BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Particle Image Velocimetry adalah sebuah metode visualisasi dan pengukuran untuk aliran fluida yang merupakan salah satu metode utama di dalam penelitian fluida.Walau demikian,harganya yang sangat mahal mengakibatkan kepemilikan PIV oleh universitas atau lembaga penelitian di Indonesia sangat sulit. Sebuah setup lengkap untuk eksperimen menggunakan PIV dapat mencapai harga melebihi 200.000 USD untuk peralatan PIV high-end.Sementara peralatan PIV yang low-end masih berkisar diatas 100.000 USD. Pada
penelitian
sebelumnya,
penulis
berhasil
membuat
dan
mengaplikasikan sebuah peralatan PIV yang dibuat dari komponen-komponen yang relatif murah, dengan hasil pengamatan yang cukup baik. Alat PIV yang dibuat diuji pada pengamatan CO2 fog (Gambar 1.1) dan gerakan fluida cair (Gambar 1.2).
Gambar 1. 1 Pengujian laser sheet pada CO2 fog
Gambar 1. 2 Pengujian laser sheet pada fluida cair yang berisi bubble Akan tetapi dari percobaan yang telah dilakukan, masih terdapat beberapa kelemahan. Diantaranya adalah belum adanya mekanisme seeder particle yang baik. Fungsi dari seeder atau tracer particle adalah sebagai referensi untuk perhitungan vektor gerakan fluida. Pada pengujian untuk mengamati gerakan air pada outlet microbubble generator, kami menggunakan microbubble sebagai tracer particle. Permasalahan yang ditemui pada pengamatan ini adalah bahwa dengan beroperasinya microbubble generator untuk waktu yang lama, maka konsentrasi microbubble menjadi semakin besar sehingga dispersi cahaya dari microbubble tunggal sulit diamati. Untuk memperoleh pengamatan yang baik, seeder particle harus dilepas ke aliran fluida secara terkendali.Dengan demikian, kadar seeder cukup banyak untuk mendapatkan resolusi dan kontras yang baik, namun tidak terlalu banyak sehingga 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 di bawah ini.
1
Gambar 1. 3 Eksperimental pada sebuah wind tunnel menggunakan PIV (Raffel dkk, 1998) Di dalam kebanyakan aplikasi, seeder particle atau tracer particle perlu di tambahkan ke dalam aliran. Untuk liquid flow, pada umumnya seeding ini dilakukan dengan suspensi partikel solid ke dalam aliran dan dicampur sedemikian rupa sehingga diperoleh campuran yang homogeny (Liu et al., 2005). Partikel solid yang umum dipakai untuk medium cair antara lain aluminium flake dan hollow glass spheres. Permasalahan yang muncul dengan penggunaan partikel solid seperti ini adalah penyediaan partikel yang berbiaya cukup tinggi serta pencemaran lingkungan akibat pembuangan cairan dan partikel yang sudah tidak terpakai. Salah satu solusi yang dikembangkan adalah penggunaan microbubble udara sebagai tracer (Raffel et al., 1998). Penelitian ini bertujuan mengembangkan seeder mechanism yang dikombinasi dengan microbubble generator sebagai sumber tracer. Kelebihan dari microbubble adalah bahwa ukurannya dapat diatur dengan mudah dengan kombinasi tekanan dan flow di dalam microbubble generator. Dengan demikian, seeder particle yang dihasilkan, selain environment friendly, akan lebih mudah diatur ukurannya dan konsentrasinya untuk berbagai aplikasi.
1
1.2 Rumusan Masalah Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan seeder mechanism dengan menggunakan micro-bubble generator sebagai sumber tracer particle untuk PIV yang telah berhasil dibuat menggunakan komponen – komponen yang terjangkau harganya. Untuk membuat seeder mechanism pada PIV, dibutuhkan chamber yang menampung micro-bubble. Chamber ini dipasang pada ketinggian tertentu, dengan melakukan konfigurasi pada debit udara dan debit air yang masuk pada Micro Bubble Generator, kita bisa mendapatkan data berupa Stokes number, relaxation time particle, dan bisa membandingkan hasil dari sumber pencahayaan menggunakan LED dengan Laser Diode. 1.3 Asumsi dan Batasan Masalah Asumsi dan batasan masalah yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah: 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. Menggunakan micro-bubble generator tipe orifice dan porous pipe. 3. Kamera yang digunakan adalah Canon EOS 550D dengan kecepatan 30 fps. 4. Pengukuran kecepatan main flow tanpa menggunakan alat ukur flow meter. 5. Chamber micro-bubble berukuran 60 cm x 40 cm x 30 cm, dan pengamatan dilakukan pada pipa acrylic berukuran diameter 11/4” x 1 m. 6. Pengambilan data dilakukan pada pipa dengan arah aliran horizontal. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : a.
Membuat alat particle image velocimetry yang dapat digunakan dalam penelitian-penelitian fluida.
b.
Menggunakan micro bubble sebagai seeder particle pada pipa aliran arah horizontal.
c.
Mendapatkan ukuran seeder particle tipe gaseous yang ideal, sesuai dengan parameter seeder particle pada umumnya.
1
d.
Melakukan penelitian mengenai parameter micro bubble sebagai seeder particle dengan mencari nilai stokes number dan relaxation time.
e.
Membandingkan penelitian dengan sumber pencahayaan yang berbeda, yaitu antara LED dengan laser diode.
1.5 Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini berupa basis seeding mechanism untuk sistem PIV dengan biaya yang terjangkau namun cukup memadai untuk visualisasi aliran fluida. Diharapkan akan dapat direplikasi sehingga dapat selanjutnya dimanfaatkan sebagai alat untuk penelitian-penelitian lain yang memerlukan visualisasi fluida. Selain itu, penggunaan microbubble generator sebagai sumber seeder particle memungkinkan alterasi dari ukuran seeding particle, yaitu microbubble, dengan mudah, sehingga dapat diperoleh ukuran seeding particle optimum dengan karakteristik aliran sekaligus karakteristik light scattering yang baik.
1
