CFD Simulation of Natural Separation of Two-Dispersed Liquids Using Cradle CFD

Pendahuluan

Natural separation antara dua dispersed liquids, seperti diesel dan FAME (Fatty Acid Methyl Esters), merupakan fenomena penting dalam industri biodiesel, pemrosesan kimia, dan desain sistem pemisahan cairan. Artikel ini menunjukkan bagaimana Cradle CFD digunakan untuk melakukan multiphase flow simulation guna memprediksi proses pemisahan alami tersebut.

Dengan Computational Fluid Dynamics (CFD), engineer dapat memvisualisasikan fenomena seperti settling, coalescence, dan pembentukan interface secara detail tanpa melakukan uji fisik berulang.

Apa Itu Natural Separation Pada Two-Dispersed Liquids?

Konsep Dasar Multiphase Flow

Dalam sistem liquid–liquid multiphase flow, dua jenis cairan dapat berada pada kondisi dispersed, di mana salah satu cairan terdispersi menjadi droplet kecil di dalam fase lainnya. Masing-masing cairan biasanya memiliki karakteristik fisik berbeda seperti:

• density

• viscosity

• interfacial tension

Saat campuran ini dibiarkan diam, gaya gravitasi akan mendorong terbentuknya natural stratification, yaitu fase berat turun ke bawah sementara fase lebih ringan bergerak naik.

Diesel–FAME sebagai Studi Kasus

Campuran diesel dan FAME berada dalam kondisi two-dispersed liquids, di mana droplets dari salah satu fase tersebar dalam fase lainnya. Mekanisme pemisahan alami ini penting dipahami pada:

• proses blending–unblending biodiesel

• sistem pemurnian cairan

• desain pemisah gravitasi

CFD memungkinkan pengamatan lebih detail terhadap:

• pergerakan droplets,

• mekanisme coalescence,

• pembentukan interface,

• pembentukan lapisan stabil saat sistem mencapai steady behavior.

---

Simulasi Pemisahan Cairan Menggunakan Cradle CFD

Pendekatan Multiphase Modeling

Cradle CFD menggunakan metode hybrid multiphase modeling, yang mengombinasikan beberapa teknik numerik untuk meningkatkan akurasi prediksi perilaku dispersed liquids. Metode ini mencakup:

• Interface capturing
  Untuk melacak lokasi dan bentuk interface antara dua cairan.

• Dispersed-phase modeling
  Untuk menggambarkan interaksi dan dinamika droplets.

• Segregated-flow computation
  Untuk memodelkan transisi sistem dari kondisi dispersed menuju separated layers.

Pendekatan ini umum digunakan pada simulasi liquid–liquid extraction, biodiesel separation, dan oil–water settling.

Tahapan Pemodelan dalam Cradle CFD

1. Initial Conditions

• Campuran diesel–FAME berada dalam domain simulasi.

• Kedua cairan berada pada kondisi dispersed, membentuk droplets.

2. Boundary Conditions

• Domain tertutup dengan rigid walls.

• Gravitasi sebagai satu-satunya driving force.

3. Fluid Properties

Setiap cairan didefinisikan dengan parameter seperti:

• density,

• viscosity,

• interfacial tension,

• surface interaction properties.

4. Flow Computation

Cradle CFD memprediksi:

• settling dari droplets fase berat,

• pergerakan fase ringan ke atas,

• droplet coalescence,

• pembentukan interface yang semakin jelas,

• transisi menuju stable stratified layers.

---

Hasil Simulasi dan Insight Teknik

Visualisasi Natural Separation

Dari simulasi terlihat bahwa:

• Campuran awal berada dalam kondisi two-dispersed liquids.

• Droplets perlahan bergabung (coalescence).

• Fase berat bergerak turun, fase ringan naik.

• Interface terbentuk dan semakin stabil.

• Sistem mencapai konfigurasi dua lapisan yang jelas.

Aplikasi Industri dan Teknik

Simulasi seperti ini sangat bermanfaat untuk:

• desain settling tank dan gravity separator,

• optimasi biodiesel production,

• analisis liquid–liquid extraction,

• peningkatan efisiensi proses pemurnian cairan.

Keunggulan CFD dalam Pemisahan Cairan

• Mengurangi eksperimen fisik yang mahal.

• Visualisasi 3D yang sangat detail.

• Dapat mempelajari fenomena internal yang tidak terlihat secara eksperimen.

• Mempercepat perancangan dan validasi proses pemisahan.

---

Kesimpulan

Simulasi pemisahan two-dispersed liquids menggunakan Cradle CFD menyediakan pemahaman mendalam terkait dinamika multiphase flow. Cradle CFD berhasil menampilkan proses mulai dari kondisi dispersed droplets, droplet coalescence, hingga pembentukan stratified layers melalui pendekatan hybrid multiphase modeling dan interface capturing.

CFD menjadi alat yang sangat penting bagi engineer untuk proses desain, optimasi, dan pemecahan masalah dalam sistem pemisahan cairan modern.