PENDEKATAN TEOR
4.3. Tahapan Penelitian
4.3.1. Penentuan rancangan model pengering ERK
a. Pembuatan Model Gambit
Tahap pertama dalam simulasi CFD adalah pembuatan geometri alat pengering dengan mengunakan software Gambit 2.2.30. Di dalam program ini ditentukan domain dan kondisi batas model pengering yang meliputi ruang pengering, saluran inlet dan outlet, rak kipas dan penukar panas, lalu dilakukan pembuatan proses pembuatan grid dengan interval tertentu.
Dalam pembuatan model ini terdapat dua model pengering yaitu bangunan kotak transparan dengan bagian atap lengkung dengan inlet pada dinding depan dan outlet pada dinding datar di belakang, sedangkan model lainnya memiliki stukrtur sama dengan dinding belakang berbentuk prisma segiempat terpancung. Model pengering ini berdimensi panjang 1100 mm, lebar 860 mm, tinggi 1350 mm dan tinggi lengkung atap 200 mm, sebagaimana terdapat pada Gambar 4.
Model 1 Model 2
Gambar 4. Model pengering ERK hibrid
Keterangan :
1. Lubang inlet 4. Fan 2. Lubang outlet 5. Radiator 3. Rak
Pada model 1 terdapat 3 skenario bentuk geometri model pengering, demikian halnya dengan model 2 juga terdapat 3 skenario bentuk geometri model pengering berdasarkan posisi lubang inlet pada ketinggian 1000, 675 dan 337.5 mm dari permukaan lantai, sehingga model pengering memiliki 6 skenario bentuk geometri model pengering seperti terdapat pada Gambar 5.
1
2,4 2,4
3 4
20
Gambar 5. Skenario bentuk geometri model pengering
b. Simulasi dengan Fluent
Geometri yang sudah dibuat diekspor ke Fluent untuk analisis lebih lanjut. Program Fluent melakukan proses input data Fluent sebagai berikut :
1. Mendifinisikan
a. Model, dimana didalamnya ditentukan solver tiga dimensi, pemakaian energi, viscos model (laminer/turbulen)
b. Menentukan jenis fluida dan material penyusun bangunan pengering yang digunakan serta sifat termofisiknya.
c. Menentukan kondisi operasi (Operation Condition)
d. Memasukkan nilai-nilai kondisi batas (Boundary Condition) terhadap domain yang sudah dibuat dengan program Gambit. 2. Melakukan proses inisialisasi
3. Melakukan proses iterasi
Skenario 1 Skenario 2
Skenario 3 Skenario 4
21
4. Melihat tampilan hasil simulasi dalam bentuk Grid, Kontur (suhu, kecepatan, tekanan dan lain-lain), Vektor (suhu, kecepatan , tekanan dan lain-lain) sesuai dengan kebutuhan.
5. Mendapatkan informai data yang terkait hasil simulasi untuk keperluan validasi Plot (XY plot, Histogram, Residual).
Asumsi yang digunakan dalam simulasi pola sebaran aliran udara panas sebagai berikut:
1. Udara bergerak dalam kondisi steady state 2. Aliran udara diangap laminer
3. Udara tidak terkompresi (incompressible), ρ konstan
4. Bilangan Prandlt udara konstan (panas jenis, konduktivitas dan viskositas udara konstan.
5. Udara lingkungan dianggap konstan selama simulasi
6. Iradiasi surya didefinisikan sebagai fluks dari atap dan dinding– dinding bangunan pengering.
Hasil yang diperoleh dari simulasi dengan Fluent berupa model-model distribusi suhu dan kecepatan pada skenario 1 sampai dengan skenario 6.
c.Penentuan model optimum
Penentuan model optimum ditentukan oleh nilai rata-rata suhu tertinggi dari distribusi suhu pada skenario 1 – 6. Nilai rata-rata didapatkan dari curve-fitting bidang distribusi lapisan tengah model pengering (jarak bidang distribusi suhu terhadap sumbu z 550mm) yang disusun menjadi data tabel XY dengan nilai suhu tertentu.
Model optimum pengering hibrid yang terpilih sebagai acuan untuk divalidasikan dan distribusi kecepatan pada skenario 1-6 yang terpilih yaitu skenario yang mengikuti pada model optimum yang terpilih.
4.3..2. Pengujian dan Validasi
Pengujian dan validasi didasarkan pada model optimum pengering ERK yang diperoleh dari skenario 1-6.
22
a. Pengujian
Pengujian model pengering ERK hibrid dilakukan tanpa beban, dan parameter yang diukur meliputi : iradiasi matahari, suhu, kecepatan dan kelembaban. Pengukuran suhu dilakukan pada suhu : lingkungan, inlet, uotlet, dinding model pengering, atap dan lantai serta suhu dalam ruang pengering. Pengukuran kecepatan aliran udara dan kelembaban udara dilakukan pada : inlet, outlet dan di dalam ruang pengering. Pengukuran dilakukan pada posisi bidang XY yang memotong sumbu. kecepatan aliran udara dan kelemababn udara terhadap sumbu Z = 432.5 0mm.
1. Iradiasi Surya
Pyranometer diletakkan disamping alat pengering yang tidak terhalang sinar matahari. Pengukuran dilakukan saat alat mulai dioperasikan sampai percobaan selesai dan data keluarannya berupa tegangan (mV) yang terlihat pada multimeter. Nilai 1 mV keluaran Pyranometer setara dengan 1000/7 Watt/m2.
2. Suhu dan kecepatan aliran udara
Pengukuran suhu udara menggunakan termokopel, dan Hotwire anemometer. Pengukuran suhu dilakukan pada titik-titik suhu : lingkungan, ruang pengering, radiator, Inlet dan outlet.
Titik-titik pengukuran suhu, kecepatan aliran udara dan kelembaban udara di dalam ruang pengering menggunakan grid 10 artinya pengukuran suhu pada setiap dimensi 10 cm arah panjang X, 10 cm arah lebar Z dan 10 cm arah tinggi Y dengan menggunakan Hotwire Anemometer, sehingga terdapat 9 lapis pengukuran dan dalam satu lapis pengukuran terdapat 110 titik pengukuran, sehingga jumlah total titik pengukuran suhu, kecepatan dan kelembaban udara masing-masing terdapat 990 data.
3. Kelembaban Udara (RH Udara)
Pengukuran kelembaban udara mengunakan termometer bola basah dan kering dan kelembaban udara yang diukur meliputi kelembaban udara : lingkungan, ruang pengering dan inlet outlet.
23
Gambar 6. Letak titik pengukuran suhu, kecepatan udara dan RH
b. Validasi Simulasi
Dalam validasi simulasi model pengring terdapat 3 percobaan dengan 3 ulangan yaitu: bidang yang dianalisis percobaan 1 pada posisi Z=10, 30 dan 70 cm; bidang yang dianalisis percobaan 2 pada posisi Z=20,40 dan 70 cm; dan biodang yang dianalisis percobaan 3 pada posisi X=20,40 dan 60 cm. Bidang yang dianalisis adalah bidang distribusi suhu dan kecepatan aliran udara pada model pengering optimum.
Validasi model simulasi dilakukan dengan membandingkan nilai suhu, kecepatan dan kelembaban udara hasil perhitungan dengan hasil pengukuran pada bangunan pengering, pada grid 10 cm. Kriteria hasil validasi dianalisis dengan metode Curve-fitting, yaitu cara penentuan titik-titik suhu, kecepatan, dan kelembaban udara pada bidang simulasi ke dalam bentuk data XY dan dibuat grafik korelasi data titik-titik pengukuran CFD terhadap data titik pengukuran lapang.
Hasil validasi simulasi model pengering menggunakan CFD dapat berupa kontur distribusi suhu dan kecepatan udara. Parameter validasinya ditentukan oleh simpangan mutlaknya (APD) sebagai berikut :
Simpangan mutlak (APD)
∑
(
)
⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − = ukur hitung ukur y y y n APD 100 ……….…...(15)24