Penentuan Putaran pada Pengering Surya Tipe Rak Berputar dan Pemodelan Pengering dengan Metode Computational Fluid Dynamics

(1)

PENENTUAN PUTARAN PADA PENGERING SURYA TIPE

RAK BERPUTAR DAN PEMODELAN PENGERING DENGAN

METODE

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

SUERITAH HENNY WANTI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penentuan Putaran Pada Pengering Surya Tipe Rak Berputar dan Pemodelan Pengering dengan metode Computational Fluid Dynamics adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

(4)

ABSTRAK

SUERITAH HENNY WANTI. Penentuan Putaran pada Pengering Surya Tipe Rak Berputar dan Pemodelan Pengering dengan Metode Computational Fluid Dynamics. Dibimbing oleh DYAH WULANDANI.

Pengering surya Efek Rumah Kaca (ERK) adalah bangunan pengering berdinding transparan, di dalamnya terdapat plat absorber sebagai pengumpul panas dan wadah produk (rak atau bak) serta kipas untuk mengeluarkan uap air hasil pengeringan. Sumber energi pada pengering ERK diperoleh dari surya dan pembakaran biomasa. Masalah ketidakmerataan suhu rak di dalam ruang pengering, masih selalu terjadi. Pemecahan masalah ketidakmerataan aliran udara panas dapat dilakukan dengan memutar rak pada tipe rak berputar. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan putaran rak yang tepat dan membuat pemodelan simulasi CFD untuk menggambarkan sebaran suhu pada rak pengering. Penentuan putaran rak pada penelitian ini menggunakan 6 skenario. Hasil terbaik diperoleh pada skenario 5 pada putaran 135o dengan putaran satu jam sekali. Pengering pada skenario 5 ini memberikan hasil distribusi suhu rak yang seragam yang dinyatakan oleh nilai standar deviasi suhu terendah. Validasi suhu pengeringan hasil simulasi CFD yang dilakukan pada pukul delapan dan dua belas menunjukkan kecenderungan yang sama dengan suhu pengeringan hasil percobaan dengan eror 10%.

Kata kunci: Pengering ERK, Rak berputar, Suhu rak, CFD.

ABSTRACT

SUERITAH HENNY WANTI. Determination of rotation of the rotating rack Solar Dryer and Dryer Modelling by using Computational Fluid Dynamics Method. Supervised by DYAH WULANDANI.

(5)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian

pada

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

PENENTUAN PUTARAN PADA PENGERING SURYA TIPE RAK

BERPUTAR DAN PEMODELAN PENGERING DENGAN METODE

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

SUERITAH HENNY WANTI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR

(6)

(7)

Judul Skripsi : Penentuan Putaran pada Pengering Surya Tipe Rak Berputar dan Pemodelan Pengering dengan Metode Computational Fluid Dynamics

Nama : Sueritah Henny Wanti NIM : F14090026

Disetujui oleh

Dr Ir Dyah Wulandani, MSi Pembimbing Akademik

Diketahui oleh

Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen

(8)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah pengering ERK, dengan judul Penentuan Putaran pada Pengering Surya Tipe Rak Berputar dan Pemodelan Pengering dengan Metode Computational Fluid Dynamics

Dengan telah selesainya karya ilmiah ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si selaku pembimbing yang memberikan bimbingan, arahan, motivasi kepada penulis.

2. Prof. Dr. Ir. Bambang Pramudya, M.Eng dan Dr. Muhamad Yuliantono, ST, MT selaku penguji terima kasih atas saran, bimbingan dan arahan, motivasi kepada penulis.

3. Pak Harto, Pak Darma, Mas Firman terima kasih atas bantuannya selama penelitian ini berlangsung.

4. Mama, Papa, Kakak (Sartika Mega S.Pd) adik (Robert Kenedy), abang (BRIPKA. Syah Rudi).

5. Terima kasih untuk hasian Benny Purba S.P. Untuk dukungan semangat dan saran mengerjakan skripsi, dan waktu untuk mendengarkan keluh kesah selama ini.

6. Teman-teman satu bimbingan (Elsamila, Stephani, Adit, dan Alfredo). 7. Teman-teman Vina Rondang, Gina Lupita, Gina Anisa, Tiara Etika, Riris,

Raisa, Denny, Romi, Sumiharjon Simbolon, Heraldy Risva, Arnold, Aldha Hermiyanti, Ni’made Citta, Ni’putu dian, Eti, Yeti Aryani.

8. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin dan Biosistem angkatan 46 terima kasih atas kebersamaannya, bantuan dan semangatnya bagi penulis. Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi nyata terhadap ilmu pengetahuan.

Bogor, April 2014

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN ix

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 1

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

Ruang Lingkup Penelitian 2

TINJAUAN PUSTAKA 2

Pengeringan 2

Pengering Efek Rumah Kaca Hybrid Tipe Rak Berputar 3

Computational Fluid Dynamics (CFD) 4

Proses Simulasi CFD 4

METODOLOGI PENELITIAN 5

Waktu dan Tempat Penelitian 5

Peralatan 5

Prosedur Penelitian 6

Persiapan Alat 6

Percobaan Pengeringan 7

Parameter yang Diukur pada Percobaan Pengeringan 7 Parameter yang diukur adalah sebagai berikut: 7

Pemodelan CFD 7

Perhitungan Parameter Kondisi Batas simulasi CFD 8 Pembuatan Model Geometri dan Pendefinisian Kondisi Batas Simulasi

CFD 8

Simulasi CFD Udara Panas 9

Analisis Sebaran Suhu Hasil Simulasi CFD 9

Validasi Model Simulasi CFD 9

Posisi Titik Pengukuran ERK Tipe Rak Berputar 10

(10)

Suhu Rak Pengering 11

Hasil Pengukuran Skenario 1 11

Penentuan Putaran Rak Terbaik 20

Kelembaban Udara dan Iradiasi Surya pada Ruang Pengering 20

Pemodelan Simulasi CFD Suhu Rak Pengering 21

Bentuk Model Pengering dengan Gambit 21

Hasil Simulasi Pukul 08.00 21

Hasil Simulasi Pukul 12.00 25

Validasi Simulasi CFD 27

SIMPULAN DAN SARAN 29

Simpulan 29

Saran 29

DAFTAR PUSTAKA 29

RIWAYAT HIDUP 55

DAFTAR TABEL

1 Tingkat keragaman suhu rak Skenario 1 12

7 Distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pukul 08.00 28 8 Distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pukul 12.00 28

DAFTAR GAMBAR

1 Alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid tipe rak berputar 3

2 Titik Pengukuran ERK Tipe Rak Berputar 10

(11)

4 Profil suhu rak Skenario 1 13

10 Rata-rata standar deviasi masing-masing skenario 20

11 Simulasi Skenario 1 22

DAFTAR LAMPIRAN

1 Contoh analisis perhitungan parameter yang digunakan untuk simulasi

CFD 31

2 Tabel distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pada pukul 08.00 38

3 Tabel distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pada pukul 12.00 44

4 Tabel kondisi batas (boundary conditions) pengukuran pukul 08.00 dan

pukul 12.00 50

5 Tabel nilai kecepatan angin lingkungan, RH, Kecepatan angin outflow, Iradiasi matahari dan Suhu pengering pada masing-masing skenario. 52

(12)

τα Hasil kali koefisien tembus cahaya penutup transparan Td Suhu dinding (oC)

T∞ Suhu lingkungan (oC) α Permeabilitas permukaan (m2

) Dp Diameter produk (m)

ε Porositas tumpukan produk C2 Koefisien porous jump (1/m)

k Koefisien kehilangan pada penukar panas ΔP Penurunan tekanan (Pa)

Gr Bilangan Grashoff g Gaya gravitasi (m/s2) β Koefisien (1/oC) T Suhu (K)

Viskositas kinematik (m2 /s) Ra Bilangan Rayleigh

Pr Bilangan Prandtl

(13)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pengeringan merupakan operasi rumit yang memerlukan keseimbangan antara ketiga parameter yakni suhu, kecepatan aliran dan RH udara pengering. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya proses penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Penelitian tentang Efek Rumah Kaca (ERK) perlu mengacu pada dasar-dasar pindah panas, massa dan momentum, dikaitkan dengan pengetahuan tentang sifat bahan dan mutu (Brooker et al.1974). Seorang peneliti, selain mengandalkan pengetahuanya, maka percobaan di laboratorium dan berbagai percontohan yang dirangkai dengan pengalaman lapang sangat penting untuk mengembangkan dan penerapan suatu pengering untuk mencapai spesifikasi mutu yang lebih baik, laju produksi yang lebih tinggi, biaya energi yang lebih rendah dan kondisi lingkungan yang berubah.

Usaha untuk melakukan proses pengeringan dapat pula dilakukan dengan menggunakan pengering Efek Rumah Kaca (ERK), salah satu keuntungan dengan menggunakan pengering ERK adalah produk lebih bersih dan tidak terkontaminasi dengan bahan yang tidak dikehendaki. Masalah ketidakseragaman kadar air produk hasil pengeringan juga merupakan akibat dari ketidakmerataan suhu rak di dalam ruang pengering, khususnya tipe rak bahwa perbedaan suhu rak atas lebih besar dibandingkan suhu rak bagian bawah. Perbedaan suhu rak ERK tipe rak berputar, suhu rak pada arah vertikal lebih besar dibandingkan suhu rak pada arah horizontal (Kamarudin et al.1994). Untuk memecahkan masalah tersebut perlu dilakukan suatu analisis penentuan sudut putaran pada sudut-sudut tertentu dalam mengatasi sebaran suhu rak di dalam ruang pengering.

Sebaran suhu udara di dalam ruang pengering sangat penting untuk mengetahui pola sebaran aliran udara panas serta tingkat keragamannya. Pengukuran untuk melihat pola sebaran udara pengering secara bersamaan sulit untuk dilakukan karena keterbatasan alat ukur. Melalui pemodelan simulasi CFD (Computational Fluid Dyanamics) pada alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK) tipe rak berputar dengan sistem hybrid (surya), sebaran suhu udara di setiap posisi rak dalam ruang pengering atau produk yang dikeringkan dapat diduga. Metode CFD menggunakan analisis numeric yaitu kontrol volume sebagai elemen dari intergrasi persamaan yang terdiri dari persamaan keseimbangan massa, momentum dan energi (Versteeg dan Malalasekera 1995). CFD pada penelitian ini menggunakan software Gambit dan software Fluent yang mampu melakukan simulasi sebaran udara panas dan kecepatan aliran udara kondisi nyata ke dalam virtual model atau prototipe dari sebuah sistem.

Perumusan Masalah

(14)

2

waktu, lokasi dan musim. Hal ini menyebabkan perbedaan suhu rak antara rak bagian atas berbeda dengan rak bagian bawah. Sehingga diperlukan penentuan putaran rak dengan sudut-sudut tertentu agar suhu pada setiap rak memiliki suhu yang seragam.

Sebaran suhu pada pengering perlu diketahui untuk melihat keragaman suhu yang terjadi, hal ini sulit diketahui karena terbatasnya peralatan ukur. Oleh karena itu, melalui metode CFD, sebaran suhu ini dapat diprediksi.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan putaran rak yang tepat, membuat pemodelan simulasi CFD untuk menggambarkan sebaran suhu pada rak pengering. Serta melakukan validasi antara hasil pengukuran dan perhitungan dengan CFD.

Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan mampu memberikan rekomendasi pada operasi pengering dalam memperoleh hasil pengeringan yang merata dan efisien pada ERK tipe rak berputar. Hasil penelitian ini bermanfaat bagi pemakai alat pengering ERK tipe rak berputar, terutama bagi para petani maupun industri.

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini meliputi metode penentuan putaran rak pada pengering ERK selama proses pengeringan untuk memperoleh hasil pengeringan yang merata dan efisien. Enam skenario percobaan putaran rak dilakukan untuk menentukan putaran rak terbaik yang dinyatakan oleh keragaman suhu rak terkecil.

Penentuan sebaran suhu pada setiap lokasi di dalam ruang pengering terutama pada bagian rak perlu diketahui. Metode CFD dengan software Gambit dan software Fluent dapat digunakan untuk menduga sebaran udara panas dan kecepatan aliran udara kondisi nyata ke dalam virtual model atau prototipe dari sebuah sistem. Validasi perhitungan CFD dinyatakan valid jika error yang dihasilkan lebih kecil dari 10% ketika dibandingkan dengan hasil pengukuran.

TINJAUAN PUSTAKA

Pengeringan

(15)

3 pengeringan yaitu kecepatan udara, suhu udara, dan kelembaban udara. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya proses penguapan air bahan ke udara karena perbedaan kandungan uap air antar udara dengan bahan yang dikeringkan. Selama proses pengeringan terjadi dua proses yaitu proses pindah panas dan pindah massa air yang terjadi secara simultan. Panas dibutuhkan untuk menguapkan air bahan yang akan dikeringkan (Fellow 2001). Penguapan terjadi karena suhu bahan lebih rendah dari pada suhu udara di sekelilingnya. Proses pindah panas diperlukan untuk memindahkan massa uap air dari permukaan ke udara. Pindah panas terjadi karena tekanan uap air di dalam bahan lebih tinggi dari pada udara. Mekanise pengeringan diterangkan melalui teori tekanan uap, air yang diuapkan terdiri dari air bebas dan air terikat. Air bebas berada di permukaan telah habis, maka terjadi migrasi air karena perbedaan tekanan pada bagian dalam dan bagian luar (Henderson dan Perry 1976).

Pengering Efek Rumah Kaca Hybrid Tipe Rak Berputar

Pengering efek rumah kaca di Institut Pertanian Bogor pertama kali dikembangkan oleh Abdullah 1999 dari Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Dalam perkembangannya, pengering ini didisain dengan berbagai tipe sesuai dengan kebutuhan produk yang dikeringkan, diantaranya adalah pengering tipe rak untuk panili (Mursalim 1995), cengkeh (Wulandani 2005), kakao (Nelwan 1997), tipe bak untuk kakao (Manalu 1999), kopi (Wulandani 1997).

Dalam rangka untuk menyeragamkan aliran udara di dalam ruang pengering terutama pada tipe rak, (Wulandani 2009) merancang pengering ERK tipe rak berputar secara vertikal. Pengering rumah kaca ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bangunan rumah kaca, silinder dengan rak pengering dan bagian pemanas tambahan. Rumah kaca tersebut berukuran panjang x lebar x tinggi (2.15 m x 1.75 m x 1.9 m). Tungku untuk tempat pembakaran biomassa dan tanki untuk memanaskan air sebagai supply panas. Pompa air digunakan untuk sirkulasi sedangkan radiator untuk pembangkit panasnya. Bangunan rumah kaca berfungsi sebagai pengumpul panas. Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) hybrid tipe rak berputar dapat dilihat pada Gambar 1.

(16)

4

Computational Fluid Dynamics (CFD)

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah ilmu yang mempelajari cara memperdiksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika atau model matematika (Tuakia 2008). Menurut (Versteeg dan Malalasekera 1995) CFD adalah sistem ananlisis yang meliputi aliran fluida, perpindahan panas dan fenomena seperti reakasi kimia yang berdasarkan simulasi komputer. Pada saat sekarang aplikasi CFD sudah banyak diterapkan pada disain mesin, ruang pembakaran, gas turbin dan tungku pembakaran. Ditinjau dari istilah CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-sat yang mengalir. Perangkat lunak (software) CFD mampu untuk melakukan simulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer. Software CFD ini dapat membuat virtual prototipe dari sebuah sistem atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di lapang. Software CFD akan memberikan data-data, gambar-gambar atau kurva-kurva yang menunjukkan prediksi dari performansi keandalan sistem desain. Hasil analisis CFD dapat berupa prediksi kualitatif maupun prediksi kuantitatif tergantung dari persoalan dan data input. Berikut adalah tiga keuntungan penggunaan CFD.

1. Pemahaman mendalam (Insight) Analisis CFD mampu mendesain sebuah sistem atau alat yang sulit

untuk dibuat prototype-nya atau sulit untuk dilakukan pengujian. Analisis ini mampu masuk secara virtual ke dalam alat atau sistem yang dirancang. 2. Prediksi menyeluruh (Foresight)

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah alat untuk memprediksi yang akan terjadi pada alat atau sistem yang didesain dengan satu atau lebih kondisi batas dan dapat segera menentukan desain optimal.

3. Efisiensi waktu dan biaya (Efficiency)

Prediksi menyeluruh (Foresight) yang diperoleh CFD mampu membantu untuk mendesain lebih cepat dan hemat uang. Analisis CFD akan lebih efisien waktu riset dan desain sehingga akan mencapai sasarannya.

Proses Simulasi CFD

Seorang engineer dalam merancang mesin memiliki berbagai alasan untuk mendapatkan pengembangan persamaan-persamaan, namun masalah utamanya dalam mendesain sistem termal adalah: (1) menyediakan proses simulasi termal (2) mengembangkan peryataan secara matematis untuk optimasi. Simulasi secara nyata dan problem-problem optimasi harus dilaksanakan dengan menggunakan komputer. Berikut adalah tahapan proses simulasi CFD.

1. Prapemprosesan (Preprocessing)

(17)

5 2 . Pencarian solusi (solving)

Tahap solving adalah tahap dilakukan perhitungan mengenai kondisi-kondisi yang telah diterapkan pada tahap pra-pemprosesan guna mendapatkan solusi. Solusi teknik numerik untuk mencari solusi di dalam CFD terdiri atas beberapa metode, yaitu difference, finite element dan spectral method (Tuakia, 2008).

3. Pascapemprosesan (Postprocessing)

Tahap pascapemprosesan adalah tahap penyajian hasil simulasi CFD dengan visualisasi warna untuk memudahkan dalam menganalisis. Berikut adalah tampilan hasil CFD.

a. Hasil geometri dan grid yang terbentuk. b. Plot berdasarkan vektor.

c. Plot berdasarkan kontur.

d. Plot berdasarkan permukaan (2D atau 3D).

Semua program pendekatan CFD dilakukan melalui prosedur sebagai berikut:

1. Sofware Gambit melakukan: a. Pembuatan geometri model

b. Bidang atau volume yang diisi oleh fluida dibagi menjadi sel-sel kecil (meshing)

2. Sofware Fluent melakukan:

a. Pendefinisian model fisik, misalnya : persamaan-persamaan gerak, entalpi, konversi spesies untuk zat-zat yang didefinisikan.

b. Pendefinisian kondisi-kondisi batas, termasuk di dalamnya sifat-sifat dan prilaku dari batas-batas model. Untuk kasus transient, kondisi awal juga didefinisikan.

c. Persamaan-persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara iterasi, biasa dalam kondisi tunak (steady state) atau transient. d. Analisis dan visualisasi dari solusi CFD.

METODOLOGI PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Kegiatan penelitian dilaksanakan mulai Februari 2013 sampai Agustus 2013 dan berlokasi di Laboratorium Lapang Siswadhi Soepardjo, Leuwikopo dan Laboratorium Energi, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Peralatan

Alat pengering yang digunakan pada penelitian ini adalah alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK) Hybrid rancangan Wulandani, et al. 2009 (Gambar 1). Deskripsi ERK tipe rak berputar adalah sebagai berikut: 1. Bangunan pengering ERK berdimensi 2.15 m x 1.75 m x 1.9 m

(18)

6

rak-rak yang digantungkan pada silinder berputar sehingga dengan adanya putaran as menyebabkan rak-rak pengering dapat bergerak mengikuti rotasi gerakan silindernya. Pada bangunan tersebut di dalamnya terdapat 3 bagian silinder, dalam setiap ruang pengering terdapat 8 gantungan rak pengering dengan posisi rak atas dan bawah sehingga rak-rak pengering berjumlah 48 rak. Rangka bangunan, rangka silinder dan rangka rak terbuat dari besi siku dan besi hollow bercat hitam. Dinding terbuat dari plastik polikarbonat.

2. Rak berupa aluminium berlubang, diberi bingkai dari kayu dengan dimensi 0.3m x 0.6m x 0.03 m, jumlah rak di setiap ruang adalah 16 buah, sehingga total rak adalah 48 buah.

3. Penukar panas, berupa radiator dengan sistem silang kompak, berdimensi 0.3 m x 0.35 m x 0.02 m. Fluida kerja yang dipakai pada penukar panas adalah air.

4. Kipas, sebuah kipas dengan daya 80 W terdapat di bawah radiator, berdiameter 0.3 m. Kipas outlet berupa exhaust fan berdiameter 0.12 m dengan daya 30 W. Pada pengering ini digunakan 3 buah kipas radiator, 3 buah kipas outlet dan 3 buah kipas pengaduk.

5. Tungku untuk tempat pembakaran biomassa dan tangki untuk memanaskan air agar dapat digunakan untuk sirkulasi sedangkan radiator untuk pembangkit panasnya.

Peralatan ukur yang digunakan dalam penelitian meliputi: 1. Thermocouple tipe CC.

2. Termometer bola basah dan bola kering.

3. Chino Recorder Yokogawa tipe 3058 dengan ketelitian 0.1oC 4. Pyranometer model EKO tipe MS-401

5. Multimeter digital model YEW tipe 2506 A dengan ketelitian 0.01 mV 6. Hot wire Anemometer model Lutron tipe AM-4204HA dengan ketelitian

0.01 m/dt.

7. Perangkat lunak yang di pakai yaitu software Gambit 2.4.6 diperlukan untuk proses pembuatan gambar dan meshing, ANSYS 12.1: Fluent 6.3 untuk melakukan proses simulasi dan analisis menggunakan Ms.Office dan Ms. Excel 2007.

Prosedur Penelitian

Pada penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan, dapat dilihat pada diagram alir penelitian Gambar 3.

Persiapan Alat

(19)

7

Percobaan Pengeringan

Percobaan pengeringan dilakukan sebanyak 6 skenario. 1 Skenario 1 : Rak dalam keadaan diam (tidak diputar). 2 Skenario 2 : Rak diputar 45o selama 1 jam sekali. tetap walaupun rak dilakukan pemutaran sudut sesuai dengan skenario. Pada saat pengambilan data rak dalam posisi diam (tidak diputar) dan posisi rak akan berpindah dengan penamaan yang sudah diberikan.

Percobaan dilakukan tanpa beban selama 1 hari dari pukul 08.00 WIB sampai 16.00 WIB dengan interval pengukuran 0.5 jam. Pemutaran rak dilakukan dengan interval 45o hal ini dikarenakan pengunci poros pemutar rak didesain sebesar 45o. Perlakuan putaran rak dilakukan sejauh 180o hal ini dikarenakan bentuk rotasi pergerakan silinder berbentuk lingkaran sehingga dilakukan pemutaran rak sejauh 180o untuk mewakili pemutaran rak pada bagian atas, tengah, dan bawah. Pemutaran rak dilakukan selama 1 jam sekali agar ergonomis saat pemutaran rak, dan lama pengambilan data saat pengukuran.

Parameter yang Diukur pada Percobaan Pengeringan

Parameter yang diukur adalah sebagai berikut:

1. Suhu yaitu meliputi suhu udara pada rak atas, rak tengah, rak bawah, lantai, inlet, outlet, suhu ruang pengering, suhu dinding, suhu atap, suhu lantai pengering, dan suhu lingkungan.

2. Kecepatan meliputi kecepatan udara pada inlet, outlet, depan kipas kiri, kipas tengah dan kipas kanan, udara pada rak atas, rak tengah, rak bawah, RH ruang pengering, dan RH udara lingkungan.

3. Radiasi surya.

Titik pengukuran suhu rak pada rak atas 3 titik pengukuran dan rak bawah 2 titik pengukuran. Pengukuran kondisi batas pada lantai, atap, dinding kanan, dinding kiri, pintu (dinding depan), dan suhu ruang pengering. Posisi titik pengukuran dapat dilihat pada Gambar 2.

Pemodelan CFD

Pengukuran suhu-suhu tersebut digunakan pula untuk menvalidasikan simulasi CFD.Simulasi CFD dilakukan pada kondisi tanpa menggunakan beban. Pemodelan CFD menggunakan asumsi:

1. Udara tidak termampatkan (incompressible), ρ konstan.

2. Bilangan Prandtl udara konstan (panas jenis, konduktivitas, dan vikositas udara konstan).

3. Udara bergerak dalam keadaan steady.

(20)

8

6. Aliran udara dianggap laminar. Aliran laminar jika Re<2000 (Holman 1997).

Hasil pengukuran di atas selanjutnya menjadi input untuk menyusun pemodelan CFD diantaranya sebagai input kondisi batas. Nilai dan perhitungan aliran laminer pada ruang pengering ditunjukkan pada Lampiran 1.

Perhitungan Parameter Kondisi Batas simulasi CFD

Kondisi batas untuk pemodelan CFD meliputi beberapa parameter. Perhitungan parameter kondisi batas pada dinding menggunakan persamaan sebagai berikut :

a. Perhitungan aliran laminer. (Holman1997).

Re = ...(1)

b.Koefisien pindah panas konveksi (h) Koefisien pindah panas konveksi pada dinding dianggap sebagai konveksi bebas. Nilai h ini dinyatakan dalam persamaan yang diberikan Churchill dan Chu dalam Holman (1997) : Gr = ... (2)

Ra = Gr x Pr... (3)

Nu = ... (4)

h = ... (5)

Iradiasi surya didefinisikan sebagai fluks dari atap dan dinding bangunan pengering. Fluks panas dapat dihitung melalui persamaan sebagai berikut: = (I x τα) – h ( Td– T∞ )... (6)

c. Perhitungan parameter kondisi batas pada rak. Rak berupa plat berlubang dianggap sebagai porous jump. Nilai α dan C2 dinyatakan dalam persamaan yang terdapat pada Wulandani (2009). a. Permeabilitas permukaan (α) α = ...(7)

b. Koefisien porous jump (C2) C2 = ...(8) Rincian perhitungan parameter kondisi batas pada kondisi tanpa beban dapat dilihat pada Lampiran 1.

Pembuatan Model Geometri dan Pendefinisian Kondisi Batas Simulasi CFD

(21)

9 dan rak-rak pengering sebagai porous jump. Setelah pendefinisian selesai dilakukan proses meshing.

Simulasi CFD Udara Panas

Program fluent 6.3 melakukan beberapa proses sebagai berikut: 1. Mendefinisikan:

a. Model, dimana didalamnya ditentukan solver (2D atau 3D), pemakaian energi, viskositas model (laminer atau turbulen)

b. Menentukan jenis fluida dan material penyusun bagunan pengering yang digunakan serta sifat termofisiknya.

c. Menentukan kondisi operasi (Operating conditions)

d. Memasukkan nilai-nilai kondisi batas (Boundary conditions) terhadap domain yang sudah dibuat dengan program Gambit.

2. Melakukan proses inisialisasi. 3. Melakukan proses iterasi.

4. Melihat penampilan hasil simulasi dalam bentuk grid, kontur (suhu kecepatan angin),vektor (suhu, kecepatan).

5. Mendapatkan informasi data yang terkait hasil simulasi untuk keperluan validasi Plot (XY Plot, Residual)

Analisis Sebaran Suhu Hasil Simulasi CFD

Dari informasi sebaran suhu dengan beberapa skenario yang dilakukan maka dapat dilihat dari pola sebaran suhu udara panas yang dihasilkan pada penampilan hasil simulasi CFD.

Validasi Model Simulasi CFD

Validasi model dilakukan dengan membandingkan suhu rak hasil simulasi dengan suhu rak hasil pengukuran di lapang. Keakuratan hasil simulasi dengan hasil pengukuran dinyatakan dalam persentase error. Error dinyatakan dengan persamaan:

Error= ... (9)

Menurut Karmeli (2011) dalam Nuryawati (2011), distribusi suhu hasil simulasi juga divalidasi dengan menghitung koefisien keragaman dan koefisien variasi. Apabila Nilai koefisien variasi (CV) kurang dari 15%, maka dikatakan bahwa hasil simulasi telah baik. Persamaan dinyatakan sebagai berikut:

(22)

10

Posisi Titik Pengukuran ERK Tipe Rak Berputar

Gambar 2 Titik Pengukuran ERK Tipe Rak Berputar Keterangan:

Pada saat pengukuran di lapangan rak diberi tanda yakni A, B, C, D, E ,F, G dan H. Pemberian tanda posisi rak sesuai tingkatan posisi rak pada bagian atas, tengah dan bawah. Rak A pada posisi rak teratas sebelah kanan dan rak H pada posisi rak teratas sebelah kiri, rak B pada posisi dibawah rak A sebelah kanan dan rak G pada posisi bawah rak H sebelah kiri, rak F pada posisi bagian tengah sebelah kiri, rak C pada posisi tengah sebelah kanan, rak D pada posisi rak terbawah sebelah kanan dan rak E pada posisi rak terbawah sebelah kiri. Pada pada saat pemutaran posisi rak akan berubah sesuai skenario yang dilakukan dengan penamaan yang sama.

Terdapat tiga ruang rak pengering, dalam satu ruang pengering terdapat 8 jumlah gantungan rak pengering dalam posisi rak atas dan bawah sehingga terdapat 48 rak. Titik pengukuran suhu rak pada rak atas 3 titik pengukuran dan rak bawah 2 titik pengukuran. Pengukuran kondisi batas pada lantai, atap, dinding kanan, dinding kiri, pintu (dinding depan), dan suhu ruang pengering.

F G

E H

B A

C

D

Arah kiri ruang pengering Arah kanan

(23)

11

Tidak

Ya

Gambar 3 Diagram alir prosedur penelitian

HASIL DAN PEMBAHASAN

Suhu Rak Pengering

Hasil Pengukuran Skenario 1

Pada skenario 1 rak tidak dilakukan pemutaran (diam), sehingga posisi rak dalam keadaan tetap. Tabel 1 memperlihatkan tingkat keragaman suhu rak selama pengukuran yang dinyatakan dengan nilai standar deviasi. Nilai standar deviasi rata-rata skenario 1 adalah 0.52oC pukul 08.00 WIB.

Mulai

Experimen pengering ERK

Simulasi CFD

Skenario terbaik

Selesai Valid (Error suhu <

(24)

12

Gambar 4 memperlihatkan pengukuran suhu rak pada pukul 08.00 WIB pada rak A, adalah suhu rak tertinggi. Pada pukul 12.00 WIB suhu rak tertinggi masih terjadi pada rak A karena posisi rak A berada di bagian paling atas, karena tidak ada perubahan posisi. Nilai standar deviasi pengukuran pukul 12.00 WIB menunjukkan keragaman tertinggi, yaitu 2.48oC. Rata-rata nilai standar deviasi selama 1 hari pengukuran suhu pada skenario 1 sebesar 1.70oC.

Nilai iradiasi matahari pada pukul 08.00WIB adalah 285.71W/m2dan pada pukul 12.00 WIB adalah 314.285 W/m2. Pada pukul 12.00 WIB, nilai iradiasi matahari yang dihasilkan rendah, hal ini dikarenakan pada pukul 12.00 WIB mendung (matahari tertutup oleh awan). Adapun suhu yang terukur pengukuran pukul 12.00 WIB suhu yang dihasilkan besar, hal ini dikarenakan pada saat pengukuran pukul 12.00 WIB dilakukan tambahan pemanas yakni biomassa pada saat kondisi cuaca mendung, tambahan pemanas dilakukan pada saat pengukuran pukul 11.00 WIB -13.00 WIB.

Berikut adalah profil sebaran suhu rata-rata setiap rak pada pengukuran tiga titik bagian rak atas dan dua titik bagian rak bawah. Suhu maksimum 44.6oC, suhu minimum 42.3oC dan suhu rata-rata 43.09oC pengukuran pukul 08.00 WIB. Pada suhu maksimum 69.8oC, suhu minimum 62oC dan suhu rata-rata 67.07oC pengukuran pukul 12.00 WIB. Tabel 1 Tingkat keragaman suhu rak Skenario 1

(25)

13

Waktu (Pukul)

Gambar 4 Profil suhu rak Skenario 1

(26)

14

Tabel 2 Tingkat keragaman suhu rak Skenario 2 Waktu

(27)

15

atas pengering, pengukuran pukul 13.00 WIB posisi rak menerima suhu maksimum pada G dan H, posisi rak pada pengukuran pukul 13.00 WIB dan pengukuran pukul 12.00 WIB menempati posisi suhu rak tertinggi hal ini dikarenakan pemutaran sudut sebesar 45o pada pemutaran rak selama 2 pukul sekali. Pengukuran pada skenario 2 posisi rak pengukuran pada pukul 12.00 WIB dan pengukuran pukul 13.00 WIB, suhu rak maskimum pengukuran pukul 12.00 WIB pada rak D dan E sedangkan pengukuran pukul 13.00 WIB pada rak G dan H. Salah satu kelebihan pemutaran rak adalah posisi rak menempati tempat yang berpindah-pindah sehingga masing-masing rak menerima panas matahari bergantian. Lama pemutaran rak menentukan besarnya suhu standar deviasi yang dihasilkan. Gambar 6 memperlihatkan profil suhu rata-rata rak, suhu rata-rata rak dipengaruhi iradiasi surya rata-rata saat dilakukan pengukuran. Pengukuran pukul 08.00 WIB iradiasi sebesar 471.43W/m2, nilai iradiasi pada pukul 12.00 WIB adalah 760.42W/m2. Pengukuran pukul 08.00 WIB suhu maksimum 40.7oC, suhu minimum 35.2oC dan suhu rata-rata 35.14 oC dan pengukuran pukul 12.00 WIB suhu maksimum 67.52oC, suhu minimum 65oC dan suhu rata-rata 65oC.

(28)

16

Waktu (Pukul)

(29)

17 Tabel 4 Tingkat keragaman suhu rak Skenario 4

Waktu

(30)

18

yang berbeda-beda sesuai dengan pergeseran sudut yang dilakukan saat pemutaran rak. Adapun kesulitan saat pengukuran yakni saat melakukan pemutaran rak, termokopel tergulung dan lepas dari posisi pengukuran. Pengukuran pukul 08.00 WIB iradiasi surya rata-rata 450.05W/m2 dan nilai iradiasi pengukuran pukul 12.00 WIB 970.42 W/m2. Pengukuran pukul 12.00 WIB suhu maksimum 49.75oC, suhu minimum 49.7oC, suhu rata-rata 49.75oC dan pengukuran pukul 08.00 WIB dan suhu maksimum 77.3oC, suhu minimum 73oC dan suhu rata-rata 74.68oC .

Tabel 5 Tingkat keragaman suhu rak Skenario 5

Waktu

(31)

19 diyatakan pada Gambar 9 nilai suhu rak atas, tengah dan bawah kurang seragam. Suhu yang dihasilkan pada setiap pukul memiliki perbedaan yang besar. Rak bagian atas dan bawah akan menempati posisi yang bergantian, sedangkan rak bagian posisi tengah saat dilakukan pemutaran berada di posisi bagian tengah. Nilai standar deviasi pengukuran pukul 08.00 WIB 1.09oC dan pengukuran pukul 12.00 WIB 1.8oC. Nilai rata-rata standar deviasi rata-rata pengukuran pemutaran rak pukul 09.00 WIB - 16.00 WIB sebesar 2.09oC, nilai standar deviasi lebih tinggi dibanding pengukuran skenario 5. Kesulitan pada saat pengukuran yakni saat pemutaran termokopel tergulung dan putus dari rak hal ini dikarenakan rak diputar

Tabel 6 Tingkat keragaman suhu rak Skenario 6

Rak Suhu rata-rata (oC)

(32)

20

Penentuan Putaran Rak Terbaik

Nilai standar deviasi rata-rata pengukuran masing-masing skenario terlihat pada Gambar 10. Nilai standar deviasi terendah pada pengukuran skenario 5 sebesar 1.67oC dengan pemutaran rak sejauh 135o selama 1 jam sekali, nilai standar deviasi terendah kedua yakni pengukuran pada skenario 1 nilai standar deviasi sebesar 1.70oC, pengukuran suhu rak pada skenario 2, 3 dan 4 menghasilkan nilai standar deviasi terbesar. Penentuan putaran terbaik dihasilkan dari nilai standar terendah saat pengukuran, hal ini menunjukkan tingkat keragaman suhu masing-masing rak pada posisi rak yang berbeda. Sehingga semakin besar standar deviasi semakin besar pula tidak seragamnya. Pemutaran rak memiliki kelebihan yakni posisi rak akan menempati letak yang bergantian sehingga masing-masing rak akan memperoleh panas yang lebih merata.

Gambar 10 Rata-rata standar deviasi masing-masing skenario

Kelembaban Udara dan Iradiasi Surya pada Ruang Pengering

Kelembaban udara ruang pengering dipengaruhi oleh suhu dan tekanan uap udara.Suhu yang meningkat di dalam ruang pengering menyebabkan tekanan uap udaranya juga meningkat sehingga menyebabkan tekanan uap yang tinggi bergerak menuju tekanan yang lebih rendah yaitu kearah outletnya. Kelembaban udara ruang pengering selama proses pengeringan berlangsung secara terus menerus akan mengurangi uap air yang ada di dalam ruang pengering, dengan demikian kelembaban udaranya dari semula tinggi menjadi rendah karena pergerakan udara dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah.

Kelembaban udara rata-rata ruang pengering yang diperoleh pada skenario 1adalah 52.82%, skenario 2 adalah 65.03%, skenario 3 adalah 50.78%, skenario 4 adalah 55.89%, skenario 5 adalah 45.37% dan skenario 6 adalah 48.52%. Faktor yang menyebabkan kelembaban udara ruang pengering berubah yaitu: iradiasi matahari yang berpengaruh terhadap perubahan suhu ruang pengering dan udara lingkungan, peningkatan suhu dalam ruang pengering oleh pengaruh penyebaran panas secara konveksi .

(33)

21 mengunakan bahan produk pada pengeringan sawut ubi jalar menghasilkan suhu pengering rata-rata 40oC-60oC (Utari 2013). RH rata-rata pengering tanpa mengunakan bahan sebesar 53.06% sedangkan RH rata-rata pengering pada sawut ubi jalar sebesar 46.49%. Hal ini menunjukkan hubungan semakin besar suhu pada saat pengeringan maka kelembaban pada ruang pengering akan semakin rendah. Hubungan antara waktu pengamatan terhadap radiasi matahari mempengaruhi laju pengeringan. Nilai iradiasi matahari rata-rata masing-masing skenario 700W/M2. Nilai radiasi matahari, RH dan kecepatan angin terlampir pada Lampiran 4.

Pemodelan Simulasi CFD Suhu Rak Pengering

Bentuk Model Pengering dengan Gambit

Bentuk domain 3D ruang pengering diperoleh dari proses pembentukkan geometri ruang pengering menggunakan software Gambit 2.2.30. Domain adalah betuk dasar bangunan pengering dengan kondisi batas pada dinding, atap, lantai, inlet outlet fan dan rak-rak pengering. Pembentukkan grid ruang pengering dengan nilai mesh 60 mm, karena ukuran worst mesh dihasilkan lebih kecil dari 0.85, nilai meshing yang sudah dibuat sudah baik (Tuakia F. 2008). Pembentukkan grid ini menggunakan Tet/ Hybrid yang berarti aliran fluida akan melalui jaringan mengikuti bentuk ruang pengeringnya dan jaringan tersebut dapat berbentuk segiempat, segilima, atau segienam sesuai bentuk ruang pengeringnya. Bentuk simulasi domain utama model pengering serta grid ruang pengering sama untuk 6 skenario. Grid domain memberikan jalur lintasan yang dilalui oleh rambatan atau aliran udara panas maupun aliran udara yang bergerak dari inlet menuju outletnya melalui pencampuran dan initial condition untuk membentuk distribusi dan kecepatan aliran udara.

Hasil Simulasi Pukul 08.00

(34)

22

sebesar 0.70659. Nilai kualitas mesh dihasilkan lebih kecil dari 0.85, ini berarti meshing yang sudah dibuat sudah baik ( Tuakia F 2008).

Gambar 11-16 dibawah ini memperlihatkan perbedaan distribusi suhu rak yang dinyatakan dalam tingkatan warna yang dihasilkan saat simulasi untuk masing-masing skenario dengan posisi titik pengukuran pada masing-masing skenario. Sebaran suhu udara di rak pengering dipengaruhi oleh kecepatan udara yang masuk ke ruang pengering (inlet), kecepatan udara yang keluar dari ruang pengering (outlet). Aliran udara di dalam ruang pengering memiliki besaran yang digambarkan dari nilai kecepatan aliran udara dan juga memiliki arah aliran yang digambarkan dengan degradasi warna pada ruang pengering. Hasil simulasi CFD dapat diyatakan dalam tampilan kontur dan vektor, vektor diyatakan untuk mengetahui pergerakkan udara yang berada di dalam ruang pengering yakni pergerakan udara yang masuk dari inlet dan keluar menuju otlet. Kecepatan angin dan besarya iradiasi matahari terlampir pada Lampiran 5. Kontur pada CFD ditampilkan untuk melihat gradasi warna pada rak pengering agar mengetahui besarnya panas yang diterima rak pada saat pengukuran. Keuntungan dari pada kontur pada penelitian ini yakni mengetahui besarnya suhu titik-titik pengukuran selain pada titik pengukuran di lapangan, sehingga dapat memprediksi besarnya suhu rak pengering dalam kondisi yang berbeda dengan waktu pengukuran yang berbeda untuk masing-masing skenario. Nilai boundary conditions untuk masing-masing skenario berbeda sesuai dengan nilai hasil pengukuran dilapangan dengan perhitungan yakni nilai heat flux, poros jump, heat transfer, velocity inlet dan outflow. Nilai poros jump pada semua skenario sama hal ini dikaranakan rak yang pergunakan sama untuk semua skenario, sedangkan nilai heat flux, heat transfer, velocityinlet dan outflow berbeda sesuai dengan perhitungan analisis data pengukuran di lapang. Berikut adalah gambar kontur hasil simulasi pada pengukuran pukul 08.00 WIB.

(35)

23

Gambar 12 Simulasi Skenario 2

(36)

24

(37)

25

Hasil Simulasi Pukul 12.00

Suhu rata-rata pengukuran sebesar 75.68oC dan suhu simulasi sebesar 72.5oC. Perbedaan suhu yang terukur dan suhu simulasi yang dihasilkan diyatakan pada nilai error yang dihasilkan. Nilai error yang dihasilkan tidak melebihi 10% maka simulasi ini dapat dikatakan baik. Gambar 17-22 dibawah ini menunjukkan perbedaan suhu simulasi masing-masing skenario.

(38)

26

(39)

27

Hasil simulasi pengukuran pukul12.00 WIB menampilkan skenario 1 hasil simulasi berwarna orange, warna yang dihasilkan tidak merata hal ini menunjukkan sebaran suhu rak pengering kurang merata, dibanding hasil simulasi pada pukul 08.00 WIB dengan perlakuan rak dalam keadaan diam (tidak diputar), dengan standar deviasi simulasi sebesar 2.21oC merupakan nilai standar deviasi terbesar dari semua skenario. Skenario 2 dan 3 memiliki suhu sebaran rak yang merata yakni berwarna orange, dengan perlakuan rak diputar 45o. Skenario 4 sebaran suhu yang dihasilkan kurang merata, warna sebaran rak yang dihasilkan berwarna kuning dan orange kurang merata, suhu orange lebih tinggi dibanding suhu yang berwarna kuning dengan pemutaran rak 90o. Skenario 5 sebaran suhu yang dihasilkan berwarna kuning merata rak diputar 135o. Skenario 6 sebaran suhu yang dihasilkan berwarna hijau merata dengan perlakuan rak diputar 180o. Nilai warna pada pengukuran pukul 08.00 WIB dan pukul12.00 WIB berbeda hal ini sesuai dengan tingkatan suhu yang dihasilkan pada tingkat visualisai pada Fluent 6.3. Nilai kondisi batas saat melakukan simulasi terlampir pada Lampiran 4 untuk pengukuran pukul 12.00 WIB.

Validasi Simulasi CFD

(40)

28

Tabel 7. Distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pukul 08.00

Perlakuan Suhu

Tabel 8. Distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pukul 12.00

Perlakuan Suhu

(41)

29 koefisien variasi terkecil dan sebaran yang paling seragam menjadi rekomendasi hasil penelitian yakni pada skenario 5, dihasilkan dari grafik sebaran suhu rata-rata rak dan standar deviasi yang dihasilkan

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Berdasarkan data yang diperoleh dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan yakniputaran rak yang tepat berdasarkan nilai standar deviasi terendah, pengukuran dihasilkan pada pengukuran skenario 5 dengan perlakuan pemutaran rak sejauh 135o lama pemutaran rak selama 1 jam sekali menghasilkan suhu yang lebih seragam terlihat pada grafik dan nilai rata-rata standar deviasi yang dihasilkan masing-masing skenario. Nilai standar deviasi terendah merupakan skenario terbaik pada skenario 5 sebesar 1.67oC. Simulasi dengan teknik CFD pada model pengering ERK dilakukan dengan kondisi steady untuk mengamati pola distribusi suhu rak di dalam ruang pengering. Simulasi CFD memberikan gambaran suhu rak seperti yang diharapkan yakni menunjukkan suhu rak saat pengukuran cenderung sama dengan hasil simulasi yang ditampikan dengan kontur simulasi Fluent 6.3. Validasi nilai hasil pengukuran simulasi dengan nilai hasil pengukuran dilapangan menghasilkan nilai error lebih kecil 10% pada pengukuran pukul 12.00 WIB maka dapat dikatakan baik.

Saran

Diperlukan penelitian untuk membandingkan sebaran suhu rak yang dihasilkan untuk ERK (Efek Rumah Kaca) tipe rak berputar dengan supply panas berasal dari radiator dengan menggunakan CFD dengan melakukan perhitungan pada masing-masing suhu boundary conditions pada kondisi keadaan lingkungan sekitar.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah K. 1999. Recent development of GHE solar drying in Indonesia Grassroot Project. Di dalamμ ADC’99, editor. Proceedings of the First Asian-Australia Drying Conference: Bali, Indonesia. Bali (ID): [No halaman tidak diketahui].

Brooker DB, Bakker-arkema FW, Hall CW. 1974. Drying Cereal Grain. Westport (USA). The AVI Publishing Co. Inc.

(42)

30

Fellow PJ. 2001. Food Processing Technology Principles and Practices. New York (USA): CRC Press.

Hall CW. 1957. Processing Equipment for Agricultural Product. Michigan (USA): Edward Brothers Inc. Arbor.

Henderson MS, Perry ME. 1976. Agricultural Process Engineering. Third Edition. Wesport (USA): The AVI Publishing Company.

Holman JP. 1997. Perpindahan Kalor. Penerjemah: Jasjfi, E, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Heat Transfer. Edisi ke-6. Kamaruddin A, Thamrin, F. Wenur. D. Wulandani. 1994. Optimasi dalam

perencanaan alat pengering hasil pertanian dengan energi surya. Laporan Akhir Penelitian Hibah Bersaing I. Bogor (ID): Ditjen Dikti, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan IPB.

Manalu LP, Kamaruddin A. 2001. Model simulasi proses pengeringan kakao memakai pengering surya tipe efek rumah kaca. Buletin Keteknikan Pertanian: 15 (Nomor 3).

Mark JE. 2007. Physical properties of polymers. [Internet]. Second edition;

[diunduh 2013 Mei 1]. Tersedia pada:

http://bib.convdocs.org/docs/24/23048/conv_1/file1.pdf.

Mursalim. 1995. Uji performansi sistem pengering energi surya dan tungku batubara dengan bangunan tembus cahaya sebagai pembangkit panas untuk pengering Vanilla planifolia [Tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Nelwan LO. 1997. Pengeringan kakao dengan energi surya menggunakan rak pengering dengan kolektor tipe efek rumah kaca [Tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Nugraha IB. 2005. Simulasi pola aliran udara, RH dan suhu ruang pengering dengan teknik computational fluid dynamics (CFD) pada proses pengeringan mahkotadewa [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Nuryawati T. 2011. Simulasi distribusi suhu dan pola aliran udara dalam rumah tanaman tipe modified arch menggunakan computational fluid dynamics (CFD) [Tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Tuakia F. 2008. Dasar-Dasar Computational Fluid Dynamics Menggunakan Fluent. Bandung (ID): Informatika.

Versteeg HK dan W. Malalasekera. 1995. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. Malaysia (MY): Longman Sc.

Widodo P. 2009. Kajian pola sebaran aliran udara panas pada model pengering efek rumah kaca hibrid tipe rak berputar menggunakan computational fluid dynamics (CFD) [Tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

(43)

(44)

32

Lampiran 1 Contoh analisis perhitungan parameter yang digunakan untuk simulasi CFD

1. Aliran udara ruang pengering: Suhu inlet = 33.3oC

Massa jenis 1.1423 kg/m3

Panas jenis 1.0058 kj/kg oC

Konduktivitas panas 0.0263w/ oC

Viskositas dinamik 1.898 x10-5 kg/ms

Viskositas kinematik 15.89 x10-6 m2/s

Bilangan Prandtl 0.7076

Sumber: Sifat-sifat udara pada (Table A-15, Cengel) 2. Plat absorber

Heat transfer coefficient (h)

t =300C (free stream temperature) V = 0.37 m/s

tp=47 0C

t= = =38.5 oC

Re= = =62057.586

Nu=0.664Re0.5 Pr0.33= 0.664(62057.586)0.5(0.72771)0.33=118.719

Sifat Nilai

Viskositas dinamik 1.6879x10-5 kg/ms

(45)

33 Lampiran 1 (Lanjutan)

4. Dinding kanan

Pindah panas konveksi pada dinding tegak diyatakan dalam (Chapman, 1974 dalam Wulandani, 2005) :

h= Nu

Massa jenis 1007 kg/m3

(46)

34

Lampiran 1 (Lanjutan) 5. Dinding kiri

h= Nu

Massa jenis 1007 kg/m3

(47)

6. Dinding depan

h= Nu

(48)

36

Lampiran 1 (Lanjutan) 7. Dinding belakang

Nu= [0.68-0.67Ra1/4[1+( )(9/16)](-4/9)] Untuk 0<Ra<109

Nu= (0.825-0.387Ra1/6[1+( )(9/16)](-8/27]2 Untuk Ra>109

Ra=Gr.Pr Gr= L3gβ

Suhu lingkungan =30 oC Suhu dinding = 35.2 oC Suhu fluida operasi = 32.6 oC tm= =32.6+273=305.6K β= = =3.27225x10-3

Gr=(0,865)3 (9.8)( 3.27225x10-3) =4.05x108 Ra=Gr.Pr=4.05x108x0.727472=2.95x108

Nu= (0.825-0.387Ra1/6[1+( )(9/16)](-8/27]2

= (0.825-0.387(2.95x108)1/6[1+( )(9/16)](-8/27]2 = 84.827439

h= Nu =84.827439 =0.884661 fluks panas

β= =0.0260724 =135.57648W/m2

Sifat Nilai

(49)

37 Lampiran 1 (lanjutan)

8. Perhitungan parameter kondisi batas pada rak dianggap sebagai porous jump

a. Permeabilitas permukaan (α) α =

=

= 3.9x10-8

b. Koefisien porous jump C2 =

=

=27021.58

9. Properti udara dalam ruang pengering

Sifat Nilai

Panas jenis 1007 kj/kg oC

Sumber: Sifat-sifat udara pada (Table A-15, Cengel) 10. Properti dinding dengan bahan polikarbonat

Kerapatan =1210 kg/m3 Panas jenis = 1250 j/kg0C

(50)

38

Lampiran 2 Tabel distribusi suhu rak hasil simulasi CFD pada pukul 08.00

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

44

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

50

Lampiran 4 Tabel kondisi batas (boundary conditions) pengukuran pukul 08.00 dan pukul 12.00

Skenario 1

Posisi titik pengukuran

Suhu terukur (oC)

Waktu (Pukul) 08.00 12.00

Atap 47.5 67.2

Dinding kanan 43.2 63.2

Dinding kiri 43.2 62.3

Dinding depan 45.5 63.2

Dinding belakang 42.6 60.2

Lantai 46.5 63.1

Ruang pengering 41.1 63

Skenario 2

Posisi titik pengukuran Suhu terukur (oC)

Atap 47.5 67.2

Lantai 46.5 63.1

Ruang pengering 41.1 63

Skenario 3

Atap 40.9 59.6

Dinding belakang 39 52.8

Lantai 40.1 60

(63)

Skenario 4

Atap 40.6 60

Lantai 40.5 56.1

Ruang pengering 35 57

Skenario 5

Suhu terukur (oC) Waktu (Pukul) 08.00 12.00

Atap 45.5 60

Lantai 43.2 55.1

Ruang pengering 43 55

Skenario 6

Suhu terukur (oC) Waktu (Pukul) 08.00 12.00

Atap 40.9 60

Dinding kanan 40.8 59

Dinding kiri 40.4 59

Dinding depan 40.6 59

Dinding belakang 40.8 52

Lantai 40.5 60

(64)

52

(65)

(66)

(67)

55

RIWAYAT HIDUP

Sueritah Henny Wanti, dilahirkan di Tanah Raja Sumatera Utara tanggal 24 Desember 1991 dari ayah H. Sianipar dan ibu T. Simanjuntak, sebagai putri ketiga dari empat bersaudara.

Pendidikan formal mulai ditempuh di TK Tanah Raja pada tahun 1995-1997. Selanjutnya, penulis menempuh pendidikan di SD Negeri III Sei rampah pada tahun 1997-2003. Pada tahun 2003-2006 melanjutkan di SMP Negeri 1 Sei Rampah. Pada tahun 2006-2009 melanjutkan di SMA Negeri II Tebing Tinggi. Pada tahun 2009 diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB di Departemen Teknik Pertanian yang sekarang berganti nama menjadi Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam kepengurusan organisasi intra-kampus diantaranya sebagai Komisi Diaspora PMK IPB, GAMASINTAN dan HIMATETA. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Teknik Irigasi dan Drainase (TMID), Praktimum Terpadu Mata Kuliah Bahan Petanian (PTMBT), Teknik Green House (TGH) pada tahun 2013.