BAB III METODOLOGI Pendekatan Permasalahan

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI A. Pendekaan Pemasalahan Smlas kompe adalah penggnaan model maemaka nk menggambakan secaa ealsk pelak naa da ssem dengan mengk anggap dnamk da aabel-aabel poses ang dpana, sepe kecepaan, empea, ekanan, dan komposs bahan emask ddalamna adalah konsenas bahan. Dalam melakkan smlas, model ang dkembangkan dealna has dapa membekan anggap dnamk sesa dengan ang sebenana (Samsa, 003). Maka da, dbhkan pemodelan maemas ang epa dan ns sea pembangan-pembangan ang maang dalam melakkan smlas. Ins ang bak dbhkan nk menenkan asms dasa, koelas anaa aabel-aabel knc sea pendekaan aal sebah model smlas. Sedangkan pembangan dbhkan nk menjaga kesembangan anaa ngka keelan dan kelengkapan ehadap baasan ang eseda, bak da seg baa mapn kompleksasna. Dalam penelan n, model smlas ang dgnakan nk menenkan nla konsenas gas polan d sa k een adalah model pesamaan dspes Gassan dengan menggnakan pogam sal basc dan model CFD ang depesenaskan oleh sofae Soldoks Offce 007 dengan menggnakan meode fne olme. Model Gassan dpengah oleh paamee laj ems gas ang demskan da ceobong, kecepaan daa d seka smbe ems aa amben, dan fako sablas amosfe hngga k acan. Sedangkan model CFD dpengah oleh paamee laj ems gas ang demskan da ceobong, kecepaan daa d seka smbe ems aa amben, sfa kaakesk kma da gas polan, dan basan konds ang ddefnskan ke dalam sofae. Oleh kaena, paamee eseb djadkan sebaga paamee np dalam smlas n. Sedangkan op ang dhaapkan adalah salsas sebaan konsenas gas polan bepa bdang dmens. Vsalsas n dapa dgnakan nk menganalsa kaakesk alan sebaan konsenas gas polan ang edspes.

2 Selan jga menggnakan pogam Vsal Basc nk pehngan model dspes secaa manal da pesamaan model Gassan dalam penenan nla konsenas gas polan. Pesamaan Gassan ang dgnakan dpesenaskan oleh Pesamaan (0). Nla konsenas gas polan ang dhaslkan da pehngan besfa dsk. Pogam CFD dgnakan sebaga sppo smlao aa ools nk mendapakan salsas sebaan gas edspes da hasl pehngan. Sofae ang akan dgnakan adalah sofae Soldoks Offce 007 ang memlk kemampan nk memba model geome, baasan lngkngan smlas aa doman, meshng model geome ang akan dsmlaskan, sole aa pencaían sols dengan menedakan fleksblas mesh aomas bebenk eahedal ang dapa da mdah keapaan meshna. Sofae n menghng pesamaan flda dnamk dengan menggnakan meode fne olme, sehngga dapa mempesenaskan daa dan memsalsaskan bebaga kass aplkas dnamka flda secaa deal. Namn, dalam penelan n smlas ang dlakkan adalah nk memonong fenomena dspes gas polan da ceobong ke amosfe pada konds nsead sae, dmana monong konds penebaan gas polan ang akan dsalsaskan adalah pada saa seelah 1 jam (3600 dek) menebana gas polan da ceobong. Dengan kaa lan, pada ak = 0 adalah poss dmana gas polan belm meneba ke daa aa mash dalam ceobong dan sap d pemkaan lbang ceobong nk begeak ke amosfe. Dalam poses nmek bak meshng mapn eas, pesamaan-pesamaan ang dgnakan adalah pesamaan a flda, dmana beaal da hkm kekekalan fska sepe kekekalan massa, ansfomas massa dan pesamaan a konnas flda. Pemodelan maemas ang dgnakan dalam smlas n dpeoleh da pesamaan a flda ang menaakan hkm hkm fska ang ed da : 1. Pesamaan Konnas 3 Dmens Dalam meode fne conol olme, pebahan speses massa pada fenomena alan flda ejad sejalan dengan adana pegeakan elemen 35

3 36 massa flda sebaga fngs ak ke dalam sa olme ebaas (Andeson, 1995). Dlskan dalam bek maemas : D D = ) ( ) ( ) (...(7). Pesamaan Momenm 3 Dmens Pesamaan momenm ang dgnakan adalah pesamaan Nae- Sokes ang dkembangkan dalam benk meode fne olme (Hensohn and Cmbala, 003): Aah smb..(8.a) Aah smb (8.b) Aah smb (8.c) 3. Pesamaan Eneg 3 Dmens Pesamaan eneg dnkan da hkm peama emodnamka ang menaakan baha laj pebahan eneg pakel flda = laj penambahan panas ke dalam pakel flda dambahkan dengan laj keja ang dbekan pada pakel (Andeson, 1995)....(9) 4. Pesamaan Speses Tanspo Maeal Flda Pesamaan speses anspo dapa dgnakan nk mempedks faks massa masng-masng speses maeal ang memlk kaakesk V f p T k T k T k q V e D D ú û ù ê ë é ú û ù ê ë é ú û ù ê ë é ú û ù ê ë é - = - = g p m - = g p m - = g p m

4 kma bebeda dengan pendekaan pnsp dfs-koneks masng-masng maeal (Anonm, 003). ( Y ) ( )...(30) Ñ Y = -Ñ J R S dmana, Y mepakan faks massa masng-masng speses, R adalah nla ne speses hasl eaks kma dan S adalah nla ne speses ang dsebakan ke dalam ssem smlas ang ddefnskan oleh se. Selan, nla flks dfs massa da masng-masng speses maeal dpengah oleh pe alan ang ejad dalam ssem, a lamna aa blen, dmana secaa be- dlskan pada Pesamaan 31 dan 3. J -D ÑY..(31) =, m J = - D, m m ÑY Sc.(3) dmana, D, adalah dfsas massa masng-masng speses maeal dan m Sc mepakan nla angka Schmd. B. Bahan dan Ala 1) Pesonal Compe (PC) PC ang dpegnakan mnmal memlk spesfkas Penm 4, RAM 1GB. Hal n nk mensppo pengopeasan pogam sofae ang akan dgnakan. ) Sofae Vsal Basc Sofae Vsal Basc dgnakan nk mengopeaskan pehngan analss kada gas polan dengan meoda dspes. 3) Pogam Compaonal Fld Dnamc (CFD) Pogam CFD dsppo oleh sofae EFD (Engneeng Fld Dnamcs), dmana dalam penelan n menggnakan sofae Soldoks offce 007 a mepakan sofae engneeng ang dgnakan nk mensmlaskan dan menganals bebaga kass alan flda besea sfasfa fsk dan sfa maeal flda ang dsmlaskan. Sofae Soldoks Offce 007 jga dapa dgnakan nk membangn geome aa desan 37

5 eknk sk da kass ang akan dsmlaskan, sehngga sofae n mempemdah penggna (se) dalam memecahkan masalah ang akan dkaj. Kaena dalam sofae n sdah enegas menjad sa pake anaa peangka nk membangn penggambaan geome dan peangka nk menganalsa kass alan flda eseb, sehngga dapa memsalsaskan dsbs flda secaa nmek. Geome ang akan dsmlaskan bebenk odoo dan smbe pencema dasmskan nggal ang bepa ceobong (sack) da sa nds. Pnsp keja pehngan ang dlakkan oleh sofae n menggnakan meode fne olme dengan mengnegaskan pesamaan model Nae-Sokes sebaga dasa pehngan kass mekanka flda ang akan danalss. Pendekaan nmek dengan model Nae-Sokes mepakan jens model pesamaan mekanka flda ang danggap palng oenk danaa model lanna. Hasl nnng da poses smlas depesenaskan secaa oomas dalam benk daa dan gafk dengan pe fle Ecel Offce, *.JPEG nk gamba dan pe fle *.a nk fle jens anmas deo. C. Paamee Inp Paamee np nk smlas n adalah : 1) Deb ems gas polan Deb ems gas polan sebaga np dpeoleh da ceobong ang mengemskan polan dengan saan klogam pe dek (kg/s). ) Kecepaan Angn Kecepaan angn ang akan dnp bepa alan seagam dan dasmskan pengamblan daa kecepaan angn n dengan meode nd ose, a bedasakan aah angn domnan. Besana nla kecepaan angn denkan dengan asms da penls. 3) Jaak Jaak (,, ) ang dmaksd, mepakan jaak ang dpekakan da smbe ems (soce of emsson) sampa k dmana kada gas polan ngn dkeah, dalam aplkas n adalah k poss ecepo da smbe ems. Unk mendapakan nla sanda deas keplan ems ehadap 38

6 jaak dan (σ, σ ) maka jaak pada pada koodna dansfomaskan pada Pesamaan (4). 4) Sfa-sfa spesfk kma gas polan Gas polan ang menjad objek smlas adalah hdogen slfde (H S), slf dode (SO ), dan cabon monode (CO). Spesfkas sfa kma da masng-masng flda ang dnp ke dalam daabase sofae adalah molecla egh, panas jens, skosas dnamk dan kondkas panas. Paamee n ang akan mempengah kaakesk alan dspes flda dalam smlas. D. Daa Inp Daa np dalam smlas n menggnakan daa fkf sesa dengan skenao ancangan penls, namn nk daa ems gas polan ang dnp dambl da hasl pehngan kass d bebeapa nds ang bebeda. Penenan daa fkf dlakkan dengan pekaan ehadap keadaan d bebeapa nds. Bebeapa daa np fkf ang akan dsmlaskan edapa pada Tabel 6. Tabel 6. Daa np fkf. No. Paamee Saan Kanas 1 Kecepaan angn m/s Tempea lngkngan º C 7 3 Tempea ems d ceobong º C 00 4 Tekanan daa Pa Jaak- m -0 s.d Jaak- m 0 s.d Jaak- m -50 s.d Dmens ceobong ngg m 0 damee la m 4 damee dalam m 3,8 kemngan pemkaan dndng deg 1 Dmens sk ceobong secaa deal dsajkan pada Lampan 1. Sedangkan nk mendapakan daa np polan ang akan menjad nle pada poses smlas dhng bedasakan jmlah bahan baka ang dkonsms dengan menggnakan daa fako ems da EPA (Enonmenal Poecon Agenc), sehngga jmlah polan ang demskan ke dalam lngkngan dapa 39

7 dkeah. Nla np masng-masng gas polan da ceobong danggap seagam dan dsajkan pada Tabel 7. Tabel 7. Inp alan gas polan (mass flo ae) da ceobong. No Paamee Saan Kanas 1 Slf dode (SO ) kg SO /s,536 Hdogen Slfde (H S) kg H S/s 0,40 3 Cabon Monode (CO) g CO/s 0,6048 Smbe : 1 US-EPA Sandad AP-4 Chape 5, Peolem Refnees, Emsson Fako fo Flang. Ref. Mada BD Amended Plan Deelopmen 3 Daa konsms bahan baka PLTU Clacap 007. EPA,US.,006. Soce: hp://.epa.go/n/chef/ap4.hm Kanas ems gas CO ang edapa pada Tabel 7, mepakan hasl da pehngan konsms bahan baka ba baa daa PLTU Clacap ahn 007, dmana ssem pembakaan PLTU Clacap mamp mengkonsms ba baa sebanak 8 on/jam. Bebeapa sfa kma da masng-masng paamee gas polan mempengah kaakesk penebaan gas eseb d daa aa medm flda lanna. Oleh kaena, has ada np daa nla kaakesk da masngmasng gas polan ke dalam daabase ang elah dsedakan faslasna oleh sofae smlao. Nla bebeapa sfa kma pada konds sanda beskala laboaom dsajkan pada Tabel 8. No Tabel 8. Nla spesfk sfa kma masng-masng senaa flda. Paamee MW (g/mol) Cp (kj/mol.k) C (kj/mol.k) Dnamc scos µ (kg/m.s) Themal Condc k (W/m.K)* 1 Udaa 8,97 0,09 0,0 0, ,0394 Slf dode (SO) 64,06 0,039 0,031 0, , Cabon Monode (CO) 8,01 0,09 0,0 0, , Hdogen Slfde (HS) 34,08 0,034 0,01 0, ,0198 Smbe : The Naonal Inse of Sandads and Technolog (NIST) USA. 008 * ) hp://encclopeda.alqde.com Nla densas dan nla angka Schmd da masng-masng paamee pada konds sanda a pada ekanan 1 am dan pada empea nomal edapa pada Tabel 9. Nla angka Schmd dpelkan nk menghng nla koefsen dfsas massa da masng-masng maeal flda ang akan dsmlaskan. Koefsen dfsas massa da masng-masng maeal sanga dpengah oleh nla skosas dnamk ang bebandng ebalk dengan keapaan massa dan 40

8 angka Schmd aa nla skosas knemak ang bebandng ebalk dengan nla angka Schmd. Koefsen dfsas maeal D aa koefsen dfsas massa da masng-masng gas polan dapa denkan da nla skosas knemak ang bebandng ebalk dengan nla angka Schmd S c sebagamana dpesenaskan pada Pesamaan (5). Sedangkan kaakesk ekanan gas polan dpengah oleh pebahan empea elha pada gafk ang dsajkan pada Lampan. Tabel 9. Nla densas dan koefsen dfsas massa masng-masng speses. No Paamee Angka Schmd S c * Koefsen dfsas massa D (m /s) Dens pada k ddh (kg/m³)** 1 Udaa (a) 0,7 7,98661E Slf dode (SO) 1,4 3,0688E Cabon Monode (CO) 0,77 5,05465E Hdogen Slfde (HS) 0,94 6,49873E Smbe : *) The CRC Handbook of Mechancal Engneeng b Fank Keh, **) The Naonal Inse of Sandads and Technolog (NIST) USA., 008. Nla koefsen dfsas massa gas hdogen slfde pada Tabel 9 palng ngg danaa gas polan lanna. Hal eseb mennjkan baha maeal gas hdogen slfde besfa sanga eakf dan mdah meneba aa dengan kaa lan poens laj penebaan maeal gas hdogen slfde ehadap pebahan konsenasna d daa sanga cepa. Sedangkan gas slf dode poens laj penebaan maealna palng endah danaa gas lanna, oleh kaena dapa dkaakan baha gas slf dode kang eakf. Pembaan geome dlakkan pada ahap aal dengan pola 3 dmens (3D) a dalam benk sebah ceobong ang memlk dmens damee la ceobong d k pemkaan anah sebesa 4 m, sedangkan keebalan dndng ceobong sebesa 10 cm. Sd kemngan dndng ceobong ehadap k psa slnde (mengec) sebesa 1 deaja dan ngg ceobong adalah 0 m. Ceobong eseb dba eancap pada sa aea pemkaan anah dengan kan las aea sebesa m. Las aea eseb denkan bedasakan pembangan kapasas memo dan efsens kneja sofae ang dgnakan, dmana lasan aea ang dbenk mempengah lasan doman ang akan danalss alan fldana sea konds kandngan flda d dalam doman 41

9 eseb sehngga kecepaan keja sofae dalam melakkan poses meshng doman dan poses eas (penghngan) akan semakn bea. Selan, keman da geome ang dbangn jga dapa mempengah kecepaan kneja sofae. Geome nk pemkaan anah dba seebal 10 cm. Hal n dpelkan aga baas pemkaan anah ehadap amosfe dapa ddefnskan sebaga maeal pada, sehngga flda ang dalkan d aas pemkaan eseb dapa dkaakan baha flda eseb mengal d aas pemkaan (sface) anah aa lana ang pada. Maeal padaan ang dgamba dalam geome dak ddefnskan secaa spesfk mengena jens bahan sk benda eseb, kaena pengah da pebedaan jens bahan sea kaakesk bahan eseb ehadap alan flda dsekana danggap dak beg naa aa dabakan. Benk geome secaa jelas dapa dlha pada Gamba 8 dan Gamba 9. Gamba 8. Benk geome ceobong dan aea pemkaan anah. ceobong Gamba 9. Dmens geome ampak aas dalam saan mee. 4

10 E. Tahapan Kegaan Penelan Secaa gas besa ahapan penelan dalam penelan n dbag menjad ahapan, a ahap pembaan pogam pehngan model dspes Gassan dan ahap pembaan model dspes flda gas polan dengan menggnakan sofae Engneeng Fld Dnamcs (EFD). Secaa nc keda ahapan eseb dapa dlha pada Gamba 10 dan Gamba 11. mla Paamee np Goal seng op Keangka pogam pengecekan Desan fom Model pesamaan pogam Memba Algoma pogam a Rnnng eo? dak Pengolahan daa dan penajan hasl Gamba 10. Dagam al pembaan pogam. selesa Tahap n mepakan penghngan model dspes Gassan, dmana aabel fngs pesamaan ang dbangn dpengah oleh pebahan jaak da smbe pencema ehadap k acan ang endkas aa dpekakan ekena dampak da pencemaan. Dengan ssem keja loopng pogam VB, aabel jaak ang bepa k eseb dapa ddeklaaskan menjad bebeapa k sehngga membenk bdang. Kemdan nla konsenas gas polan dapa 43

11 dhng pada masng-masng k ang elah ddeklaaskan eseb, sehngga dapa dkeah nla sebaan konsenas gas polan pada sa bdang. mla Pembaan geome (pa) Pendefnsan maeal geome Pensnan sk geome (assembl) Pengecekan geome (sa objek) Geome bak? dak pengecekan a se konds mm se doman, bonda condon dan goals Inp flda (jens & sfa) Poses nmek (sole = n) a Meshng & eas eo? dak Plo kon, gafk dan daa da goals selesa Gamba 11. Dagam al posed smlas pada EFD 44

12 Tahap n mepakan ahap mendefnskan kass dnamka flda ke dalam kompesas sehngga alan flda bek sfa-sfa fsk sea bahan maealna dapa dpesenaskan secaa sal, bak anmas, gafk kon mapn daa. Pesamaan-pesamaan ang dbangn dalam CFD dselesakan secaa eaf, bak dalam konds nak (sead sae) aa ansen (nsead sae). F. Asms dalam Smlas CFD Asms ang dgnakan dalam smlas empea, kelembaban dan alan daa a sebaga bek: - Udaa begeak dalam konds sead - Alan daa danggap seagam (nfom) - Udaa dak eekan (ncompesble), p konsan - Aah angn dalam lngkngan danggap seaah (ndeconal) selama smlas belangsng. 45