Pengaruh Rasio L/d Pipa Vortex Cyclone Separator Terhadap Efisiensi Pemisahan Partikel Gas Buang

SEMINAR HASIL

PENGARUH RASIO L/D PIPA VORTEX CYCLONE SEPARATOR TERHADAP EFISIENSI PEMISAHAN PARTIKEL GAS BUANG

MUH. NAUFAL NURFARRAS D331 12 269

DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN UNIVERSITAS HASANUDDIN 2018

Presentation Outline 1. Pendahuluan 3. Metodologi

2. Tinjauan Pustaka 4. Hasil

5. Penutup

01

Pendahuluan Latar Belakang • Gas buang dari hasil proses pembakaran berpegar uh terhadap pencemaran udara dan lingkungan kh ususnya motor diesel • Pencemaran terhadap udara tentunya akan beraki bat terhadap kesehatan manusia, selain juga terha dap mahluk hidup lainnya seperti hewan dan tumb uhan • Masih sedikit yang meneliti tentang pengaruh dia meter pipa vortex. • Pencemaran udara yang berupa partikulat dapat di atasi dengan alat-alat pengontrol udara seperti Cy clone Separator

02

Pendahuluan Tujuan Penelitian

• Mengetahui Kontur Karakteristik Cyclone Separator seperti kontur kecepatan dan tekanan. • Mengetahui pengaruh Rasio L/D pipa vortex terhad ap efisiensi pemisahan partikel Cyclone separator. • Mengetahui pengaruh kecepatan inlet terhadap tin gkat Pressure Drop (ΔP) pada cyclone separator • Mengetahui pengaruh kecepatan inlet terhadap pe misahan partikel pada cyclone separator.

03

Tinjauan Pustaka Cyclone Separator

Cyclone separator adalah salah satu alat yang digunakan untuk mereduksi kandungan particulate matter pada gas bu ang motor diesel. Alat ini menggunakan prinsip gaya sentrifu gal dan perbedaan massa jenis antara PM dan gas buang m otor diesel Cyclone separator banyak digunakan sebagai alat pengu mpul particulate matter, dimana gas yang mengandung parti culate masuk secara tangensial ke dalam body cyclone me mbentuk aliran spiral dan keluar melalui bagian tengah yang terbuk Prinsip kerja separator yaitu gas atau aliran fluida diinjeks ikan melalui pipa input. Bentuk kerucut pada bagian body cy clone menyebabkan aliran gas atau fluida untuk berputar, m enciptakan vortex. Vortex yaitu gerak alamiah yang terjadi p ada suatu fluida yang diakibatkan adanya pengaruh parame ter kecepatan dan tekanan

04

Tinjauan Pustaka 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, asap dan debu secara umum terbagi menjadi dua bagian yaitu partikel-p artikel yang merupakan emisi langsung biasanya disebut partikel utama (primary particles) dan partikel-partikel has il transformasi gas lain atau disebut partikel sekunder (se condary particles). • Gas buang diesel sebagian besar berupa partikulat dan b erada 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

05

• Penurunan tekanan (pressure drop) adalah istilah yang di gunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa atau tabung ke hilir titik. "Penurunan tekanan" adalah hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui tabung yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran

Tinjauan Pustaka Pressure Drop

• Penurunan tekanan meningkat sebanding dengan gaya g eser gesek dalam jaringan pipa • Kecepatan aliran tinggi dan / atau cairan viskositas tinggi dalam hasil penurunan tekanan yang lebih besar di bagia n pipa atau katup atau siku • Pressure Drop cyclone merupakan parameter utama lain nya yang harus dipertimbangkan dalam proses perancan gan sistem cyclone

06

• Ketika sebuah partikel bergerak dengan kecepat an konstan dengan arah yang berputar, vektor ke cepatan berubah terus sesuai dengan arah putar nya.

Tinjauan Pustaka Efisiensi Penyisihan Partikel

• Prinsip kerja Cyclone berdasarkan penggunaan g aya sentrifugal untuk menggerakkan partikel me nuju dinding Cyclone, sebuah kesalahan kecil dal am pemasangan pipa akan mengurangi efisiensi, jadi sebaiknya digunakan cara yang ditunjukkan pada gambar yang benar.

07

Tinjauan Pustaka Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi

• Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi pe ngumpulan partikel antara lain meningkatkan kec epatan di inlet akan meningkatkan gaya sentrifug al dan juga efisiensi. Tetapi ini juga akan meningk atkan kehilangan tekanan. Mengurangi diameter Cyclone juga akan meningkatkan gaya sentrifugal , efisiensi, dan kehilangan tekanan.

08

METODOLOGI PENELITIAN

10

Metodologi Lokasi dan Waktu Penelitian

Simulasi dilakukan di Laboratorium Permesinan Kapal, Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Gowa, dan

dilaksanakan selama pada bulan September 2018 – Selesai

11

Metodologi Variabel Penelitian Variabel Tetap

Dimensi Cyclone separator

Variabel Berubah Diameter pipa vortex : 3,6 cm, 3,8 cm, 4 cm Panjang pipa vortex : 5 cm, 7 cm, 9 cm, 11 cm

Kecepatan inlet : 10 m/s, 20 m/s, 30 m/s

Variabel Respon

-Efisiensi Pemisahan Partikel -Pressure Drop pada cyclone

Tipe Cyclone Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3 Tipe 4 Tipe 5 Tipe 6 Tipe 7 Tipe 8 Tipe 9 Tipe 10 Tipe 11 Tipe 12

Geometri Pipa Vortex L (cm) D (cm) 5 3,6 5 3,8 5 4 7 3,6 7 3,8 7 4 9 3,6 9 3,8 9 4 11 3,6 11 3,8 11 4

11

Metodologi Kerangka Penelitian

11

HASIL DAN PEMBAHASAN

14

Hasil dan Pembahasan Desain Model Cyclone Separator Cyclone separator didesain menggunakan software solidwork Berikut tahapannya 1. 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

2. Desain Inlet dan Outlet Selanjutnya pada pembuatan desain inlet dan outlet yang harus dilakukan yaitu memilih to olbox sketch pada solidwork, setelah jendela terbuka maka sudah bisa memulai membuat sketsa gambar berdasarkan data utama yang sudah ditentukan sebelumnya.

15

Hasil dan Pembahasan Proses Running

1. Import file 2. Proses Meshing 3. Proses Setup 4. Simulasi

16

Hasil dan Pembahasan Analisis Kontur Karakteristik Cyclone Separator

Dari hasil simulasi Ansys CFD diperoleh kontur karakteristik cyclone s eparator yaitu :kontur tekanan, kontur kecepatan, dan kontur turbulen. Kontur karakteristik yang diperoleh, berbeda untuk tiap panjang pipa v ortex Cyclone Separator.

17

Hasil dan Pembahasan Kontur Tekanan Dari hasil simulasi diperoleh tekanan maksimum dan tekanan minimu m dan dari tekanan maksimum dan minimum itulah kita dapat menget ahui tingkat Pressure Drop (ΔP) dari cyclone separator dengan 12 tipe cyclone pada kecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Dari hasil si mulasi diketahui bahwa tekanan tertinggi ada pada cyclone separator Tipe 2 dengan kecepatan inlet 30 m/s yaitu sebesar 2766.19 pa , teka nan terendah ada pada cyclone separator Tipe 9 dengan kecepatan 1 0 m/s sebesar 191,91 pa.

18

Hasil dan Pembahasan Kontur Tekanan Tipe Cyclone Tipe 1

Tipe 2

Tipe 3

Tipe 4

Tipe 5

Tipe 6

Kecepat an Inlet 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s

P max

301.44 1295.49 2342.60 387.26 1268.45 2766.19 216.48 873.17 1888.11 276.35 1039.72 2356.05 236.00 942.26 2150.79 215.32 863.54

P min

97.16 380.29 757.11 155.34 458.00 659.22 77.45 324.42 699.16 69.63 311.91 941.84 91.16 375.13 829.02 57.93 208.03

Tipe 7

Tipe 8

Tipe 9

Tipe 10

Tipe 11

Tipe 12

10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s

243.67 985.63 2200.35 223.65 890.06 1962.44 191.93 773.71 1807.05 486.77 2364.71 2195.36 215.30 837.39 1908.04 199.05 803.58 1772.03

145.99 542.53 823.12 70.55 286.10 664.76 64.95 240.00 630.14 378.55 1305.84 968.31 91.52 350.31 723.75 73.07 295.58 682.56

18

Hasil dan Pembahasan Kontur Kecepatan Dari hasil simulasi diataslah diperoleh kecepatan maksimum dan kece patan minimum dari cyclone separator dengan 12 tipe cyclone pada k ecepatan inlet 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Dari hasil simulasi diketahu i bahwa cyclone tipe 7 dengan panjang vortex 9 cm dan diameter vort ex 3,6 cm pada kecepatan inlet 30 m/s memiliki perubahan kecepatan yang paling tinggi sebesar 84,74 m/s dan cyclone tipe 9 dengan panja ng vortex 9 cm dan diameter vortex 4 cm pada kecepatan 10 m/s mem iliki perubahan kecepatan yang paling rendah sbebesar 15,66 m/s.

18

Hasil dan Pembahasan Kontur Kecepatan Tipe Kecepatan V Max V min Cyclone Inlet 10 m/s 19.33 0 20 m/s 59.31 0 Tipe 1 30 m/s 53.55 0 10 m/s 31.23 0 20 m/s 38.17 0 Tipe 2 30 m/s 77.80 0 10 m/s 16.14 0 20 m/s 32.23 0 Tipe 3 30 m/s 47.11 0 10 m/s 18.60 0 20 m/s 36.69 0 Tipe 4 30 m/s 59.58 0 10 m/s 18.13 0 20 m/s 36.78 0 Tipe 5 30 m/s 55.55 0 10 m/s 16.07 0 20 m/s 31.73 0 Tipe 6 30 m/s 48.18 0

Tipe Kecepatan V Max V min Cyclone Inlet 10 m/s 20.33 0 20 m/s 40.71 0 Tipe 7 30 m/s 56.16 0 10 m/s 16.66 0 20 m/s 33.19 0 Tipe 8 30 m/s 49.82 0 10 m/s 15.66 0 20 m/s 31.75 0 Tipe 9 30 m/s 49.55 0 10 m/s 37.91 0 20 m/s 72.89 0 Tipe 10 30 m/s 56.04 0 10 m/s 16.95 0 20 m/s 33.49 0 Tipe 11 30 m/s 49.89 0 10 m/s 15.66 0 20 m/s 31.91 0 Tipe 12 30 m/s 47.69 0

18

Hasil dan Pembahasan Kontur Turbulen Dari hasil simulasi diperoleh turbulen maksimum dan kecepatan minim um dari cyclone separator dengan 12 tipe cyclone pada kecepatan inle t 10 m/s, 20 m/s, dan 30 m/s. Dari hasil simulasi diketahui bahwa cyclo ne tipe 9 dengan panjang vortex 9 cm dan diameter vortex 4 cm pada kecepatan inlet 10 m/s memiliki perubahan turbulen yang paling tinggi dan cyclone tipe 7 dengan panjang vortex 9 cm dan diameter vortex 3, 6 cm pada kecepatan 10 m/s memiliki perubahan turbulen yang paling rendah.

18

Hasil dan Pembahasan Kontur Turbulen Tipe Cyclone Tipe 1

Tipe 2

Tipe 3

Tipe 4

Tipe 5

Tipe 6

Kecepatan Inlet 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s

max 15.15 24.850 14.085 55.906 37.499 13.846 50.638 19.942 19.391 8.089 3.610 4.002 31.896 15.327 11.956 18.415 29.167

min 0.128 0.167 0.149 0.204 0.425 0.393 0.275 0.638 0.679 0.103 0.138 0.152 0.178 0.356 0.407 0.005 0.608

10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s 20 m/s 30 m/s

3.52 38.568 31.738 17.789 11.489 12.836

0.004 0.122 0.142 0.013 0.378 0.367

10 m/s 20 m/s 30 m/s 10 m/s Tipe 10 20 m/s 30 m/s 10 m/s Tipe 11 20 m/s 30 m/s 10 m/s Tipe 12 20 m/s 30 m/s

123.388 21.518 20.440 16.866 30.712 27.276 35.471 9.285 7.976 43.550 21.714 18.199

0.413 0.659 0.633 0.001 0.144 0.144 0.003 0.378 0.376 0.246 0.656 0.650

Tipe 7

Tipe 8

Tipe 9

18

Hasil dan Pembahasan Pengaruh rasio L/D terhadap Efisiensi Pemisa han Partikel pada cyclone separator 83.21% 86.62% 83.11%

93.01% 86.81% 82.52%

90.58% 88.73% 87.23%

91.49% 89.36% 83.11%

Tipe 4

86.33% 88.73% 84.46%

Tipe 3

88.44% 85.92% 79.73%

89.33% 86.49% 87.84%

Tipe 2

90.85% 88.03% 78.23%

89.04% 88.73% 83.77%

Tipe 1

80%

89.85% 87.32% 85.81%

88.96% 87.66% 80.52%

90%

88.31% 87.01% 82.47%

100%

Tipe 9

Tipe 10

Tipe 11

Tipe 12

70% 60% 50%

40% 30% 20% 10% 0% Tipe 5 Tipe 6 Tipe 7 Tipe 8 10 m/s 20 m/s 30 m/s

18

Hasil dan Pembahasan Pengaruh rasio L/D terhadap Efisiensi Pemisa han Partikel pada cyclone separator Dari grafik diatas kita bisa melihat bahwa efisiensi tertinggi dimiliki ole h cyclone separator tipe 10 dengan rasio L/D : 11/3,6 cm pada kecepat an inlet 30 m/s sebesar 93,01% ,sedangkan efisiensi terendah dimiliki cyclone tipe 6 dengan rasio L/D : 7/4 cm pada kecepatan inlet 10 m/s sebesar 78,23%. Hal ini membuktikan bahwa diameter vortex cyclone berbanding terbalik dengan sentrifugalnya,sehingga semakin kecil dia meter vortex cyclone maka semakin besar efisiensinya, begitupula de ngan panjang vortex cyclone semakin panjjang pipa vortex maka kese mpatan partikel untuk lolos semakin kecil karena kecepatan dan tekan annya akan berkurang.

18

Hasil dan Pembahasan Pengaruh kecepatan inlet terhadap Pressure Drop (ΔP) pada cyclone separator Grafik Hubungan Kecepatan Inlet dan Pressure Drop 2250

Pressure Drop (pa)

2000

1750 1500 1250 1000

750 500 250 0 10.00

20.00

30.00

Kecepatan Inlet (m/s) Tipe 1

Tipe 2

Tipe 3

Tipe 4

Tipe 5

Tipe 6

Tipe 7

Tipe 8

Tipe 9

Tipe 10

Tipe 11

Tipe 12

18

Hasil dan Pembahasan Pengaruh kecepatan inlet terhadap Pressure Drop (ΔP) pada cyclone separator Dari grafik diatas kita dapat melihat bahwa semakin tinggi kecepatan inlet m aka semakin meningkat pula Pressure Drop atau dapat dikatakan bahwa peni ngkatan kecepatan berbanding lurus dengan peningkatan pressure drop. Pad a kecepatan masuk yang rendah, pressure drop meningkat perlahan, dan pad a saluran masuk yang lebih tinggi kecepatan Pressure drop sangat meningkat (Gimbun etal., 2005). Dapat kita lihat bahwa cyclone separator tipe 2 memiliki peningkatan pressur e drop terbesar yaitu sebesar 2106.971 pa dan peningkatan pressure drop te rendah dimiliki oleh cyclone separator tipe 7 yaitu sebesar 97,68 pa. Peningk atan kecepatan masuk sangat terkait dengan jumlah putaran putaran. Karena jumlah siklus putaran akan banyak untuk diameter vortex finder yang lebih k ecil, penurunan tekanan lebih tinggi daripada kerugian pada diameter yang l 18 ebih besar (Fuping dan Yanpeng, 2009).

Hasil dan Pembahasan Pengaruh kecepatan inlet terhadap Efisiensi Pemisahan Partikel Tipe 1

Tipe 2

Tipe 3

Tipe 4

Tipe 5

Tipe 6

Tipe 7

Tipe 8

Tipe 9

Tipe 10

Tipe 11

Tipe 12

COLLECTION EFFICIENCY (PA)

100% 97% 94% 91% 88%

85% 82% 79% 76% 10

20

30

INLET VELOCITY (M/S)

18

Hasil dan Pembahasan Pengaruh kecepatan inlet terhadap Efisiensi Pemisahan Partikel Dari grafik untuk berbagai tipe terlihat bahwa kenaikan kecepatan inlet mem pengaruhi persentase pemisahan partikel, dimana partikel escaped semakin berkurang dan partikel trapped semakin meningkat. Partikel yang akan dipisa hkan dari udara bersih haruslah tetap mempunyai kecepatan yang cukup aga r tetap berada didinding cyclone. Gaya sentrifugal dan gravitasi akan menyeb abkan partikel tersebut akan berputar di dinding silinder cyclone hingga keda erah cone kemudian masuk ke chopper

18

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan •

• • •

Rasio L/D pipa vortex yang berbeda pada Cyclone separator menyebabkan tinggi-rendahnya nilai effisiensi pengumpulan dan pressure drop yang diperoleh semakin panjang pipa dan semakin kecil pipa diameter vortex maka semakin bagus efisiensinya. Cyclone tipe 10 dengan rasio L/D : 11/3,6 cm pada kecepatan 30 m/s menghasilkan persentase pemisahan partikel yang lebih tinggi dari Cyclone dengan variasi pipa vortex lainnya. Penurunan tekanan (Preassure Drop) Cyclone separator tertinggi pada penelitian ini yaitu 2766.19 Pa dimiliki oleh cyclone tipe 2 dengan rasio L/D : 5/3,8 cm pada kecepatan 10 m/s. Dari hasil simulasi dapat dilihat bagaimana pola dari aliran yang t erbentuk pada metode k-epsilon, Besarnya perubahan kecepatan aliran menunjukan arah gerakan fluida yang membentuk garisgaris arus (kontur) aliran pada Cyclone Separator.

02

KESIMPULAN DAN SARAN

Saran • •

•

Perlu dilakukan meshing yang lebih baik agar hasil yang didapat le bih akurat Untuk mendapatkan hasil yang sempurna mengenai analisa alira n pada Cyclone Separator, ada baiknya untuk penelitian berikutny a dilakukan percobaan langsung di laboratorium sehingga diperol eh bentuk virtual dari aliran yang terjadi pada Cyclone Separator sehingga dapat diamati bagaimana proses terjadinya aliran pada Cyclone Separator pada saat keadaan sebenarnya dan membandi ngkanya dengan hasil simulasi. Perlu dilakukan simulasi dengan Menggunakan metode persamaa n lain seperti Spart Allmaras atau Reynold Stress sebagai Pemban ding.

02

TERIMA KASIH PENGARUH RASIO L/D PIPA VORTEX CYCLONE SEPARATOR TERHADAP EFISIENSI PEMISAHAN PARTIKEL GAS BUANG MUH. NAUFAL NURFARRAS D331 12 269