Simulasi Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk

menggunakan Side-Entering Impeller

untuk Suspensi Padat-Cair

Pembimbing :

Prof.Dr.Ir.Sugeng Winardi, M.Eng

Dr.Tantular Nurtono, ST, M.Eng

Oleh :

1. Brilliant Gustiayu S. (2308 100 074)

2. Ayu Ratna Sari (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 penyimpanan Crude oil: Mengontrol sludge dalam tangki penyimpan (storage)

Dalam paper pulp chest: Mempertahankan konsistensi suspensi dalam tangki.

Dalam tangki minyak pelumas: mempertahankan keseragaman konsentrasi bahan aditif

Kinerja side entering tank ditentukan oleh profil aliran (velocity

vector) yang dihasilkan

Kecepatan putar impeller Geometri tangki Jenis fluida Jenis impeller Jumlah impeller Letak / posisi impeller

Distribusi konsentrasi Deadzone (zona mati)

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- menunjukkan korelasi yang baik dengan eksperimen. (simulasi)

Untuk mempelajari pengaruh kecepatan impeller dan properti fluida terhadap pola aliran dalam side entering tangki berpengaduk.

Tujuan

Penelitian

Diharapkan dapat memberikan informasi untuk mengevaluasi kinerja side entering tangki berpengaduk.

Manfaat penelitian

Computational Fluid Dynamic

Aliran Fluida: Persamaan Navier Stokes

Mixture: Mixture model

Turbulence: Model k -

Impeller: Moving References

Frame (MRF)

Pre processor Solver Post processor

Pengumpulan data

Penggambaran tangki

Mempersiapkan data simulasi

Analisa hasil

GEOMETRI & DIMENSI TANGKI

Side view

s

H

h

D

8

D

Top view

d

Ratio Tangki Kecil Tangki Besar D (m) 0,55 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

IMPELLER YANG DIGUNAKAN

Propeller 3 blade

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 m

konsentrasi = 10 % volume

Kecepatan impeller :

280 rpm

300 rpm

350 rpm

420 rpm

Variabel Percobaan

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

300 rpm

350 rpm

420 rpm

m/s

280 rpm

300 rpm

350 rpm

420 rpm

m/s

Velocity vector pada H/D = 0,455 dengan fluida air garam

H/D = 0,402 (air garam) secara horisontal

280 rpm 350 rpm

300 rpm 420 rpm

m/s

280 rpm

420 rpm

350 rpm

300 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

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

0,0005

0,00055

0,0006

0,00065

0,0007

0,00075

0,0008

0,00085

0,0009

280 300 350 4200

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

280 300 350 420d

ead

zon

e

dea

dzo

ne

rpm rpm

H/D = 0,402 yang berisi air

H/D = 0,402 yang berisi air garam

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

280 300 350 420

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

280 300 350 420

dea

dzo

ne

rpm d

ead

zon

e rpm

Multi Phase (Solid-Liquid)

Contour bidang vertikal. H/D = 0,402 solid 10% volume

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

Contour bidang Horisontal. H/D = 0,402 solid 10% volume

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

Velocity Vector bidang vertikal. H/D = 0,402 solid 10% volume

m/s

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

Velocity Vector bidang Horisontal H/D = 0,402 solid10% volume

m/s

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

Contour phase 2 arah vertikal. H/D = 0,455 PVC 10% volume

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

Contour phase 2 arah Horisontal. H/D = 0,455 PVC 10% volume

280 rpm 300 rpm

350 rpm 420 rpm

Vector velocity bidang Horisontal. H/D = 0,455 solid 10% volume

m/s

H/D = 0,455 yang berisi air + partikel PVC

Grafik hubungan deadzone dengan kecepatan putar impeler

H/D = 0,402 yang berisi air + partikel PVC

0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

280 300 350 420 0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

0,0007

0,0008

280 300 350 420

dea

dzo

ne

rpm d

ead

zon

e

rpm

Kesimpulan 1. Perbedaan densitas dan viskositas antara air dan garam

menyebabkan pola aliran didalam tangki berbeda dan cenderung random.

2. 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.

3. Semakin besar kecepatan putar impeller, stagnant flow yang terjadi makin kecil dan ratio deadzone terhadap volume liquidanya makin kecil.

4. Deadzone yang dihasilkan cenderung kecil dibawah 1% sehingga deadzone tidak signifikan.

5. 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