III. BAHAN DAN METODE

Transkripsi

1 III. BAHAN DAN METODE 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Bagian Konservasi Tanah dan Air, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor, dari bulan Maret sampai Agustus Bahan dan Alat Bahan dan alat yang digunakan adalah seperangkat komputer, Software compiler program berupa Microsoft Visual C atau versi yang terbaru untuk membuat program simulasi atau bisa menggunakan compiler yang lain, Microsoft Excell, Microsoft Word. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data konsentrasi relatif solut terhadap waktu tak berdimensi yang diperoleh dari disertasi Wang (00) Describing and Predicting Breakthrough Curves for non-reactive Solute Transport in Statistically Homogeneous Porous Media. dan (ParticleSimulation.exe) source code dari Haenselmann (009) Metode Penelitian Metode Penelitian dari Data Skunder, Wang (00) Gambar 3. Skema dari sistem kolom laboratorium yang dikembangkan untuk melaksanakan eksperiment miscible displacement (Wang, 00).

2 1 Gambar 3 adalah skema dari sistem kolom yang dikembangkan untuk eksperimen miscible displacement. Skema tersebut terdiri kolom plexiglas berdiameter 5,1 cm yang diisi dengan media berpori. Kolom tersebut dijenuhi dan diberi perlakuan kecepatan aliran yang konstan menggunakan pompa peristaltik. Panjang dari tabung (menunjuk kepada tabung penyeimbang) terkoneksi ke inlet di ujung kolom. Penjepit digunakan pada tabung penyeimbang. Tujuan dari tabung penyeimbang adalah untuk memastikan laurutan tracer bisa didistribusikan secara simetris di kedua belah sisi yang bersilangan yang mengandung jarum dari pemasangan untuk injeksi solut. Pemasangan injeksi didesain untuk menginjeksi tracer secara langsung pada lokasi yang berbeda sepanjang kolom. Pemasangan injeksi terdiri dari empat unit injeksi. Tiap unit injeksi terdiri dari dua semprotan dan satu jarum. Jarum terkoneksi ke dalam semprotan melalui tabung. Untuk menginjeksi solut pada berbagai titik di kolom, dua baris pembukaan kecil dibuat pada sisi berlawanan sepanjang jarum. Setiap baris mempunyai tiga atau empat pembukaan, diameter setiap lubangnya adalah 0.5 mm. Total terdapat 8 lubang pembuka untuk injeksi tracer. Jarum-jarum di arahkan di kolom sedemikian rupa sehingga jarum tersebut terbentuk paralel bersilangan. Tujuan dari desain pemasangan seperti ini adalah untuk mencoba mendistribusikan solut injeksi secara seragam melalui berbagai tempat bersilangan di kolom. Satu semprotan dari tiap unit injeksi telah diisi oleh larutan tracer dan yang lainnya diisi dengan larutan dasar yang bebas tracer. Sebelum tracer diinjeksikan, larutan dasar dipompa melalui kolom sampai benar-benar terjenuhi dan kebutuhan kecepatan aliran yang stabil didapatkan. Pada saat seperti itu larutan dasar diperbolehkan untuk mengisi tabung penyeimbang, yang terus ditutup dengan penjepit. Pada saat injeksi, pompa diberhentikan, dan penjepit di tabung penyeimbang di lepaskan. Lalu penjepit di tabung C dilepaskan, dan larutan tracer diinjeksikan ke dalam kolom melalui tabung A dan C. Beberapa dari larutan dasar di penyemprot B lalu diinjeksikan ke dalam kolom melalui tabung B dan C untuk menyiram sisa larutan tracer di tabung C dan di jarum ke dalam kolom. Tabung C lalu ditutup dengan penjepit. Prosedur ini lalu diulang terus-menerus untuk semua tiga unit injeksi yang tersedia. Setelah injeksi, tabung

3 13 penyeimbang ditutup kembali, dan pompa dinyalakan kembali. Waktu ketika pompa dinyalakan diambil sebagai waktu awal untuk analisis dari problem nilai awal pergerakan solut. Sisa larutan tracer di tabung A lalu disiram kembali ke semprotan A menggunakan larutan dasar yang tersisa di semprotan B. Semprotan A lalu di lepaskan dan isinya dipindahkan ke dalam labu volumetrik untuk menghitung kuantitas massa dari tracer sisa di semprotan A. Setelah tracer diinjeksi ke dalam kolom, diasumsikan untuk bercampur secara keseluruhan dan secara spontan di berbagai tempat di kolom dengan larutan dasar dan menghasilkan kira-kira 1-D konsentrasi solut terdistribusi melalui panjang kolom. Untuk menguji efek dari distribusi solut setelah injeksi di BTC, distribusi setelah injeksi diasumsikan mempunyai distribusi normal dengan standar deviasi σ. Distribusi normal mendekati fungsi dirac delta σ Metode Penentuan Konsentrasi Solut Model CDE (Convection-Dispersion Equation) untuk satu dimensi pergerakan solut konservatif dalam kondisi aliran yang jenuh dan tetap adalah: C t D x C v c x dimana C adalah konsentrasi awal, v adalah kecepatan rata-rata air-pori, x adalah jarak, t adalah waktu dan D adalah koefisien dispersi. Dalam formula (1) C merepresentasikan konsentrasi residen. Akan tetapi, konsentrasi larutan effluent merepresentasikan konsentrasi flux dari pada konsentrasi residen di outlet boundary. Perbedaan antara konsentrasi flux dan konsentrasi residen dianggap penting ketika gradien konsentrasi relatif besar pada outlet atau dimensionless time rendah. Akan tetapi ini bukan masalah dari kebanyakan eksperimen kolom. Oleh karena itu, konsentrasi larutan effluent diasumsikan sama dengan konsentrasi residen pada outlet boundary menggunakan formula (1). (1) ketika Jika kondisi outlet boundary untuk formula (1) diasumsikan untuk kondisi tak terbatas, miscible displacement di dalam eksperimen sistem kolom bisa secara matematika dijelaskan sebagai nilai awal dari masalah pergerakan solut dalam

4 14 wilayah 1 dimensi tak terbatas. Karena formula (1) linear, konsentrasi solut ketika dalam outlet boundary dapat ditunjukan oleh prinsip superposition menjadi: C ( L, C0 ( l) f ( L l, dl () dimana L adalah jarak dari lokasi injeksi ke outlet, C 0 (l) adalah konsentrasi awal pada lokasi l, dan f(l-l, adalah fungsi Green yang merepresentasikan solusi untuk masalah pergerakan solut dengan distribusi konsentrasi awal solut direpresentasikan sebagai fungsi Dirac delta δ(x) di l atau: ( l) C l) (3) 0 ( dimana θ adalah porositas dari media. Ketika solusi analitik dari CDE diturunkan untuk sumber Dirac delta dari kondisi awal di dalam wilayah 1-D pergerakan solut infinite, f(l-l, adalah: f ( L l, m 4 Dt ( L l v 4Dt (4) dimana m adalah masa solut. Jika distribusi solut setelah injeksi diasumsikan menjadi fungsi Dirac delta di lokasi injeksi, dimana didefinisikan sebagai asal dari sistem koordinasi (l=0 dalam formula (4)), lalu formula (4) dikurangi menjadi: C( x, m0 ( L v (5) 4 Dt 4Dt dimana m 0 adalah masa solut yang diinjeksikan. Setelah itu formula (5) tersebut, ditambahkan faktor random walk ke dalamnya sehingga formula (5) tersebut berubah menjadi:

5 15 C( x, m0 4 Dt ( L ( v 4Dt R) (6) Keterangan formula (6): C = konsentrasi, θ = porositas, D = dispersi hidrodinamik, m 0 t L V R = massa solut, = waktu, = panjang kolom, = kecepatan rata-rata pori, = faktor random walk, Metode Pengujian Model dengan Data Pengujian model dilakukan untuk membandingkan antara hasil prediksi model dengan data yang tersedia. Parameter yang dibandingkan adalah konsentrasi solut. Pengujian model dilakukan dengan penentuan koefisien determenistik (korelasi). Koefesien determenistik dilakukan untuk mengetahui pola hubungan antara parameter hasil pengukuran prediksi model dengan hasil pengukuran. Besarnya indeks koefesien deterministik dihitung dengan: K ) K ) D avg D M R (7) D Kavg) dimana: R K D K avg K M = koefesien deterministik = besarnya konsentrasi data. = besarnya konsentrasi data rata-rata. = besarnya konsentrasi model. Model dievaluasi kelayakannya apabila R mendekati 1 maka terdapat hubungan yang erat antara hasil prediksi model dengan data pengamatan lapangan.