Penggunaan pipa heliks (helical coil pipe) banyak diaplikasikan karena karakteristik alirannya yang unik akibat adanya gaya sentrifugal yang memicu aliran sekunder (secondary flow). Dalam pengembangan desain, penambahan sirip (fins) sering kali ditujukan untuk memodifikasi pola aliran tersebut.
Blog ini menyajikan analisis parameter hidrodinamika dari hasil simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) berbasis aliran konstan atau isothermal. Fokus pembahasan dititikberatkan pada pola visualisasi aliran serta konsekuensi penambahan sirip terhadap kerugian tekanan (pressure drop) pada sistem pipa heliks untuk pirolisis reactor.
1. Visualisasi Pola Aliran
Pada kondisi isothermal, karakteristik fluida murni dipengaruhi oleh interaksi geometri dan gaya inersia. Gaya sentrifugal yang bekerja pada fluida di dalam pipa melengkung menghasilkan perbedaan momentum, di mana fluida berkecepatan tinggi terdorong ke arah dinding luar (outer wall). Geometri sirip memaksa terjadinya pemisahan aliran (flow separation) di ujung sirip dan menciptakan zona olakan (wake region) di bagian hilir sirip, yang secara signifikan meningkatkan intensitas percampuran fluida (fluid mixing).
2. Pressure drop
berdasarkan hasil simulasi diperoleh data sebagai berikut:
| Konfigurasi | Pressure Inlet (Pa) | Pressure Outlet (Pa) | Pressure drop (Pa) |
| Fin | 13743.3 | 132.601 | 13340.699 |
Konsekuensi mekanis utama dari penambahan sirip pada aliran isothermal adalah meningkatnya hambatan hidrolik secara keseluruhan. Hambatan ini bermanifestasi dalam bentuk hambatan gesek (skin friction drag) akibat bertambahnya luas permukaan basah, serta hambatan bentuk (form drag) akibat gangguan geometri sirip terhadap arah aliran utama fluida.
Berdasarkan data kuantitatif hasil simulasi pada konfigurasi Fin (bersirip), tercatat nilai tekanan pada sisi masuk (Pressure Inlet) sebesar 13.743,3 Pa, sedangkan tekanan pada sisi keluar (Pressure Outlet) turun drastis menjadi 132,601 Pa. Dari kedua nilai tersebut, diperoleh total penurunan tekanan (Pressure drop) yang sangat signifikan, yaitu sebesar 13.340,699 Pa.
Kesimpulan
Tingginya nilai pressure drop yang menembus angka 13,3 kPa ini mengindikasikan adanya disipasi energi kinetik yang besar di dalam pipa. Fenomena ini disebabkan oleh fluida yang dipaksa melewati penyempitan penampang secara periodik akibat adanya sirip, yang memicu flow separation kuat dan pembentukan zona olakan (wake region) di hilir sirip. Data ini menunjukkan adanya batasan pressure drop yang berlebihan dimana batas pressure drop yang diperbolehkan adalah 8 kPa
