Kajian Pola Aliran Fluida pada Reaktor Biodiesel Menggunakan Tipe Agitator Berbeda dengan Computational Fluid Dynamics

Abstract

Indonesia mempunyai sumber daya alam yang sangat beragam, termasuk sumber daya energi sebagai bahan bakar, seperti minyak, gas, panas bumi, batu bara, dan sebagainya yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai aktivitas pembangunan negara ataupun di ekspor sebagai pendapatan negara. Seiring berkembangnya waktu, ketersediaan sumber daya energi tersebut semakin berkurang, karena sumber tersebut merupakan sumber daya yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha-usaha untuk menghasilkan sumber energi bahan bakar alternatif. Biodiesel merupakan bahan bakar alternatif yang dapat diperbaharui serta ramah lingkungan. Biodiesel dapat diproduksi melalui reaksi transesterifikasi antara asam lemak (hewani atau nabati) dengan gugus alkohol di dalam reaktor. Pola aliran yang diharapkan terjadi pada reaktor yaitu aliran turbulen, yang membuat struktur aliran akan tercampur. Jika terjadi vorteks pada reaktor maka hal ini akan mempertahankan stratifikasi sehingga pencampuran yang terjadi menjadi rendah. Salah satu metode untuk memecahkan masalah tersebut adalah dengan menambahkan baffle pada dinding reaktor. Penambahan baffle akan memecah vorteks pada aliran dan meningkatkan efek pencampuran, selain itu juga baffle berfungsi untuk meningkatkan kecepatan arah vertikal. Oleh karena itu, diperlukan kajian untuk menentukan tipe agitator yang paling optimal dalam proses pembuatan biodiesel. Tipe agitator yang dikaji adalah tipe jangkar, ulir, baling-baling, dan turbin. Interaksi minyak dan metanol selama reaksi transesterifikasi relatif kompleks. Oleh karena itu, dilakukan simulasi Computational Fluid Dynamics untuk mengamati karakteristik pencampurannya. Metode ini merupakan analisis yang menggabungkan pendekatan secara teori dan eksperimen. Keuntungan metode ini adalah lebih praktis penggunaannya, hasil lebih cepat diperoleh, dan dapat mengurangi risiko yang terjadi pada metode eksperimental. Simulasi reaktor biodiesel dilakukan menggunakan perangkat lunak ANSYS Fluent 2021 R2. Pada penelitian ini, memodelkan reaktor yang ada di Laboratorium Siswadhi Soepardjo, Leuwikopo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Perangkat lunak ini dijalankan pada personal computer yang memiliki operating system Windows 11 Home 64-bit, dengan memori 16 GB, processor Intel Core i7-9750H, dan 6 core. Analisis pemilihan agitator dilakukan berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dengan menganalisis kriteria sebaran suhu pada tangki reaktor, turbulensi aliran, vortisitas, dan sebaran fraksi metanol di dalam tangki reaktor. Tipe agitator yang optimum dinilai dengan metode AHP. Pada metode ini, langkah pertama merumuskan tujuan, yaitu pemilihan pengaduk optimal. Lalu menentukan kriteria dan alternatif pilihan. Selanjutnya dengan pairwise comparison, tingkat kepentingan satu kriteria dibandingkan dengan yang lain. Untuk keberlangsungan reaksi antar metanol dan minyak, maka hal utama adalah pengadukan dapat menyebarkan bahan secara merata sehingga semua bahan “bersentuhan” dan proses reaksi kimia dapat berlangsung. Jika bahan “menumpuk” di area tertentu maka reaksi tidak akan berlangsung. Untuk vortisitas dan turbulensi, pengaduk/agitator yang didesain harus mampu menciptakan aliran yang turbulen untuk memperbesar peluang tumbukan antar bahan, semakin besar tumbukan yang terjadi di dalam reaktor maka reaksi antar partikel akan semakin besar karena kontak antar permukaan dua atau lebih bahan akan sering terjadi dan energi aktivasi untuk reaksi semakin kecil. Sementara untuk sebaran suhu berada pada urutan terakhir, karena pada reaktor bahan-bahan yang digunakan merupakan fase cair sehingga panas akan lebih cepat merambat. Agitator tipe ulir memiliki nilai bobot yang paling tinggi, dengan demikian agitator ini yang dipilih sebagai agitator optimum untuk pencampuran bahan-bahan di dalam reaktor biodiesel. Tipe ulir memiliki bobot tertinggi pada parameter sebaran fraksi bahan. Kriteria sebaran fraksi bahan memiliki peran yang lebih penting dibandingkan kriteria lainnya.