Tugas Besar Fuad Abrar

Sinopsis

Pada tugas besar ini dilakukan simulasi aliran multifasa, yaitu pada fasa gas-solid. Simulasi aliran gas-solid dilakukan pada Circumfluent Cyclone Separator.

Numerous studies have shown that many factors can affect the separation performance of separators. The separation performance improvement could be achieved by optimizing cyclone structural or dimensions, or by a new structure design.

circumfluent cyclone (CFC) has been developed, which has two differences in configuration compared with a conventional cyclone: (1) a concentric internal cylinder is installed in the main cylinder, and (2) the inlet duct is located at the bottom of the shell in the CFC rather than at the upper section in the conventional one.

Pada tugas besar ini dilakukan simulasi aliran pada CFC untuk mengetahui efek geometri terhadap medan aliran yang terjadi di dalam CFC.

Introduction

Melalui cyclone separator dapat dilakukan pemisahan partikel solid yang terdispersi di dalam suatu aliran fluida. Dengan kemampuan ini cyclone separator telah banyak digunakan oleh industri. Cyclone separator bekerja dengan memanfaatkan gaya sentrifugal dan vortex. Pada cyclone separator collection efficiency dan pressure losses merupaka karakteristik utama untuk mengetahui performa dari cyclone separator.

Beberapa studi menunjukkan terdapat banyak faktor yang dapat mempengaruhi performa dari separator. Di antaranya struktur geometri dan dimensi dari cyclone separator, ukuran dan distribusi partikel. Gimbum et al. (2005) and Chuah et al. (2006) mengevaluasi efek dari cone tip diameter terhadap collection efficiency dan pressure drop dari gas cyclone. efek dari tpe inlet terhadap karakteristik performa cyclone separator telah diinvestigasi, termasuk single dan double inlets (Lim et al., 2003; Zhao et al.,2004), tangential inlet dan spiral inlets (Zhao et al., 2004), dimensi inlet (Yang et al., 2013).

Studi ini menunjukkan baik dimensi dan bentuk dari cyclone separator dapat mempengaruhi performa separasi. Dengan kata lain performa separasi cyclone separator dapat ditingkatkan dengan mengoptimasi dimensi atau struktur dari cyclone separator, atau dengan desain struktur yang baru dari cyclone separator.

Dari konsep ini Zhang et al. (2019) membuat sebuah desain baru dari cyclone separator yang dinamakan circumfluent cyclone (CFC). Dimana memiliki dua perbedaan konfigurasi dibandingkan dengan cyclone konvensional: (1) Sebuah concentric internal cylinder diinstal di dalam cylinder utama, dan (2) Inlet duct ditempatkan pada bagian bawah shell CFC, sementara pada cyclone konvensional ditempatkan di bagian atas.

Fig 1. Perbandingan konfigurasi CFC dan konvensional cyclone (DIII-type). (a) CFC; (b) DIII-type cyclone. 1. Vortex finder; 2. gap space; 3. inner chamber; 4. annular chamber; 5. conechamber; 6. dust hopper.

Simulasi numerik telah digunakan secara luas untuk memprediksi karakteristik medan aliran di dalam cyclone. Kunci suksesnya simulasi numerik terletak pada ketepatan pendeskripsian turbulence behaviour dari suatu aliran. Reynold Stress Model (RSM) dan Large Eddy Simulation (LES) merupakan turbulence model yang efektif untuk mensimulasikan aliran vortex di dalam cyclone.

Pada studi ini dilakukan simulasi numerik untuk mengetahui efek dimensi dari struktur circumfluent cyclone (CFC) terhadap pressure drop dan medan aliran yang dihasilkan.

Objektif

Mengetahui efek dari perubahan lokasi dan geometri inlet terhadap performa circumfluent cyclone separator dengan memperhatikan parameter pressure drop serta medan aliran yang dihasilkan

Metodologi

Geometri CFC dibuat menggunakan software Autodesk Fusion 360. Kemudian simulasi aliran dilakukan menggunakan software CFDSOF v1.6 (developed by CCIT group, Indonesia). Mesh generation juga dilakukan melalui software CFDSOF v1.6. Sementara hasil yang diperoleh dilakukan post-processing dan divisualisasikan melalui software open source parview.

Model Komputasi dan Simulasi

Model Simulasi

Aliran yang melalui separator dalam bentuk flue gas, dimana mengandung partikel solid dan gas. Sehingga aliran dimodelkan dalam bentuk aliran multifasa dan pada simulasi ini digunakan model multiphase eulerian-lagrangian. Sumulasi aliran dimodelkan dalam bentuk turbulen. Model turbulen yang digunakan adalah Large Eddy Simulation (LES). Aliran dimodelkan incompressible, transient, dan dengan percepatan gravitasi 9.8 m/s^2. Domain dari simulasi terdiri dari 3 boundary area: Wall, inlet, dan outlet.

Properties gas:

- density: 1 kg/m^3

- dynamic viscosity: 1.8E-5 Pa.s

Oleh karena terdapatnya partikel padat maka dibutuhkan boundary condition tambahan untuk fasa partikel tersebut.

Properties partikel:

- density: 2800 kg/m^3

- particle size: 1-100 micrometer

Boundary Condition:

- sisi inlet: velocity inlet = 18 m/s; velocity inlet partikel diinjeksi sebesar 0.1 m/s; partikel diinjeksi mulai dari detik ke-0 hingga detik ke-5; jumah parcel per detik = 10000

- Wall: wall dimodelkan sebagai no-slip condition

- sisi outlet: dimodelkan dengan tipe outflow, dengan nilai tekanan total sebeasr 0 Pa (atmosferic)

Simulation time:

- simulasi diset dengan time inrement sebesar 1e-3 sekon; simulasi dilakukan untuk durasi 7 detik.

Hasil dan Pembahasan

1. Percobaan I

Dimana dimensi yang digunakan adalah a= 25 mm; b= 50 mm; D= 138 mm; H= 240 mm; Do= 50 mm; Di= 90 mm; Hc= 365 mm; Dc= 50 mm

Distribusi Kecepatan

Distribusi Tekanan

Distribusi Ukuran Partikel

2. Percobaan II

References

Back to Fuad Abrar