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