bioseparasi : proses sedimentasi suatu material padatan atau dapat disebut sebagai partikel
DESCRIPTION
Sedimentasi partikel selain dipengaruhi oleh massa jenis dari partikel itu sendiri juga dipengaruhi oleh gaya normal, gaya gesek dan gaya gravitasi. Namun, gaya yang paling dominan adalah gaya gravitasi. Masalah yang sering puncul adalah apabila material atau partikel terlarut yang ada memiliki ukuran partikel yang sangat kecil atau dapat disebut hampir menyerupai sebuah emulsi. Maka teknik sedimentasi yang digunakan tidak hanya dengan menggantungkan pada gaya gravitasi saja, karena hal tersebut akan menghasilakn waktu yang lama untuk proses pemisahan antara material yang terlarut dan peran pelarut. Maka gaya yang dibutuhakna salah satunya dengan kalor yang ditransfer ke dalam sistem, sehingga akan mempengaruhi gaya brown atau gaya acak dari partikel akan memudahkan untuk bertumbukan hingga harapannya akibat tumukan tersebut material kecil atau partikel tersebut cepat mengalami pengendapan atau sedimentasi.TRANSCRIPT
Judul jurnal : “Simulation of the sedimentation of melting solid particles ”
Penulis : Hui Gan, James J. Feng, Howard H. Hu
1. Pendahuluan :
Arus multifase dalam industri sering melibatkan kegiatan interfacial seperti
perubahan fasa dan reaksi kimia contohnya pada reaktor fluidized bed. Dimana partikel,
momentum fluida, perpindahan massa dan panas terjadi pada interface. Perpindahan
massa dan panas ditentukan oleh gerak dan interaksi partikel. Pada konveksi thermal
yang telah dimodifikasi dan adanya interaksi sedimentasi menghasilkan partikel dingin
dari cairan akan cenderung acak, sementara partikel panas cenderung agregat.
2. Rumusan Masalah :
Perbedaan kepadatan antara padatan dan cairan, dengan persamaan momentum
dan energy untuk fluida :
Dalam persamaan (2), digunakan pendekatan Boussinesq sehingga perubahan suhu hanya
memodifikasi kepadatan cairan q dalam jangka kekuatan tubuh :
Gambar 1. Skema domain komputasi. Temperatur awal fluida adalah T0 dan temperature
padatan Ts
3. Pembahasan :
Sedimentasi dari partikel tunggal :
Partikel dengan diameter awal d, dan dengan kecepatan awal nol. Domain
komputasi partikel bergerak dari atas ke bawah menjadi 15d dan 10d dari pusat partikel.
Domain akan sensitive terhadap posisi atas atau bawah. Parameter berikut adalah tetap :
dan
Karakteristik kecepatan ( U ) dianggap sebagai kecepatan pengendapan maksimum, dan
waktu t adalah skala untuk d/U.
Rezim A (0 <Gr <900): Dalam rezim ini, partikel jatuh di sepanjang garis tengah.
kecepatan u(t), ditandai dengan Re(t). Terlepas dari gravitasi, percepatan dibantu oleh
konveksi ke bawah dari fluida dingin di dekat partikel. Setelah u mencapai maksimum,
menurun monoton seiring hilangnya massa. Deselerasi untuk tinggi St, Simulasi diakhiri
ketika partikel menjadi terlalu kecil. Hal ini biasanya terjadi setelah massa partikel turun
di bawah 5% dari nilai awalnya.
Rezim B (Gr> 900): Dalam rezim ini ditandai dengan migrasi partikel dari garis tengah
menuju dinding saluran. Penyimpangan dari tengah dimulai secara bertahap, tetapi
menunjukkan ada tanda-tanda melambat sampai akhir simulasi ketika partikel menjadi
terlalu kecil untuk dilacak secara akurat. Segera setelah partikel menyimpang dari garis
tengah, ia mulai memutar perlahan-lahan.
Gambar 2. Kecepatan sedimentasi dari partikel yang mencair dilihat dari bilangan
reynoldnya. dan the Stefan number St = 2.5125x10-2 kecuali untuk garis putus-putus
memiliki St = 1.2563x10-3
Sedimentasi dari doublet :
Tanpa efek termal atau pencairan, perilaku dari doublet tetap adalah penyusunan
skenario drafting-kissing-tumbling (DKT) skenario. DKT yang mungkin benar-benar
ditekan oleh konveksi termal jika partikel memiliki perbedaan suhu dari cairan. Kami
telah menggunakan nilai-nilai moderat: St = 5.025x10-3 dan Re = O(10), dan beragam
Gr dari 100 sampai ribuan. Saluran lebar W = 8d, dan jumlah Prandtl tetap pada Pr =
0.07. Konfigurasi awal doublet mempengaruhi rilis berikut transien pendek tetapi
tidak memiliki efek pada dinamika jangka panjang.
Gambar 3. Kontur suhu di sekitar partikel mencair. (a) Gr = 100 pada t = 32.75 ;
(b) Gr = 5000 pada t =51.70. Dalam kedua kasus, massa partikel kira-kira 44% dari
nilai awalnya.
4. Kesimpulan
kegiatan interface seperti melting memiliki efek mendalam pada interaksi
partikel. Untuk moderat St dan rentang Re tertutup, hasil kami dapat diringkas sebagai
berikut. Sedimentasi dari satu partikel yang mencair didominasi oleh konflik antara
konveksi paksa dan alami. Pencairan perubahan morfologi permukaan partikel, tetapi
efek langsung terhadap sedimentasi sebagian besar kuantitatif. Sebaliknya, interaksi
antara dua partikel secara kualitatif diubah dengan pelelehan. Penyusunan DKT ditekan
sebagai aturan. Dua partikel terpisah dari satu sama lain pada Gr rendah tapi menarik satu
sama lain pada Gr lebih tinggi. Lapisan mencair membantu menstabilkan doublet yang
dibentuk oleh dua partikel. Perilaku ini, diekstrapolasikan ke multi-partikel aliran dua
fase, dapat menyebabkan agregasi dari fase partikulat yang sebagian besar tersebar dalam
ketiadaan mencair. Karena simulasi dalam dua dimensi, akan diinginkan untuk menguji
atas spekulasi dengan percobaan.