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
ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE
DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN
PERANGKAT LUNAK CFD
ION RISWAN SINAGA NIM : 05 0401 081
Diketahui / Disahkan : Disetujui oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU
Ketua,
DR. Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001 NIP. 196803102005011005 Terang USHG Manik ,ST,MT
ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA HYDROCYCLONE
DENGAN METODE NUMERIK MENGGUNAKAN
PERANGKAT LUNAK CFD
ION RISWAN SINAGA NIM : 05 0401 081
Telah disetujui dari hasil Seminar Skripsi Periode ke - 581 pada tanggal 31 Juli 2010
Pembanding I, Pembanding II,
Ir.Halim Nasution, MSc
NIP. 195403201981021001 NIP. 194910121981031002 Ir. Mulfi Hazwi, MSc
NAMA : ION RISWAN SINAGA
TUGAS SARJANA
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 : 01 / Oktober /2009 SELESAI TANGGAL : 12 / Juli /2010
MEDAN,12 Juli 2010 KETUA DEPT. TEKNIK MESIN DOSEN PEMBIMBING,
Dr.Ing.Ir.IKHWANSYAH ISRANURI
NIP.196412241992111001 NIP. 196803102005011005 TERANG U.S.H.G Manik, ST,MT
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
AGENDA : 900/TS/2009 DITERIMA TGL : / /2009
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
05 0401 081 Ion Riswan Sinaga
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.
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
1.2 Batasan Masalah 2
1.3 Maksud dan tujuan 2
1.4 Metode Penulisan 3
1.5 Sistematika Penulisan 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1Pengertian Hydrocyclone 5
2.2 Prinsip Kerja Hydrocyclone 5
2.3 Jenis Hydrocyclone 6
2.3.1 Hydrocyclone tipe konvensional 6
2.4. Konstruksi pada multicyclone 7
2.4.1 Round Desilter Hydrocyclone 7 2.4.2 Inline Desilter Hydrocyclone 8 2.4.3 Hydrocyclone aliran aksial 8 2.5 Bagian-bagian dari Hydrocyclone 9
2.5.1 Lubang Masuk 9
2.5.2 Cylindrical Section 10
2.5.3 Vortex Finder 10
2.5.4 Cone Section 11
2.6 Hydrocyclone pada industri kelapa sawit 12 2.6.1 Prinsip kerja unit Hydrocyclone 13
2.6.2 Bagian-bagian unit Hydrocyclone 14 2.7 Kecepatan settling sentrifugal 17
2.8 Aliran Vortex 18
2.8.1. Aliran Vortex Bebas 19
2.8.2 Aliran Vortex Paksa 22
2.8.3 Aliran Vortex Kombinasi 23
2.9 Aliran Berputar dalam Tabung 24
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan waktu penelitian 27
3.3 Bahan dan metode penelitian 27
3.2.1 Bahan 28
3.2.2 Metode penelitian 30
3.3 Variabel yang diamati 32
3.4 Pelaksanaan Penelitian 33
3.5 Prosedur Simulasi 34
3.5.1 Pembentukan Model Hydrocyclone 34
3.5.2 Penentuan Meshing scehme 34
3.5.3 Penentuan Kondisi batas 35
3.6 Pelaksanaan Simulasi 36
BAB IV HASIL SIMULASI DAN DISKUSI
4.1. Hasil Simulasi 37
4.1.1 Perilaku Distribusi Aliran Secara Umum 37 4.1.1.a Kecepatan Tangensial 38 4.1.1.b Kecepatan Aksial 40 4.1.1.c Kecepatan Radial 42 4.1.1.d Disrtibusi Tekanan 43 4.1.1.e Gaya Sentrifugal 44 4.1.2 Parametric Studies
4.1.2.a Pengaruh dari Diameter Spigot terhadap 46 Parametric Studies
4.1.2.b Pengaruh dari Vortex Finder terhadap 48 Parametric Studies
BAB V KESIMPULAN & SARAN
5.1. Kesimpulan 50
5.2. Saran 50
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja Hydrocyclone 5
Gambar 2.2 Hydrocyclone tipe konvensional 6
Gambar 2.3 Round DesilterHydrocyclone 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
Gambar 2.11
Tahapan proses pengolahan hingga mencapai hydrocyclone
Skema kerja unit hydrocylone
12 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,
0.5m, 0.75m, 1m
40
Gambar 4.3 Gambar 4.4
Pola Aliran Kecepatan Aksial
Predicted Axial Velocity Profiles pada ketinggian 0.25m, 0.5m, 0.75m, 1m
40 41
Gamabr 4.5 Pola Aliran Kecepatan Radial 42
Gambar 4.6 Pola Aliran Distribusi Tekanan 43 Gambar 4.7 (a)
Gambar 4.7 (b) Gambar 4.7 (c)
Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 1 m
Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 0.5 m
Predicted Centrifugal Force profile pada ketinggian 0.3 m
44 44 45 Gambar 4.8 Pengaruh Diameter Spigot terhadap Static Pressure 47 Gambar 4.9
Gambar 4.10
Pengaruh Diameter Spigot terhadap Y-Velocity
Pengaruh Diameter Spigot terhadap Kecepatan Tangensial
47 48 Gambar 4.11 Pengaruh Vortex Finder terhadap Static Pressure 49 Gambar 4.12
Gambar 4.13
Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Y-Velocity
Pengaruh Diameter Vortex Finder terhadap Kecepatan Tangensial
50 50
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 m S faktor pemisah Us kecepatan aliran m/s v kecepatan m/s t v 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
