ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK 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 2010

Universitas Sumatera Utara


ION RISWAN SINAGA NIM : 05 0401 081

Diketahui / Disahkan : Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua,

DR. Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001

Disetujui oleh : Dosen Pembimbing,

Terang USHG Manik ,ST,MT NIP. 196803102005011005



ION RISWAN SINAGA NIM : 05 0401 081

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

Pembanding I,

Ir.Halim Nasution, MSc NIP. 195403201981021001

Pembanding II,

Ir. Mulfi Hazwi, MSc NIP. 194910121981031002


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

AGENDA DITERIMA TGL PARAF

: 900/TS/2009 : / /2009 :

TUGAS SARJANA NAMA

: ION RISWAN SINAGA

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 SELESAI TANGGAL

: 01 / : 12 /

Oktober Juli

/2009 /2010

MEDAN,12 Juli 2010 KETUA DEPT. TEKNIK MESIN

Dr.Ing.Ir.IKHWANSYAH ISRANURI NIP.196412241992111001

DOSEN PEMBIMBING,

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


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

Ion Riswan Sinaga 05 0401 081


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. Keywords: hydrocyclone, separator, centrifugal force, the flow distribution


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 1.2 Batasan Masalah 1.3 Maksud dan tujuan 1.4 Metode Penulisan 1.5 Sistematika Penulisan

1 2 2 3 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Hydrocyclone 2.2 Prinsip Kerja Hydrocyclone 2.3 Jenis Hydrocyclone 2.3.1 Hydrocyclone tipe konvensional 2.4. Konstruksi pada multicyclone 2.4.1 Round Desilter Hydrocyclone 2.4.2 Inline Desilter Hydrocyclone 2.4.3 Hydrocyclone aliran aksial 2.5 Bagian-bagian dari Hydrocyclone 2.5.1 Lubang Masuk 2.5.2 Cylindrical Section 2.5.3 Vortex Finder 2.5.4 Cone Section 2.6 Hydrocyclone pada industri kelapa sawit 2.6.1 Prinsip kerja unit Hydrocyclone

5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 12 13


2.6.2 Bagian-bagian unit Hydrocyclone 2.7 Kecepatan settling sentrifugal 2.8 Aliran Vortex 2.8.1. Aliran Vortex Bebas 2.8.2 Aliran Vortex Paksa 2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi 2.9 Aliran Berputar dalam Tabung

14 17 18 19 22 23 24

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan waktu penelitian 3.3 Bahan dan metode penelitian 3.2.1 Bahan 3.2.2 Metode penelitian 3.3 Variabel yang diamati 3.4 Pelaksanaan Penelitian 3.5 Prosedur Simulasi 3.5.1 Pembentukan Model Hydrocyclone 3.5.2 Penentuan Meshing scehme 3.5.3 Penentuan Kondisi batas 3.6 Pelaksanaan Simulasi

27 27 28 30 32 33 34 34 34 35 36

BAB IV HASIL SIMULASI DAN DISKUSI 4.1. Hasil Simulasi 4.1.1 Perilaku Distribusi Aliran Secara Umum 4.1.1.a Kecepatan Tangensial 4.1.1.b Kecepatan Aksial 4.1.1.c Kecepatan Radial 4.1.1.d Disrtibusi Tekanan 4.1.1.e Gaya Sentrifugal 4.1.2 Parametric Studies 4.1.2.a Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap Parametric Studies 4.1.2.b Pengaruh dari Vortex Finder terhadap Parametric Studies BAB V KESIMPULAN & SARAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran

37 37 38 40 42 43 44 46 48

50 50

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Dimensi dari bagian-bagian Hydrocyclone

27


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

Tahapan proses pengolahan hingga mencapai hydrocyclone

12

Gambar 2.11

Skema kerja unit hydrocylone

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 3.7

Penentuan kondisi batas pada model hydrocyclone

35


Gambar 4.1

Pola Aliran KecepatanTangensial

38

Gambar 4.2

Predicted Tangential Velocity Profiles pada ketinggian 0.25m,

40

0.5m, 0.75m, 1m Gambar 4.3

Pola Aliran Kecepatan Aksial

40

Gambar 4.4

Predicted Axial Velocity Profiles pada ketinggian 0.25m,

41

0.5m, 0.75m, 1m Gamabr 4.5

Pola Aliran Kecepatan Radial

42

Gambar 4.6

Pola Aliran Distribusi Tekanan

43

Gambar 4.7 (a) Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 1 m

44

Gambar 4.7 (b) Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 0.5 m

44

Gambar 4.7 (c) Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 0.3 m

45

Gambar 4.8

Pengaruh Diameter Spigot terhadap Static Pressure

47

Gambar 4.9

Pengaruh Diameter Spigot terhadap Y-Velocity Pengaruh Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial

47

Gambar 4.11

Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure

49

Gambar 4.12

Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity

50

Gambar 4.13

Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan

50

Gambar 4.10

48

Tangensial


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

S

faktor pemisah

Us

kecepatan aliran

m/s

v

kecepatan

m/s

vt

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

m


ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK CFD

Recommend Documents