengaruhi persentase pemisahan partikel. Berdasarkan penelitian sebelumnya oleh A.Husairy dan Benny D Leonanda tentang variasi kecepatan inlet terhadap persentase pemisahan partikel dengan menggunakan software ansys CFD, hasilnya menunjukkan bahwa Persentase pemisahan partikel meningkat seiring kenaikan kecepatan, yaitu persentase partikel escaped akan menurun dan persentase partikel trapped akan meningkat. Serta diameter outlet dan lebar inlet akan mempengaruhi efisiensi Cyclone. Model empiris dikembangkan berdasarkan data geometri siklon tertentu, seperti penelitian tentang analisa pengaruh tangensial inlet (Avci dan karagoz, 2005), sementara Hsu dkk (2014) sudah melakukan eksperimen tentang peningkatan kinerja desain siklon Stairmand dengan menganalisa pengaruh tinggi konis, diameter konis dan siklon tanpa konis. Hasilnya menunjukkan bahwa

2

proporsi tinggi konis ditingkatkan dari 60 mm menjadi 70 mm dan diameter konis dikecilkan dari 9 mm menjadi 4 mm dapat meningkatkan faktor kualitas dari siklon tersebut. Roufi dkk (2008) melakukan simulasi dan optimasi vortex finder pada siklon konvensional menggunakan CFD. Roufi dkk (2009) melakukan penelitian dengan mengkaji dua jenis siklon persegi yang berbeda geometrinya secara CFD. Hasilnya menunjukkan bahwa perbandingan antara penurunan tekanan dari siklon persegi yang diperoleh dalam penelitian ini dengan persamaan empiris yang diberikan dalam literatur untuk siklon konvensional, menunjukkan bahwa penurunan tekanan dalam siklon persegi lebih kecil dari pada siklon konvensional. Shafikhani dkk (2011) melakukan penelitian terhadap siklon persegi dan siklon silinder secara numerik. Hasilnya menunjukkan bahwa penurunan tekanan berdasarkan peningkatan laju alir pada siklon persegi lebih kecil jika dibandingkan dengan Cyclone silinder. Sementara efisiensi berpengaruh terhadap laju alir. Semakin tinggi laju alir maka efisiensinya semakin tinggi. Hal ini berlaku pada kedua jenis siklon. untuk itu siklon persegi bisa menjadi pilihan untuk laju alir yang tinggi. Dari beberapa penelitian tentang Cyclone Separator diatas masih sedikit yang meneliti tentang pengaruh panjang pipa vortex. Pada penelitian ini akan mensimulasikan Cyclone Separator berbentuk silinder dengan variasi panjang pipa vortex serta kecepatan inlet yang berbeda, untuk mencari karakteristik Cyclone Separator dengan pemisahan partikel yang lebih efisien, serta melakukan meshing yang lebih baik agar mendapatkan hasil yang lebih akurat. 3

Dengan menggunakan Software Ansys peneliti dapat mensimulasikan aliran partikel dalam Cyclone,

dimana dapat dilihat berapa banyak partikel yang

terperangkap ataupun yang keluar dari Cyclone. Dengan simulasi tersebut dapat diketahui pengaruh kecepatan inlet terhadap persentase pemisahan partikel dan juga pengaruh panjang pipa vortex terhadap kinarja Cyclone Separator. I.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana cara membuat desain Cyclone Separator dengan menggunakan SolidWork ? 2. Bagaimana pengaruh variasi tekanan terhadap kinerja cyclone separator ? 3. Bagaimana pengaruh panjang pipa vortex terhadap kinerja Cyclone separator? 4. Bagaimana hasil simulasi Cyclone separator dengan menggunakan software ansys pada metode k-epsilon? 5. Bagaimana pengaruh kecepatan inlet terhadap kinerja Cyclone separator? 1.3 Batasan Masalah Pengujian dilakukan hanya membahas analisa mengenai pengaruh variasi kecepatan inlet dan panjang pipa vortex pada metode k-epsilon terhadap kinerja Cyclone separator. 1.4 Tujuan Adapun tujuan dari analisa ini antara lain:

4

1. Membuat model Cyclone dengan menggunakan software solidwork. 2. Mengetahui karakteristik variasi panjang pipa vortex terhadap tekanan, turbulen dan percepatan. 3. Mengetahui pengaruh variasi panjang pipa vortex terhadap kinarja Cyclone separator. 4. Mengetahui pola aliran berupa kontur yang terbentuk pada model cyclone separator dengan metode k-epsilon

5. Mengetahui pengaruh kecepatan inlet terhadap pemisahan partikel pada cyclone separator. 1.5 Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Menjadi referensi untuk mendesain atau merancang sebuah Cyclone separator dengan software ansys CFD. 2. Menemukan karakteristik Cyclone separator dengan berbagai variasi kecepatan inlet dan dimensi pada metode k-epsilon. 3. Menemukan pengaruh kecepatan inlet terhadap persentase pemisahan partikel pada Cyclone separator. 4. Menemukan karakteristik arah gerakan fluida dengan metode k-epsilon yang terbentuk didalam cyclone separator 5. Menemukan efisiensi maksimum dari panjang pipa vortex pada Cyclone separator

5

1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyelesaian skripsi ini adalah: BAB I

PENDAHULUAN Berisikan tentang latar belakang, permasalahan, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA Menjelaskan tentang teori dasar yang mendukung tugas akhir.

BAB III

METODOLOGI PENULISAN Metode simulasi pengujian Cyclone yang diawali dengan pembuatan gambar dengan sofware solid work, kemudian di import ke Ansys dan mensimulasikan dengan Fluent dengan variasi panjang pipa vortex dengan dimensi Cyclone yang sama serta parameter-parameter yang digunakan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN Membahas hasil yang didapat dari simulasi berupa pemisahan partikel yang lebih efisien dari Cyclone Separator, kontur tekanan dan kecepatan serta persentase pemisahan partikel dari Cyclone Separator.

BAB V

PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran-saran.

Daftar Pustaka Lampiran

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Separator Cyclone Cyclone separator adalah salah satu alat yang digunakan untuk mereduksi kandungan particulate matter pada gas buang motor diesel. Alat ini menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan perbedaan massa jenis antara PM dan gas buang motor diesel (Widjaja, T. 2012.) Cyclone separator banyak digunakan sebagai alat pengumpul particulate matter, dimana gas yang mengandung particulate masuk secara tangensial ke dalam body cyclone membentuk aliran spiral dan keluar melalui bagian tengah yang terbuka (Buekens, A,. 2012) Prinsip kerja separator yaitu gas atau aliran fluida diinjeksikan melalui pipa input. Bentuk kerucut pada bagian body cyclone menyebabkan aliran gas atau fluida untuk berputar, menciptakan vortex. Vortex yaitu gerak alamiah yang terjadi pada suatu fluida yang diakibatkan adanya pengaruh parameter kecepatan dan tekanan (Ridwan., Siswantara,A.I., Rohim,A., 2004). Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih besar didorong ke arah luar vortex menempel di dinding separator karena pengaruh gaya sentrifugal. Gaya gravitasi menyebabkan partikel-partikel tersebut jatuh ke sisi kerucut menuju tempat pembuangan. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih kecil keluar melalui bagian atas dari cyclone melalui pusat yang bertekanan rendah (Ridwan., Siswantara,A.I., Rohim,A., 2004).

7

Tabung vortex finder tidak menciptakan aliran pusaran gas. Fungsinya adalah untuk mencegah hubungan singkat dari inlet secara langsung ke outlet. Cyclone akan tetap bekerja tanpa vortex finder, walaupun efisiensi yang dihasilkan akan rendah.

Gambar 2. 1 Skema Cara Kerja Cyclon Sumber: Karl B. Schenelle, 2002

Cyclone sering digunakan sebagai precleaner untuk alat kontrol polusi udara. Cyclone lebih efisien digunakan untuk memisahkan partikulat daripada settlingchamber, tetapi tidak lebih efisien bila dibandingkan dengan wet scrubber, baghouses atau electricprecipitator. Dibanding dengan alat lain pengendali polusi udara yang lain, Cyclone lebih disukai karena kesederhaaan dari desainnya, tidak mahal, biaya pemeliharaanya rendah, dan kemampuan beradaptasi untuk berbagai kondisi opersai seperti pada suhu dan tekanan tinggi. berikut Standar dimensi Cyclone berdasarkan perbandingan antara diameter badan Cyclone dengan bagian lainnya dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut:

8

Tabel 2. 1 Standar Dimensi Cyclone

Source : columns (1) and (5) from Stairmand 1951, columns (2) and (6) from Swift, column (3) from Lapple 1951

. Cyclone sering digambarkan sebagai peralatan dengan efisiensi rendah. Namun dalam perkembangannya tercatat Cyclone mampu menghasilkan efisiensi 98% bahkan lebih untukpartikel yang lebih besar dari 5 microns (Cooper, et al., 1986). Efisiensi lebih dari 98% juga tercatat pada Cyclone untuk partikel yang diameternya lebih dari 346 microns (Funk, P.A., et al.,2000). Meskipun siklon sering digunakan sebagai tempat akhir pengumpulan di mana partikel yang berukuran besar ingin dipisahkan, siklon juga umum digunakan sebagai pra-pembersih sebagai kolektor yang lebih efisien seperti elektrostatik presipitator, scrubber atau kain saringan (Swamee dkk, 2009). II.2. Pembentukan Partikulat (Particulate Matter) Partikulat dihasilkan oleh adanya residu bahan bakar yang terbakar dalam ruang bakar, dan keluar melalui pipa gas buang. Partikel-partikel seperti jelaga,

9

asap dan debu secara umum terbagi menjadi dua bagian yaitu partikel-partikel yang merupakan emisi langsung biasanya disebut partikel utama (primary particles) dan partikel-partikel hasil transformasi gas lain atau disebut partikel sekunder (secondary particles). (Dody Darsono, FT UI, 2010) Ukuran partikel bervariasi, dengan ujuran besar cenderung berasal dari faktor geologi, seperti debu dan pasir yang ditiup angin. Sedangkan yang berukuran kecil terutama dari sumber-sumber pembakaran dan perubahan dari gas-gas emisi yang lain, seperti sulfur dioksida menjadi sulfat dan nitrogen oksida menjadi nitrat. Dari sini jelas bahwa emisi gas buang merupakan unsur yang berbahaya. Sebagian besar partikulat mengandung unsur karbon dan kotoran lain berbentuk butiran/partikel dengan ukuran ± 0,01 – 10 μm. (Dody Darsono, FT UI, 2010) Gas buang diesel sebagian besar berupa partikulat dan berada pada dua fase yang berbeda namun saling menyatu yaitu fase padat, terdiri dari residu/kotoran, abu, bahan aditif, bahan korosif, keausan metal, dan fase cair terdiri dari minyak pelumas yang tak terbakar. Gas buang yang berbentuk cair akan meresap ke dalam fase padat. Buangan ini disebut partikel. Partikel-partikel tersebut berukuran mulai dari 100 mikron hingga kurang dari 0,01 mikron. Partikulat yang berukuran kurang dari 10 mikron memberikan dampak terhadap visibilitas

udara

karena

partikulat

tersebut

akan

memudarkan

cahaya.

Pembentukan partikel tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2 dibawah. (Dody Darsono, FT UI, 2010)

10

Gambar 2. 2 Pembentukan Partikel-partikel II.3. Efisiensi Penyisihan Partikel Ketika sebuah partikel bergerak dengan kecepatan konstan dengan arah yang berputar, vektor kecepatan berubah terus sesuai dengan arah putarnya. Walaupun tidak begitu besar hal ini menciptakan percepatan hasil dari perubahan arah kecepatan. Artinya percepatan adalah jumlah waktu yang dibutuhkan untuk perubahan kecepatan sehingga kecepatan menjadi sebuah vektor yang dapat berubah arah. Gaya dirumuskan oleh hukum kedua Newton (F = m.a), gaya sentrifugal dirumuskan sebagai berikut:

F

Dimana:

F

mv 2 r

(1)

= gaya sentrifugal

m = massa partikel

11

v

= kecepatan partikel, diasumsikan sama dengan kecepatan gas

r

= jari-jari badan cyclone

Prinsip kerja Cyclone berdasarkan penggunaan gaya sentrifugal untuk menggerakkan partikel menuju dinding Cyclone, sebuah kesalahan kecil dalam pemasangan pipa akan mengurangi efisiensi, jadi sebaiknya digunakan cara yang ditunjukkan pada gambar yang benar. II.4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi pengumpulan partikel antara lain Meningkatkan kecepatan di inlet akan meningkatkan gaya sentrifugal dan juga efisiensi. Tetapi ini juga akan meningkatkan kehilangan tekanan. Mengurangi diameter Cyclone juga akan meningkatkan gaya sentrifugal, efisiensi, dan kehilangan tekanan. Meningkatkan laju aliran gas terhadap Cyclone yang diberikan mempunyai dampak efisiensi seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut:

Pt 2  Q1    Pt1  Q2  Dimana:

0,5

(2)

Pt = penetration (Pt = 1 -η ) η

= efisiensi penyisihan partikel

Q = volume aliran gas

12

II.5. Persamaan yang Digunakan dalam Perhitungan Efisiensi Efisiensi penggunaan Cyclone dapat ditentukan dengan beberapa persamaaan, diantaranya Lapple’s efficiency correlation. Langkah–langkah yang digunakan untuk mendapatkan besarnya efisiensi Cyclone adalah: 1. Penentuan jumlah efektif penyisihan (Ne) Lb 

Lc 2

Persamaannya :

Ne 

Dimana : Ne

= jumlah efektif penyisihan

(3)

H

H

= tinggi inlet tangensial

Lb

= panjang badan cyclone

Lc

= panjang kerucut cyclone

2. Persamaan Lapple’s Persamaannya : j 

Dimana

1  d p 50   1   d  pj  

(4)

2

: ηj

= efisiensi penyisihan partikel dengan diameter j

dp50

= diameter partikel dengan 50 % efisiensi penyisihan

dpj

= diameter partikel j

13

3.

Kapasitas Aliran Q=A.v dimana: Q = kapasitas aliran (/s) v = kecepatan aliran (m/s) A = luas penampang (m^2)

II.6. Software Ansys ANSYS merupakan salah satu perangkat lunak engineering yang banyak digunakan baik dalam penelitian, simulasi, problem solving dan design. Ansys memiliki berapa bagian yaitu : ● ANSYS Workbench ANSYS Workbench bisa menganalisis beberapa sistem seperti dibawah ini:  Electic  Explicit Dynamics  CFD ( CFX dan Fluent )  IC Engine  Static Strutural  Steady-state Thermal ● ANSYS Multiphysics ● ANSYS Mechanical

14

● ANSYS AUTODYN ● ANSYS CFD (CFX & FLUENT) ● ANSYS Meshing and Extended Meshing ● ANSYS DesignModeler ● ANSYS DesignXplorer ● Supports up to 4 cores (SMP) for HPC solutions Pada penelitian cyclone separator menggunakan ANSYS CFD ( CFX dan Fluent ) II.7. Computational Fluid Dynamics (CFD) Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah sebuah ilmu terapan yang mempelajari dinamika aliran fluida dan transfer panas dengan pendekatan model matematika diferensial dan teknik numerik. Dengan menggunakan CFD prediksi aliran di berbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya yang relatif murah dan dengan waktu yang relatif singkat dibandingkan dengan menggunakan metode eksperimen (Anonim 2010).yg punya jurnal Program CFD dapat memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu menggunakan penyelesaian persamaan-persamaan yang mengatur aliran fluida. Persamaan aliran fluida merupakan persamaan diferensial parsial Computational Fluid Dynamics atau CFD adalah suatu sistem dari konsep dasar aliran fluida dan

15

pindah panas yang menggunakan simulasi berbasis computer (Wulandani et al. 2001). Komputasi

dinamika

fluida

(computational

fluid

dynamic,CFD)

merupakan cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode angka dan algoritma untuk menyelesaikan dan menganalisa masalah yang terjadi pada aliran fluida. Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama: 1. Pre-pocess 2. Processor 3. Post Processor Pre-pocess merupakan tahapan pertama didalam merancancang dan menganalisa aliran didalam pemodelan. Preprosessor mengandung masukan dari permasalahan yanmg dialami oleh aliran. Processor adalah tahap dilakukan proses penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif. Artinya penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error terkecil atau hingga mencapai nilai yang konvergen. Post Processor adalah langkah terakhir dalam CFD , dimana hasil perhitungan ditampilkan ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna tertentu. Keuntungan dari computational fluid dynamic (CFD) 1. Meminimumkan waktu dan biaya dalam mendesain suatu produk, bila proses desain tersebut dilakukan dengan uji eksperimen dengan akurasi tinggi.

16

2.

Memiliki kemampuan sistem studi yang dapat mengendalikan percobaan yang sulit atau tidak mungkin dilakukan dalam eksperimen.

3. Memiliki kemampuan untuk studi di bawah kondisi berbahaya pada saat atau sesudah melewati titik kritis (termasuk studi keselamatan dan skenario kecelakaan). 4. Keakuratannya akan selalu dikontrol dalam proses desain.

17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1

Lokasi dan Waktu Penelitian III.1.1 Lokasi Penelitian Simulasi dilakukan di Laboratorium Permesinan Kapal, Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Gowa. III.1.2 Waktu Penelitian Waktu penelitian akan dilaksanakan selama pada bulan November 2016 - Selesai

III.2

Metode Pengambilan Data a. Studi Literatur Pada studi literature ini digunakan beberapa referensi sebagai acuan diantaranya buku bacaan, skripsi, internet dan lain-lain yang berkaitan dengan panjang pipa vortex Cyclone Separator b. Desain model Dalam desain model yang dilakukan yaitu mendesain di software solidwork, Cyclone terdiri dari beberapa komponen penting dalam proses mendesain yaitu sebagai berikut: 1. Inlet dan outlet; 2. Vortex finder; 3. Body; 18

4. Cone atau Hopper. Tabel 3. 1 Variabel – Variabel dalam penelitian Variabel tetap

Variabel berubah

Variabel respon

-Dimensi Cyclone Panjang bodi cyclone 30 cm

Panjang pipa vortex 3 cm, 5 cm, 7 cm, 9 cm, dan 11 cm.

-Efisiensi pemisahan partikel

-Kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s dan 30 m/s c. Meshing

-Kehilangan tekanan pada siklon

Proses meshing yaitu proses menghubungkan antara 1 titik dengan titik yang lain. Mesh model yang telah dibuka pada Fluent harus dicek terlebih dahulu apakah terdapat kesalahan (error) atau tidak. Proses pengecekan mesh ini dapat dilakukan melalui perintah Grid kemudian Check. Contoh hasil proses meshing pada salah satu desain ditunjukkan pada gambar berikut:

19

Gambar 3. 1 Contoh Proses Meshing

d. Simulasi Untuk mendapatkan pengaruh panjang pipa vortex, kecepatan dan dimensi terhadap persentase pemisahan partikel pada cyclone separator maka dilakukan simulasi dengan menggunakan software Ansys CFD E. Kretria Tercapai Setalah simulasi selesai maka kreteria yang diinginkan akan muncul seperti pemisahan partikel, tekanan, turbulen dan laju aliran fluida. F. Desain yang Efektif Untuk memilih desain yang efektif maka dilakukan analisis dan memilih panjang pipa vortex yang paling efisien dalam pemisahan partikel efisiensi maksimum akan tercapai ketika panjang pipa vortex tidak terlalu pendek maupun terlalu panjang.

20

III.3 Kerangka Penelitian Mulai

Studi Literatur

Penentuan Variasi panjang pipa vortex

Mendesain model cyclone separator dengan menggunakan software siolidwork

Data sekunder

Jika mesh gagal Proses Meshing Jika mesh sukses Penentuan Kecepatan inlet ( m/s)

Input Data

Mensimulasikan Pengaruh Kecepatan Inlet dan panjang pipa vortex pada Cyclone Separator dengan Menggunakan Software Ansys CFD 21

BAB IV ANALYSIS DAN PEMBAHASAN IV.1 Mendesain Model Cyclone Separator pada SolidWork SolidWorks adalah salah satu software yang digunakan untuk merancang part permesinan atau susunan part pemesinan yang berupa assembling dengan tampilan 3 dimensi untuk mempresentasikan part sebelum real partnya dibuat atau tampilan 2 dimensi untuk gambar proses pemesinan atau Cyclone Separator . Karena model yang akan dibuat 3 dimensi maka sebelumnya harus membuat sketsa gambar dalam bentuk 2 dimensi kemudian di extrude untuk menjadi 3 dimensi di software SolidWork. Pada tahapan ini proses pembuatan yang pertama dilakukan yaitu pembuatan part tiap komponen yang terdapat pada cyclone separator. Part yang akan dibuat yaitu, body, inlet dan outlate ,Vortex finder . berdasarkan data yang telah didapatkan sebelumnya. Proses pembuatan part - part ini harus dibuat sketsa 2 dimensi kemudian diubah 3 dimensi dengan mengunakan toolbox extrude.

22

Gambar 4. 1 model Cyclone yang digunakan pada penelitian IV.2 Desain Model Body Cyclone Separator Pada penggambaran body Cyclone langkah pertama yang harus dilakukan yaitu membuka software SolidWork, klik toolbar sketch untuk memulai penggambaran 2 dimensi

kemudian membuat sketsa gambar

berdasarkan data utama yang sudah ditentukan sebelumnya. Hal yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan part body ini adalah ukuran dan satuan yang digunakan sesuai data yang telah ditentukan.satuan yang digunakan adalah (cm) karena hal ini sebagai dasar dalam pembuatan sketsa. Dalam hal ini aplikasi yang digunakan adalah SolidWork 2010 yang kemudian di import dalam Geometry Ansys 15.

23

Gambar 4. 2 Desain pada Part Body 2 Dimensi Untuk mengubah gambar sketsa 2 dimensi tadi ke 3 dimensi dengan menggunakan tool extruded. Tool ini juga berfungsi untuk mengatur ketebalan part, panjang part, dan cut material part yang akan didesain.

Gambar 4. 3 Desain pada Part Body 3 Dimensi

24

Setelah membuat body dari cyclone separator dalam bentuk 3 dimensi, maka langkah selanjutnya adalah membuat part inlet dan outletnya dengan memasukkan data yang telah ditentukan. IV.3 Desain Inlet dan Outlet pada Cyclone Separator Selanjutnya pada pembuatan desain inlet dan outlet yang harus dilakukan yaitu memilih toolbox sketch pada solidwork, setelah jendela terbuka maka sudah bisa memulai membuat sketsa gambar berdasarkan data utama yang sudah ditentukan sebelumnya.

Gambar 4. 4 Desain Part Inlet di Solidwork Setelah mendesain inlet dari cyclone separator maka langkah selanjutnya mendesain outlet, dengan memilih toolbox sketch kemudian masukkan data

yang telah ditentukan dan klik toolbar revolve untuk

membentuk desain inlet.

25

Gambar 4. 5 Desain Part outlet di solid work Setelah mendesain body, inlet dan outlet pada cyclone separator , maka langkah selanjutnya file tersebut disave kemudian dipindahkan ke Software Ansys dengan cara buka file Workbench Ansys kemudian klik import external geometri di jendela Ansys Workbench.

Gambar 4. 6 Desain Cyclone Separator di SolidWork

26

IV.4 Desain Cyclone Separator Setelah mendesain Cyclone Separator di SolidWork langkah selanjutnya memindahkan gambar ke Ansys dengan cara membuka file workbench kemudian muncul gambar seperti dibawah ini. Lalu klik Toolbox fluid flow (fluent) kemudian klik geometri dibawah komponen sistem ke daerah project scehmatic, ini akan membuka jendela modeler.

Gambar 4. 7 Jendela Workbench Ansys Setelah langkah – langkah diatas dilakukan maka terbuka jendela seperti di bawah ini. Lalu file yang didesain di SolidWork dipindahkan ke Ansys dengan cara klik import external geometri file, lalu pilih file yang yang sudah ter-save di disk komputer / laptop. kemudian untuk memunculkan desain di Ansys klik toolbar generate .untuk memunculkan desain di geometri.

27

Gambar 4. 8 Jendela geometri fluid flow (fluent) Setelah langkah – langkah diatas terlaksana maka muncul desain Cyclone Separator di geometri fluid flow ( fluent) seperti gambar di bawah ini.

Gambar 4. 9 Cyclone Separator pada jendela geometri

28

Setelah itu muncul data di geometri Ansys CFD dan untuk melihat hasil desain maka di klik toolbox generate. dan akan muncul hasil desain yang sudah di variasikan panjang pipa vortexnya seperti gambar di bawah ini :

(a)

(b)

(d)

(c)

(e)

Gambar 4. 10 Cyclone dengan Variasi panjang pipa vortex (a) 3 cm (b) 5 cm (c) 7 cm (d) 9 cm (e) 11 cm

29

IV.5 Proses Meshing Mesh merupakan pembagian objek menjadi bagian – bagian yang lebih kecil ,semakin kecil meshing yang dibuat maka hasil perhitungan akan semakin teliti namun membutuhkan daya komputasi yang besar. Setelah desain menjadi sebuah Cyclone Separator pada jendela geometri maka selanjutnya buka jendela Workbench dan pilih toolbox meshing.

Gambar 4. 11 Jendela Workbench untuk meshing

Gambar 4. 12 Model Cyclone Separator yang akan di meshing

30

Selanjutnya, langkah yang dilakukan pilih toolbox generate mesh untuk memulai proses meshing pada sebuah model Cyclone Separator dan waktu yang dibutuhkan dalam proses meshing akan selesai tergantung dari kemampuan computer yang digunakan. Setelah langkah – langkah diatas terlaksana maka akan muncul hasil seperti gambar di bawah ini:

Gambar 4. 13 Tampilan Model Cyclone yang telah di mesh Selanjutnya, langkah yang dilakukan adalah “memberikan nama” pada desain model Cyclone. sesuai pada bagian Cyclone Separator, dengan langkah blok bagian yang akan diberi nama lalu klik kanan pilih tool box created name selection setelah itu masukkan nama dan klik OK . berikut tampilan yang akan diberi nama pada setiap bagian cyclone. Yang perlu diperhatikan apabila proses running error, ada dua kemungkinan yang bermasalah yaitu desain antar bagian Cyclone Separator ada yang bersinggungan atau kapasitas memory computer kurang.

31

Gambar 4. 14 Pemberian nama pada inlet Cyclone Separator Setelah itu lakukan untuk nama bagian Syclone Separator yang lain dengan mengulangi langkah – langkah diatas.

Gambar 4. 15 Pemberian nama Outlet pada Cyclone Separator

32

Gambar 4. 16 Pemberian nama Body atau Wall pada Cyclone Separator Setelah langkah pemberian nama pada setiap bagian Cyclone, maka tahap proses meshing telah selesai dan dilanjutkan pada tahap set up. Berikut adalah gambar hasil meshing pada masing – masing cyclone separator yang telah di variasikan panjang pipa vortexnya :

(a)

(b)

33

(c)

(d)

(e)

Gambar 4. 17 Hasil mesh pada Cyclone dengan variasi panjang pipa vortex (a) 3 cm (b) 5 cm (c) 7 cm (d) 9 cm (e) 11 cm Mesh model yang telah dibuka pada fluent apakah terdapat kesalahan (error) atau tidak proses kesalahan mesh ini dapat dilakukan melalui perintah grid kemudian check. Setelah dilakukan pengecekan apabila terjadi pesan error maka mesh model tersebut harus diperbaiki terlebih dahulu atau kembali ke langkah desain Dari hasil proses Meshing ini menunjukkan tidak adanya error atau desain mendapatkan proses meshing yang berhasil. IV.6 Proses Setup Setelah proses meshing selesai maka selanjutnya memilih setup. Langkah awal yang harus dilakukan untuk melakukan simulasi yaitu dengan menentukan kecepatan masuk fluida di inlet. Pada jendela setup langkah pertama yaitu pilih toolbox general untuk memasukkan data gravitational

34

acceleration. Kemudian pilih toolbox model untuk menentukan viscous model dalam hal ini yang dipilih adalah model k-epsilon,Selanjutnya Pilih materials untuk menentukan jenis material yang digunakan pada konstruksi model Cyclone Separator dan jenis fluida yang digunakan. Pilih tool box cell zone conditions untuk menentukan jenis material pada bagian-bagian model Cyclone Separator dan menentukan jenis fluida yang digunakan adapun langkah-langkah penginputan data pada menu setup dijelaskan sebagai berikut. 1. Memilih menu setup pada ANSYS Workbench 15

Gambar 4. 18 Tampilan Setup pada Ansys Workbench 15 Langkah selanjutnya Pilih toolbox general lalu klik Gravity maka muncul kolom seperti dibawah ini setelah itu masukkan data Gravitasi

35

Gambar 4. 19 Tampilan Setup General Selanjutnya, langkah yang dilakukan adalah klik toolbar model lalu klik viscous maka muncul jendela seperti dibawah dalam penilitian ini digunakan model k epsilon>RNG>Swirl dominated

Gambar 4. 20 Tampilan setup Model Langkah selanjutnya Klik Discrated phase dan masukkan data yang diperlukan

36

Gambar 4. 21 Tampilan setup model viscous Selanjutnya Pilih tool box boundary conditions untuk menentukan kecepatan aliran fluida masuk maupun yang keluar dari model Cyclone Separator.

Gambar 4. 22 Tampilan setup Boundary solution

37

Selanjutnya,langkah yang dilakukan Klik inlet kemudian edit maka muncul jendela sepeti dibawah

Gambar 4. 23 Tampilan setup velocity inlet Klik toolbox boundary condition untuk memasukkan data kecepatan inlet sesuai data yang akan diteliti dalam hal ini kecepatan inlet yang dimasukkan 10 m/s, 20 m/s, 30 m/s. Kemudian Klik toolbox DPM untuk menetukan masing-masing posisi laju aliran fluida didalam cyclone , seperti gambar dibawah

Gambar 4. 24 Tampilan setup Penempatan posisi inlet dan outlet

38

Pilih tool box solution initialization untuk mengetahui bahwa suhu dan kecepatan aliran fluida sudah diinput pada bagian inlet maupun outlet. Setelah langkah – langkah diatas dilakukan. maka Pilih tool box calculation activities / create / solution data export, kemudaian pilih file type CFDPost compatible dan pilih quantities untuk menentukan karateristik yang akan dirunnig sesuai dengan tujuan yang akan dicapai. Pilih toolbox run calculation / calculate untuk memulai running dan tunggu sampai selesai running. Ketika running error maka periksa tool box boundary conditions dan toolbox reference value, kemudian masukkan data dengan benar sesuai karakteristik pengujian. IV.7 Simulasi Setelah seluruh proses diatas dilakukan maka dilanjutkan ketahap selanjutnya yaitu proses running. Bila data yang dimasukkan pada tahap sebelumnya dan posisi peletakkan inlet dan outlet sudah betul maka proses running akan berjalan normal namun bila salah memasukkan data maka proses running akan error. Oleh karena itu saat menginput data-data pada proses diatas harus dilakukan secara teliti dan sesuai dengan karakteristik yang akan dicari. Proses running memerlukan waktu beberapa menit tergantung kemanpuan komputer/laptop yang akan digunakan. Proses simulai dilakukan pada 5 model cyclone dengan variasi panjang pipa vortex untuk memperoleh tingkat efisiensi yang tinggi, khusus pemisahan partikel yanag lebih efisien.Berikut Gambar kontur pada masing -masing cyclone separator.

39

IV.8. Kontur Tekanan, Kontur Kecepatan, dan Kontur Turbulen Dari hasil simulasi Ansys CFD diperoleh kontur tekanan, kontur kecepatan, dan kontur turbulen yang berbeda untuk tiap panjang pipa vortex Cyclone Separator. Pada simulasi ini, bentuk kontur tekanan tersebut relatif sama untuk masing-masing panjang pipa vortex pada Cyclone. begitu juga dengan kontur kecepatan dan kontur turbulen yang membedakan hanya nilai maksimum dan minimum dari kontur tersebut. Nilai kecepatan inlet pada penilitian ini yaitu 10 m/s , 20 m/s , dan 30 m/s. Untuk masing-masing panjang pipa vortex yaitu 3 cm , 5 cm, 7 cm, 9 cm, dan 11 cm. IV.8.1 Kontur Tekanan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 3 cm : Dari simulasi didapatkan kontur tekanan yang berbeda untuk masing-masing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari kontur tekanan tersebut terlihat bahwa kecepatan inlet 30 m/s

menghasilkan

tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kedua kecepatan inlet yang lain. Sedangkan kecepatan inlet 10 m/s menghasilkan tekanan yang lebih rendah Berikut adalah gambar kontur tekanan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 3 cm

40

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 25 kontur pressure kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.25 menunjukkan kontur tekanan pada panjang pipa vortex 3 cm dengan kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Tekanan tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s adalah 2585,677 pa, terletak pada bagian sisi atas bodi Cyclone dan tekanan terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu -45,955 pa, Terletak pada sisi pipa vortex. Berikut adalah tabel kontur tekanan pada panjang pipa vortex 3 cm : Tabel 4. 1 kontur tekanan panjang pipa vortex 3 cm : Kontur Tekanan (pa) 3 cm Kecepatan

Max

Min

10 m/s

384,484

-45,955

20 m/s

1146,511

-272,592

30 m/s

2585,677

-400,133

41

Tekanan 2500

2185.544

2000

Pascal

1500 873.919

1000

500

338.529

0 Penurunan Tekanan 10 m/s

20 m/s

Series 3

Grafik 4. 1 Penurunan tekanan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 3 cm IV.8.2 Kontur Kecepatan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 3 cm : Dari simulasi didapatkan kontur kecepatan yang berbeda untuk masing-masing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur kecepatan dibawah terlihat bahwa kenaikan kecepatan tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s yang terletak pada bagian bawah pipa vortex. Dan untuk kecepatan inlet 10 m/s dan 20 m/s yang kecepatan maksimumnya terletak pada bagian tengah pipa vortex. Sedangkan kecepatan terendah pada masing-masing kecepatan inlet hampir sama terletak pada bagian tengah body Cyclone walaupun sedikit perbedaan lokasi kecepatannya. Berikut adalah gambar kontur kecepatan dari hasil simulasi Cyclone separator dengan panjang pipa vortex 3 cm :

42

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 26 kontur kecepatan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.26 menunjukkan kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 3 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. gambar kontur diatas menunjukkan kenaikan kecepatan maksimum ada pada kecepatan 30 m/s yaitu 26,902 m/s sehingga nilai kecepatan maksimumnya 56,902 m/s. kenaikan kecepatan maksimum pada kecepatan 20 m/s adalah 18,115 m/s sehingga kecepatan maksimumnya 38,115 m/s. Dan kenaikan kecepatan maksimum pada kecepatan 10 m/s adalah 9,674 m/s sehingga kecepatan maksimumnya 19,674 m/s. Besarnya perubahan – perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran pada gambar diatas. Berikut adalah tabel kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 3 cm : 43

Tabel 4. 2 kontur kecepatan panjang pipa vortex 3 cm Kontur Kecepatan (ms^-1) 3 cm Kecepatan

Max

Min

10 m/s

19,674

0

20 m/s

38,115

0

30 m/s

56,902

0

m/s

Kecepatan 60 50 40 30 20 10 0

56.902 38.115

0 Min 10 m/s

30 20 10

19.674

Normal

Max

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 2 Perubahan kecepatan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 3 cm IV.8.3 Kontur Turbulen pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 3 cm : Dari simulasi didapatkan kontur turbulen yang berbeda untuk masing-masing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur turbulen dibawah terlihat bahwa kontur turbulen maksimum ada pada kecepatan 30 m/s. Dari gambar dibawah kecepatan aliran yang masuk kedalam cyclone terlihat bahwa besaran dan ukuran kontur aliran fluida berbeda. Hal ini yang menyebabkan terjadinya aliran turbulensi yang lebih besar.

44

Berikut adalah gambar kontur turbulen dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 3 cm:

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 27 kontur turbulen kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.27 menunjukkan kontur turbulen pada panjang pipa vortex 3 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. turbulen tertinggi ada pada kecepatan 30 m/s yaitu 51,591 j kg^-1 dan turbulen terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu 0,130 j kg^-1. Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 3 cm: Tabel 4. 3 Kontur turbulen panjang pipa vortex 3 cm : Kontur Turbulent (j kg^-1) 3 cm Kecepatan

Max

Min

10 m/s

10,566

0,13

20 m/s

29,395

1,054

45

30 m/s

51,591

Turbulen

60

0,288

51.591

j kg ^-1

50 40

29.395

30 20 10 0

10.566

1.054 0.288 0.13

10 m/s Min

20 m/s

30 m/s Max

Grafik 4. 3 Turbulen pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 3 cm

IV.8.3. Gambar Kontur Tekanan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 5 cm: Dari simulasi didapatkan kontur tekanan yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari kontur tekanan tersebut terlihat bahwa kecepatan inlet 30 m/s menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kedua kecepatan inlet 20 m/s dan 10 m/s. Sedangkan kecepatan inlet 10 m/s menghasilkan tekanan yang paling rendah. Besarnya perubahan – perubahan Tekanan menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran pada gambar dibawah. Berikut adalah gambar kontur tekanan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 5 cm :

46

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 28 kontur tekanan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.28 menunjukkan kontur pressure pada panjang pipa vortex 5 cm dengan kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa semakin tinggi kecepatan inlet akan semakin tinggi pula tekanan yang dihasilkan. Tekanan tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s yaitu 2.342,60 pa dan pada tekanan terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu -97,155 pa. Berikut adalah tabel kontur tekanan pada panjang pipa vortex 5 cm : Tabel 4. 4 Kontur Tekanan pada panjang pipa vortex 5 cm : Kontur tekanan (pa) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

301,437

-97,155

20 m/s

1295,49

-380,294

30 m/s

2342,60

-757,105

47

Tekanan 1800

1585.495

1600 1400

Pascal

1200 915.196

1000 800 600 400

204.282

200 0 Penurunan Tekanan 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 4 Penurunan tekanan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 5 cm

IV.8.4 Kontur kecepatan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 5 cm: Dari simulasi didapatkan kontur kecepatan yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur kecepatan dibawah terlihat bahwa kenaikan kecepatan tertinggi ada pada kecepatan inlet 20 m/s. Sedangkan kenaikan kecepatan paling rendah ada pada kecepatan inlet 10 m/s. Berikut adalah gambar kontur kecepatan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 5 cm

48

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 29 kontur kecepatan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.29 menunjukkan kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 5 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. gambar diatas menunjukkan bahwa kenaikan kecepatan 10 m/s adalah 9,326 m/s, sehingga nilai kecepatan maksimumnya 19,326 m/s. dan kenaikan kecepatan 20 m/s adalah 39,313 m/s, Sehingga kecepatan maksimumnya 59,313 m/s. serta kenaikan kecepatan 30 m/s adalah 23,550 m/s sehingga kecepatan maksimumnya 53,550 m/s. Besarnya perubahan – perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran pada gambar diatas Berikut adalah tabel kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 5 cm :

49

Tabel 4. 5 Kontur Kecepatan pada panjang pipa vortex 5 cm : Kontur Kecepatan (m/s^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

19,326

0

20 m/s

59,313

0

30 m/s

53,550

0

kecepatan 70 60

59.313 53.55

m/s

50 40 30

30

20

20

10

10

0

0 Min 10 m/s

19.326

Normal 20 m/s

Max 30 m/s

Grafik 4. 5 Perubahan kecepatan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 5 cm

IV.8.5 Kontur Turbulen pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 5 cm : Dari simulasi didapatkan kontur turbulen yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur turbulen dibawah terlihat bahwa kontur turbulen maksimum ada pada kecepatan 20 m/s. Berikut adalah gambar kontur turbulen dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 5 cm:

50

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 30 kontur turbulent dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.30 menunjukkan kontur turbulen pada panjang pipa vortex 5 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Turbulen tertinggi ada pada kecepatan 20 m/s yaitu 55,906 j kg^-1, dan turbulen terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu 0,128 j kg^-1. Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 5 cm : Tabel 4. 6 kontur turbulen pada panjang pipa vortex 5 cm: Kontur Turbulen( j kg^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

15,150

0,128

20 m/s

55,906

0,204

30 m/s

50,638

0,275

51

j kg ^-1

Turbulen 55.906 50.638

60 50 40 30 20 10 0

15.15

0.204 0.275 0.128 Min

Max

Axis Title 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 6 Turbulen pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 5 cm IV.8.6 Kontur Tekanan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 7 cm : Dari simulasi didapatkan bahwa kecepatan inlet 30 m/s menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kedua kecepatan inlet yang lain.Sedangkan untuk tekanan yang paling rendah ada pada kecepatan 10 m/s. Berikut adalah gambar kontur tekanan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 7 cm:

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 31 kontur tekanan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s 52

Gambar 4.31 menunjukkan kontur Tekanan pada panjang pipa vortex 7 cm dengan kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Tekanan tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s adalah 2356,051 pa dan teakanan terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu -69,625 pa. Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 7 cm : Tabel 4. 7 kontur Tekanan (pa) pada panjang pipa vortex 7 cm : Kontur tekanan (pa) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

276,348

-69,625

20 m/s

1039,72

-311,913

30 m/s

2356,051

-947.933

Tekanan 1600 1408.118

1400 1200

Pascal

1000 727.807

800 600 400 206.723 200 0

Penurunan Tekanan 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 7 Penurunan tekanan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 7 cm

53

IV.8.7 Kontur Kecepatan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 7 cm : Dari simulasi panjang pipa vortex 7 cm didapatkan kontur kecepatan yang berbeda untuk masing-masing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur kecepatan dibawah terlihat bahwa kenaikan kecepatan tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s. Berikut adalah gambar kontur kecepatan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 7 cm :

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 32 kontur kecepatan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.32 menunjukkan kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 7 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. gambar diatas menunjukkan kenaikan pada kecepatan 10 m/s adalah 8,604 m/s, sehingga nilai kecepatan maksimumnya 18,604 m/s. kenaikan pada kecepatan 20 m/s adalah 16,687 m/s sehingga kecepatan maksimumnya 36,687m/s. Dan kenaikan kecepatan 30 m/s adalah 29,587m/s sehingga kecepatan maksimumnya 59,587m/s. Besarnya perubahan – perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran

54

pada gambar diatas. Berikut adalah tabel kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 7 cm : Tabel 4. 8 kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 7 cm : Kontur Kecepatan (m/s^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

18,604

0

20 m/s

36,687

0

30 m/s

59,587

0

kecepatan 70 60

59.587

m/s

50 40

36.687

30

30

20

20

10

10

0

0 Min 10 m/s

18.604

Normal 20 m/s

Max 30 m/s

Grafik 4. 8 Perubahan kecepatan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 7 cm IV.8.8 Kontur Turbulen pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 7 cm : Dari simulasi didapatkan kontur turbulen yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur turbulen dibawah terlihat bahwa kontur turbulen maksimum ada pada kecepatan 20 m/s.

55

Berikut adalah gambar kontur turbulen dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 7 cm:

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 33 kontur turbulen dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.33 menunjukkan kontur turbulen pada panjang pipa vortex 7 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Tekanan tertinggi ada pada kecepatan 20 m/s yaitu 31,896 kg^-1 dan turbulen terendah ada pada kecepatan 30 m/s yaitu 0,005. Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 7 cm : Tabel 4. 9 kontur Turbulen pada panjang pipa vortex 7 cm : Kontur Turbulen( j kg^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

8,089

0,103

20 m/s

31,896

0,178

30 m/s

18,415

0,005

56

j kg ^-1

Turbulen 35 30 25 20 15 10 5 0

31.896

18.415 8.089

0.178 0.005 0.103 min 10 m/s

Max 20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 9 Turbulen pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 7 cm IV.8.9 Kontur Tekanan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 9 cm : Dari simulasi didapatkan kontur tekanan yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari kontur tekanan tersebut terlihat bahwa kecepatan inlet 30 m/s menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kedua kecepatan inlet yang lain. Berikut adalah gambar kontur tekanan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 9 cm:

57

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 34 kontur tekanan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.34 menunjukkan kontur pressure pada panjang pipa vortex 9 cm dengan kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Tekanan tertinggi ada pada kecepatan inlet 20 m/s adalah 985627,813 pa dan tekanan terendah ada pada kecepatan 10m/s yaitu-145,988 pa. Berikut adalah tabel kontur tekanan pada panjang pipa vortex 9 cm : Tabel 4. 10 kontur tekanan pada panjang pipa vortex 9 cm : Kontur tekanan (pa) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

243,671

-145,988

20 m/s

985627,813

-542531,063

30 m/s

5786,880

-3600,153

58

Tekanan Pascal

3000

2186.733

2000 1000

443.095

97.683

0 Penurunan Tekanan 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 10 Penurunan tekanan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 9 cm IV.8.10 Kontur Kecepatan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 9 cm : Dari simulasi didapatkan kontur kecepatan yang berbeda untuk masing-masing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur kecepatan dibawah terlihat bahwa kenaikan kecepatan tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s. Berikut adalah gambar kontur kecepatan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 9 cm :

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 35 kontur kecepatan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s

59

Gambar 4.35 menunjukkan kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 9 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. gambar diatas menunjukkan kenaikan pada kecepatan 10 m/s adalah 10,333m/s, sehingga nilai kecepatan maksimumnya 20,333 m/s, kenaikan kecepatan 20 m/s adalah 20,710 m/s sehingga kecepatan maksimumnya 40,710 m/s. Dan kenaikan kecepatan 30 m/s adalah 54,747 m/s sehingga kecepatan maksimumnya 84,747 m/s. Dari ketiga gambar diatas kecepatan maksimum terletak dibagian pipa vortex. Besarnya perubahan – perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran pada gambar diatas. Berikut adalah tabel kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 9 cm :

Tabel 4. 11 kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 9 cm : Kontur Kecepatan (m/s^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

20,333

0

20 m/s

40,710

0

30 m/s

84,747

0

60

Kecepatan 100 84.747

m/s

80 60

40.71

40 30 20 10

20.333

Normal

Max

20 0

0 Min 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 11 Perubahan kecepatan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 9 cm IV.8.11 Kontur Turbulen pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 9 cm : Dari simulasi didapatkan kontur turbulen yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur turbulen dibawah terlihat bahwa kontur turbulen maksimum ada pada kecepatan 30 m/s. Berikut adalah gambar kontur turbulen dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 9 cm:

61

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 36 kontur turbulen dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.36 menunjukkan kontur turbulen pada panjang pipa vortex 9 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Turbulen tertinggi ada pada kecepatan 30 m/s yaitu 123,388 j kg^-1 dan tekanan terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu 0,004 j kg^-1. Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 9 cm : Tabel 4. 12 kontur turbulen pada panjang pipa vortex 9 cm : Kontur Turbulen( j kg^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

3.520

0,004

20 m/s

12.789

0,013

30 m/s

123.388

0.413

62

j kg ^-1

Turbulen 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

123,388

12,789 0,004 0.013

3,520

0.004 Min

10 m/s

Max

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 12 Turbulen pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 9 cm IV.8.12 Kontur Tekanan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 11 cm : Dari simulasi didapatkan bahwa kecepatan inlet 20 m/s menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dibandingkan dengan kedua kecepatan inlet yang lain. Berikut adalah gambar kontur tekanan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 11 cm:

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 37 kontur tekanan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s

63

Gambar 4.37 menunjukkan kontur pressure pada panjang pipa vortex 11 cm dengan kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Tekanan tertinggi ada pada kecepatan inlet 20 m/s adalah 2364710,250 pa, dan terendah ada pada kecepatan 30 m/s -968,307 pa. Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 11 cm : Tabel 4. 13 kontur tekanan pada panjang pipa vortex 11 cm : Kontur tekanan (pa) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

486767,406

-378554,719

20 m/s

2364710,250

-1305841,750

30 m/s

2195,364

-968,307

Tekanan 1400 1227.057 1200

1058.969

Pascal

1000 800 600 400 200

108.212

0 Penurunan Tekanan 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 13 Penurunan tekanan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 11 cm

64

IV.8.13 Kontur Kecepatan pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 11 cm: Dari simulasi didapatkan kontur kecepatan yang berbeda untuk masing-masing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur kecepatan dibawah terlihat bahwa kenaikan kecepatan tertinggi ada pada kecepatan inlet 20 m/s. Sedangkan untuk kenaikan kecepatan terendah ada pada kecepatan 10 m/s. Berikut adalah gambar kontur kecepatan dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 11 cm :

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 38 kontur kecepatan dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.38 menunjukkan kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 11 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. gambar diatas menunjukkan kenaikan pada kecepatan 10 m/s adalah 27,910 m/s, sehingga nilai kecepatan maksimumnya 37,910 m/s.

65

kenaikan pada kecepatan 20 m/s adalah 52,890 m/s, sehingga kecepatan maksimumnya 72,890 m/s. Dan kenaikan pada kecepatan 30 m/s adalah 26,043m/s sehingga kecepatan maksimumnya 56,043 m/s. Besarnya perubahan – perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran pada gambar diatas. Berikut adalah tabel kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 11 cm : Tabel 4. 14 kontur kecepatan pada panjang pipa vortex 11 cm : Kontur Kecepatan (m/s^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

37,910

0

20 m/s

72,890

0

30 m/s

56,043

0

Kecepatan 80

72.89

m/s

60

56.043

40

20 0

37.91

30 20 10

0 Min 10 m/s

Normal 20 m/s

Max 30 m/s

Grafik 4.14 Perubahan kecepatan pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 11 cm

66

IV.8.14 Kontur Turbulen pada Cyclone dengan Panjang Pipa Vortex 11 cm : Dari simulasi didapatkan kontur turbulen yang berbeda untuk masingmasing Kecepatan inlet pada Cyclone Separator. Dari gambar kontur turbulen dibawah terlihat bahwa kontur turbulen maksimum ada pada kecepatan 30 m/s. Berikut adalah gambar kontur turbulen dari hasil simulasi cyclone separator dengan panjang pipa vortex 11 cm:

(a)

(b)

(c)

Gambar 4. 39 kontur turbulen dengan kecepatan (a) 10 m/s (b) 20 m/s (c) 30 m/s Gambar 4.39 menunjukkan kontur turbulen pada panjang pipa vortex 11 cm dengan kecepatan 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. turbulen tertinggi ada pada kecepatan 30 m/s yaitu 43,550 j kg^-1 dan turbulen terendah ada pada kecepatan 10 m/s yaitu 0,001 j kg^-1.Berikut adalah tabel kontur turbulen pada panjang pipa vortex 11 cm:

67

Tabel 4. 15 kontur turbulen pada panjang pipa vortex 11 cm : Kontur Turbulen( j kg^-1) Kecepatan

Max

Min

10 m/s

16,866

0,001

20 m/s

35,471

0,003

30 m/s

43,550

0,246

Turbulen 55 43.55 45

35.471

j kg ^-1

35 25 15 5 -5

16.866 0.246 0.003 0.001 Min 10 m/s

Max 20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 15 Turbulen pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 11 cm IV.9 Pengaruh Kecepatan Inlet terhadap Efisiensi Cyclone Kecepatan inlet sangat berpengaruh terhadap efisiensi cyclone separator, hal ini bisa dilihat dari jumlah partikel trapped dan escaped. Semakin sedikit partikel yang escaped, berarti semakin banyak partikel yang trapped dan efisiensi partikel tersebut semakin baik.

68

Perbedaan efisiensi yang didapat dari variasi panjang pipa vortex dari cyclone separator. besarnya kecepatan aliran dalam Cyclone tidak selamanya tetap pada diameter Cyclone yang sama, kecepatan aliran yang terjadi dipengaruhi atas kontur dan kekasaran permukaan. variasi tersebut menggambarkan bahwa distribusi tekanan yang terjadi didalam Cyclone tidak sama. Pada bagian-bagian tertentu kecepatan aliran akan menjadi lebih rendah dan pada bagian yang lainnya kecepatan aliran akan lebih besar dari kecepatan rata-rata. Berikut adalah grafik perubahan kecepatan aliran pada Cyclone dengan variasi kecepatan inlet :

m/s

Perubahan Kecepatan Aliran dengan variasi panjang pipa vortex 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

84.747 72.890 56.902 38.115 19.674

3 cm

59.587

59.313 53.550

56.043 40.710

36.687 19.326

18.604

5 cm

37.910

20.333

7 cm

9 cm

11 cm

Panjang Pipa Vortex 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 16 Perubahan Kecepatan Aliran Pada Cyclone Separator Dari hasil simulasi untuk perbandingan kecepatan inlet didapatkan perubahan kecepatan aliran tertinggi ada pada kecepatan inlet 30 m/s, dengan panjang pipa vortex 9 cm yaitu 84,747. Sedangkan perubahan kecepatan aliran

69

terendah ada pada kecepatan inlet 10 m/s dengan panjang pipa vortex 7 cm yaitu 18,604. Hal ini berpengaruh pada efisiensi dengan semakin tinggi kecepatan inlet maka partikel akan terlempar kearah dinding cyclone yang disebabkan oleh gaya sentrifugal dan gaya inersia sehingga partikel bergerak turun kedasar cyclone dengan gaya gravitasi. IV.10 Pengaruh panjang pipa vortex Panjang pipa vortex sangat berpengaruh dengan kinerja cyclone, efisiensi akan menurun dengan cepat apabila panjang pipa vortex terlalu pendek maka mengakibatkan hubungan singkat dari inlet secara langsung ke outlet. Perbedaan effisiensi yang didapat dari variasi panjang pipa vortex pada Cyclone Separator. Hal ini membuktikan efisiensi kinerja dari Cyclone Separator akan berkurang jika panjang pipa vortex yang terlalu pendek dan dengan semakin tinggi kecepatan inlet maka partikel akan terlempar kearah dinding cyclone yang disebabkan oleh gaya sentrifugal dan gaya inersia sehingga partikel bergerak turun kedasar cyclone dengan gaya gravitasi. IV.11 Efisiensi Penyisisihan Partikel Partikel yang akan dipisahkan dari udara bersih haruslah tetap mempunyai kecepatan yang cukup agar tetap berada didinding cyclone. Pada daerah dinding cyclone terjadi vortex paksa. Gaya sentrifugal dan gravitasi akan menyebabkan

70

partikel tersebut akan berputar di dinding silinder cyclone hingga kedaerah cone kemudian masuk ke chopper. Daerah cone dibuat agar terjadi kecepatan rotasi yang cukup dari partikel untuk mempertahankan gerakan partikel pada dinding.Semakin cepat masukan inlet maka kesempatan partikel untuk tetap berada didinding cyclone semakin besar dan persentase pemisahan partikel pun semakin tinggi. Dimana pada penelitian didapat jumlah partikel yang Escaped ataupun Trapped. Escaped adalah jumlah partikel yang ikut keluar bersama udara bersih, sedangkan Trapped adalah partikel yang telah disisihkan dari udara bersih dan masuk kedalam chopper. Hal ini bisa dilihat dari grafik dibawah ini :

Jumlah partikel

Pemisahan Partikel Escape 115 105 95 85 75 65 55 45 35 25 15

110 58 51 43 3

69 76

57 31 21 5

41 29 44 7

62 24

9

16 11

panjang pipa vortex 10 m/s

20 m/s

30 m/s

Grafik 4. 17 Pemisahan Partikel Escape Dari hasil simulasi ukuran panjang pipa vortex 3 cm diperoleh nilai effisiensi tertinggi pada kecepatan inlet 30m/s yaitu 19,45% partikel yang escape, ukuran panjang pipa vortex 5 cm diperoleh nilai effisiensi tertinggi pada

71

kecepatan inlet 30 m/s yaitu 9,54% partikel yang escape, ukuran panjang pipa vortex 7 cm diperoleh nilai effisiensi tertinggi pada kecepatan inlet 30 m/s yaitu 13,18% partikel yang escape. Ukuran panjang pipa vortex 9 cm diperoleh nilai effisiensi tertinggi pada kecepatan inlet 30m/s yaitu 10,90% partikel yang escape, ukuran panjang pipa vortex 11 cm diperoleh nilai effisiensi tertinggi pada kecepatan inlet 30 m/s yaitu 7,27% partikel yang escape. Tabel 4. 16 Efisiensi Tertinggi Pemisahan partikel pada Cyclone Separator : Panjang Pipa Vortex

Efisiensi Tertinggi Escape (%)

3 cm

19,45%

5 cm

9,54%

7 cm

13,18%

9 cm

10,90%

11 cm

7,27%

Dari keseluruhan hasil di atas diperoleh effisiensi tertinggi dengan pengumpulan debu terbanyak yaitu pada panjang pipa vortex 11 cm dengan kecepatan inlet 30 m/s.

72

IV.12 Perhitungan dalam Menentukan Gas pada Cyclone berdasarkan Teori 1.

Menentukan viskositas gas (ηgas)

 gas  1,8  10 5  T / 2932 / 3 Pa.s  gas  1,8  10 5  65 / 2932 / 3 Pa.s  gas  0,66  10 5 Pa.s 2.

Menentukan densitas gas (ρgas)

 gas 

1,01325 10 N / m  28,97kg / kg.mole 5

2

8.314 Nm / kg.mole.K  273  T K  1,01325 105 N / m2  28,97kg / kg.mole  gas  8.314 Nm / kg.mole.K  273  65K   gas  1,04kg / m3

IV.13 Persamaan lapple’s effisiensi correlation 1. Menentukan nilai Ne

Ne  Ne 

Lb 

Lc 2

H 20cm 2 5cm

10cm 

Ne  3 2.

Menentukan d50 (diameter partikel dengan 50 % efisiensi penyisihan) 2.a kecepatan inlet 10 m/s 9 gasW

d 50 

2N e vin  solid   gas 

d 50 

9  0,66  10 5  1,250 2  3  10  1231  1,04 

d 50  1,05  10 5 m d 50  10,5m

73

2.b kecepatan inlet 20 m/s

9 gasW

d 50 

2N e vin  solid   gas 

d 50 

9  0,66  10 5  1,250 2  3  20  1231  1,04 

d 50  1,15  10 5 m d 50  11,5m 2.c kecepatan inlet 30 m/s 9 gasW

d 50 

2N e vin  solid   gas 

d 50 

9  0,66  10 5  1,250 2  3  30  1231  1,04 

d 50  1,25  10 5 m d 50  12,5m

3. Menentukan dp (diameter partikel) 3.a kecepatan inlet 10 m/s

9 gasW

dp 

Nvin  solid   gas 

dp 

9  0,66  10 5  1,250   3  10  1231  1,04

d p  1,63  10 5 m d p  16,3m 3.b kecepatan inlet 20 m/s

74

9 gasW

dp 

Nvin  solid   gas 

dp 

9  0,66  10 5  1,250   3  20  1231  1,04

d p  1,63  10 5 m d p  16,3m 3.c kecepatan inlet 30 m/s

9 gasW

dp 

Nvin  solid   gas 

dp 

9  0,66  10 5  1,250   3  30  1231  1,04

d p  1,63  10 5 m d p  16,3m

4. Gaya sentrifugal 4.a Untuk Kecepatan 10 m/s Fc

= m vs2 / rh = 2100 x 10^2 x 0,6 = 126.000

4.b Untuk Kecepatan 20 m/s Fc

= m vs2 / rh = 2100 x 20^2 x 0,6 = 504.000

4.c Untuk Kecepatan 30 m/s 4.c Fc = m vs2 / rh = 2100 x 30^2 x 0,6

75

= 756.000

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil simulasi dan pembahasan, dapat diambil kesimpulan : 1. Cyclone dengan panjang pipa vortex 11 cm dengan kecepatan 20 m/s menghasilkan persentase pemisahan partikel yang lebih tinggi dari Cyclone dengan variasi pipa vortex lainnya, namun menghasilkan kontur tekanan yang lebih tinggi pula. 2. Penurunan tekanan (Preassure Drop) Cyclone separator tertinggi pada penelitian ini yaitu 2186,56

Pa dengan kecepatan inlet 30 m/s yang

terdapat pada Cyclone dengan panjang pipa vortex 7 cm. 3. Panjang pipa vortex yang berbeda pada Cyclone separator menyebabkan tinggi-rendahnya nilai effisiensi pengumpulan dan pressure drop yang diperoleh. 4. Dari hasil simulasi dapat dilihat bagaimana pola dari aliran yang terbentuk pada metode k-epsilon, Besarnya perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garis-garis arus (kontur) aliran pada Cyclone Separator. 5. Pemisahan partikel pada Cyclone separator meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan inlet, yaitu persentase partikel escaped akan menurun dan persentase partikel trapped akan meningkat.

76

V.2 Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, beberapa hal yang dapat disarankan adalah: 1. Perlu dilakukan meshing yang lebih baik agar hasil yang didapat lebih akurat 2. Untuk mendapatkan hasil yang sempurna mengenai analisa aliran pada Cyclone Separator, ada baiknya untuk penelitian berikutnya dilakukan percobaan langsung di laboratorium sehingga diperoleh bentuk virtual dari aliran yang terjadi pada Cyclone Separator sehingga dapat diamati bagaimana proses terjadinya aliran pada Cyclone Separator pada saat keadaan sebenarnya dan membandingkanya dengan hasil simulasi 3. Perlu dilakukan simulasi dengan Menggunakan metode persamaan lain seperti Spart Allmaras atau Reynold Stress sebagai Pembanding

77

DAFTAR PUSTAKA

1. Anderson, John D. ( 1995 ). Computation Fluid Dynamics the Basic With Applications. Singapore. Mc. Graw Hill 2. ANSYS STUDENT 16.2 CFD. 3. A. Raoufi, M. Shams, M. Farzaneh, R. Ebrahimi, Numerical simulation and optimization of fluid flow in cyclone vortex finder, Chemical Engineering and Processing, 2008, 47, 128–137. 4. A. Raoufi, M. Shams , H. Kanani, CFD analysis of flow field in square cyclones, Powder Technology, 2009, 191, 349–357. 5. Avci, A. and Karagoz, I. (2003). Effects of Flow and Geometrical Parameters on the Collection Efficiency in Cyclone Separators. J. Aerosol Sci. 34:937–955. 6. Buekens, A,. 2012. Mechanical and Cyclonic Collector. Departement of Chemical Engineering, Universitas Brussel, Belgium 7. Cyclone. Teknik Lingkungan. ITS Surabaya. 8. Cooper, C.D. and Alley, F.C, 1986. Air Pollution Control, USA 9. Dody Darsono, 2010. “Simulasi CFD”,FT UI 10. Funk, P.A, Ed Hughs, S. , Holt, G.A, 2000. Entrance Velocity Optimization for Modified Dust Cyclones, The Journal of Cotton Science 4: 178-182 11. H. Safikhani, M. Shams, S. Dashti, Numerical simulation of square cyclones in small sizes, Advanced Powder Technology, 2011, 22, 359– 365. 12. P.K. Swamee, N. Aggarwal, and K. Bhobhiya, “Optimum design of cyclone separator”. AIChE, vol. 55, pp. 2279–2283, 2009. 13. Ridwan., Siswantara,A.I., Rohim,A., 2004. “Kajian Aliran Sebuah Model Cyclone Separator Dengan CFD”. Universitas Gunadarma, Jakarta. 14. Suyitno” Analisis CFD Unjuk Kerja Siklon dengan Menggunakan Model Turbulen Spalart-Allmaras dan Rng 15. Widjaja, T. 2012. Cyclone. Teknik Kimia. ITS Surabaya.

78