commit to user 1
PENGARUH MEDAN MAGNET SOLENOIDA TERHADAP KINERJA PEMISAHAN PARTIKEL DEBU ALIRAN UDARA SERAGAM
Jurusan Fisika. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret Umi Nurfitriani, Iwan Yahya, Darmanto
Program Studi Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret minifisiayahoo.com
ABSTRAK
Telah dilakukan pemodelan komputasi dengan menggunakan program Matlab 6.5 untuk menganalisis kinerja sistem pemisahan partikulat yang dirancang dengan prinsip penggabungan
sistem mekanik dengan menggunakan baling-baling dan elektromagnetik dengan menggunakan solenoida. Aliran udara searah masuk pada tabung melewati baling-baling dan bergerak sebagai
aliran siklon. Di sepanjang tabung partikel mengalami gaya Lorentz yang bersumber dari kumparan kawat berarus yang dipasang di sisi luar tabung penjebak.
Hasil analisis menunjukkan bahwa penambahan medan magnet dengan menggunakan solenoida memberikan hasil yang lebih baik daripada rancangan tanpa medan magnet dan rancangan
dengan medan magnet menggunakan satu kawat lurus berarus. Ukuran diameter partikulat yang terlontar mencapai 1,017.10
-12
meter pada keadaan panjang tabung 0,6 meter dan kuat arus 20 mA. Nilai tersebut jauh lebih baik dibandingkan keadaan tanpa B di mana diameter partikel
terlontar mencapai 4 µm, dan pada keadaan B bersumber dari kawat lurus berarus di mana
diameternya sebesar 0,6 µm untuk keadaan panjang tabung yang sama. Analisis parameter
dilakukan untuk mengetahui variabel-variabel yang memiliki pengaruh cukup besar terhadap kinerja sistem.
Kata kunci: penjebak partikulat, medan magnet, solenoida, tetapan G, Matlab6.5
I. PENDAHULUAN Perkembangan industri yang sangat cepat
menyebabkan banyak perubahan pada lingkungan. Karbon dan partikulat debu yang
disebabkan gas buang dari industri telah mengakibatkan penurunan fungsi paru-paru,
gangguan efek pernapasan pada penderita asma, dan pertambahan tingkat kematian.
[1]
Depkes mengisyaratkan bahwa ukuran debu yang membahayakan berkisar 0,1-10
µm. Berbagai upaya telah dikembangkan untuk
mengatasi hal ini. Selain penelitian-penelitian yang dilakukan di bidang pengembangan
mesin berteknologi pembakaran yang lebih baik, penelitian tentang reduksi partikulat debu
pada gas buang juga telah banyak dikembangkan. Pada umumnya, pemisahan
aliran debu dapat dibagi menjadi dua metode utama, yaitu filter mekanik dan pemisah
elektrostatis.
[2]
Pemisah elektrostatis memiliki beberapa keunggulan antara lain lebih efisien
dalam pemisahan partikulat, membutuhkan lebih sedikit energi, dan fleksibel pada interval
temperatur dan konsentrasi partikulat yang besar.
[2]
Salah satu metode pemisahan aliran debu dilakukan dengan sistem penjebak partikulat
yang memanfaatkan prinsip gaya sentrifugal. Pada sistem ini, udara sisa pembakaran
diperlakukan sedemikian rupa sehingga mengalir secara spiral di dalam penjebak.
Berdasarkan sistem ini, telah dikembangkan konsep teknologi iSMagic Intelligent Shark
Type Muffler with Magnetic Field Induced Cyclon Deduster dalam riset pengembangan
konsep knalpot iARG-OXX. Konsep iSMagic pada iARG-OXX adalah sebuah sistem
penjebak partikulat yang memanfaatkan medan magnet induksi menggunakan solenoid
yang terpasang pada dinding tabung penjebak partikulat.
[3]
commit to user 2
II. METODE EKSPERIMEN
Partikel berada pada posisi awal r
p1
dengan kecepatan awal U
z
memasuki tabung melalui baling-baling statis yang terpasang pada
sumbu tabung. Partikel menempuh perjalanan sepanjang jarak L dan sampai pada ujung
tabung dengan posisi akhir r
p2
. Pada kondisi terdapat medan magnet, partikel akan bergerak
lebih cepat pada lintasan spiral karena pengaruh gaya Lorentz.
Misalkan gaya Lorentz pada jarak r dari sumbu adalah:
θ
GBrqv F
L
=
di mana G adalah sebuah konstanta dan B adalah medan pada sumbu solenoida. Tetapan
G berdimensi [L]
-1
dan menggambarkan kelipatan nilai medan magnet B terhadap
jaraknya dari pusat lingkaran. Pada setiap titik pada lintasan berlaku:
r m
m stokes
sent L
XU r
v X
r v
X m
q GB
F F
F πµ
ρ π
ρ π
θ θ
3 6
6
2 3
3
= +
= +
Dengan penurunan penyelesaian persamaan diferensial orde 1, diperoleh fungsi partikel
terjebak sebesar:
2
9 2
2 2
1
m z
GBq X V
L U m
mV mV
r r
e GBqX
GBqX
θ
ρ µ
θ θ
+ =
+
1
Penelitian dilakukan dengan membuat program Matlab 6.5 untuk menganalisis
kinerja sistem sehingga diperoleh ukuran partikel terjebak berdasarkan persamaan di
atas.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN