Perpindahan Panas Radiasi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perpindahan Panas

2.1.3 Perpindahan Panas Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah panas yang dipindahkan dengan cara memancarkan gelombang elektromagnetik. Laju perpindahan panas radiasi dapat ditulis sebagai berikut:

𝑞_{𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖}= 𝛿. 𝜏. 𝐴(∆𝑇)⁴ ... (2.6) Dimana :

𝑞_{𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖} = Laju perpindahan panas radiasi 𝛿 = Emisivitas (untuk benda hitam ; 1)

𝜏 = Konstanta Stefan Boltzman (5,57 x 10⁸ W/m².K)

Gambar 2.5. Skema Perpindahan Panas Radiasi 2.2 CFD (Computational Fluid Dynamics)

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah suatu cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode numerik untuk dapat menyelesaikan dan menganalisa elemen-elemen yang akan disimulasikan. Dalam aplikasinya, aliran fluida baik cari maupun gas adalah suatu zat yang sangat lazim dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya pengkondisian udara bagi bangunan dan mobil, pembakaran pada motor bakar, aliran kompleks pada alat penukar kalor, reaktor kimia, dan lain-lain. Prinsip kerja pada CFD adalah model yang akan kita simulasikan berisi fluida akan dibagi menjadi beberapa bagian atau elemen. Elemen-elemen yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol perhitungan yang akan dilakukan oleh software selanjutnya elemen diberi batasan doman dan boundary condition.

Prinsip ini lah yang banyak digunakan pada proses perhitungan dengan menggunakan bantuan komputasi^. [6]

Secara umum CFD terdiri dari dua kata yaitu sebagai berikut :

• Computational : segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metode numerik atau komputasi

• Fluid Dinamyc : dinamika dari segala sesuatu yang mengalir Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk dapat mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat yang mengalir.

Maka secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya

dengan cara menyelesaikan persamaan-persamaan matematika (model matematika). Pengembangan sebuah perangkan lunak (software) CFD mampu memberikan kekuatan untuk mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, dan struktur. Dengan menggunakan software ini, kita dapat membuat virtual prototype dari sebuah sistem yang ingin kita analisan dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan.

Sejarah CFD berawal pada tahun 60-an dan terkenal pada tahun70-an. Awal pemakaian konsep CFD hanya digunakan untuk aliran fluida dan reaksi kimia, namun seiring dengan perkembangannya industri ditahun 90-an membuat CFD makin dibutuhkan daripada berbagai aplikasi lainnya. Contohnya sekarang ini banyak sekali paket-paket software CAD yang menyertakan konsep pemakaian konsep CFD yang dapat dipakai untuk menganalisa stress dan analisa aliran fluida yang terjadi pada desain yang dibuat. [6]

2.2.1 Penggunaan CFD

Dalam aplikasinya, CFD dapat digunakan untuk :

1. Insinyur, khususnya dalam hal teknik refrigerasi dan pengkondisian udara untuk mendesain tempat atau ruangan sesuai dengan kebutuhan seperti refrigerator, air-conditioner, termal strorage, dan lain sebagainya.

2. Arsitek untuk mendesain ruang atau lingkungan yang nyaman.

3. Desainer kendaraan untuk meningkatkan tingkat aerodinamiknya.

4. Analisis kimia untuk memaksimalkan hasil dari reaksi kimia dalam peralatan.

5. Bidang kedokteran untuk menganalisa aliran darah dalam arterial (computational hemodynamics).

6. Bidang petrokimia untuk strategi optimal dari oil recovery.

7. Bidang militer untuk mengembangkan senjata dan mengestimasi seberapa besar kerusakan yang diakibatkannya.

8. Analisis failure untuk mencari sumber-sumber kegagalan pada suatu sistem pembakaran atau aliran uap panas misalnya.

2.2.2 Manfaat CFD

Ditinjau dari segi manfaat terdapat tiga hal yang merupakan alasan kuat kenapa harus menggunakan CFD, yaitu : insight, foresight, dan efficiency [15]

1. Pemahaman Mendalam (Insight)

Apabila dalam mendesain sebuah sistem atau alat yang sulit untuk dibuat prototypenya-nya atau sulit untuk dilakukan pengujian, CFD memungkinkan untuk digunakan secara virtual ke dalam alat/sistem yang dapat disaksikan melalui CFD yang belum tentu dapat dilihat dengan cara lainnya.

2. Prediksi Menyeluruh (Foresight)

Dikarenakan CFD adalah suatu perangkat lunak yang digunakan untuk memprediksi apa yang terjadi pada alat/sistem yang didesain dengan satu atau lebih kondisi batas, maka dapat ditentukan desain yang optimal.

3. Efisiensi Waktu dan Biaya (Efficiency)

Foresight yang diperoleh dari CFD dapat membantu untuk mendesain lebih cepat dan lebih hemat biaya. Analisis atau simulasi CFD akan mempersingkat waktu riset dan desain sehingga juga akan mempercepat produk untuk sampai ke pasaran.

2.2.3 Proses Simulasi CFD

Pada umumnya terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan ketika melakukan simulasi pada solver CFD, yaitu sebagai berikut[7] :

1. Preprocessing

Hal ini merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model pada CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang sesuai, kemudia menerapkan kondisi batas dan sifat-sifatnya.

2. Solving

Program inti pencari solusi CFD atau solvers menghitung kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing.

3. Postprocessing

Ini adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterprestasi data hasil CFD yang biasa berupa kurva, gambar, dan animasi

Beberapa prosedur yang digunakan pada semua pendekatan program CFD, adalah sebagai berikut [7] :

• Pembuatan geometri dari model

• Bidang atau volume yang diisi fluida dibagi menjadi sel-sel kecil (meshing)

• Pendefinisian model fisiknya, misalnya : persamaan-persamaan gerak + entalpi + konversi zat-zat yang kita defenisikan

• Pendefinisian kondisi-kondisis batas, termasuk di dalamnya sifat-sifat dan perilaku dari batas-batas model atau problem

• Persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara iteratif

• Analisis dan visualisasi dari solusi CFD

2.2.4 Metode Diskritisasi CFD

Secara metematis, CFD mengganti persamaan-persamaan differensial parsial dari kontinuitas, momentunm dan energi dengan persamaan-persamaan aljarbar linear. CFD merupakan pendekatan dari persoalan yang asalnya kontinum (memiliki jumlah sel tak terhingga) menjadi model yang diskrit (jumlah sel terhingga). [6]

Perhitungan atau komputasi aljabar untuk memecahkan persamaan-persamaan diferensial parsial ini ada beberapa metode (metode diskritisasi), diantaranya adalah :

• Metode beda hingga (finite difference method)

• Metode elemen hingga (finite element method)

• Metode volume hingga (finite volume method)

• Metode elemen batas (boundary element method)

• Metode skema resolusi tinggi (high resolution scheme method)

Metode diskritisasi yang dipilah umumnya menentukan kestabilan dari program numerik/CFD yang dibuat program software yang ada. Oleh karena itu diperlukan kehati-hatian dalam cara mendiskritkan model khususnya cara mengatasu bagian yang kosong atau diskontinu.

2.3 Persamaan Pembentuk Aliran (Governing Equation)

Dasar dari persamaan pembentuk aliran fluida dan perpindahan panas dikembangkan dengan tiga hukum konsevasi fisika yaitu hukum kekekalan massa, hukum konservasi dari momentum, dan hukum kekekalan energi.

2.3.1 Hukum Kekekalan Massa

Tinjaulah sebuah elemen fluida yang cukup kecil untuk dua dimensi dengan simbol ∂x dan ∂y seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6 dimana konsep utamanya adalah laju kenaikan massa dalam volume yang terkontrol adalah sama dengan total laju aliran massa melalui sisi masuk dan keluar dari sistem tersebut. [8]

^∂M

∂t

= ∑ 𝑚̇ − ∑

_{𝑖𝑛 𝑜𝑢𝑡}

𝑚̇

... (2.7) Maka secara umum rumus kekekalan massa 3 dimensi setelah diturunkan dapat ditulis dengan : Kemudian persamaan didefinisikan menjadi :

𝐷( )

Gambar 2.6. Elemen Konservasi Massa Fluida Pada Bidang 3 Dimensi

2.3.2 Hukum Kekekalan Momentum

Hukum ini juga dikenal sebagi hukum kedua Newton. Hukum tersebut mengatakan besar gaya resultan sebanding lurus dengan percepatan dan berbanding terbalik dengan massa. Elemen kecil dari fluida pada kasus dua dimensi dengan dimensi δx dan δy pada gaya dalam arah sumbu x dan sumbu y yang hanya dipertimbangkan. Pada gambar tersebut hanya gaya pada arah sumbu x yang disajikan. Gaya yang terjadi pada permukaan adalah tekanan, tegangan normal dan distribusi tegangan. Pusat gaya ditulis dengan lambang f, didefinisikan menjadi unit massa pada bagian tengah dari elemen fluida. Pada kasus sebenarnya didefinisikan sebagai gravitasi, elektrikal, dan gaya magnetik. [8]

Hukum kedua Newton dalam arah x dapat ditulis sebagai :

∑ 𝐹_𝑥 = 𝑚. 𝑎_𝑥 ... (2.10) Maka secara umum hukum kekalan momentum arah sumbu-x 3 dimensi dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut ini :

𝑝 ^𝐷𝑢

𝐷𝑡 =^∂p

∂x+ ^{∂𝜎𝑥𝑥}

∂x + ^{∂𝜏𝑦𝑥}

∂y + ^{∂𝜏𝑧𝑥}

∂z + 𝜌𝑓_𝑥 ... (2.11a)

Gambar 2.7. Sebuah Momentum Elemen Fluida Konservasi Dalam Kasus Tiga Dimensi

Dengan menggunakan cara turunan yang sama, persamaan-persamaan

2.3.3 Hukum Kekekalan Energi

Pada bagian ini, prinsip fisik ketiga yaitu konservasi energy diterapkan.

Prinsip ini mengatakan perubahan tingkat energi di dalam (Ė) sebuah elemen yang sama dengan jumlah dari fluks panas (Q) ke elemen dan usaha Ẇ yang dilakukan pada elemen oleh gaya benda dan permukaan[8]. Hukum ini dapat ditulis sebagai

Ė = Q + Ẇ

Hasil usaha yang dilakukan pada elemen oleh gaya benda dan permukaan pertamaakan dievaluasi. Pertimbangkan elemen kecil cairan seperti gaya yang dipertimbangkan di sini adalah kekuatan akibat medan tekanan, karena tekanan normal dan tekanan geser, dan karenakan gaya pada benda. Sebagai catatan tingkat kerja yang dilakukan pada elemen adalah gaya dikalikan dengan kecepatan. Dengan demikian, semua gaya harus dipertimbangkan disini. Namun, sangat diharuskan jika semua gaya ditarik dalam konteks elemen yang sama.

Dalam rangka untuk membuatnya sederhana, hanya gaya disumbu x yang ditunjukkan pada Gambar 2.8 Gaya ini akan dievaluasi terlebih dahulu dan dengan cara yang sama akan digunakan untuk mengevaluasi usaha oleh gaya disumbu y dan z. [8]

Gambar 2.8. Usaha yang Dihasilkan oleh Gaya pada Sumbu x[9]

Menggunakan definisi tersebut, usaha yang dilakukan oleh gaya di sumbu x dihitung dengan persamaan berikut :

𝑊̇𝑥= ∑𝑢𝐹_𝑥 ... (2.12) Substitusikan semua gaya yang di tunjukkan pada Gambar 2.7 yaitu : Pemecahan persamaan ini dan menghasilkan δV=δxδyδz

𝑊̇_𝑥 = [−^∂(up)

∂z + ^{∂(u𝜎𝑥𝑥)}

∂x +^{∂(u𝜏𝑦𝑥)}

∂y +^{∂(𝑢𝜏𝑧𝑥)}

∂z + 𝑢𝜌𝑓_𝑥] ... (2.13a) Dengan cara yang sama akan mendapatkan usaha oleh gaya padasumbu y

dan z : situasi ini. Rata-rata dari kerja itu adalah :

𝑤̇ = [−∇ (𝑝𝑉) + ^∂

∂x(𝑢𝜎_𝑥𝑥+ 𝑣𝜏_𝑥𝑦+ 𝑤𝜏_𝑥𝑧) + ^∂

∂y(𝑢𝜏_𝑦𝑥+ 𝑣𝜎_𝑦𝑦+ 𝑤𝜏_𝑦𝑧) ] 𝛿𝑉 ... (2.14) +_∂z^∂ [𝑢𝜏_𝑧𝑥+ 𝑉𝜏_𝑧𝑦+ 𝑤𝜎_𝑧𝑧+ 𝜌𝑓. 𝑉]𝛿𝑉

Gambar 2.9. Aliran Panas di Permukaan Elemen Fluida. [9]

Fluks panas dalam persamaan di atas dapat dihitung dengan menggunakan hukum Fourier, dan sebanding dengan gradien temperatur setempat.

Dimana: , panas fluks dalam

x-,y-, dan z- secara berurutan.

Nilai k adalah konduktivitas termal . Dengan demikian, persamaan (2.15) bisa ditulis menjadi :

Neraca energi adalah cabang keilmuan untuk mempelajari kesetimbangan energi dalam sebuah sistem. [14] Neraca energi dibuat berdasarkan pada hokum kekelan energi, yaitu energi tidak dapat dimusnahkan atau dibuat, hanya dapat diubah bentuknya. Perumusan dari neraca energi suatu sistem mirip dengan perumusan neraca massa. Namun, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu suatu sistem dapat berupa sistem tertutup namun tidak terisolasi (tidak dapat terjadi perpindahan massa namun dapat terjadi perpindahan panas) dan hanya terdapat satu neraca energi untuk suatu sistem (tidak seperti neraca massa yang

memungkinkan adanya beberapa neraca komponen). Suatu neraca energi memiliki persamaan :

𝐸𝑖𝑛 = 𝐸𝑜𝑢𝑡 + 𝐸𝑙𝑜𝑠𝑠 ... (2.17)

2.5 Analisa Kebutuhan Energi Panas selama Proses Pengeringan

Terdapat beberapa energi panas yang dapat dianalisa selama pengeringan berlangsung, diantaranya:

1. Kebutuhan energi panas untuk pengeringan biji kopi (Qd) ^[12]

Qd = Qt + Qw + Ql (2.18) Dimana:

Qd = energi panas pengeringan biji kopi (kal) Qt = energi panas pemanasan biji kopi (kal) Qw = energi panas pemanasan air biji kopi (kal) Ql = energi panas penguapan air biji kopi (kal)

Untuk mendapatkan besar energi pengeringan biji kopi, dibutuhkan nilai Qt ; Qw dan Ql. Berikut merupakan persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan masing – masing nilai tersebut.

a. Energi panas untuk pemanasan biji kopi (Qt)

Energi panas untuk pemanasan biji kopi (Qt) dapat ditentukan dengan

Td = Temperatur rata – rata ruang pengering (°C)

b. Energi panas untuk pemanasan air biji kopi (Qw)

Energi panas untuk pemanasan air biji kopi (Qw) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut. ^[12]

Qw = Wi × cpair (2.20)

Dimana.

Wi = berat air biji kopi awal (gram) cpair = panas jenis air (kal/gram°C)

c. Energi panas penguapan air biji kopi (Ql)

Energi panas untuk penguapan air biji kopi (Ql) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut. ^[12]

Ql = Wr × hfg (2.21)

Wr = Wi – Wf (2.22) Dimana.

Wr = berat air yang dipindahkan selama proses pengeringan (gram) hfg = panas laten air (kal/gram)

Wf = berat kandungan air biji kopi akhir (gram)

2. Energi panas yang hilang dari dinding ruang pengering (Qlw) ^[12]

Energi panas yang hilang melalui dinding kotak pengering (Qlw) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut. ^[12]

Qlw = U × A × ΔTmenyeluruh (2.23)

𝑈 =

_𝛥𝑥1 ¹

⁄k1+ 𝛥𝑥2 k2⁄

(2.24)

Dimana.

Qlw = energi panas yang hilang melalui dinding kotak pengering (kkal/jam)

U = koefisien perpindahan kalor menyeluruh (kkal/m²h°C) A = luas penampang (m²)

ΔT = temperatur rata – perpindahan kalor konduksi plat dalam (°C) k1 = koefisien kalor konduksi lapisan konduktor (kkal/mh°C)

Δx1 = tebal plat dalam (m)

k2 = koefisien perpindahan kalor konduksi lapisan isolasi (kkal/mh°C) Δx2 = tebal lapisan isolasi (m)

3. Total energi panas yang diperlukan untuk mengeringkan rata udara ruang pengering (°C)

biji kopi per siklus (QT)

Keseluruhan energi yang dibutuhkan dalam sekali pengeringan didapat dengan menjumlahkan besar kebutuhan energi untuk pengeringan biji kopi dengan besar energi yang hilang dari dinding dan ventilasi ruang pengering. ^[12]

QT = Qd + Qlw (2.25)

2.6 Efisiensi Pengeringan

Efisiensi pengeringan merupakan hasil perbandingan antara energi panas yang dibutuhkan untuk melakukan pengeringan dengan energi yang masuk ke dalam alat / sistem. Efisiensi pengeringan mempunyai arti yang penting untuk menentukan kualitas kerja dari alat pengering. Nilai efisiensi alat pengering ini dapat diperoleh dengan persamaan.^[16]

ŋ = ^𝑄𝑑

𝑊 × 100% (2.26)

Dimana.

ŋ = efisiensi alat pengering (%)

Qd = energi panas yang dibutuhkan untuk mengeringkan biji kopi (Joule) W = energi listrik yang masuk ke alat (Joule)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Objek dan Variabel Penelitian

Objek penelitian ini adalah untuk mengetahui perpindahan panas dan aliran udara yang terjadi pada pengering dan dinding pengering serta untuk mengetahui simulasi pembuatan pengering kopi yang efisien dengan standar kadar air SNI. Variabel terikat adalah kadar air pada biji kopi dan variabel bebas nya adalah laju aliran udara masuk, dan suhu yang dihasilkan elemen pemanas.

Analisis untuk penelitian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Ansys 16.0 : Student Version.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan mulai tanggal 24 September 2018 sampai dengan 22 November 2018. Lokasi penelitian ini bertempat di lantai 3 gedung Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.

3.3 Alat dan Bahan Simulasi

Untuk memudahkan proses pengerjaan, dua unit personal komputer digunakan untuk penelitian ini. Masing – masing personal komputer digunakan untuk melakukan tugas yang berbeda, yaitu untuk menggambarkan geometri 3D hasil data pengeringan kopi pada Dryerbox dan untuk analisa simulasi. Personal komputer yang digunakan untuk menggambarkan memiliki spesifikasi yang ditunjukkan pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Spesifikasi komputer untuk menggambar (Solidwork)

Perangkat Spesifikasi

Processor Intel(R) Core(TM) i7-4510U CPU @2.00GHz (4CPUs),~2.6GHz

RAM 4.00GB

VGA Card NVIDIA GeForce 840M

Operating System Windows 10 Pro 64-bit

Dan pada Tabel 3.2. menunjukkan spesifikasi personal komputer yang digunakan untuk melakukan simulasi

Tabel 3.2. Spesifikasi komputer untuk simulasi (Ansys)

Perangkat Spesifikasi

Processor Intel(R) Core(TM) i7-8400U CPU @2.00GHz (4CPUs),~2.6GHz

RAM 8.00GB

VGA Card NVIDIA GeForce 840M

Operating System Windows 10 Pro 64-bit

3.4 Peralatan Simulasi

Terdapat dua unsur penting yang menjalankan penelitian ini. Pertama adalah perangkat lunak (software) yang menjadi alat utama untuk menjalankan proses gambar geometri dan simulasi. Kedua adalah perangkat keras (hardware) yang menjadi wadah untuk menjalankan perangkat lunak.

3.4.1 Perangkat Lunak (Software)

Pada penelitian ini, perangkat lunak yang digunakan ada dua jenis. Kedua perangkat lunak ini digunakan untuk membuat model 3D untuk alur pipa Alat Penukar kalor udara-tanah menuju ke ruangan uji dan dari ruangan uji disambungkan pipa menuju solar chimney. Perangkat lunak ini juga digunkan untuk membentuk mesh, mengatur kondisi, dan mengolah data.

a. Solidwork 2016

Solidwork adalah software CAD 3D yang dikembangkan oleh SolidWrks Cooporation yang sekarang sudah diakuisisi oleh Dassault Systemes. Solidworks merupakan salah satu 3D CAD yang sangat populer saat ini di Indonesia dan di seluruh dunia. Sudah banyak perusahaan manufacturing yang mengimplementasikan software Solidworks.

Perusahaan ini dimulai pada Desember 1993 oleh seorang mahasiswa dari MIT, Jon Hirschtick dengan tujuan untuk membangun sebuah perangkat lunak CAD 3D yang mudah digunakan, terjangkau, dan dapat digunakan pada desktop windows.

b. ansys Workbench 16.0 Student Version

Ansys Workbench adalah salah satu perangkat lunak berbasiskan metode elemen hingga yang dipakai untuk menganalisa masalah-masalah rekayasa (engineering). Ansys, Inc, adalah sebuah pusat pengembangan Computer-aided Engineering Software atau perangkat lunak engineer yang dibantu oleh komputer yang berpusat di Pittsburgh Selatan di Kota Cecil, Pennsylvania, Amerika Serikat.

Ansys mengeluarkan perangkat lunak analisa engineer yang meliputi ilmu analisa elemen hingga (finite element analysis), analisa struktur (Structural analysis ), perhitungan dinamika fluida (computational fluid dinamyc), metode eksplisit dan implisit (explicit and implicit methods), dan transfer panas (heat transfer)

3.5 Skematik Sistem

Gambar 3.1 Diagram Skematik

3.6 Alur Simulasi

Alur simulasi secara garis besar adalah : mulai ➔ identifikasi masalah dan tujuan penelitian ➔ studi awal ➔ pengumpulan data ➔ persiapan simulasi ➔ perhitungan simulasi ➔ analisa hasil simulasi ➔ kesimpulan ➔ selesai.

Gambar 3.2 Diagram Simulasi

temp Masuk. Kecepatan Udara

Persiapan Simulasi

Rincian dari diagram alir di atas dijelaskan pada poin-poin di bawah ini : 1. Identifikasi Masalah dan Tujuan Penelitian

Pada bagian ini masalah utamanya adalah bagaimana pengaruh kinerja Pengering dan Elemen Pemanas sebagai komponen pemanas ruangan. Penelitian difokuskan pada seberapa besar penaikan dan perpindahan temperatur yang dapat dicapai di dalam ruangan pada simulasi setelah pengering dan elemen pemanas bekerja sesuai dengan konsep dan tujuannya.

2. Studi Awal

Sebelum melakukan penelitian dilakukan studi awal untuk mempelajari berbagai konsep dan juga disiplin ilmu dari topik masalah. Sumber pengetahuan yang dimanfaatkan berasal dari buku-buku, tulisan-tulisan, buku elektronik serta jurnal-jurnal yang ada.

3. Pengumpulan Data

Pengumpulan data yang dilakukan adalah mengukur dimensi dryerbox yang digunakan, mengukur temperatur pada ruangan pengering dan data lingkungan seperti temperatur udara ruangan (masuk) ; temperatur udara lingkungan; kecepatan udara masuk ; kecepatan udara keluar. Pengumpulan data ini dilakukan untuk mendukung penelitian dalam melakukan simulasi dan penyesuaian kondisi yang dihasilkan selama dilakukannya pengujian dengan kondisi yang dihasilkan setelah dilakukan pengujian.

4. Persiapan Simulasi

Pada Persiapan simulasi ini dilakukan pembuatan geometri 3D, pembuatan kondisi batas seperti temperatur lingkungan, temperatur pengering, temperatur udara masuk. Pada persiapan simulasi ini juga akan dibuat meshing, dimana meshing ini sangat berpengaruh untuk ketelitian hasil.

5. Perhitungan Simulasi

Pada perhitungan simulasi ini akan dilakukan iterasi. Iterasi adalah proses perhitungan secara berulang-ulang yang bertujuan untuk mendapatkan hasil yang lebih spesifik. Pada simulasi Ansys dianjurkan untuk mendapatkan hasil yang konvergen pada iterasinya.

6. Analisa Simulasi

Setelah perhitungan simulasi telah selesai dan hasil iterasi sudah mencapai konvergen, maka akan diperoleh result atau hasil yang diperoleh. Pada hasil yang diperoleh ini dilihat apakah hasil sudah sesuai dengan keadaan pada saat pengujian. Apabila hasil simulasi sudah mendekati keadaan pada saat pengujian maka simulasi sudah berhasil, akan tetapi apabila hasil tidak sesuai maka perlu dilakukan simulasi ulang.

7. Kesimpulan

Setelah data didapat dan dianalisa kesimpulan dapat ditarik untuk menjawab tujuan penelitian yang sudah ditentuan.

3.7 Persiapan Perhitungan Simulasi

Terdapat beberapa tahap persiapan yang harus dilakukan untuk dapat melakukan perhitungan simulasi. Simulasi aliran udara panas merupakan simulasi yang sulit dan rumit sehingga diperlukan ketelitian pada setiap langkahnya untuk menghindari eror pada hasil akhirnya nanti. Secara garis besar, langkah-langkah tersebut dapat dilihat pada gambar 3.12.

Gambar 3.3 Alur Persiapan Simulasi

Menggambar

3.7.1 Gambar Skematik Pengering Kopi (Dryerbox)

Untuk pembuatan sebuat alat pengering biji kopi, dibutuhkan desain gambar beserta dengan dimensi agar proses fabrikasi dapat dikerjakan dengan mudah.

a. Menggambar Desain dengan Software AutoCad 2007

AutoCad adalah salah satu perangkat lunak yang digunakan untuk menggambar teknik, misalnya untuk perancangan suatu bangunan atau konstruksi (denah, tampak, potongan, dsb). Perangkat lunak ini memiliki kemampuan dalam pengolahan gambar berbentuk dua atau tiga dimensi. Untuk perancangan alat pengering biji kopi ini, digunakan perangkat lunak AutoCad 2007.

Gambar 3.4 Skematik Sederhana Desain Kotak Pengering Atap Pengering

Dinding Dalam (Aluminium)

Lapisan Isolator (Rockwool) Saluran Udara (duct)

Dinding Luar (Aluminium)

12

(a) (b)

Gambar 3.5. Desain Atap Pengering (a) Pandangan Bawah ; (b) Pandangan Depan

b. Dimensi kotak pengering biji kopi

Berikut merupakan penentuan dimensi kotak pengering biji kopi yang akan difabrikasi nantinya.

Tabel 3.3 Dimensi setiap bagian kotak pengering

NO Bagian Dimensi Material Tebal Material

1 Panjang dinding (luar) 40 cm Aluminium 0.3 mm

2 Lebar dinding (luar) 40 cm Aluminium 0.3 mm

3 Tinggi dinding (luar) 25 cm Aluminium 0.3 mm

4 Panjang dinding (dalam) 30 cm Aluminium 0.3 mm

5 Lebar dinding (dalam) 30 cm Aluminium 0.3 mm

6 Tinggi dinding (dalam) 22 cm Aluminium 0.3 mm

7 Panjang lapisan isolator 40 cm Rockwool 50 mm

8 Lebar lapisan isolator 40 cm Rockwool 50 mm

9 Tinggi lapisan isolator 25 cm Rockwool 50 mm

10 Panjang atap 40 cm Aluminium 0.3 mm

11 Lebar atap 40 cm Aluminium 0.3 mm

12 Panjang lubang ventilasi 4 cm Aluminium 0.3 mm

13 Lebar lubang ventilasi 4 cm Aluminium 0.3 mm

14 Tinggi lubang ventilasi 14 cm Aluminium 0.3 mm 10

11

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENELITIAN

Bab ini akan membahas hasil simulasi dari sistem pengering dryerbox.

Pembahasan pada bab ini akan memperlihatkan kontur temperatur dan kecepatan pada dryerbox.

4.1 Data Hasil Pengujian dan Simulasi

Data hasil pengujian diambil dari hasil eksperimen pengering sehingga di dapat data untuk membandingkan data eksperimental dengan data simulasi. Data yang didapat berupa data pada saat 40⁰C , 45⁰C , dan 50⁰C.

4.1.1 Hasil Pengujian Temperatur 40°C

Data ini diambil melalui alat ukur Termokopel dan Cole Palmer. Dibawah ini adalah gambar grafik serta tabel data pengujian di saat 40⁰C.

Tabel 4.1 Data temperatur dan waktu pada ruangan 40^oC

Waktu (Menit) Temperatur (⁰C) Waktu (Menit) Temperatur (⁰C)

200 38.1632 440 37.9279

210 38.8113 450 39.5881

220 39.4923 460 39.3934

230 39.0762 470 39.3401

240 39.1358 480 38.9388

Dari tabel 4.1 dapat di lihat temperatur tertinggi terjadi pada menit 40 yang bernilai 39.8461^oC , dan temperatur terendah terjadi pada menit 10 yang bernilai 35.4758^oC , temperatur rata-rata bernilai 38.7193^oC. Hal ini terjadi dikarenakan elemen pemanas senilai 400K ,temperatur udara yang masuk konstan senilai 27.15^oC dan kecepatan udara masuk 1.0 m/s.

Gambar 4.1 Grafik Temperatur (°C) VS Waktu (Menit) 40^oC

Dari gambar 4.1 dapat dilihat terjadi penurunan pada menit 70, 130, 190, 250, 310, 370 dan 430 dikarenakan atap pengering dibuka untuk proses perhitungan berat kopi setelah dikeringkan, sehingga membuat udara luar masuk dan temperatur didalam pengering tidak terjaga dan keluar sehingga temperatur menurun. Waktu yang dibutuhkan elemen pemanas untuk memaksimalkan temperatur ke 40^oC berkisar

Dari gambar 4.1 dapat dilihat terjadi penurunan pada menit 70, 130, 190, 250, 310, 370 dan 430 dikarenakan atap pengering dibuka untuk proses perhitungan berat kopi setelah dikeringkan, sehingga membuat udara luar masuk dan temperatur didalam pengering tidak terjaga dan keluar sehingga temperatur menurun. Waktu yang dibutuhkan elemen pemanas untuk memaksimalkan temperatur ke 40^oC berkisar