57
3.2.4 Design of Eksperiment Simulasi DoE Simulasi
Untuk mengidentifikasi gejala korosi pada evaporator perlu dibangun model eksperimental dari permukaan evaporator itu sendiri, Komponen yang
disimulasi adalah permukaan evaporator dalam keadaan terpapar media elektrolit air laut. Gambar 3.3 merupakan gambar yang digunakan untuk mensimulasi
pengaruh dan laju deformasi dan DoE simulasi akan disertakan pada halaman berikutnya.
Gambar 3.3 Penjelasan Daerah – Daerah Simulasi Dokumen Penulis
Berdasarkan DoE simulasi diatas maka dapat dijelaskan bahwa pada saat sistem desalinasi bekerja maka terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi
laju korosi pada evaporator seperti: laju potensial anoda dan katoda, salinitas dan konduktivitas media elektrolit serta temperatur dan tekanan dalam evaporator
sendiri. Pada saat evaporator bekerja permukaan stainless steel evaporator yang
kehilangan lapisan pelindung pasivitas akan terjadi reaksi antara unsur besiFe dengan elektron dan air yang terkandung dalam media elektrolit sehingga
menyebabkan korosi, hal ini diperparah dengan adanya korosi galvanis antara permukaan evaporator yang belum berkorosi dengan yang telah berkorosi
ditambah dengan kondisi lingkungan sistem yang memiliki temperatur dan tekanan cukup tinggi sehingga mempercepat timbulnya korosi dan laju korosi.
Permukaan Stainless Steel Permukaan Besi
Elektrolit Air Laut
Universitas Sumatera Utara
58
Parameter kondisi akan menentukan laju korosi yang timbul dan deformasi yang tejadi pada permukaan yang mengalami korosi dan membandingkan dengan
permukaan yang tidak terkena korosi.
3.2.5 Kerangka Konsep Pemodelan Numerik
Adapun kerangka konsep pemodelan numerik ini yang dapat dilihat pada bagian berikut :
\
3.2.6 Setup Komputasi
Proses pre-processing merupakan proses yang dilakukan sebelum pengujian simulasi. Proses ini mencakup pembuatan model, penentuan
parameter, penentuan anoda katoda sampai dengan pembuatan mesh meshing.
1. Pembuatan Model Pembuatan model permukaan evaporator dalam simulasi ini dilakukan
dalam 2 dimensi. Komponen evaporator tidak perlu dibangun dalam bentuk 3 dimensi dikarenakan simulasi dilakukan dalam hitungan per jam sehingga hasil
korosi yang terbentuk sangatlah kecil, oleh karena itu simulasi dengan model 2
Permasalahan 1.
Fenomena korosi pada evaporator sistem desalinasi air laut
Pengamatan 1. Membangun simulasi korosi
pada evaporator 2. Membangun simulasi
deformasi permukaan evaporator
Parameter Kontrol 1. Bahan evaporator
2. Media elektrolit 3. Keadaan
lingkungan kerja sistem
Alat simulasi 1. Personal computer
2. Aplikasi COMSOL
Hasil 1.
Simulasi laju korosi pada evaporator 2.
Simulasi bentuk deformasi yang terjadi pada permukaan evaporator
Universitas Sumatera Utara
59
dimensi akan memberikan hasil yang lebih baik dan jelas daripada hasil 3 dimensi. Model dibuat dengan aplikasi COMSOL dan disertakan sebagi berikut.
ukuran dalam bentuk milimeter untuk memperjelas hasil simulasi. Model gambar 2 dimensi disertakan dalam gambar 3.4 berikut.
Gambar 3.4 Model Simulasi 2 Dimensi Dokumen Penulis 2. Menentukan anoda,katoda dan media elektrolit domain
Computational domain merupakan bidang batas simulasi.Domain komputasi terbagi atas 3 elemen, yaitu anoda yang merupakan bagian terkorosi
besi, katoda yang merupakan bagian yang tidak mengalami korosi stainless steel dan media elektrolit. Gambar domain dijelaskan pada gambar 3.5, 3.6 dan
3.7 sebagai berikut:
Gambar 3.5 Domain Media Elektrolit Air Laut Dokumen Penulis
Universitas Sumatera Utara
60
Gambar 3.6 Domain Katoda Stainless Steel Dokumen Penulis
Gambar 3.7 Domain Anoda Besi Dokumen Penulis 3. Pembuatan Mesh
Unit-unit yang dianalisis pada simulasi COMSOL diinterpretasikan dengan pembentukan mesh atau grid. Dalam simulasi ini element size pada mesh
Universitas Sumatera Utara
61
diatur secara otomatis dengan element size normal 0.001 mm. Bentuk mesh dapat dilihat pada gambar 3.8 berikut:
Gambar 3.8 Meshing Model Simulasi Dokumen Penulis 4. Menginput Parameter Simulasi
Pada bagian ini diinput data parameter dari reaksi kimia korosi yang terjadi Parameter yang udara yang diinput adalah Potensial kesetimbangan
katoda, pertukaran massa jenis arus pada katoda, slope Tafel pada katoda, potensial kesetimbangan anoda, pertukaran massa jenis arus pada anoda, slope
Tafel pada anoda, nilai batas arus, massa molar rata-rata dan massa jenis. Data parameter diperoleh dari jurnal NACE, COMSOL, eksperiment terdahulu dan
perhitungan manual. Gambar 3.9 adalah input parameter yang dirunjukkan sebagai berikut:
Gambar 3.9 Parameter Input Simulasi Dokumen Penulis
Universitas Sumatera Utara
62
5. Menginput Konduktivitas Elektrolit dalam Media Elektrolit Pada bagian ini diinput nilai konduktivitas elektrolit pada media elektrolit
untuk menentukan seberapa baiknya media elektrolit mampu menghantarkan arus listrikelektrolit, pengaturan lainnya digunakan pengaturan default.Gambar 3.10
menunjukkan input nilai konduktivitas elektrolit air laut.
Gambar 3.10 Input Nilai Konduktivitas Elektrolit dalam Media Elektrolit Dokumen Penulis
6. Menginput Temperatur Kerja Sistem Pada bagian ini diinput nilai temperatur pada permukaan anoda dan katoda
ketika terjadi korosi.Temperatur mempengaruhi laju korosi, semakin tinggi korosi maka umumnya laju korosi semakin besar, terutama pada stainless steel 304
yang akan kehilangan lapisan pasivitas diatas temperatur kerja 50
o
C 343 Kelvin. Gambar input temperatur ditunjukkan oleh gambar 3.11 sebagai berikut:
Gambar 3.11 Input Nilai Temperatur Kerja Sistem Dokumen Penulis 7. Mendefinisikan Parameter Waktu Kerja Sistem
Pada bagian ini diinput nilai waktu sebagai acuan penelitan simulasi deformasi dan laju korosi yang bergantung terhadap waktu, waktu yang dipakai
adalah deformasi dan laju per jam selama 8 jam waktu pengujian per hari. Gambar input waktu kerja sistem ditunjukkan oleh gambar 3.12 sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
63
Gambar 3.12 Paraneter Waktu Simulasi Dokumen Penulis
3.2.7 Diagram Alir Simulasi