Studi Karakteristik Hidrodinamika Pada Tangki Berpengaduk Samping Dan Aplikasinya Dalam Industri

Fathonah, Ni’am Nisbatul (2021) Studi Karakteristik Hidrodinamika Pada Tangki Berpengaduk Samping Dan Aplikasinya Dalam Industri. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211660010014-Dissertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (23MB) | Request a copy

Abstract

Tangki berpengaduk samping (TBS) banyak diaplikasikan di industri kimia misalnya: di kilang-kilang minyak (oil refinery) sebagai tangki penyimpan minyak mentah dan produk minyak; di industri pulp dan kertas untuk menjaga konsistensi suspensi pulp; di biogas plant sebagai digester. Dimana aplikasi TBS tersebut untuk menjaga derajat homogenitas tertentu suatu proses dalam kapasitas volume tangki yang besar . Karena impeller yang dipasang pada dinding tangki dengan posisi tertentu, maka hal itu akan mempengaruhi karakteristik hidrodinamika. Tujuan dalam penelitian ini adalah mengungkap fenomena instabilitas aliran dalam TBS dan menentukan kriteria scale-up dalam desain TBS skala industri. Hasil visualisasi pola alir dengan teknik gambar sederhana mampu mendeskripsikan secara jelas bagaimana fenomena hidrodinamika yang terjadi pada TBS. Dari metode tersebut dapat diketahui bahwa pola aliran yang terjadi di dalam TBS selalu berubah setiap waktu. Pola alir utama yang terbentuk adalah aliran aksial yang membentuk sirkulasi dengan pusaran sirkulasi tunggal. Kecepatan putar impeler dan ukuran diameter impeler memiliki pengaruh besar terhadap pola alir yang terbentuk secara keseluruhan dan profil distribusi kecepatan propeller discharge. Semakin besar kecepatan putar impeler dan diameter impeler menyebabkan kapasitas pemompaan impeler semakin besar sehingga sirkulasi fluida dalam tangki dapat menjangkau daerah yang lebih luas dan memperkecil daerah stagnan (dead zone). Sedangkan jumlah sudu impeler tidak mempengaruhi kondisi aliran secara signifikan karena dari hasil yang diperoleh pengaruhnya hanya pada daerah yang sangat dekat dengan impeler. Pengaduk jenis inclined blade turbine (IBT) menunjukkan performa lebih baik dibandingkan dengan propeler dilihat dari sirkulasi yang dihasilkan. Simulasi komputasi dinamika fluida (KDF) dengan konfigurasi pemodelan multiple reference frame (MRF) untuk impeller motion dan RNG k-ε untuk model turbulensi memberikan hasil yang valid setelah divalidasi dengan data eksperimen.

Pola alir yang terbentuk saat proses pencampuran berlangsung memang berubah setiap waktu. Namun, ada kalanya perubahan aliran yang muncul memiliki skala yang lebih besar dan dapat mempengaruhi keseluruhan pola alir dalam tangki. Secara general pola alir yang dihasilkan oleh pengaduk aksial memiliki sifat sirkulasi tunggal. Saat fenomena instabilitas aliran muncul, maka akan terbentuk pola aliran baru yang lain dari aliran utamanya. Fenomena aliran tidak stabil tersebut adalah front propeller circulation flow (FP) dengan frekuensi kemunculan 40%, small circulation flow (SC) dengan frekuensi kemunculan 6,67%, dan kombinasi FP-SC memiliki frekuensi kemunculan 13,33% serta lifetime dari ketiga aliran tidak stabil tersebut muncul lebih dari satu putaran propeler (0,2 detik). Berdasarkan hasil eksperimen dan simulasi yang telah dibahas, selanjutnya data tersebut dijadikan sebagai acuan untuk scale-up TBS menjadi skala industri. Kriteria scale-up geometri similar dengan konstan N lebih menguntungkan karena NRe juga meningkat yang mengakibatkan aliran dalam TBS . Namun, konstan N tidak bisa dijadikan acuan untuk scale-up TBS ke dalam skala yang lebih besar. Karena perubahan fenomena yang cukup drastis yang diakibatkan oleh perubahan diameter propeler. Sementara itu konstan utip memberikan hasil yang lebih mendekati dalam hal pola alir maupun distribusi kecepatan pada discharge stream. Sehingga untuk TBS yang memiliki geometri similar, scale-up dengan konstan utip lebih tepat untuk diaplikasikan. Scale-up pada tangki skala industri tidak dapat menggunakan kriteria yang sama karena tidak memiliki geometri yang similar. Langkah scale-up yang dapat dilakukan adalah memodelkan kondisi operasi yang telah ditentukan ke dalam skala yang diinginkan terlebih dahulu. Sulit untuk menggeneralisasi kriteria scale-up TBS dari skala laboratorium menjadi skala industri. Karena selain geometrinya pasti tidak dapat similar, TBS merupakan tangki pengaduk dengan bentuk yang tidak simetris dan memperkirakan fenomena yang terjadi di dalamnya tidak dapat secara langsung dalam satu rules yang bersifat general. Sehingga untuk mengetahui kriteria desain yang sesuai pada TBS berskala industri sebaiknya dimodelkan terlebih dahulu menggunakan simulasi yang telah tervalidasi.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Additional Information:	RDK 620.106 4 Fat s-1 2021
Uncontrolled Keywords:	TBS, karakteristik hidrodinamika, visualisasi aliran, simulasi KDF, instabilitas aliran, scale-up,
Subjects:	Q Science > QA Mathematics > QA911 Fluid dynamics. Hydrodynamics
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	- Davi Wah
Date Deposited:	26 Jun 2023 07:17
Last Modified:	26 Jun 2023 07:23
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/98225

Actions (login required)

View Item