Bab III Rancangan Penelitian

Transkripsi

1 Bab III Rancanan Peneliian III. Rencana Pelaksanaan Peneliian Komponen uama penyusun as poduse adalah,,, 4,, N, dan penoo, yan melipui komponen oanik a dan anoanik S, l, N 3, loam alkali. Kebeadaan penoo, khususnya a sana membaasi pemanfaaan as poduse. Skema peneliian dan caa unuk menhilankan a di dalam as poduse diampilakan pada Gamba III.. Gamba III. Skema peneliian yan bekaian denan poses asifikasi dan penyediaan as poduse. Peneliian ini beiik bea pada penembanan posedu opeasi RABB dalam menkonvesikan a secaa hema enei denan eap menjaa nilai kalo as poduse yan ini. Skema pelaksanaan peneliian unuk membeikan ambaan menenai keekaian ana ahap disajikan dalam Gamba III.. - -

2 Peneliian Pemodelan dan Simulasi RABB unuk menkonvesikan a Simulasi RABB anpa eaksi - Konfiuasi eako - Kondisi opeasi -sifa-sifa fisik Pembuaan RABB anpa eaksi Run Simulasi Penujian posedu opeasi Konfiuasi panas di eako Konfiuasi panas di eako idak sesuai Validasi sesuai Penembanan model RABB anpa eaksi ke RABB denan eaksi Simulasi RABB denan eaksi Simulasi SS denan eaksi Meode peasi RABB Run Simulasi Run Simulasi -Konfiuasi panas di eako -Konvesi a - LV as poduk - Konfiuasi panas di eako - Konvesi a - LV as poduk Kuan baus Analisis hasil Baus Sendii asil Besama Rizaldi dan Paia Gamba III. Skema pelaksanaan peneliian. Analisis hasil yan dilakukan adalah membandinkan hasil yan dipeoleh dai simulasi eako unun eap alian bolak-balik RABB denan simulasi eako unun eap sau aah SS, sehina hasil yan dipeoleh dapa menambakan keununan aau keuian dai penopeasian RABB. - -

3 III. Meodoloi Peneliian III.. Asumsi Model yan Diunakan Pofil empeau dan konsenasi di dalam alian as, ine dan kaalis dimodelkan sebaai sau dimensi eako ak unak. Model menunakan bebeapa asumsi, yaiu : a. Peneliian ini hanya menembankan dan menyelidiki pofil empeau ke aah aksial one-dimensional model yan dianap palin bepenauh ehadap pefomance eako secaa keseluuhan. Gadien empeau dan konsenasi ke aah adial diabaikan Maos dkk., 996. b. Pessue dop sana kecil / diabaikan. ΔP elaif 3.% < 5%. III.. Pemodelan dan Simulasi RABB anpa Reaksi Kimia Dalam ahap ini, pemodelan dan simulasi yan diunakan hanya melibakan pesamaan neaca enei. Pesamaan neaca massa idak dilibakan, kaena di dalam pecobaan laboaoium as yan diunakan adalah udaa, sehina idak ada eaksi selama pecobaan belansun. al ini beai idak ada peubahan jumlah dan komposisi as yan masuk dan kelua eako. ujuan dai pecobaan ini adalah unuk memvalidasi model pesamaan yan diunakan denan hasil pecobaan RABB anpa eaksi kimia yan elah dilakukan di laboaoium, sehina model yan elah divalidasi dapa dikembankan unuk pembuaan model dan simulasi RABB unuk menkonvesikan a dalam as poduse. III... Pesamaan dan Kondisi peasi yan Diunakan Pesamaan neaca enei yan diunakan adalah model pseudo-homoeneous sau dimensi. Reaksi kimia idak ejadi dalam poses ini, maka laju eaksi kimia W, dan panas hasil eaksi -Δ di dalam Pesamaan II. diani denan panas dai heae Q heae. Kondisi awal RABB pada didapakan denan caa: Menunakan empeau uanan sea nilainya seaam di sepanjan eako

4 Menjalankan simulasi hina dipeoleh kondisi SS. Kondisi SS diunakan sebaai kondisi awal unuk RABB. Sedankan kondisi baasnya pada dan L menunakan ipe Danckwes liha Pesamaan III.3 dan III.4 pada abel III.. Pesamaan neaca enei RABB denan model pseudo-homoeneous sau dimensi dapa diliha di abel III.. abel III.. Model pseudo-homoeneous sau dimensi unuk simulasi RABB anpa eaksi kimia. o III. ε ρ c ε sρ scs λef ρ c U Q Q heae l l Q. Π. L. udaa ln / K. h U κ u κ benilai {} unuk aah kanan dan { } unuk aah ke kii Kondisi Baas : κ κ o dan λ uc ρ unuk l ef in l λef l κ uc aaan : ai simbol liha di Dafa Noasi. o ρ in unuk l L III. III.3 III.4 III.5 Model eako edii dai 3 zona yaiu; zona ine, zona pemanas, dan zona ine. Panjan zona ine di sebelah kii sama denan panjan zona ine di sebelah kanan dai zona pemanas. Panas yan dibankikan di zona pemanas sebesa 5 wa denan eap menjaa suhu di zona pemanas 5 o. Panas yan hilan ke linkunan hanya ejadi di zona ine. Laju kehilanan panas ke linkunan dimodelkan oleh Pesamaan III.. Kondisi opeasi dan paamee eaksi unuk menyelesaikan model dapa diliha pada abel III

5 abel III. Kondisi opeasi dan paamee eaksi unuk simulasi RABB anpa eaksi kimia. Keeanan Sifa-Sifa Fisik Nilai Sauan Maeial ine Dolomi p 9 J.k -.K - K 5 W.m -.K - ρ 35 k.m -3 d.3 mm Bahan Pemanas Sainess seel p 46, J.k -.K - K W.m -.K - ρ k.m -3 Gas Udaa p J.k -.K - K.4 W.m -.K - ρ. k.m -3 Κοndisi dan Vaiabel peasi Simbol Nilai Sauan Swichin ime S 5 meni empeau umpan Τ u 3 o empeau pemanas Τ Η 5 o Waku inal τ.5 deik aaan : ai simbol liha di Dafa Noasi. Daa lenkap dimensi eako dapa diliha pada abel III.3, sedankan skema eako diunjukkan pada Gamba III.3. Gamba III.3 Rancanan eako dan baian-baiannya z z meupakan iikiik penamaan empeau

6 abel III.3 Dimensi eako. Diamee eaco Panjan oal eaco Panjan zona pemanas Maeial eaco Zona ine Panjan pe semen ine Jumlah semen Maeial unun ine Diamee aa-aa paikel unun mm 9 mm 5 mm Sainless Seel SS 34 L 5 mm 6 3 kii dan 3 kanan Dolomi mm III... Posedu Simulasi Lankah-lankah posedu simulasi yan dilakukan sebaai beiku:. Daa-daa popeis, kondisi, dan vaiabel opeasi dimasukkan ke dalam poam simulasi.. Meneapkan ebakan awal menunakan empeau uanan 3 o sea nilainya seaam di sepanjan eako dan kondisi baas Pesamaan III.4 dan III Meneapkan vaiabel swichin ime. 4. Menjalankan poam simulasi eako unun eap sau aah sampai mencapai kondisi seady sae SS. Pesamaan yan diunakan adalah Pesamaan III. denan U u. 5. asil yan didapakan beupa pofil empeau di sepanjan eako diunakan sebaai ebakan awal unuk menjalankan simulasi eako unun eap bolak-balik RABB. Pesamaan maemaik yan diunakan adalah Pesamaan III. denan U κ*u. 6. Menjalankan poam simulasi unuk RABB sampai mencapai keadaan osilasi yan sabil. Dalam benuk blok diaam, posedu simulasi yan akan dilakukan dapa diliha pada Gamba III

7 Sa Inpu: -Daa popeies maeial ine -Laju ali as -empeau pemanas -empeau umpan -Bounday ondiion -ebakan awal Vaiabel: -Swichin ime Model maemaik dai pesamaan 3. denan U u Run simulasi sampai seady sae Iniial value unuk RABB Model maemaik dai pesamaan 3. denan U.u Run simulasi RABB Pofile empeaue Selesai Gamba III.4 Diaam ali posedu simulasi RABB anpa eaksi kimia. - -

8 III..3 Pemodelan dan Simulasi RABB Konvesi a Unuk mempelajai kelayakan dai sebuah RABB unuk menkonvesi a dalam as poduse, sebuah model eako dibuuhkan unuk mempelajai sifa sifanya yan bepeilaku secaa dinamik. Model eako yan diunakan idenik denan RABB anpa eaksi kimia. Namun, zona pemanas di RABB anpa eaksi kimia diani denan zona kaalis. Reaksi yan ejadi di dalam RABB unuk menkonvesikan a dimodelkan sebaai beiku: III.6 ½ III. ½ III. Sedankan model unuk laju eaksi dipeoleh dai penelii edahulu. Laju eaksi seam efomin oluene, pembakaan dan pembakaan diunjukkan oleh Pesamaan III.9 III.. E k.ep.., R. Zimon, 969 III.9 E.5.5. ep... k, owad, 9 R. III. E,4.5 k. ep.., R. auman, 9 III. Reaksi seam efomin oluene, pembakaan dan pembakaan ejadi pada zona kaalis. Pada zona ine hanya ejadi eaksi pembakaan as dan. Reaksi pembakaan ini dapa ejadi kaena konsenasi as dan di dalam zona ine di aas baas flammabiliy, yaiu,4% dan 4,9% volume campuan as. Sedankan baas flammabiliy as dan adalah,5% dan 4% volume campuan as. Komposisi umpan as poduse diampilkan pada abel III

9 abel III.4 Komposisi umpan as poduse dalam faksi mol. Gas Poduse Faksi mol %,4, 4,9 N 44,, a, Sumbe: asil asifikasi sekam padi oleh Woasuwannaak. III..3. Pesamaan dan Kondisi peasi yan Diunakan Model pesamaan yan diunakan di dalam simulasi RABB unuk menkonvesikan a menacu kepada model sebelumnya, yaiu model pseudohomoeneous RABB sau dimensi. Kondisi awal RABB pada didapakan denan caa: Menunakan empeau dan konsenasi as poduse umpan sea nilainya seaam di sepanjan eako. Menjalankan simulasi hina dipeoleh kondisi SS. Kondisi SS diunakan sebaai kondisi awal unuk RABB. Sedankan kondisi baasnya pada dan L menunakan ipe Danckwes liha Pesamaan III.9 dan III. pada abel III.5. Pesamaan neaca massa Pesamaan III.3-III. dan enei Pesamaan III. RABB unuk menkonvesikan a denan model pseudo-homoeneous sau dimensi dapa diliha di abel III

10 - 3 - able III.5 Model pseudo-homoeneous RABB unuk menkonvesikan a. U c c c o ef s s s ρ λ ρ ε ρ ε Q Δ Δ Δ III. * * U ε III.3. U ε III.4. U ε III U ε III.6. U ε III. u U κ κ benilai {} unuk aah kanan dan { } unuk aah ke kii III. Kondisi Baas : unuk in o ef uc ρ κ λ, κ κ, κ κ, κ κ, κ κ, κ κ III.9 unuk L in o ef uc l ρ κ λ, κ κ, κ κ, κ κ, κ κ, κ κ III. aaan : ai simbol liha di Dafa Noasi.

11 Kondisi opeasi dan paamee eaksi unuk menyelesaikan model dapa diliha pada abel III.6. abel III.6 Kondisi opeasi dan paamee eaksi simulasi RABB unuk menkonvesikan a dalam as poduse. Simbol Nilai Sauan Reaksi ½ ½ Maeial ine Dolomi Maeial kaalis Ni /Al 3 k 3. 5 m 3.mol -.s -, E,5. 4 K R Δ 3 kj.mol -, k,,3. m 3.mol -.s - E,5. 4 K R Δ - 3 kj.mol -, k 3,9. 4 m.5.k.mol -.5.s -, E,5. 4 K R Δ - 4 kj.mol -, p,9 kj.k -.K - K 5 W.m -.K - ρ 35 k.m -3 d,3 mm p,5 kj.k -.K - K W.m -.K - ρ 3 k.m -3 d,3 mm Vaiabel Pecobaan Swichin ime S /3/36 s Waku inal τ,4 s empeau umpan 3 K Posisi umpan oksien - Ujun eako/enah ine/ujun kaalis empoaily lowe umpan oksien aaan : ai simbol liha di Dafa Noasi. - L ½ S ¼ S - 3 -

12 III..3. Posedu Simulasi Posedu simulasi yan akan dilakukan dapa diliha pada Gamba III.5. Gamba III.5 Diaam ali posedu simulasi RABB unuk menkonvesikan a

13 III..4 eknik Penyelesaian Numeik Simulasi RABB membuuhkan waku yan sana lama unuk mencapai keadaan osilasi yan sabil, jika menunakan meode ieasi simpson aaupun auss. leh kaena iu, posedu penyelesaian numeik yan efisien elah dikembankan denan ode yan lebih ini unuk disceisasi baian peambaan panas dan massa menunakan waku yan disesuaikan sea melakukan pebaikan id lokal secaa oomais. Penyesuaian waku dilaksanakan bedasakan pebandinan anaa hasil pehiunan denan sau lankah waku dai Δ dan hasil pehiunan denan dua lankah waku uuan Δ/. Lankah waku dikuani jika eo maksimum melebihi amban baas dan lankah waku diinkakan jika deviasi cukup kecil. Ukuan id lokal disesuaikan menuu kehalusan / kelancaan. iik id akan diinkakan jika solusi iu sif dan id akan dikuani jika solusi iu idak sif. Model lenkap diselesaikan denan banuan sofwae FlePDE vesi 3.. III.3 Vaiasi Pecobaan dan Analisis Daa Pecobaan. Vaiasi yan dilakukan pada peneliian ini adalah swichin ime, posisi umpan masuk oksien, dan faksi waku empoaily lowe umpan oksien. Daa yan ebaca beupa komposisi as poduk sea pofil konsenasi as poduk dan empeau iap saa pada iik-iik penamaan di dalam eako. asil daa yan didapa akan diunakan unuk menuku vaiabel-vaiabel beiku :. Konvesi a aa-aa Konsenasi a yan kelua dan masuk eako dipeoleh bedasakan aa-aa ineal dai kuva konsenasi a. Pehiunan aa-aa ineal konsenasi a menunakan pesamaan:, ou n i *, i n, i i i III. Seelah dipeoleh aa-aa konsenasi a yan kelua dan masuk eako, maka konvesi a dapa dihiun denan umus:

14 konvesi a, in, in, ou III.. Konsenasi as poduk aa-aa dan pehiunan LV as. Pehiunan aa-aa konsenasi as poduk lainnya idenik denan pesamaan III.. Seelah dipeoleh aa-aa konsenasi as poduk yan kelua eako, maka LV poduk bisa dipeoleh denan umus: LV X. III.3 as i i 3. empeau aa-aa di iap iik penamaan dan aa-aa empeau oal di eako. Pehiunan aa-aa empeau diiap iik penamaan idenik denan pesamaan III., yaiu: iik n i i i i i n III.4 Seelah dipeoleh aa-aa empeau di seiap iik penamaan, maka aaaa empeau oal di dalam eako bisa dipeoleh denan umus: eako l i iik, i z z l iik, i z i z i III