Metode Penelitian Simulasi CFD

4 Menambahkan larutan penyerap sampai pada volume 10 mL dan dihomogenkan, 5 Mengukur masing-masing larutan standar dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 420 nm.

3.5.2 Pengujian contoh uji

Memasukkan larutan contoh uji ke dalam kuvet pada alat spektrofotometer, lalu menguku nilai absorban pada panjang gelombang 420 nm.

3.6 Metode Penelitian Simulasi CFD

Pada penelitian ini simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak GAMBIT 2.4 dan FLUENT 6.3. Secara lengkap langkah penelitian yang dilakukan dalam kedua metode tersebut diuraikan pada sub bab selanjutnya. 3.6.1 Langkah pada GAMBIT Tahapan dalam pembuatan desain geometri adalah sebagai berikut: 1. Membuat Geometri Gardu Tol Geometri digambar dengan menggunakan GAMBIT sesuai dengan domain dan boundary condition yang diperlukan selama proses simulasi berlangsung. Penggambaran geometri yang dilakukan meliputi dinding, lantai, atap, saluran Inlet dan outlet, serta properti yang berada dalam ruangan. Pemodelan geometri ini terdiri dari dua variasi gardu tol yang berbeda ukuran. Berikut merupakan dua variasi ukuran geometri gardu tol yang digunakan dalam penelitian: Geometri A Model geometri yang pertama berbentuk gardu berdimensi x, y, z dengan ukuran 2,5 m, 2,4 m, dan 1,4 m dan letak Outflow berada pada sumbu x. Bentuk Geometri A dapat terlihat pada Gambar 3. Gambar 3 Geometri gardu tol variasi A. Gambar desain geometri dari berbagai sudut pandang lainnya terdapat pada Lampiran 13. Geometri B Model geometri yang kedua berbentuk gardu berdimensi x, y, z dengan ukuran 3,5 m, 2,4 m, dan 1,4 m dan letak Outflow berada pada sumbu z. Bentuk Geometri B dapat terlihat pada Gambar 4. Gambar 4 Geometri gardu tol variasi B. Gambar desain geometri dari berbagai sudut pandang lainnya terdapat pada Lampiran 14. 2. Melakukan subtraksi Substraksi yang dilakukan adalah dengan mengurangi volume gardu keseluruhan dengan properti yang berada dalam ruangan. Sehingga properti tersebut tidak menghalangi aliran fluida yang terjadi. 3. Memeriksa mesh Setelah membuat geometri, langkah berikutnya adalah melakukan pembagian objek menjadi bagian-bagian kecil atau meshing. Ukuran mesh yang terdapat pada suatu objek akan mempengaruhi ketelitian analisis CFD yang akan dilakukan. Semakin kecil ukuran mesh maka hasil yang didapatkan akan semakin teliti, tetapi membutuhkan daya komputasi dan waktu yang lebih lama dibandingkan dengan objek yang memiliki ukuran mesh lebih besar. Gambar 5 Mesh pada Geometri A. Gambar 6 Mesh pada Geometri B. Pada penelitian ini ukuran mesh yang digunakan adalah sebesar 0,05 m. Mesh pada penelitian ini terdiri atas mesh face dan mesh volume. Gambar mesh yang terbentuk pada masing-masing geometri dapat terlihat pada Gambar 5 dan 6. 3.6.2 Langkah pada Fluent Pada Fluent, data yang akan dimasukkan ke dalam membutuhkan beberapa tahapan sebagai berikut: 1. Memilih Solver Pada penelitian ini solver yang digunakan adalah solver 3D. Solver tersebut memiliki presisi tunggal atau presisi ganda. 2. Mengekspor dan Mengecek Grid Grid yang telah dibuat sebelumnya oleh GAMBIT harus diekspor ke dalam bentuk mesh file sehingga Fluent dapat melakukan pengecekan terhadap kesalahan grid atau sebaliknya. 3. Mendefinisikan domain Pada tahap ini ditentukan fluida yang akan digunakan, tipe aliran, kondisi batas, material penyusun gardu tol dan kondisi operasional yang akan diasumsikan. Berikut beberapa tahap yang dilakukan dalam pendefinisian:  Memilih solver Pada penelitian ini formulasi solver yang digunakan adalah Pressure Based Solver. Keterangan: - Solver : pressure-based - Space : 3D - Velocity formulation : absolute - Time : stady - Gradient option : green gauss cell based - Porous formulation : superficial velocity  Menentukan model dan persamaan dasar Model dan persamaan dasar yang terdapat pada Fluent harus ditentukan sesuai dengan permasalahan yang akan dianalisis. Beberapa persamaan dan model yang digunakan dalam penelitian ini adalah viskositas k-epsilon, transpor spesies dan perpindahan panas secara konveksi. Model k-epsilon merupakan model turbulensi yang cukup lengkap dengan dua persamaan yang memungkinkan kecepatan turbulen dan skala panjang dan ditentukan secara independen. Kestabilan ekonomis dari sisi komputasi dan akurasi yang memadai untuk berbagai jenis aliran turbulen membuat model k-epsilon sering digunakan pada simulasi aliran fluida dan perpindahan panas. Nilai karakteristik udara dan CO yang dimasukkan dapat terlihat pada Tabel 10. Sementara keterangan model dan persamaan dasar yang digunakan pada Fluent adalah sebagai berikut:  Persamaan viskositas - Model : k-epsilon - k-epsilon : standard - Near-wall Treatment : standard wall function  Persamaan energi  Persamaan transpor spesies Jam ke-1 - Model : spesies transport - Mixture species : CO dan udara - Density : incompressible ideal gas - Cp : mixing law - Thermal conductivity : 0,0242 - Viscosity : 1,89x10 5 - Mass - Diffusivity : 3,42x10 5 Jam ke-4 - Model : spesies transport - Mixture species : CO dan udara - Density : incompressible ideal gas - Cp : mixing law - Thermal conductivity : 0,0241 - Viscosity : 1,90x10 5 - Mass - Diffusivity : 3,45x10 5 - Menentukan kondisi operasi Kondisi operasi yang ditentukan adalah tekanan STP sebesar 1 atm, Tabel 8 Karakteristik fluida Parameter Jam ke-1 Jam ke-4 Suhu Kamar K 302.1 300.6 Density ρ kgm³ 1.1146557 1.1201564 Dynamic Viscosity µ N.sm² 1.892E-05 1.901E-05 Thermal Conductivity WmK 0.0241627 0.0241033 Specific Heat Capacity kJkg.K 1.0400827 1.0400233 Koeffisien Diffusitas m²s 3.419E-05 3.448E-05 - Menentukan material Fluida yang digunakan dalam penelitian ini adalah udara dan karbon monoksida atau CO pada kondisi STP dan dengan masing- masing karakteristik fisik yang berbeda data selengkapnya terdapat pada Lampiran 7.  Menentukan Kondisi Batas Penentuan kondisi batas didasarkan pada masing-masing variabel dalam domain Geometri Beberapa kondisi batas yang digunakan pada kasus ini adalah Velocity Inlet, Outflow dan Wall. Berikut merupakan nilai input Fluent yang tersaji pada Tabel 8. Velocity Inlet Merupakan kondisi batas yang digunakan untuk mendefinisikan kecepatan aliran dan besaran skalar lainnya pada sisi masuk aliran. Velocity yang dimaksud dalam kasus ini adalah jendela transaksi pada gardu tol. Keterangan yang dimasukkan dalam tipe ini adalah sebagai berikut: Jam ke-1  Momentum  Velocity specification method : components  Reference frame : absolute  X-velocity ms : 0,5  Y-velocity ms : 0,0  Z-velocity ms : 0,5  Turbulence - Specification method : intensity and hydraulic diameter - Turbulance intensity : 10 - Hydraulic diameter m : 0,667  Termal  Suhu K : 302  Spesies  Fraksi massa CO : 0,0000075  Jam ke-4  Momentum  Velocity specification method : components  Reference frame : absolute  X-velocity ms : 0,2  Y-velocity ms : 0,0  Z-velocity ms : 0,2  Turbulence - Specification method : intensity and hydraulic diameter - Turbulance intensity : 10 - Hydraulic diameter m : 0,667  Termal  Suhu K : 300.6  Spesies  Fraksi massa CO : 0,000068 Outflow Merupakan kondisi batas yang digunakan sebagai sisi aliran keluar. Pada penelitian ini hanya terdapat satu Outflow yaitu Heat Ventilating Air Conditioning atau HV-AC sehingga nilai flow rate weighting adalah 1. Wall Merupakan kondisi batas yang digunakan sebagai dinding untuk aliran fluida dalam saluran dan juga sebagai pembatas antara daerah fluida cair dan gas dan padatan, seperti meja, mesin tiket, komputer, kursi, dan seluruh benda berbentuk padat lainnya. 4. Solusi kontrol Setelah melakukan proses pendefinisian perlu dilakukan penentuan terhadap kriteria solusi kontrol. Nilai yang dimasukkan ke dalam proses tersebut yaitu sebagai berikut: Jam ke-1  Pressure velocity coupling : SIMPLE  Under Relactation Factor  Pressure : 0,3  Density : 0,5  Body force : 0,5  Momentum : 0,4  Modified turbulent viscosity : 0,3  Turbulent viscosity : 0,3  Turbulent dissipation rate : 0,3  CO : 0,5  Energi : 0,5 Jam ke-4  Pressure velocity coupling : SIMPLE  Under Relactation Factor  Pressure : 0,2  Density : 0,2  Body force : 0,2  Momentum : 0,1  Modified turbulent viscosity : 0,09  Turbulent viscosity : 0,09  Turbulent dissipation rate : 0,09  CO : 0,3  Energi : 0,5  Diskretisasi pada jam ke-1 dan jam ke-4  Pressure :second order upwind  Momentum :second order upwind  Modified turbulent viscosity :second order upwind  CO :second order upwind  Energi : first order upwind 5. Inisialisasi medan aliran Inisialisasi adalah hipotesa awal pada kondisi batas saat memulai perhitungan. Sebelum memulai perhitungan atau menjalankan program, hal yang harus dilakukan terlebih dahulu adalah dengan melakukan inisialisasi. Pada penelitian ini, kondisi batas yang diinisialisasi adalah jendela Inlet. 6. Melakukan iterasi Pada proses perhitungan harus ditentukan terlebih dahulu kriteria konvergensi kasus yang akan dihitung. Kriteria konvergensi adalah kesalahan atau perbedaan antara dugaan awal dan hasil akhir dari iterasi yang dilakukan berdasarkan persamaan yang digunakan. 7. Hasil tampilan simulasi Hasil akhir yang dapat ditampilkan dapat berupa kontur, vektor, pathline serta plot XY. Pada penelitian ini visualisasi output akan ditampilkan dalam bentuk kontur 3D. Diagram alir penelitian pada Langkah GAMBIT dan Fluent dapat terlihat pada Lampiran 15.

3.7 Asumsi yang digunakan pada Model