Aplikasi CFD dalam Analisis Cyclone Separator

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search

Pada kesempatan ini dilakukan simulasi aliran multifasa pada cyclone separator. Cyclone separator merupakan alat yang digunakan untuk memsiahkan parikel solid yang tercampur di dalam gas buang.

Cyclone separator bekerja berdasarkan prinsip inertia untuk memisahkan patikel solid dari gas buang. Gas yang mengandung partikel masuk ke dalam cyclone separator dengan kecepatan tinggi. Karena geometri dari cyclone separator, gas yang mengalir dengan kecepatan tinggi tersebut membentuk vortex. Dengan adanya geometri cone menyebabkan kecepatan gas meningkat seiring berkurangnya diameter cone pada bagian bawah. Outer vortex ini menghasilkan inner vortex pada bagian tengah cyclone separator yang menuju outlet bagian atas. Hal ini terlihat seperti gambar berikut.

Cyclone-Separator-Flow-Pattern.jpg

Partikel dengan inersia lebih rendah akan terseret ke dalam vortex dan mengikuti aliran gas. Sementara partikel dengan inersia kurang terpengaruh oleh vortex dan terus pada lintasan lurus, sehingga menumbuk dinding separator. Sehingga menyebabkan partikel dengan inersia besar kehilangan energi dan jatuh ke dasar separator. Hal ini dapat terlihat pada ilustrasi berikut.

Lower inertia.jpg Partikel dengan inersia lebih rendah

Greater inertia.jpg Partikel dengan inersia lebih tinggi


Pada simulasi ini base mesh yang digunakan pada arah x,y, dan z berurutan sebanyak 20, 60, dan 30 division. Lalu dilakukan surface refinement pada bagian wall level 1. Hasil proses meshing terlihat seperti gambar berikut.

Meshing ct3.JPG

Simulation model yang disetting yaitu: transient, incompressible, subsonic, Large Eddy Simulation (LES), mengaktifkan gravitasi, dan multiphase eulerian-lagrangian.

Properties partikel yang diinjeksikan sebagai berikut: density = 1100 kg/m^3, total mass 8.97 kg, lama waktu injeksi 5 detik, partikel diinjeksian 5000 parcel per second, kecepatan awal partikel 0.1 m/s, dan ukuran partikel dari rentang 1e-6 sampai 1e-4.

Properties Gas Sebagai berikut: desnity = 0.8 kg/m^e dan vikositas dinamik 2.2e-5 Pa.s.

Sebagai boundary condition kecepatan pada sisi inlet sebesar 1.6 m/s. Pada sisi outlet dimodelkan dengan tipe outflow. Pada sisi wall dimodelkan sebagai no-slip condition

Hasil Simulasi seperti terlihat pada gambar berikut.

Ct d(partial).gif Distribusi ukuran partikel

Ct p(partial).gif Distribusi tekanan

Ct u(par).gif Distrubusi kecepatan


Dari hasil ini outer dan inner vortex tidak terlalu terlihat. Hal ini disebabkan karena rendahnya kecepatan inlet yang diberikan, yaitu 1.6 m/s. Dari penelusuran literatur, pemisahan yang efktif dilakukan dengan kecepatan inlet gas pada simulasi mulai dari 12 m/s hingga 40 m/s.


Akan tetapi ketika dilakukan simulasi ulang dengan melakukan variasi nilai kecepatan dan properties lainnya diperoleh hasil yang tidak konvergen. Terlihat pada grafik residual berikut.

Residual div.png


Kembali ke Fuad Abrar