BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Simulasi Model Pengering dengan Gambit
5.1.1. Bentuk domain 3D model pengering
Bentuk domain 3D ruang pengering diperoleh dari proses pembentukan geometri ruang pengering menggunakan software Gambit 2.2.30. Domain adalah bentuk dasar bangunan pengering dengan kondisi batas pada dinding, atap, lantai, inlet, outlet, radiator, fan dan rak-rak pengering.
Pembentukan grid ruang pengering dengan nilai 50 mm, karena ukuran terkecil yang membentuk ruang pengering yaitu 50 mm yang terletak pada inlet dengan ukuran 50 mm x 200 mm. Pembentukan grid ini menggunakan Tet/Hybrid yang berarti aliran fluida akan melalui jaringan mengikuti bentuk ruang pengeringnya dan jaringan tersebut dapat berbentuk segitiga, segiempat, segilima, ataupun segienam sesuai bentuk ruang pengeringnya. Bentuk simulasi domain utama model pengering serta grid ruang pengering untuk 6 skenario terdapat pada Gambar 7. Skenario 1 Skenario 2
Domain Grid domain
27 Skenario 3 Skenario 4 Skenario 5 . Skenario 6
Gambar 7. Skenario 1-6 model pengering
Tahap-tahap deskritisasi terilustrasikan pada model yang dibentuk oleh software Gambit dalam bentuk domain atau grid domain dan kondisi batas yang dibentuk oleh software Fluent yang meliputi Boundary condition dan Initial
Domain Grid domain
Domain Grid domain
Domain Grid domain
28
Conditian. Kedua hal tersebut membentuk diskritisasi ruang pengering. Aliran udara panas bergerak mengikuti pola meshing yang dibuat melalui Ted Grid yaitu jalur aliran udara panas dapat berbentuk segi tiga, empat, lima, enam sesuai dengan bentuk geometri ruang pengering
Grid domain memberikan jalur lintasan yang dilalui oleh rambatan atau aliran udara panas mapun aliran udara yang bergerak dari inlet menuju outletnya melalui pencampuran udara di dalam ruang pengering. Grid domain diberi input data Fluent berupa boundary condition dan initial condition untuk membentuk distribusi suhu dan kecepatan aliran udara.
5.1.2. Sebaran suhu udara pengering
Untuk memperoleh sebaran suhu udara pengering pada Skenario 1 sampai dengan Skenario 6, maka dilakukan simulasi pada ruang pengering dengan
Boundary Condition yang terdapat pada perhitungan Lampiran 2. Hasil perhitungan kondisi batas terdapat pada Tabel 2.
Tabel 2 Kondisi batas ( boundary condition dan initial condition ) pada simulasi suhu dan kecepatan udara skenario 1-6
Atap h Suhu Dinding kanan h Suhu Dinding kiri h Suhu Dinding depan h Suhu Dinding belakang h Suhu Lantai Suhu Radiator Fluks Suhu 4.79 48,6 3,94 48,6 3.42 48,6 2.01 48,6 3.32 48,6 1.94 48,6 1585 63.7 W/m2oC o C W/m2oC o C W/m2oC oC W/m2oC o C W/m2oC o C W/m2oC o C W/m2 o C Inlet Kecepatan Suhu 1,31 42,7 m/dt o C Ruang pengering Suhu 42,7 oC
Outlet Outflow Fan dalam ruang pengering 1,5 m/dt
29
Simulasi CFD pada sebaran suhu dan vektor suhu udara ruang pengering secara kuantitatif terdapat pada Lampiran 3. dan hasil simulasi CFD secara kualitatif terdapat pada Gambar 8-11.
Skenario 1 :
Gambar 8. Sebaran suhu pada skenario 1
Suhu rata-rata pada distribusi suhu ruang pengering 42.4oC, dengan standar deviasi 2.2oC. Masing-masing rak pengering akan menerima panas berkisar 42.7oC.
Skenario 2 :
Gambar 9. Sebaran suhu pada skenario 2
Suhu rata-rata di dalam ruang pengering 41.0oC, dan standar deviasi 2.2oC, sehingga rak-rak pengering akan menerima panas berkisar 42.5-43.0oC.
30
Skenario 3:
Gambar 10. Sebaran suhu pada skenario 3
Sebaran suhu ruang pengering pada skenario 3 berkisar dari suhu 41.9oC sampai dengan 48.7oC, dengan suhu rata-rata di dalam ruang pengering 42.8oC, dan standar deviasi 2.4 oC.dan posisi rak-rak pengering berada pada suhu 42.5-43,0oC.
Skenario 4:
Gambar 11. Sebaran suhu pada skenario 4
Suhu rata-rata pada irisan melintang di dalam ruang pengering 42.8oC, dan standar deviasi 0.0oC, kondisi rak pengering berkisar 41.5-42oC. Warna biru tua pada gradasi suhu mendominasi ruang pengering dengan nilai 41.5oC.
31
Skenario 5:
Gambar 12. Sebaran suhu pada skenario 5
Sebaran suhu ruang pengering pada skenario 1 berkisar dari suhu 42.6oC sampai dengan 49.9oC, dengan suhu rata-rata di dalam ruang pengering 43.5oC, dan standar deviasinya 2.1 oC. Posisi rak-rak pengering berada pada suhu 43.5-44.0oC.
Skenario 6:
Gambar 13. Sebaran suhu pada skenario 6
Sebaran suhu ruang pengering pada skenario 1 berkisar dari suhu 37.9oC sampai dengan 46.7oC, dengan suhu rata-rata di dalam ruang pengering 38.9oC, dan standar deviasi 2.2oC. Rak-rak pengering berada pada suhu 42.5-43.0oC.
Pada umumnya warna yang ditunjukkan oleh rata-rata suhu ruang pengering pada skenario 1-6 berwarna biru dan terdapat warna hijau dimana warna hijau berada diatas warna biru. Sementara itu, dinding-dinding yang membatasi ruang pengering berwarna merah, termasuk lantai. Warna merah memberi tanda bahwa
32
pada bagian tersebut memiliki suhu tinggi sebagai akibat panas dari sinar matahari secara terus menerus dan panas yang diserap oleh absorber dan meneruskan panas ke ruangan secara konveksi serta panas dari radiator. Disain pengering hibrid tipe rak berputar yang terbaik diperoleh dari warna ruangan seragam yang berwarna hijau.
Suhu rata-rata yang diperoleh dari anlisis distribusi suhu pada irisan melintang ruang pengering dari skenario 1 – 6 dapat terlihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Perbandingan suhu rata-rata skenario 1-6
Perbandingan suhu rata-rata dari skenario 1-6 tertinggi didapat pada Skenario 5 dengan suhu rata-rata ruang pengering 43.5oC, sehingga Skenario 5 merupakan Skenario yang terbaik, meskipun suhu belum dapat mencapai 50-60oC. Untuk mencapai suhu pengeringan yang optimal, maka dapat dilakukan upaya yaitu : meningkatkan suhu air lebih tinggi dari 70oC, sehingga konveksi udara panas radiator meningkat; dan meningkatkan laju aliran udara dari fan pada radiator dan fan di ujung outlet, sehingga fluks panas radiator mampu memberikan suplai panas dan menyeragamkan suhu udara di ruang pengering.
Seleksi model pengering ERK hibrid skala labolatorium selain didasarkan pada nilai kuantitas, juga dapat dilakukan dengan menggunakan degradasi warna dari warna biru sampai warna merah. Warna biru pada umumnya memiliki suhu yang rendah, sedangkan warna merah merupakan suhu ruang pengering tertinggi. Warna yang semakin beragam berarti bahwa suhu ruang pengering memiliki perbedaan suhu yang besar atau deviasinya besar dan hal ini tidak diharapkan.
Perbandingan suhu skenario 1-6
35,0 36,0 37,0 38,0 39,0 40,0 41,0 42,0 43,0 44,0 1 2 3 4 5 6 Skenario S u hu oC Series1
33
5.1.3. Sebaran kecepatan aliran udara
Sebaran kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering dipengaruhi oleh kecepatan udara yang masuk ke ruang pengering (inlet), kecepatan udara yang keluar dari ruang pengering (outlet) dan kecepatan udara fan yang berada di bawah radiator. Batasan yang ditetapkan pada Boundary Condition Fluent yaitu kecepatan udara inlet 1.31 m/dt, kecepatan udara outlet difungsikan sebagai outflow aliran udara dan kecepatan udara fan 1.5 m/dt.
Aliran udara di dalam ruang pengering memiliki besaran yang digambarkan dari nilai kecepatan aliran udara dan juga memiliki arah aliran udara yang digambarkan degradasi warna pada ruang pengering. Sebaran kecepatan dan vektor aliran udara di dalam ruang pengering dari hasil simulasi CFD secara kuantitatif terdapat pada Lampiran 4, dan secara kualitatif terdapat pada Gambar 14-19.
Untuk dapat membandingkan kecepatan aliran udara skenario 1-6, maka diberi kondisi batas kecepatan aliran udara bawah 0 m/dt dan kecepatan aliran udara batas atas 1.5 m/dt.
Skenario 1:
.
Gambar 15. Sebaran kecepatan dan vektor aliran udara pada skenario 1
Pergerakan vektor dari arah inlet berwarna kuning menuju outlet dengan pola sebaran gerakan udara menuju ke arah atas dan ke bawah inlet memutar menuju outletnya. Warna biru tua pada ruang pengering merupakan posisi kecepatan udara yang paling rendah, yang terdapat pada posisi tengah, pojok kiri
34
bawah dan sedikit pada posisi kanan bawah. Kecepatan rata-rata udara di dalam ruang pengering yaitu 0.12 m/dt, dan deviasi standar 0.11 m/dt.
Skenario 2:
Gambar 16. Sebaran kecepatan dan vektor aliran udara pada Skenario 2
Pergerakan vektor dari arah inlet berwarna merah menuju outlet dengan pola sebaran gerakan udara menuju ke arah atas dan ke bawah inlet memutar menuju outletnya membentuk dua buah lingkaran. Warna biru tua pada ruang pengering merupakan posisi kecepatan udara yang paling rendah, yang terdapat pada posisi tengah dengan jumlah warna biru relatif sedikit dibandingkan pada Gambar skenario 1. Kecepatan rata-rata udara di dalam ruang pengering yaitu 0.14m/dt, dan deviasi standar 0.19 m/dt.
Skenario 3:
Gambar 17. Sebaran kecepatan dan vektor aliran udara pada skenario 3
Pergerakan vektor aliran udara panas dari arah inlet berwarna merah menuju outlet dengan pola sebaran gerakan udara langsung menuju ke outletnya. Warna
35
biru tua pada ruang pengering merupakan posisi kecepatan udara yang paling rendah, sebagian besar terdapat pada posisi tengah ke atas. Warna biru yang dihasilkan jauh lebih banyak dibandingkan dengan warna biru yang dihasilkan dari skenario 1 dan 2. Kecepatan rata-rata udara di dalam ruang pengering yaitu 0.13 m/dt, dan deviasi standarnya 0.14 m/dt.
Skenario 4:
Gambar 18. Sebaran kecepatan dan vektor aliran udara pada skenario 4
Pergerakan vektor dari arah inlet berwarna merah menuju outlet dengan pola sebaran gerakan udara sebagian ke arah atas dan bawah ke inlet, dan kembali menuju ke outletnya. Warna biru tua pada ruang pengering merupakan posisi kecepatan udara yang paling rendah, sebagian terdapat pada posisi tengah, sedikit di atas, sebagian ada di posisi bawah outlenya dan sebagian lagi di posisi sepanjang tepi ruang pengering. Warna biru tua yang dihasilkan relatif sedikit dan warna biru muda pada posisi bawah merupakan kecepatan aliran fluida yang dihasilkan dari fan. Kecepatan rata-rata udara di dalam ruang pengering yaitu 0.12 m/dt, dan deviasi standarnya 0.07 m/dt.
Skenario 5:
36
Pergerakan vektor dari arah inlet berwarna merah menuju outlet dengan pola sebaran gerakan udara sebagian besar ke arah atas dan bawah ke inlet, dan kembali menuju ke outletnya. Warna biru tua pada ruang pengering merupakan posisi kecepatan udara yang paling rendah, sebagian terdapat pada posisi atas tengah sedikit, sebagian ada di posisi di awah outlet dan sedikit dibawah inletnya. Kecepatan aliran udara yang ke bawah bertemu dengan kecepatan udara fan, sehingga pada posisi bawah kecepatan aliran udaranya yang ditunjukkan oleh warna biru muda lebih banyak dari pada Skenario 4. Kecepatan rata-rata udara di dalam ruang pengering yaitu 0.13 m/dt, dan deviasi standarnya 0.15 m/dt.
Skenario 6:
Gambar 20 Sebaran kecepatan dan vektor aliran udara pada skenario 6
Pergerakan vektor dari arah inlet berwarna merah menuju outlet dengan pola sebaran gerakan udara sebagian besar ke arah menuju ke outletnya, sebagian ke arah atas dan bawah dan kembali menuju outletnya. Warna biru tua pada ruang pengering merupakan posisi kecepatan udara yang paling rendah, sebagian bessar terdapat pada posisi atas tengah, sebagian kecil ada di posisi di bawah tengah. Warna biru tua sebagian besar berada pada ruang pengering, sehingga pada posisi tersebut kecepatan aliran udaranya terendah 0.00 m/dt. Kecepatan rata-rata udara di dalam ruang pengering yaitu 0.21m/dt, dan deviasi standar 0.49 m/dt.
Secara kualitatif, kecepatan aliran udara dalam ruang pengering bergerak dari inlet menuju outletnya yang ditunjukkan oleh warna merah, kuning dan hijau pada distribusi kecepatan aliran udara. Pada umumnya warna biru muda dan tua yang mendominasi dalam ruang pengering.
37
Rak-rak pengering bersentuhan langsung dengan kecepatan aliran udara dalam ruang pengring, walaupun tidak seluruhnya tergantung pada posisi aliran udara inlet menuju outletnya. Rak-rak pengering yang berputar secara vertikal akan kembali ke posisi semula dan dapat menyentuh laju aliran udara yang cepat relatif cepat secara merata.
Perhitungan simulasi kecepatan aliran udara pada irisan melintang di ruang pengering secara keseluruhan terdapat pada Lampiran 4, dan hasil simulasi kecepatan dapat terlihat pada Gambar 21.
Gambar 21. Kecepatan aliran udara Skenario 1-6
Simulasi kecepatan rata-rata tertinggi pada Skenario 2, namun dari hasil kecepatan aliran udara mengikuti bentuk domain Skenario 5 yaitu kecepatan aliran udara ruang pengering 0.13 m/dt dengan deviasi standar 0.15 m/dt. Hasil simulasi CFD ini digunakan sebagai dasar dalam pembuatan model ERK hibrid tipe rak berputar dan selanjutnya pembentukan model ini akan divalidasikan untuk menentukan ketepatan aliran udara model pengering.
Penelitian ini berperan penting dalam merancang suatu alat pengering dengan cara membandingkan bentuk-bentuk geometri ruang pengering dan dengan input suhu dan kecepatan udara lingkungan, maka dapat dengan cepat diperoleh hasil seleksi bentuk geometri ruang pengering yang optimum. Penelitian ini berdampak secara efektif dapat mengetahui kinerja alat pengering sebelum alat pengering tersebut dibuat modelnya atau prototipenya.
Pada penelitian sebelumnya didapatkan bahwa alat dibuat lebih dahulu kemudian baru dilakukan simulasi sehingga apabila ada perubahan bentuk
Kecepatan rata-rata Skenario 1-6
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 1 2 3 4 5 6 Skenario Ke c . m /s Kec. m/s
38
geometri ruang pengering atau variabel alat pengering (try and error) akan berdampak terhadap biaya yang lebih mahal dan waktu menjadi tidak efektif lagi.
5.2. Hasil disain alat pengering ERK Hibrid tipe rak berputar