perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ANALISA ALIRAN FLUIDA DAN DISTRIBUSI
TEMPERATUR DI SEKITAR SUMBER PANAS DI DALAM
SEBUAH CAVITY DENGAN METODE BEDA HINGGA
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
BUDI PRASTYO NIM. I0409010
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
ii
HALAMAN PENGESAHAN
ANALISA ALIRAN FLUIDA DAN DISTRIBUSI
TEMPERATUR DI SEKITAR SUMBER PANAS DI DALAM
SEBUAH CAVITY DENGAN METODE BEDA HINGGA
Disusun oleh
Purwadi Joko Widodo, S.T., M.Kom. NIP. 197301261997021001
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis tanggal 2 Juli 2015
1. Tri Istanto, S.T., M.T.
NIP. 197308202000121001 ...
2. Sukmaji Indro Cahyono, S.T., M.Eng.
NIP. 198308182014041001 ...
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. NIP. 197106151998021002
Koordinator Tugas Akhir
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
Hidup adalah perjuangan
Keluarga adalah segalanya
Kepintaran bukan segalanya, keberuntunganlah penentunya
Banyak berpikir lebih baik daripada banyak bicara
Loyalitas adalah sebuah kebanggaan
Maju terus pantang mundur
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk:
1.
Ayah dan ibu saya tercinta yang selalu memberikan segala dukungan dan
doa yang tiada henti.
2.
Mas Agus, Nduk Syifa, Dek Myrtha, yang selalu memberikan pandangan
yang berbeda.
3.
Teman-teman Mesin
’
09 atas kekompakan layaknya sebuah keluarga
besar.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
ABSTRAK
BUDI PRASTYO, Komputasi Perpindahan Panas, Analisa Aliran Fluida dan Distribusi Temperatur di Sekitar Sumber Panas di Dalam Sebuah Cavity dengan Metode Beda Hingga
Analisa aliran fluida dan distribusi temperatur di sekitar sumber panas di dalam
sebuah cavity dengan metode beda hingga dilakukan dengan tujuan untuk
mengetahui arah aliran fluida dan ditribusi temperatur di sekitar sumber panas dengan membuat visualisasi dua dimensinya. Analisa ini juga dapat digunakan untuk menganalisa pola aliran fluida dan distribusi temperatur pada sebuah pemanas ruangan yang sesungguhnya. Penelitian dilakukan dengan analisa non
dimensional dengan asumsi aliran udara di dalam cavity adalah laminar dan
temperatur di dalam cavity lebih tinggi daripada temperatur di lingkungan sekitar.
Geometri pada penelitian dibuat dalam bentuk kotak 2 dimensi dengan cavity di
tengahnya. Kotak dibuat dengan aspek ratio 1:1. Dinding yang mengelilingi cavity
bersifat solid. Sumber panas diletakkan pada dinding kiri bagian dalam. Percobaan dilakukan dengan 3 macam variasi ketinggian sumber panas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aliran fluida memiliki dua hingga tiga pola aliran dengan dua arah putaran yaitu searah dengan jarum jam dan berlawanan arah dengan jarum jam. Aliran fluida yang mempunyai arah putaran searah dengan jarum jam menunjukkan proses pemanasan dan aliran fluida yang mempunyai arah putaran berlawanan dengan arah jarum jam menunjukkan proses pendinginan. Arah aliran fluida dan distribusi temperatur dapat dilihat dalam bentuk gambar dua dimensi dan hasil terbaik dari analisa variasi ketinggian sumber panas terdapat pada tengah dinding vertikal.
commit to user
Fluid flow analysis and temperature distribution around the heat source in a cavity with finite difference method has the purpose to determine the direction of fluid flow and distribution temperature around the heat source and create a two-dimensional visualization. This analysis can also be used to analyze the pattern of fluid flow and temperature distribution in a real heating room. Analysis carried out by non-dimensional analysis with the assumption that the flow of the air inside the cavity is laminar and the temperature in the cavity is higher than the temperature in the surrounding environment. Geometry made in two-dimensional box with a cavity in the middle. Box made with aspect ratio of 1: 1. The walls surrounding the cavity is solid. The heat source located on the inner side of the left wall. Research was carried out with three kinds of the heat source height variations. It produces fluid flow that has two and three flow patterns with two circulating flow. There are the clockwise circulating flow and the counter-clockwise circulating flow. The clockwise circulating flow shows the heating process and the counter clockwise circulating flow shows the cooling process. The direction of fluid flow and temperature distribution can be seen in two-dimensional images and the best results of the heat source height variations is located in the middle of the vertical wall.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah
memberikan nikmat, rahmat serta hidayahnya kepada penulis sehingga penulis
mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Analisa Aliran Fluida dan Distribusi
Temperatur di Sekitar Sumber Panas di Dalam Sebuah Cavity dengan metode beda
hingga” dengan lancar tanpa halangan yang berarti. Penulisan skripsi ini
dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana
teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan ini penulis banyak
memperoleh bantuan, bimbingan, pengalaman dan pelajaran yang sangat berharga
dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin
menyampaikan terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan
bantuannya baik secara langsung maupun tidak langsung, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Dr Eng. Syamsul Hadi, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin UNS Surakarta.
2. Bapak Eko Prasetyo Budiana, ST., MT, selaku Pembimbing Akademis
dan Pembimbing I yang dengan sabar mengarahkan dan membimbing
sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
3. Bapak Purwadi Joko Widodo, ST., M.Kom, selaku Pembimbing II yang
dengan sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat
menyelesaikan Skripsi ini.
4. Bapak Dr. Nurul Muhayat, ST., MT, selaku koordinator Tugas Akhir
5. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut
mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.
6. Ayah, Ibu, Mas Agus, Dek Myrtha, dan segenap keluarga atas doa restu,
motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian
Skripsi ini.
7. Asyifa Fitrianingsih, A.Md., yang setia menunggu selama ini.
commit to user
vii
9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah
membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan,
untuk itu masukan dan saran yang membangun akan penulis terima dengan ikhlas
dan penulis ucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat
memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.
Surakarta, Juli 2015
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ………..…...………. 4
2.2 Dasar Teori ………..………...……….……….. 5
2.2.1 Perpindahan Panas Konveksi Alami ....………. 5
2.2.2 Perpindahan Panas Konduksi…..……… 6
2..3 Metode Beda Hingga ………. 6
commit to user
ix
3.3.1 Alat ………... 15
3.3.2 Bahan ………... 15
3.2 Geometri dan Kondisi Batas ………..……… 15
3.3 Diskritisasi Persamaan Atur ………..… 17
3.3.1 Diskritisasi Persamaan Momentum Arah X .………... 17
3.3.2 Diskritisasi Persamaan Momentum Arah Y …………..…..… 21
3.3.3 Iterasi Tekanan dengan LineGauss-Seidel ..…………..…..… 23
3.3.4 Diskritisasi Persamaan Persamaan Energi ..…………..…..… 24
3.4 Metode Penelitian .………...… 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Validasi ...………......….... 28
4.2 Hasil Penelitian dan Pembahasan ……….. 32
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ……… 38
5.2 Saran ………...………... 38
DAFTAR PUSTAKA .………..……….. 39
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi untuk beda maju orde pertama ………... 7
Gambar 2.2 Ilustrasi untuk beda mundur orde pertama... 7
Gambar 2.3 Ilustrasi untuk beda tengah orde pertama ... 8
Gambar 2.4 Ilustrasi untuk beda tengah orde kedua ...... 9
Gambar 2.5 Ilustrasi Metode ADI ... 9
Gambar 2.6 Titik Grid untuk Formula 5 Titik ... 12
Gambar 3.1 Geometri dan Kondisi Batas …..…..………..…….. 15
Gambar 3.2Kondisi Lapis Batas Neuman ... 16
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian ... 27
Gambar 4.1 Kondisi Batas yang digunakan oleh Kuznetsov dan Sheremet (2011) …...……….………...…....……. 28
Gambar 4.2 Hasil penelitian oleh Kuznetsov dan Sheremet (2011) ……….... 29
Gambar 4.3 Hasil Penelitian Sekarang ………... 29
Gambar 4.4 Grafik temperatur pada ketinggian y=0.35 dengan t=500 ...….. 31
Gambar 4.5 (a) Sumber Panas di Bagian Bawah ……….…………... 35
(b) Sumber Panas di Bagian Tengah………….……... 36
(c) Sumber Panas di Bagian Atas………..……... 37
