Analisis Pengaruh Tebal Pelat dan Temperatur Fluida terhadap Karakteristik Aliran Kavitasi pada Restriction Orifice Plate dengan Metode CFD

Abstract

Restriction orifice plate digunakan dalam industri pemrosesan untuk mengontrol laju aliran serta mereduksi tekanan fluida suatu sistem sampai batas yang dapat diterima. Namun, penggunaan restriction orifice plate seringkali dihadapkan dengan fenomena kavitasi yang dapat merugikan sistem aliran. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan studi parametrik untuk mengetahui pengaruh tebal pelat dan temperatur fluida terhadap karakteristik aliran kavitasi pada restriction orifice plate tipe square edge. Aliran dalam pipa yang melewati restriction orifice plate dimodelkan dalam bentuk 2D axisymmetric dengan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD). Perangkat lunak CFD yang digunakan adalah Ansys Fluent. Model multiphase yang digunakan adalah mixture model dengan model kavitasi yaitu Schnerr-Sauer model. Metode pemodelan divalidasi dengan menggunakan data hasil eksperimen dimana parameter hasil yang digunakan sebagai pembanding adalah laju aliran volumetrik. Dari validasi yang dilakukan diperoleh bahwa hasil pemodelan CFD dan hasil eksperimen menyajikan laju aliran volumetrik yang hampir sama dengan rata-rata perbedaan 3,64%. Untuk studi parametrik, diameter inner pipa (D) yang digunakan adalah 50 mm dengan beta ratio (β) yaitu 0,5. Untuk mengetahui pengaruh tebal pelat (t) dan temperatur fluida (T) terhadap karakteristik aliran kavitasi maka dilakukan variasi terhadap dua parameter tersebut. Variasi t pada penelitian ini yaitu 2,5, 15 dan 25 mm. Sedangkan variasi T pada penelitian ini yaitu 35, 48,9 dan 65 °C. Tekanan upstream (P1) yang digunakan pada penelitian ini adalah 34.475.000 pa. Sedangkan tekanan downstream (P2) divariasikan dengan rasio P2/P1 yaitu mulai dari 0,1-0,8. Bilangan Reynolds (Re) pada penelitian ini berkisar dari 1,46 × 10^6-4,68 × 10^6. Berdasarkan studi parametrik yang dilakukan pada penelitian ini, temperatur fluida tidak berpengaruh secara signifikan terhadap karakteristik aliran. Dari analisis hasil pemodelan ditemukan hasil yang identik pada semua variasi T. Sedangkan ketebalan restriction orifice plate memiliki pengaruh yang cukup signifikan terhadap karakteristik aliran kavitasi. Semakin tinggi t maka rasio tekanan kritis akan semakin tinggi. Rasio tekanan yang semakin tinggi menyebabkan indeks kavitasi kritis semakin tinggi juga sehingga kondisi aliran kavitasi menjadi semakin aman.