TUGAS AKHIR UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH Uji Karakteristik Hipotesis Bangunan Rumah Tinggal yang Memanfaatkan Pendinginan Evaporasi dengan Computational Fluids Dynamics (CFD).

TUGAS AKHIR

UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH

TINGGAL YANG MEMANFAATKAN PENDINGINAN EVAPORASI

DENGAN

COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAMICS (CFD)

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

RISKI YOGA NANDA NIM : D.200.120.054

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS

AKHIR

Saya meryatakan dengan Eesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul

"UJI

KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN

RUTAH

TINGGAL

YANG

TEIANFAATKAT.I

PENDIIIIGINAN

EVAPORASI

DENGAN

COITPUTAilONAL

FLUTDS

DYNAfrtCS

(CFD)' yang dibuat

untuk

memenuhi sebagai syarat memperoleh deraiat sariana S1 pada Jurusan

Teknik Mesin

Fakultas

Teknik

Univercitas Muhammadiyah Surakarta,

sejauh

yang saya

ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari

skripsi yang sudah

dipublikasikan

dan/atau pernah dipakai

untuk

mendapatkan gelar kesarianaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah

Surakarta atau instransi manapun, kecuali bagian yang informasinya saya

cantumkan sebagaimana mestinYa.

Surakarta, 21 November 2016

Yang menyatakan

HALAiiAN

PERSETUJUAN

Trryas Akhir ini befiudul "UJl KARAKTERISTIK HIPOTESIS BAIIGUNAN

RUTAH

TINGGAL

YANG

TETAilFAATKAN

PENDINGITTAN

EVAFORASI

DEIiIGAN CONPUTANONAL FLU'DS Dy't,Aff/ICS(CFD)",

telah

disetuiui

oleh

Pembimbing untuk rnemenuhi sebagai persyaratan

memperoleh deraiat Sariana (Strata 1) Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan

oleh

:

Nama

: RiskiYoga Nanda

NIM

: D.2@.120.054

Disetuiui.pada

Hari

Tanggal

,

*u*'o\

:

N

losemht

ar|.O .

(lr. _{H. Sariito.}

t.T.. Ph.D.)

HALAIIAN

PENGESAHAN

Tugas Akhir ini berjudul "UJl KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN

RUMAH

TINGGAL

YANG

MEMANFAATKAN

PENDINGINAN

EVAPORAST DENGAN COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAmiCS(CFD)", telah dipertahankan dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Univercitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama

: RiskiYoga Nanda

NIM

: D.200.120.054

Disetujuipada Hari

Tanggal

Tim Penguji

Ketua

: lr. H. Sariito,

il.T,

Ph.D

Anggota

1

: lr. Sunardi llYiyono,

il.T.

Anggota

2

: lr. Pramuko llmu Purboputro, ltr.T

Mengetahui,

3*t

L

Ketua Jurusan

(Tri _{Widodo BR. ST. IllSc. Ph.D)}

l*

vi

MOTTO

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.

Sesungguhnya Sesudah kesulitan itu ada kemudahan”

(Alam Nasyroh 5-6)

“Hai orang – orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai

penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang –orang yang sabar”

(Al-Baqarah : 153)

Jangan terlalu memikirkan hasil, yang terpenting ialah kerja keras dan

berdoa, Ikhtiar dan tawakal, anggap hasil baik adalah bonus dari kerja

keras dan doa kita, jikalau hasil buruk mungkin ini jalan terbaik dari-Nya

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan

syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi,

setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal

lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :

 Bapak dan ibu tercinta yang dengan segala kasih sayang,

kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya senantiasa

membimbing dan mendo’akanku.

 Adik tercinta Yanuba nurmalinda, Meila Friska Alimda, nining

Wahyuningsih dan dik Ayu Dwi Hastuti yang selalu memotivasi,

mendo’akan dan mencairkan suasana sehingga terasa lebih

ringan proses skripsiku.

 Teman-teman Teknik mesin angkatan 2012 yang selalu

menyemangati dan hadir seperti keluarga.

 Teman seperjuangan mahasiswa bimbingan Bapak Ir. Sarjito,

MT., Ph.D yang selalu saling membantu dan berjuang bersama.

 Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin

yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.

 Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Bibit Sugito, MT. Bapak

Dosen pembimbing utama tugas akhir Ir. Sarjito, MT., Ph.D.

Saya berterima kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang

telah banyak saya terima selama berada di Universitas

viii

UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH TINGGAL YANG MEMANFAATKAN PENDINGINAN EVAPORASI DENGAN

COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAMICS (CFD)

Riski Yoga Nanda dan Sarjito

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

Email : riskiyogananda22@gmail.com

ABSTRAK

Pengkondisian udara di dalam rumah tinggal sangat diperlukan untuk

memperoleh kenyaman thermal, terutama di daerah perkotaan yang memiliki masalah keterbatasan lahan. Salah satu alternatif pengondisian udara ruangan yang ramah lingkungan untuk mengurangi penggunaan AC adalah pendinginan evaporasi.. Penelitian ini bertujuan untuk menguji karakteristik pengondisian udara rumah tinggal yang memanfaatkan pendinginan evaporasi menggunakan Computational fluids dynamics (CFD).

Penelitian dilakukan dengan menggambarkan 3 waktu yang berbeda yaitu 09.00-10.00(pagi), 12.00-13.00(siang) dan 19.00-20.00(malam) dengan karakteristik udara masuk yang berbeda. Uji karakteristik udara dilakukan dengan mengukur kecepatan angin, kelembaban relatif(RH) dan temperatur pada 28 Posisi Ukur (PU), dimana PU tersebut tersebar di 3 tempat, yaitu (1) di jalan depan rumah; (2) di interior ; dan (3) di eksterior. Pengukuran dilakukan dengan membuat plane berbentuk persegi berukuran 2x2m dengan tinggi 1,5 m diatas lantai untuk 28 PU.

Hasil simulasi CFD menunjukkan bahwa efek pendinginan evaporasi terasa di lantai 1 dengan penurunan temperatur rata-rata 1,5 oC dari temperatur lingkungan dan kenaikan RH 6,75 % dari RH lingkungan. Sedangkan ventilasi vertikal bekerja efektif dalam mendukung sirkulasi udara di dalam rumah tinggal. Pergerakan angin dapat dirasakan di seluruh ruangan dengan kecepatan rata-rata mencapai 0,175 m/s.

ix

ABSTRACT

Air conditioning in housing is required to obtain thermal comfort zone,

especially at urban areas that have problems with the limitations of land. One of alternative room air conditioning (AC) that environmently-friendly to reduce refrigeration system is evaporative cooling system. The aim of the research is to investigate characteristic of air conditioning inside the house wich utilize evaporative cooling system using Computational fluids dynamics (CFD ).

The research was done by describing 3 different times which are 09.00-10.00 (in the morning), 12.00-13.00 (at noon) and 19.00-20.00 (at night) with incoming air in different properties. The air characteristic test was done by measuring velocity of the wind, relative humidity (RH) and temperatures at 28 positions of measurement cup (PU), where PU were spreaded at 3 places, (1) in front of the house; (2) at the interior; and (3) at the exterior. The measurement was conducted by making square plane of 2x2m with high of 1.5 m above floor of 28 PU.

CFD simulation results showed that the cooling effect evaporative felt on the 1st floor with the average temperature reduction of 1.5 oC from the ambient temperature and increase RH of 6.75 % from ambient RH. While the vertical ventilation work effectively in supporting air circulation. The movement of the wind can be felt throughout the house with the average velocity of 0,175 m/s.

x

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat

dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga

Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan

penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

3. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I yang

telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam

penyusunan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Dr. Qomarun yang telah senantiasa membimbing dalam

mengumpulkan data dan memberi masukan dalam proses

desain rumah tinggal.

5. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT. selaku Pembimbing Akademik.

Teknik

7.

lbu

tercinta dan teristimewa yang senantiasa selalu mencintai,

menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan

hati

dan

mendo'akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

8.

Bapak

tercinta

yang

telah

memberikan

kasih

sayang,

mendidik

dan

memberikan pendidikan

akan

hidup

kepada

penulis.

9.

Teman

angkatan

2012 yang

sudah banyak

membantu

saya

dan

mendukung

saya

dalam pekuliahan selama

di

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika

sekiranya terdapat kesalahan

dan

kekurangan

dalam

penulisan

Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatiasan

antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang

penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk

pembaca.

Tugas

Akhir

ini

semoga dapat bermanfaat khususnya bagi

penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta, 21 November 2016

M

xii

DAFTAR ISI

Halaman judul ... i

Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir ... ii

Halaman Persetujuan ... iii

Halaman Pengesahan ... iv

Lembar Soal Tugas Akhir ... v

Halaman Motto ... vi

Halaman Persembahan ... vii

Abstrak ... viii

Kata Pengantar ... x

Daftar Isi ... xii

Daftar Gambar ... xiv

Daftar Tabel ... xv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah dan Asumsi ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 5

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

1.6 Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... 7

2.2 Dasar teori ... 10

xiii

2.2.2. Sistem refrigerasi ... 14

2.2.3. Pendinginan evaporasi ... 19

2.2.4. Psikometrik ... 23

2.2.5. Karakteristik angin dan aliran fluida ... 27

2.2.6. Computational Fluids Dinamics (CFD) ... 36

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 41

3.2 Metodologi Penelitian ... 42

3.3 Langkah-Langkah Simulasi pendidikan Evaporasi rumah tinggal yang dilengkapi ventilasi vertical dan cerobong vertical dengan Computational Fluid Dynamic (CFD) ... 43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Simulasi dan Pembahasan ... 52

4.2 Visualisasi Kontur Kecepatan Angin, Kelembaban Relatif Dan Temperatur di Dalam Rumah Tinggal ... 57

4.3 Diagram Psikometrik dan Comfort Zone ... 64

4.4 Studi Variasi Arah Angin untuk Mendapatkan Sirkulasi Udara dalam Rumah Tinggal yang Paling Optimal ... 67

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 70

5.2 Saran ... 72

DAFTAR PUSTAKA ... 73

xiv

[image:14.595.128.486.141.735.2]

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Diagram daerah nyaman ... 11

2.2 Perpindahan panas konduksi ... 13

2.3 a. paksa b. bebas c. kondensasi d. boiling ... 14

2.4 Skema siklus kompresi uap... 16

2.5 Diagram T-s dan P – h Siklus Kompresi Uap ... 17

2.6 Diagram psikometrik ... 23

2.7 Aliran angin yang Terpengaruh Kontur ... 29

2.8 Topoggrafi ... 29

2.9 Jenis-jenis aliran fluida ... 31

2.10 Lapisan batas disepanjang plat datar ... 35

2.11 Separasi aliran yang terjadi pada silinder ... 35

3.1 Diagram alir penelitian ... 41

3.2 Posisi Pengukuran Suhu, Kecepatan Udara dan kelembaban eksperimen ... 43

3.3 Pembuatan Geometri Rumah Tinggal ... 44

3.4 Penampang Rumah Sket (autocad) dan 3 dimensi ... 45

3.5 Hasil import pada producing geometry ... 45

3.6 Computational Domain ... 45

3.7 Hasil Meshing ... 46

3.8 Letak kondisi batas domain ... 49

xv

3.10 particle injection detail (kiri) dan poisi water spray1,25 m

di bawah lantai dasar (kanan) ... 50

3.11 Proses Solver manager (kanan) ... 51

3.12 Contoh Function Calculator (kiri) dan plot kontur velocity (kanan) hasil simulasi software CFX-Post. ... 51

4.1 Grafik kecepatan angin eksperimen ... 52

4.2 Grafik kelembaban relative eksperimen ... 52

4.3 Grafik temperature eksperimen ... 53

4.4 Posisi pengukuran simulasi ... 54

4.5 Grafik kecepatan angin simulasi ... 55

4.6 Grafik kelembaban relatif simulasi ... 56

4.7 Grafik temperatur simulasi ... 56

4.8 Kontur kecepatan di lantai 1 pada pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b), 19.00-20.00 (c) ... 57

4.9 Kontur RH di lantai 1 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pada pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b), 19.00-20.00 (c) ... 58

4.10 Temperatur di lantai 1 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b), 19.00-20.00 (c) ... 59

xvi

4.12 Kontur RH di lantai 2 pada ketinggian 1,5 m diatas

lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b),

19.00-20.00 (c) ... 60

4.13 Temperatur di lantai 2 pada ketinggian 1,5 m diatas

lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b),

19.00-20.00 (c) ... 61

4.14 Kontur kecepatan di lantai 3 pada pada ketinggian 1,5 m

diatas lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b),

19.00-20.00 (c) ... 62

4.15 Kontur RH di lantai 3 pada pada ketinggian 1,5 m diatas

lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b),

19.00-20.00 (c) ... 63

4.16 Temperatur di lantai 3 pada ketinggian 1,5 m diatas

lantai pukul 09.00-10.00 (a), 12.00-13.00 (b),

19.00-20.00 (c) ... 63

4.17 Proses pendinginan evaporasi ... 64

4.18 Diagram psikometrik pendinginan evaporasi pada waktu

simulasi 09.00-10.00, 12.00-13.00, 19.00-20.00 ... 65

4.19 Diagram daerah nyaman (comfort zone) ... 66 4.20 Variasi arah angin 90o, 120o, 150o, 180o, 210o dan 240o 67

4.21 Kecepatan simulasi pada variasi arah angin 90o, 120o,

150o, 180o, 210o dan 240 o ... 68

4.22 Perbandingan kecepatan rata-rata tiap lantai... 69

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Harga Alpha ... 28

3.1 Tingkat kelembutan Mesh ... 46

3.2 Pengaturan inflation pada proses mesh ... 47