Perpustakaan Digital ITB

Reaktor Aliran Bolak-Balik (RABB) adalah reaktor unggun diam yang arah aliran gas umpannya diubah secara periodik dengan tujuan untuk menangkap panas yang dihasilkan. Fitur dinamika reaksi pembakaran gas metana dalam RABB biasanya dinyatakan dalam bentuk persamaan konveksi-difusi yang mengandung suku laju reaksi tak linear dimana temperatur dan konsentrasi gas metana sebagi peubah tak bebasnya. Dalam disertasi ini diasumsikan dinamika proses pembakaran metana berbentuk model homogen semu satu dimensi. Perilaku model tersebut akan dikaji untuk dua kondisi yang berbeda yaitu kondisi tak tunak (transient) dan kondisi tunak (steady state) pada RABB dengan pendinginan. Pada saat kondisi tak tunak, profil perilaku model diperoleh melalui simulasi numerik dengan menggunakan metode beda hingga untuk kasus konsentrasi gas umpan konstan dan gas umpan konstan dengan gangguan kecil secara periodik, sedangkan temperatur gas umpan diasumsikan konstan. Simulasi ini difokuskan pada kondisi start-up yaitu hanya pada periode awal sesaat setelah reaktor dioperasikan. Hasil simulasi numerik menunjukkan bahwa gas umpan konstan dengan gangguan periodik menimbulkan sifat osilasi pada profil konsentrasi. Tinggi rendahnya osilasi ditentukan oleh pemilihan besar kecilnya frekuensi gangguan periodik. Pada saat kondisi tunak, model akan dikaji untuk dua kasus yang berbeda. Untuk kasus pertama, model akan dievaluasi pada laju reaksi tertentu dimana reaktor masih dapat bekerja dengan baik. Dengan demikian, laju reaksi dapat dihitung pada suhu yang tetap. Berdasarkan asumsi ini, masalah dapat dibatasi pada penyelesaian persamaan masalah nilai batas untuk konversi (konsentrasi) gas metana saja. Dari data yang tersedia, ternyata rasio suku difusi dengan suku konveksi adalah sangat kecil. Oleh karena itu, rasio ini dapat dipandang sebagai parameter kecil dalam model dan ini menyebabkan masalah perturbasi singular. Solusi analitik untuk masalah tersebut diselesaikan melalui matched asympotic expansions. Hasilnya menunjukkan bahwa hampiran solusi asimtotik sampai dengan orde pertama sesuai dengan solusi numerik dan solusi eksak masalah nilai batas. Untuk kasus kedua, masalah yang pertama diperluas dengan mempertimbangkan kontribusi temperatur terhadap model sehingga persamaan yang diperoleh merupakan sebuah sistem persamaan konveksi-difusi. Dengan menggunakan penskalaan yang sesuai, suku laju reaksi tak linear dalam persamaan dapat dihampiri sebagai suku linear sehingga menghasilkan sistem persamaan konveksidifusi linear dan mengantarkan kembali pada masalah perturbasi singular. Dengan menggunakan suatu transformasi peubah tak bebas, masalah dapat diubah ke bentuk masalah perturbasi regular. Solusi asimtotik menunjukkan bahwa hampiran sampai dengan orde kedua adalah sesuai dengan solusi numerik dari masalah nilai batas.