BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Studi Pendahuluan
Langkah awal dalam penelitian ini adalah mencari dan mengumpulkan sumbersumber seperti: buku, jurnal atau penelitian sebelumnya yang mendukung penelitian.
3.2Tahapan Analisis
3.2.1 Persamaan Differensial untuk Transfer Energi
Untuk kenyamanan ruangan tertentu, digunakan model perpindahan panas yang teori dasar globalnya termasuk parameter, pengaturan dari konduksi panas, konveksi dan radiasi dari permukaan ke lingkungan. Radiasi ke permukaan digunakan metode bercahaya oleh refleksi baur dan bayangan. Dalam proses perpindahan panas suatu fluida terjadi transfer energi. Transfer panas secara konveksi diasosiasikan dengan pertukaran energi antara permukaan dengan fluida di dekatnya. Sebagian besar situasi transfer energi yang penting sedikit banyak selalu melibatkan pergerakan fluida. Berikut Persamaan Transfer Energi:
�. (−���) +����.��= �
dimana, �, �, ��, �� masing-masing mewakili sumber panas, kerapatan, kapasitas tekanan konstan dan gradient suhu.
3.2.2 Aliran dalam ruangan Turbulent
Persamaan model aliran Turbulen dan tak mampu mampat adalah sebagai berikut. �(�.∇)� =∇. [−��+ (�+��)(∇�+ (∇�)�)] +�
3.2.3 Kondisi Batas
Untuk memecahkan persoalan Pengoptimalan AC dalam penelitian ini diasumsikan jenis fluida ( udara )sebagai berikut:
A. Kondisi batas untuk persamaan turbulen 1. Kecepatan awal ditentukan,
2. Incompressible fluid (fluida tak mampu-mampat, konstan), 3. Simetri di permukaan ruangan,
4. Tekanan tetap pada outlet,
5. Fungsi dinding terletak pada dinding ruangan. B. Kondisi batas untuk perpindahan panas
1. Temperatur tetap pada inlet,
2. Transportasi konveksi di dominasi pada dinding ruangan, 3. Simetri (isolasi termal) di permukaan ruangan,
4. Suhu ruangan dan manusia tetap.
3.2.4 Bagian Pengaturan Domain
Jenis material yang digunakan diambil dari material pustaka inbuilt di COMSOL Multiphysics 5.0. Material yang digunakan untuk kedua domain adalah udara, material dinding ruangan batu bata, dan material untuk manusia adalah kulit. Bagian domain dari udara diidentifikasi dan diberikam sifat-sifat udara.
3.2.5 Meshing
Gambar 3.1. Elemen tetrahedral (Sumber: Rao, 2011)
3.2.6 Penyelesaian Masalah
Ada berbagai pemecahan masalah yang dapat dipilih dari COMSOL. Untuk semua simulasi, otomatis memilih pemecahan yang digunakan, yang mana mendeteksi jenis masalah yang dihadapi dan secara otomatis memilih penyelesaian tepat yang terbaik untuk masalah yang diberikan. Penyelesaian yang terdeteksi itu penyelesaian terpisah yang tak berubah dan sama dengan penyelesaian yang digunakan di semua simulasi.
3.3 Simulasi Model dengan COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics adalah software untuk analisis elemen hingga. Dalam penelitian ini akan dilihat distribusi temperatur terhadap ruangan yang di dalam nya terdapat AC sebagai inlet (masuknya udara dingin), ruangan tersebut dikondisikan memiliki ventilasi sebagai outlet (keluarnya udara), dan dalam ruangan tersebut dimisalkan terdapat seorang manusia.
inlet
inlet
inlet
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Simulasi Dengan Menggunakan COMSOL Multiphysics
COMSOL adalah software simulasi elemen hingga, yang pada dasarnya dapat mensimulasikan apa pun yang diinginkan: mensimulasikan perpindahan panas melalui struktur yang kompleks, kristal fotonik pada skala nano, lentur mekanik balok, aliran cairan, proses elektrokimia, fisika plasma dan banyak lagi. COMSOL Multiphysics 5.0 merupakan ekspansi yang signifikan dari aplikasi software, fitur, dan fungsi. Versi 5.0 memberdayakan pengguna saat ini untuk berbuat lebih banyak dengan lingkungan simulasi, sementara industri-industri baru sekarang akan dapat memanfaatkan inovasi multiphysics simulasi.
4.1.1 Bentuk Geometri Ruangan dengan COMSOL Multiphysics
Berikut adalah model ruangan yang dibuat dengan COMSOL Muliphysics 5.0
Gambar 4.1 Model ruangan pada COMSOL Multiphysics 5.0
4.1.2 Parameter dan Properti Pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics
TABEL 4.1 Parameter pengoptimalan AC
PARAMETER
Nama Ekspresi Nilai Deskripsi
T_h 36[degC] 309,15 K Suhu tubuh manusia
T_amb 34[degC] 307,15 K Suhu Ruangan
T_source 17[degC] 290,15 K Suhu Air Conditioner
T_av (T_amb+T_h+T_s
W_AC 60[cm] 0.6m Air Conditioner Width
L_AC 5[cm] 0.05m Air Conditioner Length
4.1.3 Material Pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics
Dalam pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics digunakan material Air dengan properti nya sebagai berikut:
Tabel 4.2 Properti Pengoptimalan AC
Properti Nilai
Kepadatan 1,127 Kg/m3
Viskositas Dinamik 1,983e-5 Pa.s
Tekanan konstanta kapasitas panas 1.005 J/(kg.K)
Konduktivitas termal 0.0271 W(m.K)
4.1.4 Mesh Pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics
Dengan data-data parameter diatas dimodelkan dan digambarkan mesh untuk ruangan pengoptimalan AC dengan COMSOL.
Tabel 4.3 Statistika Mesh untuk ruangan AC
Properti Nilai
Ukuran maksimum element 0,4
Ukuran minimum element 0.07
Rata-rata maksimum element 1.5
Faktor lengkungan 0.6
Resolusi dari bagian yang sempit 0.5
Berikut gambar mesh ruangan dalam pengoptimalan AC
Gambar 4.2 Mesh ruangan
4.1.5 Distribusi Temperatur
Berikut gambar distribusi temperatur dalam ruangan yang terdapat dua AC didalamnya.
Gambar 4.5 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 16 oC
Dari Gambar 4.5 menunjukkan suhu ruangan di dekat AC berwarna biru tua, temperature nya lebih dingin dengan suhu dibawah 20 oC. Temperature ruangan rata-rata berwarna biru terang yang temperature nya berkisar antara 24-26 oC. Temperature di permukaan ruangan lebih merah yang menunjukkan temperature nya lebih panas dibandingkan suhu ruangan berkisar 30-32 oC dikarenakan radiasi matahari terhadap permukaan ruangan.
Dari Gambar 4.6 menunjukkan suhu ruangan di dekat AC berwarna biru tua, temperature nya lebih dingin dengan suhu dibawah 20 oC. Temperature ruangan rata-rata berwarna biru terang yang temperature nya 26 oC. Temperature di permukaan ruangan lebih merah yang menunjukkan temperature nya lebih panas dibandingkan suhu ruangan berkisar 30-32 oC dikarenakan radiasi matahari terhadap permukaan ruangan.
Gambar 4.7 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 18 oC
Gambar 4.8 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 20 oC
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil simulasi dengan COMSOL menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara suhu inlet ( suhu awal AC ) dengan optimal nya temperatur pada ruangan. Suhu inlet 20 oC lebih optimal dibandingkan dengan 16 oC, 17oC dan 18 oC dengan suhu ruangan 28-30 oC.
5.2 Saran
