Bahar, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 4  (Oktober  2023) Hal. 1-6

## Studi Numerik Evaluasi Kinerja Liquid-Liquid Cylindrical Cyclone (LLCC) Sebagai Oil-Water Separator
Shofwan Bahar a , Sugoro Bhakti Sutono b, *, Akhmad Zidni Hudaya a , Qomaruddin a , Okto Dinaryanto c , Hanif Ghufron d , Achmad Noor Faizi a
a Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muria Kudus Jl. Lkr. Utara, Kayuapu Kulon, Gondangmanis, Kec. Bae, Kabupaten Kudus, Jawa Tengah 59327 b Program Studi Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Muria Kudus Jl. Lkr. Utara, Kayuapu Kulon, Gondangmanis, Kec. Bae, Kabupaten Kudus, Jawa Tengah 59327
c Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Kedirgantaraan, Institut Teknologi Dirgantara Adisutjipto Lanud Adisutjipto, Jl. Raya Janti, Karang Janbe, Banguntapan, Kec. Banguntapan, Kabupaten Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta
4 Pusat Riset Teknologi Daur Bahan Bakar Nuklir dan Limbah Radioaktif - BRIN
Gedung 720, KST B.J. Habibie Serpong Tangerang Selatan, Banten, 15314
*E-mail: sugoro@umk.ac.id

## Abstract
Disposal of water that enters the hull of fishing boats often has a negative impact on the environment, namely  the  carryover  of  oil  and  other  oil  residues  in  this  research  is  assumed  to  be  kerosene originating  from  the  ship's  engine  so  that  if  left  unchecked  and  the  number  of  ships  increases,  it  is feared  that  it  will  be  a  disaster  in  the  future.  The  use  of  a  Hydrocyclone  separator  for  oil-water separation,  namely  using  the  Liquid-Liquid  Cylindrical  Cyclone  (LLCC)  type,  has  been  studied experimentally in many previous studies and has proven to be very effective and of course very cheap compared  to  filtration  media.  However,  the  research  targets  used  are  mostly  the  industrial  world, especially the oil world, while on the other hand, the fishing world, especially local fishermen, is felt to really need this technology to help reduce the environmental impact due to ship waste disposal. Data limitations  and  the  confidentiality  of  other  researchers'  experimental  data  cannot  be  freely  exposed and easily obtained. So, in order to design and optimize an equipment system that involves two-phase flow  behavior  (liquid-liquid  phase),  it  is  necessary  to  look  for  another  method,  namely  numerical studies  using  computational  fluid  dynamic  (CFD)  software.  Through  numerical  studies,  the development of the entire flow can be predicted through the study of local flow behavior. This can save very expensive experimental research costs. The aim of this research is to simulate the LLCC design to obtain a visualization of how the oil-water process can be separated in the LLCC. And from the data obtained  from  the  simulation  it  is  known  that  the  LLCC  design  succeeded  in  separating  kerosene content up to 0% from the water
Keyword: Fishing boat, oil-water separator, LLCC, CFD.

## Abstrak
Pembuangan  air  yang  masuk  pada  lambung  kapal  nelayan  seringkali  membawa  dampak  buruk  bagi lingkungan,  yaitu  terbawanya  oli  maupun  sisa  minyak  lain  dalam  penelitian  kali  ini  diasumsikan sebagai  kerosin  yang  bersumber  dari  mesin  kapal  tersebut  sehingga  jika  dibiarkan  dan  semakin banyaknya  jumlah  kapal  dikhawatirkan  akan  menjadi  petaka  dimasa  mendatang.  Penggunaan Hydrocyclone  separator untuk  pemisahan oil-water yaitu  menggunakan  jenis Liquid-Liquid Cylindrical Cyclone (LLCC) telah dipelajari secara eksperimental dalam banyak penelitian sebelumnya terbukti sangat efektif dan tentunya sangat murah dibandingakan dengan media filtrasi. Namun target penelitian yang digunakan kebanyakan adalah dunia industri terutama dunia perminyakan, sedangkan disisi  lain  pada  dunia  nelayan  khususnya  nelayan  lokal  dirasa  sangat  memerlukan  teknologi  tersebut untuk  turut  mengurangi dampak  lingkungan  akibat pembuangan  limbah  kapal.  Keterbatasan  data  dan kerahasiaan  data  eksperimental  peneliti  lain  tidak  bisa  bebas  diexpose  dan  didapat  dengan  mudah. Sehingga  dalam  rangka  untuk  keperluan desain  dan optimasi  suatu  sistem  peralatan  yang  melibatkan perilaku  aliran  dua  fasa  (fasa liquid-liquid )  maka  perlu  mencari  metode  lain  yakni  dengan  studi numerik  menggunakan  bantuan  perangkat  lunak computational  fluid  dynamic (CFD).  Melalui  studi numerik,  perkembangan  seluruh  aliran  dapat  diprediksi  melalui  studi  perilaku  aliran  didalam  sistem. Hal  ini  dapat  menghemat  biaya  penelitian  eksperimen  yang  sangat  mahal.  Tujuan  dari  penelitian  ini adalah untuk mensimulasikan desain LLCC untuk mendapatkan visualisasi bagaimana proses oil-water dapat  terpisahkan  didalam  LLCC.  Dan  dari  data-data  yang  diperoleh  dari  simulasi  diketahui  bahwa desain dari LLCC berhasil memisahkan kandungan kerosin sampai 0% dari dalam air.
Kata kunci: Kapal nelayan, oil-water separator , LLCC, CFD.

## 1. PENDAHULUAN
Wilayah  Indonesia  sebagai  jalur  pelayaran  internasional  mudah  terkontaminasi  limbah  minyak.  Hingga  saat  ini, pencemaran  limbah  minyak  banyak  terjadi  banyak  wilayah  di  perairan  indonesia.  Pencegahan  polusi  yang  telah dilaksanakan tidak optimal, sehingga akan merusak lingkungan[1]. Pencegahan pencemaran limbah dilakukan dengan memisahkan kandungan  minyak  dalam  air.  Terutama  multifasa  separator masih  didasarkan  pada  separator  jenis  kapal konvensional  yang  besar,  berat,  mahal  dan  memakan  waktu  yang  lama  untuk  pemisahan.  Penelitian  ini  telah mengembangkan metode baru yang lebih murah dan efisien yang disebut cyclone separator atau lebih dikenal dengan hydrocyclone separator . Jenis hydrocyclone yang digunakan adalah Liquid-Liquid Cylindrical Cyclone (LLCC). LLCC  adalah  teknologi  baru  dalam  pemisahan  air  dan  minyak.  LLCC  adalah  sepotong  pipa  vertikal  dengan saluran  masuk  horisontal. Inlet horisontal  LLCC  mendorong  segregasi  minyak-air  dan  fase  cair  memasuki  vertikal bagian  pemisah  melalui inlet tangensial  dengan  meningkatkan  kecepatannya.  Gerakan  memutar  di  dalam  LLCC menghasilkan  pemisahan  sentrifugal,  dimana  aliran  yang  mengandung  banyak  minyak  keluar  melalui  bagian  atas ( overflow )  dan  sebaliknya  yang  mengandung  banyak  air  akan  keluar  sistem  melalui  bagian  bawah  ( underflow )[2]. Mekanisme  LLCC  sangat  mirip  dengan  hidrosiklon  tradisional,  namun  dengan  beberapa  keunggulan  seperti oil-core lebih stabil, kapasitas lebih besar, dan pressure loss lebih sedikit [3]. Sebagian  besar  studi  tentang Liquid-Liquid  Cylindrical  Cyclone telah  difokuskan  pada hydrocyclone berbentuk kerucut  (konvensional).  Sebuah  studi  perintis  pemisahan  minyak-air  di  LLCC  dipresentasikan  oleh  Afanador  [4]. Beberapa  penyelidikan  eksperimental  dan  komputasi  telah  dilakukan  untuk  menentukan  efek  dari  desain  dan  kontrol parameter  pada  LLCC.  S.  Mathiravedu  [5]  mempresentasikan  bahwa  air  jernih  dengan  rasio  pemisahan  yang  lebih tinggi dihasilkan oleh menggunakan pencari pusaran. Shi-ying Shi [6] mempelajari pengaruh desain yang berbeda dari vortex  finder pada  efisiensi  pemisahan.  Escobar  [7]  melakukan  investigasi  pada  kinerja  pemisah  LLCC  yang dimodifikasi dengan kemiringan saluran masuk, dan bagian bawah berbentuk kerucut.
Keterbatasan  data  dan  kerahasiaan  data  eksperimental  peneliti  lain  tidak  bisa  bebas  diperlihatkan  dan  didapat dengan  mudah.  Sehingga  dalam  rangka  untuk  keperluan  desain  dan  optimasi  suatu  sistem  atau  peralatan  yang melibatkan  perilaku  aliran  dua  fasa  (fasa liquid-liquid )  maka  perlu  mencari  metode  lain  yakni  dengan  studi  numerik computational fluid dynamic (CFD). Melalui studi numerik CFD, perkembangan seluruh aliran dapat diprediksi melalui studi perilaku aliran lokal. Hal ini dapat menghemat biaya riset eksperimen yang sangat mahal.
Tujuan  utama  dari  penelitian ini  adalah  untuk  mensimulasikan  desain  LLCC  yang  telah  dibuat  dan hasil  kinerja dari LLCC akan dibandingkan dengan data eksperimen yang telah dilakukan Dharma, dkk. (2018)[8].

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Desain LLCC
Dimensi LLCC yang ditampilkan pada Gambar 1 sudah dibuat oleh Dharma, dkk. (2018). LLCC dibuat dari pipa akrilik  transparan  hingga  memungkinkan  pengamatan  visual  dari  proses  pemisahan.  Pipa  vertikal  LLCC  adalah ketinggian 1300 mm (H) dan ID 50 mm dengan inlet tangensial horizontal ID 16 mm (d). Saluran masuk terpasang ke LLCC  300  mm  di  bawah  puncaknya  (h).  Bagian  bawah  di  bawah  saluran  masuk  panjangnya  1000  mm.  Diameter underflow adalah 18 mm.

## 2.2 Kondisi Batas Simulasi
Simulasi  dilakuan  dengan  menggunakan Ansys  Fluent  19.2 dengan  mengaktifkan  multifase  dimana  air  sebagai fluida  utama  dan  kerosin  yang  diasumsikan  sebagai  oli  dipilih  sebagai  fluida  kedua.  Air  dan  kerosin  memiliki  massa jenis 997 kg/m 3 dan 820 kg/m 3 dan viskositas dinamis sebesar 0,00086 kg/ms dan 0,00164 kg/ms masing-masing pada suhu 27 o C. Pewarna pemuatan (merah) ditambahkan ke kerosin untuk meningkatkan visualisasi aliran. Parameter  operasi  pada  penelitian  ini  adalah  kecepatan  campuran inlet dan  fraksi  volume  oli inlet. Kecepatan campuran masuk yang diperiksa adalah 1 m/s selama percobaan, fraksi volume oli masuk dijaga konstan pada 25%.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  dilakukan  proses  simulasi,  diperoleh  hasil  berupa  berupa  kontur  dan  data-data  dari  fenomena  aliran didalam LLCC sebagai berikut:

## 3.1 Perbandingan dengan Penelitian Sebelumnya
Sebelum  dilakukan  pengamatan  lebih  lanjut  terhadap  data-data  hasil  simulasi,  perbandingan  antara  simulasi  dan penelitian sebelumnya [8] sangat diperlukan sebagai validasi. Dalam hal ini dilakukan dengan membandingakan kontur antara visualisasi simulasi dengan eksperiment seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.
Bahar, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 4  (Oktober  2023) Hal. 1-6
Gambar 1. Dimensi LLCC [8] .
Gambar 2. Kontur Fraksi Volume Kerosin, (a) Penelitian Sekarang, (b) Dharma, dkk. (2018) [8].

## INLET
Bahar, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 4  (Oktober  2023) Hal. 1-6
Dari  Gambar  2a  diketahui  bahwa  25%  kerosin  yang  masuk  bersama  air  mulai  mengalami  pemisahan  didalam silinder utama LLCC, pada area disekitar bawah lubang inlet juga masih terdapat kerosin yang ditandai dengan warna kemerahan. Sama halnya pada hasil eksperimen yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya pada Gambar 2b yang ditandai dengan warna merah yang menandakan warna dari kerosin dan posisi letak berdasarkan ketinggan fenomena pemisahan  selama  didalam  LLCC  di  tampilkan  grafik  pada  Gambar  3  dengan  sumbu  Y  berada  pada  posisi  tengah LLCC seperti Gambar 4 dan koordinat 0, 0, 0 (X, Y, Z) berada pada tengah-tengah LLCC. Dari grafik pada Gambar 3 diketahui bahwa kandungan kerosin tertinggi berada pada sisi masuk [10] dan benar-benar hilang diketinggian 0,1 m.
Gambar 3. Grafik Perubahan Fraksi Volume Kerosin Sepanjang Sumbu Y didalam LLCC.
Gambar 4. Letak Sumbu Y didalam LLCC.

## 3.2 Distribusi Tekanan didalam LLCC
Tekanan  tertinggi  terletak  pada  sisi  masuk  LLCC  yaitu  ketinggian  0,6  m  sebesar  170  Pa  sesuai  dengan  grafik distribusi tekanan sumbu Y pada Gambar 5, dan diketinggian 0,1 m aliran fluida tidak mengalami hambatan sehingga tekanan menjadi 0 Pa yang mengindikasikan bahwa tidak adanya hambatan air keluar lewat underflow [10]. Begitu juga pada bagian overflow tidak ada hambatan kerosin untuk keluar.
Bahar, dkk./ ROTASI, Vol. 25  No. 4  (Oktober  2023) Hal. 1-6
Gambar 5. Grafik Distribusi Tekanan Sepanjang Sumbu Y didalam LLCC.

## 3.3 Efektifitas kinerja LLCC untuk memisahkan Kerosin didalam Air
Pada  Tabel  1  ditampilkan  data  dari  hasil  kinerja  LLCC  selama  digunakan  untuk  memisahkan  25%  kandungan kerosin didalam air.
Tabel 1. Data Fraksi Volume Air dan Kerosin pada Masing-masing Posisi
Position Inlet Overflow  Underflow Kerosine 0.25 0.2498 0 Water 0.75 0.75 1
Dari Tabel 1. diketahui bahwa pada posisi underflow sudah tidak terdapat kerosin sama sekali (0%) sehingga air  tersebut  sudah  aman  untuk  dilakukan  pembuangan  di  laut.  sedangkan  kerosin  yang  keluar  dari overflow bisa ditampung  dibak  sementara  untuk  nantinya  bisa  diolah  dengan  prosedur  dan  regulasi  K3  yang  sesuai  aturan sehingga tidak akan mencemari lingkungan.

## 4. KESIMPULAN
Penggunaan  Hydrocyclone  separator  untuk  pemisahan oil-water yaitu  menggunakan  jenis Liquid-Liquid Cylindrical  Cyclone (LLCC)  terbukti  sangat  efektif  dan  tentunya  sangat  murah  dibandingakan  dengan  media  filtrasi. Melalui  studi  numerik,  perkembangan  seluruh  aliran  dapat  diprediksi  melalui  studi  perilaku  aliran  didalam  sistem dengan bantuan computational fluid dynamic CFD dengan menggunakan Ansys Fluent . Dari hasil penelitian diketahui bahwa  simulasi  yang  dilakukan  dapat  mempresentasikan  kondisi  sesuai  dengan  hasil  eksperimen  sebelumnya  dimana 25%  kerosin  yang  masuk  bersama  air  mulai  mengalami  pemisahan  didalam  silinder  utama  LLCC,  pada  posisi underflow sudah  tidak  terdapat  kerosin  sama  sekali  (0%)  sehingga  air  tersebut  sudah  aman  untuk  dilakukan pembuangan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Tim  peneliti  mengucapkan  terimakasih  kepada  Lembaga  Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  (LPPM) Universitas  Muria  Kudus  karena  penelitian  ini  didukung  dan  dibiayai  melalui  skema  penelitian  kerjasama  lokal kabupaten/pemula berdasarkan Skema Penelitian Internal Universitas Muria Kudus Tahun 2023.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Rifki  Rezvani,  “Analisa  Penerapan  Dissolved  Air  Flotation  Sebagai  Metode  Alternatif  Penanganan  Limbah Kapal Pada Rancangan Port Reception Facility Di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya, “Undergraduate Thesis, Shipping Systems Engineering, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2006.
[2] C. Stones, “Oil/Water separation in a novel cyclone, “PhD. Thesis, School of Engineering, Cranfield University, Bedford, 2007.
[3] H.-f.  Liu,  J.-y.  Xu,  J.  Zhang,  H.-q.  Sun,  J.  Zhang  and  Y.-x.  Wu,  "Oil/Water  Separation  in  A  LiquidLiquid Cylindrical Cyclone," Journal of Hydrodynamics, vol. 24, no. 1, pp. 116-123, 2012.
[4] C. Oropeza-Vazquez, E. A. L. Gomez, S. Wang, R. Mohan, O. Shoham and G. Kouba, "Oil-Water Separation in a Novel Liquid-Liquid Cylindrical Cyclone (LLCC) Compact Separator-Experiment and Modelling," Journal of Fluids Engineering, pp. 553-563, 2004.
[5] A. Dharma, F. Arffan, A. R. Prambudi, A. Widyaparaga, I. Pranoto, and Khasani, “Development of liquid-liquid cylindrical cy 1-9 clone (LLCC) separator for oil-water separation,” 2016, p. 040013.
[6] O. M. Escobar, "Performance Evaluation of a Modified Liquid-Liquid Cylindrical Cyclone (LLCC) Separator," Master Thesis, Discipline of Petroleum Engineering, University of Tulsa, Tulsa, 2005.
[7] N.  Zhou,  Y.  Gao,  W.  An,  and  M.  Yang,  “Investigation  of  velocity  field  and  oil  distribution  in  an  oil–water hydrocyclone  using  a  particle  dynamics  analyzer,”  Chemical  Engineering  Journal,  vol.  157, no.  1,  pp.  73–79, Feb. 2010.
[8] I.  A.  Dharma,  A.  Widyaparaga,  F.  I.  Faza,  “Performance  Evaluation  of  a  Liquid-Liquid  Cylindrical  Cyclone (LLCC) for Oil-Water Separation,” IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 532(2019) 012002.
[9] R. S. Mathiravedu, S. Wang, R. S. Mohan, O. Shoham and J. D. Marrelli, "Performance and Control of Liquid- Liquid Cylindrical Cyclone Separators," Journal of Energy Resources Technology, pp. 1-9, 2010.
[10] S. Wang, "Control System Analysis of Gas-Liquid Cylindrical Cyclone Separators," Master Thesis, Discipline of Petroleum Engineering, University of Tulsa, Tulsa, 1997.