PADA OVEN SURYA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Perkembangan penelitian pemasak surya tipe box ... 6 Gambar 2. Pemantulan sinar surya pada reflektor oven surya ... 11 Gambar 3. Skema aliran energi pada oven surya ... 12 Gambar 4. Asumsi sudut datang surya pada reflektor ... 13 Gambar 5. Geometri dalam bagian oven surya ... 14 Gambar 6. Bentuk geometri reflektor; (a) Sisi atas (U1, B1, S1, T1), (b) Pojok
atas (U1a, U1b, S1a, S1b), (c) Sisi bawah (U2, B2, S2, T2), dan (d) Pojok bawah (U2a, U2b, S2a, S2b) ... 15 Gambar 7. Skema dan aliran energi dalam oven surya ... 16 Gambar 8. Penentuan node pada koordinat Cartesian 2D ... 18 Gambar 9. Penempatan node koordinat Cartesian 3D ... 19 Gambar 10. Titik pengukuran pada oven surya; (a) tampak isometri, (b)
penutup transparan, (c) dinding dalam tampak kiri, (d) dinding dalam tampak kanan, (e) dinding dalam tampak depan, (f) dinding dalam tampak belakang, dan (g) irisan tengah yang sejajar dengan tampak depan ... 25 Gambar 11. Diagram alir penelitian ………... 26 Gambar 12. Letak titik fokus oven surya ... 27 Gambar 13. Sudut pantul sinar surya tiap bagian reflektor (perspektif
horisontal pada tiap bagian reflektor) (Percobaan 13 April 2007) .. 28 Gambar 14. Letak titik pengukuran suhu pada ruang oven ... 28 Gambar 15. Distribusi suhu pada dinding berdasarkan titik pengukuran suhu .. 29 Gambar 16. Distribusi suhu pada potongan tengah horisontal berdasarkan titik
pengukuran suhu ... 29 Gambar 17. Distribusi suhu pada potongan tengah vertikal berdasarkan titik
pengukuran suhu ………. 30 Gambar 18. Distribusi suhu pada potongan tengah vertikal berdasarkan titik
pengukuran suhu ... 30 Gambar 19. Perubahan suhu air dan iradiasi surya ... 31 Gambar 20. Perubahan suhu air pada beberapa nilai concentration ratio ... 32 Gambar 21. Perubahan suhu air pada beberapa nilai concentration ratio
dengan suhu maksimum 100oC ... 32 Gambar 22. Perubahan suhu air pada beberapa nilai C dengan rata-rata iradiasi
surya 335.6 W/m2 ... 33 Gambar 23. Perubahan suhu node ruang oven (tanpa reflektor) pada iradiasi
konstan artificial solar irradiation sebesar 928.57 W/m2 ... 34 Gambar 24. Perubahan suhu node ruang oven (dengan reflektor) pada iradiasi
konstan artificial solar irradiation sebesar 928.57 W/m2 ... 34 Gambar 25. Distribusi suhu udara pada lantai ruang oven ... 35 Gambar 26. Pendugaan perubahan suhu dalam ruang oven dengan pemanasan
konstan pada kondisi kuasi steady state ... 35 Gambar 27. Bentuk mesh untuk pengukuran suhu pada ruang oven; (a) tampak
atas, (b) tampak isometri, (c) tampak bawah, dan (d) tampak samping ... 36 Gambar 28. Proses iterasi dengan metode finite volume dengan algoritma
SIMPLE pada ruang oven surya ... 38 Gambar 29. Distribusi suhu udara pada ruang oven; (a) seluruh bagian ruang
oven, (b) dinding dan lantai, (c) garis potong sumbu x dan y, dan (d) bagian transparan ... 38 Gambar 30. Distribusi suhu udara pada ruang oven; (a) seluruh bagian ruang
oven, (b) dinding dan lantai, (c) garis potong sumbu x dan y, dan (d) bagian transparan ... 39 Gambar 31. Perubahan suhu pada titik pengukuran oven surya pada kondisi
unsteady state ... 40
Gambar 32. Pendugaan perubahan suhu ruang oven To pada kondisi unsteady
State ………. 40
Gambar 33. Pendugaan perubahan To sepanjang waktu pada kondisi unsteady
State ………. 41
Gambar 34. Validasi model lump pada kondisi kuasi steady state ... 42 Gambar 35. Validasi model lump pada kondisi unsteady state ……….. 42
v
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Oven surya ... 48 Lampiran 2. Desain oven surya ………... 49 Lampiran 3. Posisi bagian reflektor (2D; dua dimensi) ... 51
Lampiran 4. Penentuan luasan relektor karena pengaruh posisi matahari ... 52
Lampiran 5. Koefisien pindah panas konveksi (h) antara dinding dalam oven dengan ruang oven ... 60 Lampiran 6. Sifat fluida dan padatan ... 62 Lampiran 7. Variabel masukan pada CFD ... 63
DAFTAR SIMBOL
A. LATIN
Simbol Keterangan Satuan
C Concentration ratio tak berdimensi
A luas Permukaan m2
U koefisien pindah panas keseluruhan W/m2K
h koefisien pindah panas konveksi W/m2K
Cp panas jenis kJ/kgK
I iradiasi surya kW/m2
T suhu oC
m massa kg
t waktu detik
x, y, z arah pada koordinat cartesian tak berdimensi
u aliran dalam sumbu x tak berdimensi
v aliran dalam sumbu y tak berdimensi
w aliran dalam sumbu z tak berdimensi
Z konstanta tak berdimensi
B. YUNANI
Simbol Keterangan Satuan
ρ reflektivitas tak berdimensi
Θ arah jatuh sinar surya o
α absorbsivitas tak berdimensi
τ transmisivitas tak berdimensi
C. SUBSKRIP
Simbol Keterangan Simbol Keterangan
u utensil 1, 2,..., 7 urutan dalam konstanta Z
ut utensil atas i urutan ke ... (anggota bilangan asli)
us utensil samping d dinding
o ruang oven t penutup transparan
a lingkungan
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Biro Pusat Statistik (2000) di dalam Suharta (2004) menjelaskan bahwa kebutuhan bahan bakar untuk memasak di Indonesia sebagai berikut: kayu bakar (52.54%), minyak tanah (38.23%), gas/LPG (7.53%), listrik (1.38%), batubara (0.34%), dan lainnya (0.15%). Penggunaan bahan bakar berupa kayu yang cukup tinggi, dikhawatirkan akan mengganggu kelestarian lingkungan akibat berkurangnya areal kayu (hijauan), juga adanya asap yang ditimbulkan. Penggunaan bahan bakar lainnya, seperti minyak tanah, gas/LPG, listrik, cukup tinggi harganya. Meskipun batubara secara ekonomis masih murah, bahan bakar ini juga menimbulkan asap yang cukup tinggi.
Diketahui pula bahwa potensi minyak di Indonesia sudah menipis. Indonesia pada akhir tahun 2005 telah menjadi negara berstatus "net oil importer country". Sedangkan, penggunaan sumber-sumber energi untuk memasak selain kayu bakar dan minyak relatif sedikit. Mengingat tingginya energi yang dibutuhkan dalam proses ini dan semakin terbatasnya bahan bakar minyak serta upaya kelestarian lingkungan yang giat dilakukan akhir-akhir ini, maka usaha diversifikasi energi yang ekonomis dan ramah lingkungan untuk memasak perlu terus diteliti dan dikembangkan.
Indonesia yang akan memasuki era industrialisasi jelas akan memerlukan tambahan energi dalam jumlah yang relatif besar dan hal ini sudah barang tentu akan berdampak pula terhadap lingkungan. Selain itu, diversifikasi energi merupakan salah satu jawaban untuk mencukupi kebutuhan energi yang terus meningkat, akan tetapi masalah penyelamatan lingkungan juga harus diperhatikan. Dengan adanya perubahan eksternal yang terjadi saat ini, yaitu standar perlindungan lingkungan yang semakin tinggi, persaingan dalam perolehan
Certified Emission Reduction (CER) melalui projek CDM, dan masalah-masalah pencemaran green house gasses yang melewati batas negara. Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (2003) menjelaskan bahwa adanya perubahan lingkungan strategis di tingkat nasional, regional, dan global, seperti pemberian kewenangan yang lebih besar kepada daerah, diberlakukannya AFTA 2003,
APEC 2020, dan Protokol Kyoto, tentunya akan mempengaruhi paradigma penyediaan dan pemanfaatan energi pada masa kini dan akan datang.
Salah satu alternatif diversifikasi energi untuk mengatasi masalah tersebut adalah energi surya. Sumber energi terbarukan ini mempunyai keuntungan, yaitu ramah lingkungan dan ketersediaannya melimpah. Juga, sebagai negara tropis Indonesia mempunyai potensi energi surya cukup melimpah dengan radiasi harian matahari rata-rata 4.8-5.2 kWh/m2 (Departemen ESDM RI, 2003). Namun demikian, energi ini mempunyai kelemahan, yaitu sifatnya yang tidak kontinyu dan intensitasnya yang bervariasi menurut lokasi (letak lintang) dan waktu.
Pemanfaatan energi surya untuk memasak telah dilakukan di beberapa negara dalam beberapa tipe (Kundapur, 1999). Di Indonesia, penelitian dan pengembangan pemasak surya telah dilakukan oleh Minto (1999) berupa pemasak surya tipe konsentrator, Ropiudin (2001) melakukan analisis energi pada oven surya, dan Suharta (2004) melakukan penelitian terhadap pemasak surya tipe box reflektor tunggal untuk memasak beberapa jenis makanan di beberapa wilayah di Indonesia. Hal ini mengindikasikan bahwa energi surya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi yang baik untuk memasak di Indonesia.
Selain itu, Suharta (2004) membuat model analitik dari regresi data yang diperoleh. Model analitik tidak dapat digunakan untuk menduga suhu ruang oven. Kelemahan model yang dibuat terlihat apabila iradiasi surya bernilai nol maka suhu ruang oven akan bernilai negatif. Hal ini tidak sesuai dengan kaidah Hukun I Termodinamika, apabila iradiasi surya bernilai nol (artinya tidak ada masukan energi), maka suhu ruang oven akan sama dengan suhu lingkungan. Melihat kondisi tersebut, perlu dilakukan perbaikan menggunakan model matematika berdasarkan keseimbangan energi pada ruang oven.
Penggunaan energi surya sebagai sumber energi untuk memasak perlu dimanfaatkan. Dengan demikian diperlukan oven surya yang optimal dengan penyebaran suhu yang seragam pada bagian ruang pemasakan. Sehingga proses pemasakan dapat berlangsung dengan baik. Untuk itu akan dibuat pemodelan sistem termal dari oven surya dan mensimulasikan fenomena fisis yang terjadi dengan pendekatan finite volume menggunakan teknik Computational Fluid
3
Dynamics (CFD). Pemodelan dan simulasi yang dilakukan dapat dijadikan dasar untuk mendapatkan disain yang optimal.
Penggunaan teknik CFD berkembang seiring dengan perkembangan komputer yang memerlukan kecepatan dan memori tinggi. Fletcher (1991) menjelaskan bahwa CFD merupakan cabang dari dinamika fluida yang menyediakan biaya yang murah untuk simulasi aliran riil. Selain itu, juga menawarkan pengujian teoritis untuk kondisi-kondisi yang tak tersedia secara eksperimen. CFD juga menyediakan kenyamanan dalam mengeliminir kondisi- kondisi spesifik pada pembuatan persamaan atur.
Tujuan penelitian ini adalah: (1) untuk mendapatkan model matematika guna menduga perubahan suhu pada oven surya, (2) untuk menduga pola aliran dan distribusi suhu pada oven surya dengan pendekatan finite volume
menggunakan teknik Computational Fluid Dynamics (CFD), dan (3) untuk mendapatkan disain yang efisien berdasarkan pola aliran dan distribusi suhu yang seragam pada oven surya.
Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: (1) untuk mendapatkan model matematika pada oven surya sebagai dasar dalam mendisain skala lapangan, (2) untuk mengetahui pola aliran fluida dan distribusi suhu pada oven surya, dan (3) untuk mendapatkan rancangan disain yang efisien berdasarkan pola aliran dan distribusi suhu yang seragam pada oven surya.
TINJAUAN PUSTAKA
Sumber dan Kebutuhan Energi untuk Memasak
Berdasarkan data dari BPS (2000) di dalam Suharta (2004) dijelaskan bahwa kebanyakan penduduk pedesaan berpenghasilan rendah menggunakan kayu bakar untuk memasak yang dikumpulkan di sekitar tempat tinggalnya. Jumlah penduduk desa di Indonesia sekitar 51.203 juta dan 52.54%-nya menggunakan kayu bakar untuk memasak.
Pada tahun 1998, jumlah penduduk miskin mencapai 80 juta (39.6%) diakibatkan karena penurunan pendapatan selama krisis moneter tahun 1997 (Muluck, 1998 di dalam Suharta, 2004). Ditambahkan oleh Suharta, et al. (1997) bahwa 27.9 juta penduduk Indonesia menggunakan kayu bakar untuk memasak. Sebagian besar penduduk desa menggunakan kayu bakar yang dikumpulkan dari alam sekitar tanpa membeli. Jika tiap keluarga memasak dua kali sehari dan minimal membutuhkan 1 kg kayu bakar tiap kali memasak, maka jumlah kebutuhan kayu bakar per tahun dapat mencapai 20.37 milyar kg. Jika satu pohon muda berumur 4 tahun menghasilkan 500 kg kayu kering, maka untuk memenuhi kebutuhan energi untuk memasak dibutuhkan 40.74 juta pohon muda yang harus ditebang tiap tahunnya. Kamaruddin (1998) menambahkan bahwa kebutuhan energi biomassa untuk memasak pada tahun 1998 sebesar 232 MBOE atau sebesar 40% konsumsi total nasional.
Tipe Pemasak Surya
Kundapur (1999) mengklasifikasikan pemasak surya dalam beberapa tipe: (1) tipe kimia, (2) tipe konsentator, (3) tipe tidak langsung, (4) tipe lipat, dan (5) tipe box. Tiap tipe memiliki ciri khasnya sendiri. Tipe kimia memiliki biaya pembuatan yang cukup mahal dan diperlukan kondisi tertentu untuk keamanan makanan. Karena kerumitan dan pertimbangan biaya, tipe ini jarang digunakan. Tipe konsentrator memberikan suhu paling tinggi dari semua jenis pemasak surya. Kelemahannya letak pemasak di atas konsentrator, sehingga menyulitkan proses pemasakan. Pada tipe ini kolektor surya diletakkan di tempat terbuka sedangkan tempat masak ditempatkan pada bagian tertutup, seperti diletakkan di dalam suatu
5
bangunan. Energi dipindahkan menggunakan fluida. Tipe box memiliki prinsip kerja sebagai berikut, energi surya dikonsentrasikan ke dalam sebuah kotak (box) yang diletakkan di bawah reflektor yang memungkinkan semua sinar matahari yang mengenai reflektor dipantulkan ke dalam box.
Pemasak surya tipe box dibagi dalam dua bagian, yaitu: tanpa reflektor dan dengan reflektor (berjumlah satu atau delapan; mengelilingi box pada bagian atas) yang berfungsi untuk meningkatkan fluks panas. Seringkali reflektor berfungsi sebagai penutup luar. Menurut Nahar (1992), oven surya memiliki reflektor yang mengelilingi ruang oven pada bagian atasnya. Oven surya memiliki nilai rasio konsentrasi (concentration ratio) tertentu.
Walton, et al. (1977) menjelaskan bahwa tipe box tanpa reflektor pertama kali diperkenalkan oleh Saussure (1740-1799). Ruang masak diinsulasi dengan kaca pada bagian atas sehingga radiasi surya dapat tembus dan memanaskan ruang pemasak. Meinel dan Meinel (1977) melaporkan bahwa pemasak surya tipe box yang dikubur pada pasir dan diberi penutup ganda berupa kaca dapat mencapai suhu yang cukup stabil sekitar 116oC. Vaughan (1979) membuat pemasak tipe box dengan meletakkan box logam di bawah tanah. Kundapur (1999) menguji pemasak surya tipe box yang terbuat dari lumpur di atas tanah. Dan tambahkan panci alumunium sebagai tempat masak. Ratnaswamy, et al. (1988) mendisain box persegi menggunakan kaca. Lem silikon digunakan untuk membuat konstruksi pemasak surya. Suhu dalam box dapat mencapai 110oC. Muzumdar (1980) menggunakan karton berkerut untuk box bagian dalam seperti halnya kotak bagian luar. Sharm dan Phillip (1992) menggunakan kardus untuk pemasak tipe box dan menumpuk kertas bekas untuk insulasi. Ropiudin (2001) melakukan analisis kinerja oven surya. Dengan nisbah geometri sebesar 7.9 mampu memanaskan suhu ruang oven sebesar 146.3oC pada kondisi oven surya diam dan 158.0oC pada kondisi oven surya diputar mengikuti arah matahari.
Nandwani (1996) menjelaskan kelemahan dan kelebihan pemasak surya sebagai berikut, yaitu kelemahan: (1) kesediaan iradiasi surya yang tidak teratur, (2) energi yang digunakan tidak dapat diangkut dan disimpan, (3) pada latitude yang tinggi tidak nyaman, (4) kebiasaan dalam memasak/makan, dan (5) waktu
pemasakan lama. Kelebihan: (1) energi yang tersedia berlimpah, (2) mencegah kerusakan hutan, polusi udara, dan menghemat penggunaan energi konvensional.
Perkembangan Penelitian Pemasak Surya
Penelitian mengenai pemasak surya telah dilakukan oleh sejak dulu. Referensi pertama, menyebutkan bahwa penelitian pemasak surya dimulai oleh Nicholas-de-saussure (1740-1799). Penelitian mengenai pemasak surya tipe box dan kajian-kajian yang berkenaan dengan aspek pemasak surya semakin giat dilakukan.
Gambar 1. Perkembangan penelitian pemasak surya tipe box
Kegiatan penelitian pemasak surya tipe box telah dilakukan beberapa peneliti, yaitu: Adel, et al. (1986) melakukan pendugaan terhadap performansi pemasak surya dan membandingkannya dengan pemasakan dalam bara api. Shrestha (1987) melakukan modifikasi terhadap pemasak surya tipe box. Nahar (1988) menguji pemanas air tenaga surya untuk dijadikan pemasak surya. Nandwani (1988) melakukan percobaan terhadap pemasak surya tipe box sederhana. Kammen (1990) melakukan studi perbandingan terhadap pemasak surya tipe box di Nicaragua. Pejack (1991) membuat model matematika untuk mengetahui performansi pemasak surya tipe box. Al-Saad dan Jubran (1991) menguji performansi pemasak surya berbiaya murah yang terbuat dari tanah liat. Nahar (1992) melakukan studi performansi terhadap pemasak surya tipe box berukuran besar. Balzar, et al. (1996) melakukan penelitian pemasak surya menggunakan kolektor pipa vakum yang diintegrasikan dengan pipa panas. Nark dan Tidrkmen (1996) membuat pemodelan pada pemasak tipe box. Hararsingh
1986 1986 1799 1799 1987 1 987 98811988 19891989 19901990 19911991 19929921 19933199 19941994 19951995 19961996 99719971 19981998 19991999 20002000 20012001 20022002 20032003 200 4 2004 202005 05 2006 2006 20072007 1984 1984 18851885 19861986 1799 1799 1987 1 987 98811988 19891989 19901990 19911991 19929921 19933199 19941994 19951995 19961996 99719971 19981998 19991999 20002000 20012001 20022002 20032003 200 4 2004 202005 05 2006 2006 20072007 1984 1984 18851885
7
dan Dgom (1996) melakukan penelitian mengenai konveksi alami pada pemasak surya plat datar dengan penyimpanan panas singkat. Hussain dan Khan (1996) melakukan studi terhadap pemasak surya berbiaya murah dengan celah datar pada bidang miring. Nahar, et al. (1996) membuat pemasak surya tipe box untuk makanan ternak dan melakukan modifikasi terhadap model yang telah dibuat sebelumnya. Kumar, et al. (1996) melakukan analisis kelayakan pemasak surya tipe box di India. Mullick, et al. (1996) melakukan uji performansi pemasak surya tipe box yang direpresentasikan dengan dua variabel, yaitu F1 dan F2. Nandwani
(1996) menjelaskan bahwa pemasak surya merupakan teknologi berbiaya rendah tetapi memiliki keuntungan yang tinggi terhadap ekologi. El-Sebaii dan Aboul- Enein (1997) membuat pemasak surya tipe box dengan sebuah reflektor. El-Sebaii (1997) membuat pemasak surya tipe box dengan reflektor luar dan di dalam ruang pemasak. Buddhi dan Sahoo (1997) melakukan disain dan percobaan terhadap pemasak surya dengan penyimpan panas laten. Carmody dan Sarkar (1997) menganalisis peran pemasak surya terhadap strategi energi yang berkelanjutan secara desentralisasi di Sub-Saharan, Afrika. Beaumont, et al. (1997) melakukan disain dan pengujian terhadap pemasak surya ultra murah di Tanzania. Hussain, et al. (1997) menguji performansi pemasak surya tipe box dengan adanya pemanas tambahan. Mullick (1997) meneliti faktor kehilangan panas tertinggi pada kaca penutup ganda pemasak surya tipe box. Suharta (1998) melakukan pengembangan dan uji lapangan disain pemasak surya tipe box di beberapa wilayah di Indonesia. Mohamad, et al. (1998) membuat disain dan uji lapangan terhadap pemasak surya tipe box untuk wilayah Afrika. Ramadan (1998) membuat pengembangan model pemasak surya indoor yang murah di Tanta. Fundk dan Larson (1998) membuat model parametrik untuk performansi pemasak surya. Gaur, et al. (1999) melakukan studi performansi pemasak surya dengan modifikasi pada alat masaknya. Suharta, et al. (1999) melakukan survey terhadap penerimaan pemasak surya di Indonesia. Chaudhuri (1999) melakukan estimasi pada energi listrik yang digunakan untuk mendukung pemasak surya tipe box. Ali (2000) mendisain dan menguji pemasak surya tipe box di Sudan. Ahmad (2000) melakukan kajian terhadap dampak pemasak surya bagi pengguna dan bukan pengguna di wilayah perkotaan di India. Sharma, et al. (2000) melakukan disain, pengembangan, dan
evaluasi terhadap unit penyimpan panas laten untuk pemasakan sore hari pada pemasak surya. Algifri dan AL-Towaie (2001) melakukan kajian mengenai dampak orientasi efisiensi pada pemasak surya pengaruhnya terhadap kinerja. Suharta (2001) melakukan perbandingan terhadap tiga jenis disain pemasak surya tipe box. Nahar (2001) melakukan disain, pengembangan, dan pengujian terhadap pemasak surya tipe box reflektor ganda dengan bahan insulasi transparan. Narasimharao dan Subramanyam (2003) melakukan penelitian pada alat masak yang mudah dibawa bepergian. Buddhia, et al. (2003) melakukan evaluasi terhadap performansi termal pada unit penyimpan panas laten untuk pemasakan sore hari pada pemasak surya tipe box tiga reflektor. Nahar (2003) menghitung performansi dan menguji pemasak surya tipe box. Ekechukwu dan Ugwuoke (2003) membuat disain dan menguji performansi reflektor datar pada pemasak surya tipe box. Kumar (2004) melakukan penentuan koefisien pindah panas konveksi (h) pada oven surya tanpa reflektor dengan penutup transparan ganda dan juga mencari faktor kehilangan panas overall (U) pada oven surya. Variabel ini merupakan memberikan kontribusi yang cukup besar terhadap kehilangan panas pada oven surya. El-Sebaii dan Ibrahim (2005) melakukan percobaan pada pemasak surya tipe box menggunakan prosedur standar “Cooking Power”. Negia dan Purohit (2005) melakukan pengujian terhadap pemasak surya tipe box dengan penggerak konsentrator “non-tracking”. Kumar (2005) melakukan estimasi parameter disain terhadap performasi termal pemasak surya tipe box. Nandwani (2006) menjelaskan tentang penggunaan energi surya di Costa Rica, diantaranya untuk memasak. Nandwani (2007) melakukan disain, konstruksi, dan studi terhadap unit pemasak surya hibrid pada kondisi iklim di Costa Rica. Disain terbaik ditunjukkan dengan adanya solar tracker dan juga hibrid dengan energi listrik.
Pemodelan Sistem Termal
Pemodelan sistem termal merupakan penyederhanaan secara matematik dari sistem termal yang terjadi pada suatu sistem. Secara umum biasanya disebut dengan model matematik. Chapra (2005) menjelaskan bahwa model matematik
9
secara luas dapat didefinisikan sebagai perumusan atau persamaan yang mengekspresikan feature khusus dari sistem atau proses fisik.
Ditambahkan oleh Suryanarayana dan Arici (2004) untuk keberhasilan pemodelan diperlukan persamaan geometri, persamaan kinematika (rasio dari kecepatan dan percepatan antara item dan model), dan persamaan yang relevan tanpa variabel.
Ropiudin, et al. (2005 dan 2006) mengembangkan model matematik dengan pendekatan sistem lump pada oven surya pada kondisi kuasi steady state dan
unsteady state. Model dibuat untuk menduga suhu ruang oven surya bila nilai iradiasi surya dan suhu lingkungan diketahui. Model matematik yang dihasilkan berbentuk linear pada kondisi kuasi steady state. Model yang dibuat cukup baik, dimana bila iradiasi surya nol, maka suhu ruang oven sama dengan suhu lingkungan. Hal ini sesuai dengan kaidah Hukum Termodinamika II.
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah suatu teknik analisa dari suatu sistem meliputi aliran fluida, perpindahan panas, dan fenomena yang terlibat di dalamnya, seperti reaksi kimia dengan bantuan komputer berdasarkan simulasi (Versteeg dan Malalasekera, 1995). CFD telah dikenal sejak tahun 1960-an untuk mendisain mesin jet dan aircraft. Perkembangan selanjutnya, teknik ini digunakan untuk mendisain mesin pembakaran internal, tabung pembakaran dalam turbin gas dan tungku, kendaraan bermotor, dan aliran udara yang menyelimuti casing
mobil.
CFD terdiri atas tiga komponen utama, yaitu: pre-processor, solver, dan
post-processor. Pre-processor berupa input yang harus diberikan berupa bentuk geometri, pembentukan grid (mesh), penentuan sifat termofisik, dan kondisi batas.
Solver adalah pemecahan model aliran fluida (model persamaan konservasi
massa, momentum, dan energi). Pemecahan model aliran fluida ini menggunakan metode numerik; finite difference, finite element, dan finite volume. Post- processor meliputi pengolahan hasil visualisasi dari solver berupa penampilan kecepatan dan suhu fluida dalam 2 dimensi atau 3 dimensi dalam bentuk vektor, kontur, dan bayangan dengan warna tertentu (Versteeg dan Malalasekera, 1995).
Nicolai, et al. (2001) menjelaskan bahwa pemecahan persamaan matematik dalam CFD ini menggunakan metode finite volume. Sistem pada persamaan keseimbangan dituliskan dalam koordinat bebas dan terintegrasi dalam pembatasan volume V dengan permukaan A.
PENDEKATAN TEORITIS
Prinsip Kerja Oven Surya
Prinsip kerja oven surya sebagai berikut: Iradiasi surya akan masuk ke dalam ruang oven dengan dua cara, yaitu secara langsung atau dipantulkan melalui reflektor yang mengelilingi bagian atas ruang oven. Iradiasi surya akan masuk ke dalam ruang oven setelah melewati penutup transparan ruang oven. Iradiasi akan diserap oleh makanan yang dimasak, dinding, dan lantai oven. Energi yang diserap oleh dinding dan lantai oven selanjutnya dipindahkan ke ruang oven atau ke bahan pangan dengan cara konveksi ataupun radiasi. Beberapa energi termal akan keluar melalui dinding, lantai, dan penutup transparan. Energi yang hilang terbesar pada penutup transparan, selain terdapat lubang untuk pengeluaran uap juga ketebalannya penutup transparan sangat tipis.
Secara skematis, aliran energi pada oven surya sebagai berikut:
13
Fokus Oven Surya Berdasarkan Pendekatan Geometri
Ropiudin (2001) membuat persamaan geometri untuk menentukan arah jatuhnya sinar surya. Persamaan tersebut berfungsi untuk menetapkan titik fokus guna menempatkan lokasi alat masak berada. Selisih antara sudut datang
