Blog ini berisi catatan disertasi dan logbook pengembangan optimasi berbasis CFD real-time pada Cyclone Separator di sistem pyrolysis dalam mendukung rekayasa dan transisi energi berkelanjutan
Prinsip kerja cyclone separator adalah memisahkan partikel padat dan gas dengan memanfaatkan gaya sentrifugal, gaya inersia, gaya gravitasi dan gaya tekanan. Saat campuran gas dan partikel masuk secara tangensial ke dalam cyclone separator, gaya sentrifugal melemparkan partikel ke arah dinding, dan gaya inersia membuat partikel untuk tetap bergerak lurus saat aliran gas berbelok tajam (berputar), lalu gaya gravitasi menarik partikel ke arah bawah cyclone (hopper), sedangkan gaya tekanan yang berlawanan arah dari gaya sentrifugal menarik partikel kembali ke pusat pusaran (ke arah vortex finder atau saluran keluar gas).
Di dalam cyclone terjadi dual vortex (free vortex dan forced vortex). Free vortex adalah aliran yang terbentuk pertama kali saat gas masuk ke dalam cyclone separator. Arah aliran masuk secara tangensial dan bergerak ke bawah menuju bagian kerucut (cone). Sedangkan forced vortex adalah aliran yang terbentuk karena tekanan di pusat cyclone menjadi sangat rendah yang memaksa gas berbalik arah (naik ke atas) menuju saluran keluar (vortex finder). Kedua vortex ini yang mengakibatkan partikel padat dan gas akan terpisah, dimana partikel padat yang bermassa jenis besar akan jatuh ke bawah (hopper) dan gas bersih yang bermassa jenis kecil akan naik ke atas (Husairy & Leonanda, 2014).
Adapun kinerja cyclone separator biasanya digambarkan dalam istilah pressure drop dan collecting efficiency (A.J. Hoekstra, 2000). Umumnya pressure drop didefenisikan sebagai perbedaan tekanan statis antara saluran masuk dan saluran keluar (Chen & Shi, 2007). Sedangkan pada collecting efficiency, persentase pertikel padat yang dapat dipisahkan dari gas pada cyclone separator. Variasi kecepatan cukup berpengaruh pada collecting efficiency, dimana semakin tinggi kecepatan inlet, maka persentase partikel yang escaped semakin sedikit dan yang trapped semakin bertambah (Husairy & Leonanda, 2014). Pressure drop yang terlalu rendah dapat mengurangi efisiensi pemisahan partikel dalam cyclone separator. Pressure drop yang rendah berarti kecepatan aliran gas di dalam cyclone menjadi lambat, sehingga partikel-partikel yang lebih kecil memiliki lebih banyak peluang untuk keluar bersama aliran gas yang keluar. Ini dapat mengakibatkan partikel yang diinginkan tidak terpisah dengan baik, sehingga menurunkan efisiensi pemisahan. Sedangkan pressure drop yang terlalu tinggi dapat mempengaruhi kapasitas pemisahan cyclone separator. Pressure drop yang tinggi menyebabkan kecepatan aliran gas meningkat, sehingga partikel yang lebih besar dapat terpisah dengan baik. Namun, jika pressure drop terlalu tinggi, aliran gas dapat menjadi terlalu kencang dan mempengaruhi pemisahan partikel yang lebih kecil. Idealnya, pressure drop yang optimal harus ditemukan yang memungkinkan pemisahan partikel yang efisien.
Sedangkan optimasi cyclone separator diantaranya pengaturan kecepatan aliran masuk cyclone separator, yang dapat mempengaruhi kinerja pemisahan partikel. Pengaturan aliran yang tepat, termasuk kecepatan aliran yang sesuai dan distribusi aliran yang merata, dapat meningkatkan efisiensi pemisahan. Optimasi cyclone separator harus dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi operasional dan karakteristik partikel yang akan dipisahkan.
Optimasi Cyclone separator :
Konstrain : pressure drop
Variabel optimasi : Kecepatan inlet gas
Optimasi : Collecting Efficiency
