BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Particle Image Velocimetry (PIV) adalah satu dari beberapa metode yang digunakan untuk memvisualisasikan dan melakukan pengukuran pada suatu aliran fluida. PIV menggunakan teknik pengukuran dengan laser optik non-intrusif. Metode ini telah berkembang dengan pesat dalam dekade belakangan pada studi kasus investigasi medan aliran yang kompleks. Namun, harga yang begitu mahal menyebabkan penelitian menggunakan pengukuran PIV kurang berkembang di universitas maupun lembaga penelitian di Indonesia. Setup lengkap eksperimen dengan teknik pengukuran PIV harganya sangat mahal. Metode ini memerlukan seeder atau tracer particle yang berfungsi sebagai media referensi pengukuran vektor fluida. Keakurasian hasil pengukuran menggunakan teknik PIV bergantung pada penyebaran seeder yang baik pada aliran fluida yang hendak diamati. Pada penelitian ini, tracer particle yang akan digunakan berupa microbubble. Microbubble sendiri telah banyak dipelajari dan sudah banyak diaplikasikan pada beberapa kasus. Microbubble digunakan untuk penjernihan air sungai dan air danau, membersihkan komponen-komponen industri dan banyak lagi. Ukuran partikel microbubble yang kecil, area permukaan yang luas, dan terminal velocity yang rendah membuat microbubble dianggap baik bila digunakan sebagai seeder particle. Pada penelitian sebelumnya, telah dibuat sebuah peralatan PIV yang dibuat dari komponen-komponen yang relatif murah dan telah dilakukan percobaan, hasil pengamatan yang didapat juga cukup baik dengan menggunakan PIV sederhana ini. Gambar 1.1 menunjukkan pengujian PIV pada CO 2 fog, dan gambar 1.2 menunjukkan pengujian PIV pada fluida cair. 1

2 2 Gambar 1.1 Pengujian PIV pada CO 2 fog Gambar 1.2 Pengujian pada fluida cair berisi bubble Pada penelitian tersebut juga telah dibuat suatu peralatan looping untuk menghasilkan seeder particle berupa microbubble melalui mekanisme yang dirancang sedemikian rupa. Namun permasalahan yang ditemui adalah jumlah konsentrasi microbubble yang dihasilkan masih kurang banyak untuk microbubble dengan ukuran yang sesuai kriteria sebuah tracer particle. Banyak hal yang menjadi pertimbangan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik. Tracer particle akan lebih baik bila berukuran kecil sehingga dapat menyesuaikan properti aliran dan mengikuti arah aliran, bukannya merusak atau mengubah arah aliran. Namun, tracer particle juga haruslah berukuran cukup besar untuk mendapatkan light scattering yang baik sehingga

3 3 dapat terdeteksi oleh kamera. Tracer particle juga harus dilepas secara terkendali dan menghasilkan aliran yang homogen. Kadar seeder haruslah cukup banyak untuk mendapatkan resolusi dan kontras gambar yang baik, dan haruslah tidak terlalu banyak untuk mencegah distorsi dan kesulitan pengamatan. Sebuah setup peralatan particle image velocimetry umumnya terdiri dari beberapa komponen: tracer/seeder particle, laser light sheet projector, dan sistem akuisisi gambar. Seperti terlihat pada gambar 1.3 yang merupakan setup metode pengukuran PIV hasil rancangan Bondur dkk (2011) dalam studi eksperimental properti buoyant turbulent jets dan interaksi sekitar likuid stratified. Pengujian ini dilakukan di dalam plexiglas basin yang kecil dengan saline stratification. Gambar 1.3 Eksperimental PIV pada saline stratification (Bondur dkk, 2011) Penelitian ini bertujuan menghasilkan sistem mekanisme sederhana seeding particle dengan microbubble sebagai tracer particle. Kelebihan

4 4 microbubble adalah ukurannya dapat diatur sedemikian sehingga dengan mudah dapat dikombinasikan dengan flow di dalam microbubble generator sebagai sumber tracer particle. Selain itu, bila dibandingkan dengan seeder particle yang lainnya, tracer particle dengan menggunakan microbubble lebih ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah. Microbubble tracer juga akan lebih mudah diatur ukurannya dan konsentrasinya untuk berbagai aplikasi. 1.2 Rumusan Masalah Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan mekanisme seeding particle yang lebih baik dengan menggunakan microbubble sebagai tracer particle, yang akan digunakan untuk pengukuran PIV yang telah dibuat dengan menggunakan komponen-komponen yang relatif murah harganya. Mekanisme seeding tersebut menggunakan sebuah chamber untuk menampung microbubble yang dihasilkan microbubble generator. Eksperimen akan dilakukan terhadap konfigurasi jumlah microbubble generator dan konfigurasi besar ukuran diameter orifice yang digunakan. Kemudian akan didapatkan data besar diameter microbubble, jumlah microbubble, Stokes Number, dan relaxation time particle. Homogenitas dari aliran tersebut juga akan dianalisis apakah sudah memenuhi kriteria untuk pengukuran PIV lebih lanjut. 1.3 Asumsi dan Batasan Masalah 1. PIV yang digunakan ini menggunakan komponen komponen yang terdiri dari : Laser Diode 200 mw panjang gelombang 532 nm, plano-convex lens, dan adaptor 9 Volt. 2. Microbubble Generator yang digunakan merupakan tipe orifice dan porous pipe. Microbubble generator yang digunakan berjumlah 3 buah. 3. Kamera yang digunakan adalah Canon EOS 550 D dengan kecepatan 30fps. 4. Chamber microbubble berukuran 45 cm x 32 cm x 30 cm, dengan test section dilakukan pada pipa akrilik jenis silinder, dengan arah aliran horizontal. 5. Jarak inlet microbubble dengan correction block 50 cm.

5 5 6. Penelitian dilakukan pada suhu kamar 25 o C, dengan asumsi sistem yang tidak dipengaruhi lingkungan (tidak terjadi perpindahan kalor) 7. Image Processing akan menggunakan software Matlab. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : a. Membuat setup alat particle image velocimetry sederhana yang dapat digunakan pada penelitian fluida selanjutnya. b. Membuat setup microbubble seeding particle mechanism untuk PIV dengan komponen-komponen sederhana dan hasil yang cukup baik. c. Membuat konfigurasi jumlah microbubble generator dan konfigurasi ukuran orifice untuk mendapatkan jumlah microbubble dan diameter microbubble yang optimal sehingga menghasilkan aliran yang homogen. 1.5 Manfaat Penelitian Dengan dilakukannya penelitian ini, diharapkan hasil berupa mekanisme seeding untuk teknik pengukuran PIV untuk microbubble tracer yang dengan cukup baik dapat memvisualisasikan aliran, namun dengan harga yang terjangkau. Diharapkan dengan mekanisme yang digunakan dapat menghasilkan aliran yang homogen. Sehingga dapat digunakan untuk penelitian-penelitian selanjutnya yang memerlukan visualisasi fluida.