A. Pendahuluan
Pirolisis merupakan proses dekomposisi termal material organik pada temperatur tinggi dalam kondisi minim atau tanpa oksigen. Proses ini banyak digunakan dalam pengolahan biomassa, limbah plastik, maupun limbah organik untuk menghasilkan produk bernilai seperti gas pirolisis, bio-oil, dan char. Salah satu komponen utama dalam sistem pirolisis adalah heating chamber, yaitu ruang yang berfungsi sebagai sumber dan media distribusi panas untuk memanaskan reaktor pirolisis.
Heating chamber berperan penting dalam menentukan keberhasilan proses pirolisis karena proses tersebut sangat bergantung pada kontrol temperatur dan laju pemanasan. Panas yang dihasilkan dari sumber pembakaran atau pemanas eksternal dialirkan ke dalam chamber, kemudian ditransfer ke reaktor melalui mekanisme perpindahan panas seperti konveksi, konduksi, dan radiasi. Oleh karena itu, desain heating chamber harus mampu memastikan distribusi panas yang merata agar material di dalam reaktor mengalami pemanasan secara optimal.
B. Metodologi Simulasi
Analisis aliran fluida dilakukan menggunakan aplikasi CFDSOF. Simulasi ini memungkinkan visualisasi pola aliran dan distribusi temperatur di dalam chamber.
- Pembuatan geometri heating chamber
- Meshing untuk membagi domain menjadi elemen kecil
- Penentuan boundary conditions seperti inlet, outlet, dan wall. Dimana pada kasus ini, saya berasumsi aliran udara panas turbulen dengan velocity inlet sebesar 3 m/s dan temperature inlet 500 K.
- Pengaktifan energy equation untuk menghitung distribusi temperatur
- Penentuan iterasi numerik, yaitu seberapa banyak iterasi dilakukan
- Run solver
C. Hasil Simulasi
1. Hasil Simulasi Kecepatan
2. Hasil Simulasi Temperatur
3. Hasil Simulasi Tekanan Heating Chamber
D. Hasil Analisis
1. Simulasi Kecepatan
Profil aliran dalam kondisi turbulen akan menunjukkan fluktuasi kecepatan yang sangat dinamis, terutama pada area di sekitar struktur bergerigi helical pipe yang memicu terbentuknya eddy currents atau pusaran aliran kecil. Gradien kecepatan diprediksi akan mencapai puncaknya di sepanjang dinding reaktor akibat efek no-slip condition yang berinteraksi dengan struktur heliks, sehingga meningkatkan koefisien perpindahan panas melalui pencampuran fluida yang lebih agresif dibandingkan aliran laminar. Secara keseluruhan, meskipun turbulensi menyebabkan pressure drop yang lebih tinggi sesuai dengan distribusi tekanan yang menurun ke arah atas, hal ini sangat menguntungkan bagi efisiensi termal reaktor karena meminimalisir terbentuknya lapisan batas termal yang stagnan di area tengah reaktor.
2. Simulasi Temperatur
Berdasarkan hasil distribusi temperatur pada heating chamber, temperatur tertinggi terlihat pada bagian bawah yang ditunjukkan oleh warna merah, menandakan lokasi sumber panas. Panas kemudian bergerak ke arah atas melalui mekanisme konveksi sehingga temperatur secara bertahap menurun menuju bagian atas chamber. Pada sisi kanan terlihat bentuk bergerigi yang merupakan representasi dari helical pipe untuk pemanasan reaktor pirolisis. Geometri tersebut mempengaruhi pola aliran fluida sekaligus membantu proses perpindahan panas dari chamber ke reaktor. Secara umum, distribusi temperatur menunjukkan adanya gradien panas dari bawah ke atas di dalam chamber.
3. Simulasi Tekanan
Profil tekanan menunjukkan distribusi yang relatif seragam di sepanjang kolom reaktor dengan gradien tekanan yang menurun secara linear dari bagian dasar menuju ke atas. Nilai tekanan tertinggi terkonsentrasi di area bawah (zona merah) yang mencapai sekitar 1,1 x 10^3 Pa, sementara area atas menunjukkan penurunan nilai tekanan yang signifikan hingga mencapai kisaran negatif (zona biru). Keberadaan struktur bergerigi (helical pipe) di sisi kanan tampak tidak menyebabkan fluktuasi tekanan lokal yang drastis, mengindikasikan bahwa aliran fluida atau ekspansi termal dalam ruang pemanas tersebut berlangsung secara stabil tanpa adanya hambatan mekanis yang berarti.
E. Kesimpulan
Berdasarkan asumsi yang saya gunakan, reaktor pirolisis saat ini memiliki distribusi panas yang belum merata dengan akumulasi suhu dan tekanan tertinggi berada di bagian dasar reaktor. Meskipun struktur helical pipe telah berfungsi sebagai penukar panas, diperlukan transisi ke rezim aliran turbulen untuk menciptakan eddy currents yang dapat mempercepat pencampuran fluida dan penetrasi panas ke inti reaktor. Optimasi pada sirkulasi aliran sangat krusial untuk menyeimbangkan gradien tekanan yang menurun ke atas dan memastikan efisiensi termal yang maksimal di seluruh volume pemanas.
