Simulasi Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk menggunakan Side-Entering Impeller untuk Suspensi Padat-Cair 1. 2.
Oleh : Brilliant Gustiayu S. Ayu Ratna Sari
Pembimbing : Prof.Dr.Ir.Sugeng Winardi, M.Eng Dr.Tantular Nurtono, ST, M.Eng
(2308 100 074) (2308 100 112)
Side Entering Tank Tangki dengan Impeller yang dipasang dari sisi samping dinding dengan posisi poros impeller yang relatif horizontal. Diameter tangki yang digunakan biasanya berukuran besar.
Jenis impeller yang digunakan: Propeller, Inclined Fan Turbine atau Hydrofoil Jumlah impeller yang digunakan tergantung pada diameter tangki
Side Entering Tank
Aplikasi
8
Dalam tangki minyak pelumas: mempertahankan keseragaman konsentrasi bahan aditif Dalam paper pulp chest: Mempertahankan konsistensi suspensi dalam tangki. Dalam tangki penyimpanan Crude oil: Mengontrol sludge dalam tangki penyimpan (storage)
Kinerja side entering tank ditentukan oleh profil aliran (velocity vector) yang dihasilkan
• Distribusi konsentrasi • Deadzone (zona mati)
•Kecepatan putar impeller •Geometri tangki •Jenis fluida •Jenis impeller •Jumlah impeller •Letak / posisi impeller
Penelitian terdahulu Peneliti
Objek Penelitian
Wesselingh (1974)
Meneliti tentang waktu pencampuran zat cair pada side entering impeller. Waktu pencampuran dengan 2 propeller 1/3 dari waktu dengan 1 propeller. (eksperimen)
Kipke (1984)
Meneliti tentang suspensi pada side entering impeller pada dua dimensi tangki yang berbeda dan sudut yang berubah. Pada percobaan dengan tangki kecil,sudut optimum untuk homogenitas adalah 140 .Pada tangki besar, sudut optimum untuk homogenitas adalah 70-100. (eksperimen)
Hui,dkk (2008)
Meneliti tentang pembentukan cavern pada suspensi pulp menggunakan side-entering impeller jenis axial-flow. Peningkatan volume cavern dengan cara meningkatkan kecepatan impeller tidak seragam, karena disebabkan interaksi antara cavern dan dinding vessel. (eksperimen)
Peneliti
Objek Penelitian
Dakhel (2003)
Meneliti tentang homogenisasi dari miscible fluid pada side entering impeller menggunakan CFD. Teknik MRF (Moving References Frame), yang dikembangkan untuk Top entry mixer, dapat digunakan untuk Side entry mixer. (simulasi)
Wu (2011)
Meneliti tentang karakteristik dari pencampuran dengan side-entering impeller pada tangki besar menggunakan CFD dengan model turbulensi k-ɛ menunjukkan korelasi yang baik dengan eksperimen. (simulasi)
Tujuan Penelitian
Manfaat penelitian
Untuk mempelajari pengaruh kecepatan impeller dan properti fluida terhadap pola aliran dalam side entering tangki berpengaduk.
Diharapkan dapat memberikan informasi untuk mengevaluasi kinerja side entering tangki berpengaduk.
Computational Fluid Dynamic Pre processor
Pengumpulan data
Penggambaran tangki
Mempersiapkan data simulasi
Solver
Aliran Fluida: Persamaan Navier Stokes Mixture: Mixture model Turbulence: Model k - ɛ Impeller: Moving References Frame (MRF)
Post processor
Analisa hasil
GEOMETRI & DIMENSI TANGKI Top view
Side view
s
8
H d h
D
Ratio D (m)
Tangki Kecil 0,55
Tangki Besar 4,73
H/D
0,455
0,402
d/D
0,053
0,026
s/D
0,055
0,025
h/D
0,036
0,032
D
IMPELLER YANG DIGUNAKAN
Propeller 3 blade
Variabel Percobaan Fluida yang digunakan : • Air Suhu = 29 °C densitas = 998,2 kg/m3 viskositas = 0,001003 kg/m.s • Larutan garam densitas = 1.250 kg/m3 viskositas = 0,000974 kg/m.s Multi phase (Solid-Liquid) • Air + partikel PVC densitas = 2500 kg/m3 diameter partikel = 94 µm konsentrasi = 10 % volume
Kecepatan impeller :
280 rpm 300 rpm 350 rpm 420 rpm
Hasil Penelitian
Single Phase
8
8
Bidang 1 (Bidang vertikal tepat pada bagian impeller)
Bidang 2 (Bidang horisontal tepat pada bagian impeller)
Hasil Penelitian • Velocity vector pada H/D = 0,455 dengan fluida air 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
m/s
Velocity vector pada H/D = 0,455 dengan fluida air garam 280 rpm
300 rpm
350 rpm
420 rpm
m/s
• H/D = 0,402 – (air garam) secara horisontal 350 rpm 280 rpm
300 rpm
420 rpm
m/s
Velocity vector pada H/D = 0,402 dengan fluida air 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
m/s
Velocity vector pada H/D = 0,402 dengan fluida air garam 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
m/s
• H/D = 0,402 – larutan garam secara horisontal 280 rpm
300 rpm
350 rpm
420 rpm
m/s
Grafik hubungan deadzone dengan kecepatan putar impeler H/D = 0,455 yang berisi air H/D = 0,455 yang berisi air garam 0,0012
0,0009
deadzone
deadzone
0,00085 0,0008 0,00075 0,0007 0,00065
0,001 0,0008 0,0006 0,0004
0,0006
0,0002
0,00055 0,0005 280
300
rpm
350
420
0 280
300
350
rpm
420
H/D = 0,402 yang berisi air garam
0,012
0,12
0,01
0,1
deadzone
deadzone
H/D = 0,402 yang berisi air
0,008 0,006
0,08 0,06 0,04
0,004
0,02
0,002
0
0 280
300
350
rpm
420
280
300
rpm
350
420
Multi Phase (Solid-Liquid)
Contour bidang vertikal. H/D = 0,402 –solid 10% volume 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
Contour – bidang Horisontal. H/D = 0,402 – solid 10% volume 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
Velocity Vector– bidang vertikal. H/D = 0,402 – solid 10% volume 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
m/s
280 rpm
350 rpm
Velocity Vector– bidang Horisontal H/D = 0,402 – solid10% volume 300 rpm
420 rpm
m/s
Contour phase 2 – arah vertikal. H/D = 0,455 – PVC 10% volume 280 rpm
350 rpm
300 rpm
420 rpm
Contour phase 2 – arah Horisontal. H/D = 0,455 – PVC 10% volume 280 rpm 300 rpm
420 rpm 350 rpm
280 rpm
350 rpm
Vector velocity – bidang Horisontal. 300 rpm H/D = 0,455 – solid 10% volume
420 rpm
m/s
Grafik hubungan deadzone dengan kecepatan putar impeler
H/D = 0,455 yang berisi air + partikel PVC
partikel PVC 0,0008
0,0006
0,0007
0,0005
deadzone
deadzone
H/D = 0,402 yang berisi air +
0,0004 0,0003
0,0006 0,0005 0,0004
0,0002
0,0003
0,0001
0,0002 0,0001
0 280
300
rpm
350
420
0 280
300
rpm
350
420
Kesimpulan 1. 2. 3. 4. 5.
Perbedaan densitas dan viskositas antara air dan garam menyebabkan pola aliran didalam tangki berbeda dan cenderung random. Pola alir pada geometri tangki besar terdapat daerah stagnant flow yang cukup besar. Makin kecil geometri (H/D) tangki ratio deadzone terhadap volume liquidanya makin kecil. Semakin besar kecepatan putar impeller, stagnant flow yang terjadi makin kecil dan ratio deadzone terhadap volume liquidanya makin kecil. Deadzone yang dihasilkan cenderung kecil dibawah 1% sehingga deadzone tidak signifikan. Kecepatan putar yang besar menyebabkan distribusi solid jauh lebih merata. Ukuran tangki besar membutuhkan kecepatan putar yang lebih besar untuk mendistribusikan solid dibandingkan tangki yang lebih kecil.
TERIMA KASIH
