ANALISIS ALIRAN ANGIN PADA KOLONG RUMAH PANGGUNG
1.2.4 Simulasi CFD
Karakteristik aliran angin dan perpindahan temperature di sekitar kolong rumah dianalisis dengan metode CFD (Computational Flow Design). Program komputer (software) yang digunakan dalam pengujian kinerja aliran udara ini adalah Program Autodesk Flow Design. Software ini dapat digunakan untuk menganalisis aliran fluida pada ruang tiga dimensi dan menganalisis pergerakan aliran udara di dalam/luar ruangan. Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah program simulasi untuk memprediksi aliran udara atau angin (Baskaran, 1996). Pada dasarnya, terdapat berbagai jenis program simulasi CFD.
Pada dasarnya, terdapat berbagai jenis program simulasi CFD. Salah satunya adalah Autodesk Flow Design. Metode kerja Flow Design pada dasarnya sama dengan CFD. Flow Design adalah sebuah aplikasi "virtual wind tunnel." Aplikasi ini membantu seorang desainer atau perencana model memvisualisasikan aliran angin eksternal dengan jelas. Flow Design berfokus pada aliran yang lebih lambat dari pada kecepatan suara. Aliran ini disebut aliran subsonik. Aliran ini sesuai digunakan pada objek otomotif, barang-barang konsumsi, bidang arsitektural, dan pesawat terbang (https://knowledge.autodesk.com).
Flow Design secara otomatis mengkonfigurasi terowongan angin berdasarkan ukuran dan bentuk model. Anda dapat mengubah dimensi terowongan angin ataupun orientasi default sesuai dengan ukuran dan orientasi model yang diuji. Flow Design bekerja dengan menggunakan pemecah aliran transien. Aliran transien akan menciptakan beberapa variasi saat simulasi berjalan (https://knowledge.autodesk.com). Sementara itu, visualisasi hasil simulasi dapat ditampilkan dengan metode 2D dan 3D. Garis alir di sekitar model uji menunjukkan pergerakan udara di seluruh terowongan angin virtual. Hasil yang dihasilkan oleh Flow Design membantu seseorang memahami bagaimana angin bergerak di sekitar model Anda sehingga membantu keuputusan dalam mendesain. Oleh karena itu, diperlukan pengetahuan untuk memahami dan menafsirkan hasil uji. Salah satu pengetahuan yang harus dimiliki adalah pengetahuan tentang aliran fluida angin.
1.3 Metode
Penelitian terdiri atas 4 tahapan. Tahap pertama yakni kajian literatur dan teori-teori yang berkaitan dengan topic penelitian. Tahapan kedua, yakni pembuatan model bangunan rumah panggung dengan volume kolong rumah yang berbeda beda baik berupa model fisik berskala maupun model untuk simulasi. Tahapan ketiga, pengujian dan analisis data, model yang telah dibuat diuji, data-data yang dibuhkan dikumpulkan dan analisis. Tahapan terakhir, berupa penarikan kesimpulan dari kegiatan penelitian dan pembuatan laporan. Penelitian ini dilakukan sepenuhnya di laboratorium karena penelitian termasuk penelitian eksperimental. Laboratorium yang digunakan adalah Laboratorium Perancangan Arsitektur.
Adapun peubah/variable yang akan diamati dan diukur dalam kegiatan penelitian ini adalah: Variabel bebas, variable ini adalah suatu variabel yang variasinya mempengaruhi variabel lain atau variabel yang pengaruhnya
130
SNT2BKL-ST-1
terhadap variabel lain ingin diketahui, yang termasuk variabel bebas adalah variasi ketinggian kolong rumah panggung seperti terlihat pada gambar 6.
Gambar 6: variable ketinggian kolong rumah yang akan diuji
Variabel terikat adalah variabel penelitian yang diukur untuk mengetahui besarnya efek atau pengaruh variabel lain. Pada penelitian ini, variabel terikatnya, terdiri atas: pola aliran angin di sekitar kolong rumah dan besar koefisien aerodinamis model uji.
Model yang digunakan dalam penelitian adalah terbagi atas dua jenis disesuaikan dengan jenis pengujiannya. Pada pengujian wind tunnel, model yang digunakan adalah model berskala, disesuaikan dengan ukuran alat wind tunnel yang digunakan. Wind Tunel Experiment dilakukan untuk memperoleh informasi pergerakan angin di dalam ruangan dengan variabel peubah temperatur ruang dan kecepatan angin yang mengenai objek uji. Tujuan dari ekperimen wind tunnel untuk memperoleh variasi yang ditimbulkan oleh aliran angin pada bangunan yang meliputi 1) kecepatan angin; 2) intensitas turbulensi; 3) arah angin; tekanan udara; dan 5) perbedaan temperatur. Pengujian pada alat wind tunnel tipe terbuka menggunakan asap sebagai alat visualisasi aliran angin dalam wind tunnel.
(a) (b)
Gambar 7: (a) Alat dan model uji wind tunnel; (b) Perletakan titik sensor kecepatan angin alat wind tunnel Sementara itu, pengujian CFD menggunakan software komputer menggunakan skala sebenarnya. Peubah yang digunakan untuk menentukan kolong rumah adalah ketinggian kolong. Model yang digunakan adalah model yang mempunyai kesebangunan geometrika (geometrically similar model). Hasil data pengukuran yang diperoleh melalui uji wind tunnel maupun CFD divalidasi, lalu didistribusikan dalam bentuk tabel, gambar dan grafik, kemudian dievaluasi. Tahapan pengumpulan data yang pertama adalah simulasi CFD, pada uji ini, model disimulasikan menggunakan software Autodesk Flow Design. Untuk menghitung drag coefficient, maka dapat digunakan persamaan di bawah ini (Bhandari, 2011):
Di mana:
cd : drag coefficient
Fd : drag force, yaitu gaya yang bekerja searah aliran fluida
ρ : massa jenis fluida
υ : kecepatan fluida
A : luas area dari benda yang terkena angin
1 H
131
SNT2BKL-ST-1
2. Hasil dan Pembahasan
2.1 Uji Wind Tunnel
Pada penelitian ini, uji wind tunnel dilakukan untuk memperoleh gambaran mengenai perbedaan kecepatan angin yang dihasilkan oleh keenam jenis objek uji. Oleh karena itu dilakukan pengambilan data berupa data kecepatan angin di sekitar objek uji. Pengambilan data kecepatan angin pada alat uji menggunakan alat hot wire thermometer dan
digital anemometer dengan membuat beberapa model uji berdasarkan variabel penelitian (gambar 7a). Terdapat
beberapa titik ukur untuk penentuan kecepatan angin di sekitar bangunan yang dapat dilihat pada gambar 7b. Adapun hasil pengukuran kecepatan angin di setiap titik pada berbagai ketinggian kolon dapat dilihat pada table 1 dan gambar 8.
Tabel 1: Kecepatan angin di sekitar kolong rumah Variabel kolong Kecepatan angin (m/s) a b c d e f g h 0 cm 1,8 1,7 4,2 6,3 5,5 3,7 2,5 - 50 cm 3,5 1,7 3,9 6,3 5,8 3,6 2,2 - 100 cm 4,6 1,6 3,9 6,2 5,1 3,5 2,5 - 150 cm 5,1 1,9 3,2 6,1 4,9 3,4 3,2 6,1 200 cm 5,3 1,8 3,0 6,0 4,7 3,2 4,7 5,9 250 cm 6,0 1,3 2,9 6,0 4,6 3,1 5,2 5,8
Keterangan (-) tidak terdeteksi
Berdasarkan analisis kecepatan angin, terlihat pola kecepatan angin cukup stabil dan sama pada semua model kolong rumah. Pada gambar 8 terlihat grafik yang menunjukkan pola kecepatan angin pada setiap model uji, berdasarkan tabel tersebut terlihat bahwa kecepatan angin semakin meningkat pada titik ukur C, D, dan E yakni pada area puncak atap rumah. Hal ini berarti terjadi peningkatan kecepatan setelah angin mencapai bagian puncak atap rumah. Kecepatan angin terlihat menurun drastis pada area bayangan angin di titik F, hal ini karena pada area ini terlindungi oleh bangunan, sehingga aliran angin yang terjadi hanya berupa bayangan angin yang berasal dari
windward dan turbulensi udara.
Gambar 8: Grafik kecepatan angin di sekitar kolong rumah
Sementara itu, kecepatan angina pada daerah inlet dan outlet kolong rumah yakni pada titik A dan G semakin meningkat sejalan dengan ketinggian kolong rumah. Kecepatan angin yang masuk dan keluar dari kolong rumah semakin meningkat seiring dengan membesarnya ketinggian kolong rumah. Kecepatan angin pada area inlet-outlet pada ketinggian kolong tertinggi yakni 250 cm tercatat sebesar 5,8 m/s dan 6.0 m/s. Hal ini berbanding terbalik dengan kecepatan angin di bagian bawah kolong yang semakin meningkat seiring dengan rendahnya ketinggian kolong. Adapun nilai kecepatan angin pada bagian kolong hanya diperoleh pada 3 ketinggian saja, untuk ketinggian 0 cm, 50 cm, dan 150 cm tidak diperoleh karena sensor yang digunakan tidak dapat menjangkau model. Kecepatan angin pada ketinggian kolong terukur yakni 150 cm sebesar 6,1 m/s sedangkan pada ketinggian kolong 250 cm, kecepatan angin tercatat sebesar 5,8 m/s. Berdasarkan hasil pengukuran di bagian kolong diperoleh kecenderungan semakin rendah ketinggian kolong, semakin cepat aliran udara yang mengalir di bagian tersebut.
132
SNT2BKL-ST-1