BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Metodologi penelitian yang digunakan disertasi ini dapat dibagi menjadi empat yaitu metodologi penelitian untuk pembangunan model kinetika DAF, kinerja unit DAF, hidrodinamika tangki DAF dan mekanisme pembangkit gelembung mikro. Metodologi yang digunakan pada pengembangan model kinetika DAF adalah menyelesaikan secara analitik persamaan frekuensi tumbukan, energi dissipasi DAF dan penyisihan partikel dengan DAF. Persamaan analitik yang dihasilkan tersebut kemudian divalidasi dan kalibrasi. Simulasi hidrodinamika tangki DAF mempergunakan metodologi penggunaan perangkat lunak FLUENT untuk mengkaji perubahan hidrodinamika tangki DAF akibat variasi ketinggian baffle. Pengaruh perubahan hidrodinamika tersebut terhadap kinerja unit DAF. Hasil simulasi hidrodinamika akan divalidasi dengan hasil analisa PIV. Penelitian pembangkit gelembung mikro menggunakan metodologi pembangunan prototype BG. Prototype BG yang dihasilkan dalam penelitian ini dianalisa kinerjanya dengan menggunakan jumlah udara terlarut sebagai indikator melalui jumlah oksigen terlarut yang dihasilkan dan simulasi hidrodinamika dengan perangkat lunak FLUENT. Bab ke tiga berisi uraian tentang metodologi dan tahapan penelitian yang dilakukan. Uraian bab ke tiga akan diawali dengan pengembangan model yang memiliki tahapan pertama berupa studi pustaka untuk mendapatkan teori dan model terakhir yang telah dikembangkan oleh peneliti sebelumnya. Uraian sub bab 3.3 adalah tentang penyelesaian persamaan yang akan menghasilkan model kinetika DAF. Uraian sub bab ke empat adalah aplikasi model, termasuk dalam sub bab 3.4 uraian tentang peralatan dan cara percobaan untuk mendapatkan data primer bagi aplikasi dan pengujian model yang 73

2 dikembangkan. Sub bab 3.4 diakhiri dengan pembahahasan karakterisasi partikel tapioka sebagi sumber limbah yang digunakan untuk uji model yang dikembangkan. 3.2 Tahapan Disertasi Tahapan disertasi disesuaikan dengan lingkup disertasi. Lingkup disertasi yang dilakukan secara skematis diberikan pada gambar 3.1. LATAR BELAKANG Kinerja dan Aplikasi DAF Hidrodinamik DAF, CFD Model Kinetika DAF Hidrodinamika DAF Pembangkit Gelembung Mikro CFD (Computational Fluid Dynamics) Desain Tangki DAF Peningkatan Kinerja Unit DAF Gambar 3.1 Ruang lingkup disertasi Tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan adalah, 1. Pembangunan model kinetika DAF dan energi dissipasi DAF 2. Simulasi hidrodinamika tangki DAF 3. Pembangunan pembangkit gelembung mikro 3.3 Pembangunan dan Pengembangan Model Sebelum pengembangan model dilaksanakan terlebih dahulu dilakukan studi pustaka yang ditujukan untuk mengetahui perkembangan penelitian tentang proses flotasi udara terlarut, dan dasar teori yang menunjang mekanisme yang terjadi 74

3 pada proses untuk pengembangan model laju flotasi. Studi pustaka mengalami kendala pada terbatasnya referensi tentang proses flotasi udara terlarut. Pengembangan model yang dimaksud pada penelitian ini adalah pembangunan persamaan yang memperhitungkan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap laju flotasi pada proses flotasi udara terlarut. Hal ini perlu dikemukakan karena terdapat pengertian lain tentang model antara lain model matematik dan model fisik. Model matematik dan model fisik dikembangkan untuk suatu sistem yang telah jelas hubungan antara parameter yang berpengaruh. Model matematik merupakan kumpulan data yang disimpan dalam suatu format tertentu yang dapat dibaca oleh program di dalam komputer yang menyatakan karakteristik obyek yang dimodelisasikan. Sedangkan model fisik merupakan bentuk yang serupa dan sebangun dengan skala tertentu dari obyek yang dimodelisasikan dengan mempergunakan parameter keserupaan. Model yang akan dikembangkan merupakan persamaan yang dikembangkan secara analitis berdasarkan hukum-hukum dan ketentuan yang telah disetujui pemakaian oleh bidang ilmu flotasi. 3.4 Kalibrasi Dan Validasi Model Kalibrasi dan validasi model dilakukan dengan menggunakan data efisiensi penyisihan partikel atau droplet dari fluida. Validasi model dilakukan terhadap model Kalibrasi model dilakukan terhadap Untuk mendapatkan data tersebut perlu dilakukan percobaan dengan variasi parameter sesuai dengan model yang dikembangkan. Peralatan yang dipergunakan pada percobaan ini meliputi peralatan utama dan alat ukur. Alat ukur yang akan digunakan dikalibrasi terlebih dahulu. Peralatan yang digunakan pada percobaan ini terdiri dari, 75

4 1. Kolom flotasi Dimensi panjang, lebar dan tinggi dari kolom flotasi, masing-masing adalah 0, 15, 94 cm dan volume maksimum 84, liter. Tinggi baffle 27,5 cm. Kolom flotasi terbuat dari bahan berserat yang tembus pandang, sehingga keadaan di dalam unit ini dapat terlihat. 2. Tangki tekan Tangki tekan atau tangki penjenuh terbuat dari baja dengan diameter 20 cm dan tinggi 39 cm, volume 12,2 liter. Tangki ini dilengkapi dengan katup masuk limbah di ketinggian 20 cm dari dasar dan katup udara dari bagian bawah serta katu pelepas limbah yang telah dijenuhkan 5 cm dari dasar. Untuk mengukur tekanan udara katup ini dilengkapi dengan manometer dan juga pelepas udara jika tekanan yang terjadi melebihi dari yang ditentukan. 3. Sparger terletak di dalam kolom flotasi terbuat dari pipa PVC dengan diameter ½, panjang 37,5 cm dan lubang (oriffice) sebanyak 34 buah diameter 0,5 cm dan jarak antar pusat lubang 2 cm kecuali di ujung-ujung sparger yang berjarak 0,75 cm terhadap dinding kolom. Pemilihan sparger jenis ini bertujuan untuk menghindari terjadinya penyumbatan (clogging). 4. Alat ukur debit air yang digunakan memiliki merek dagang Rota Yokogawa dengan jenis produksi RAGL /0011 sebanyak tiga buah dengan nomer seri masing-masing adalah L untuk pengukuran debit dari tangki limbah ke tangki tekan, No. L untuk pengukuran debit limbah bertekanan, dari tangki tekan ke tangki flotasi dan No. L untuk pengukuruan debit siklus. 5. Alat ukur debit udara yang digunakan sebanyak satu buah untuk mengukur udara dari kompresor ke dalam tangki tekan. Alat ini mempunyai merek dagang Gilibrator 2 versi 4.. Tangki penampung influen dan efluen memiliki volume 0 liter. 7. Kompresor udara yang digunakan memiliki tabung dengan kapasitas 100 liter. Gambar 3.2 memperlihatkan skema unit DAF yang digunakan pada percobaan ini. 7

5 Effluen Gambar 3.2 Instalasi unit flotasi udara terlarut Keterangan: 1. Tangki flotasi 2. Tangki tekan / Pembangkit Gelembung 3. Kompresor udara 4. Tangki influen 5. Pompa. Alat ukur debit air 7. Alat ukur debit udara 8. Tangki resirkulasi 77