SKRIPSI
Simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) Rumah
Pengering Kopi Menggunakan Plastik UltraViolet (UV) Solar Dryer
Nama : Yoseph P. Ndeo
Nim : 1506020002
Bab I Pendahuluan
1. Latar Belakang
Buah Kopi
Metode Perhitungan Dinamika Fluida (CFD).
2. Rumusan Masalah
3. Batasan Masalah
4. Tujuan Penelitian
.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Proses Pengeringan
Perpindahan Panas
Computational Fluid Dynamics (CFD)
1. Computational 2. Fluid Dinamyc
Penggunaan CFD 1. Insinyur
2. Arsitek 3. Desainer
4. Analisis kimia
5. Bidang kedokteran
6. Bidang petrokimia
7. Bidang militer
8. Analisis failure
Bab III
Metode Penelitian
Waktu dan Lokasi Penelitian
Metode Penelitian
Tahapan Penelitian
Penggunaan Gambit dan Fluent
1. Pembuatan geometri dan mesh rumah pengering kopi.
Gambar 3.4 dan 3.5. Proses awal membuka prangkat lunak Gambit versi 2.4.6.
Proses awal membuka prangkat lunak gambit ialah dengan klik tampilan software gambit, setelah muncul
seperti tampilan gambar 3.4 maka klik Run untuk proses selanjutnya. Langkah awal dalam melakukan simulasi
CFD rumah pengering kopi adalah membuat geometri dengan menentukan titik koordinat Z, Y dan X pada
gambar 3.5 .
Gambar 3.6 dan gambar 3.7. Geometri pada rumah pengering kopi.
Langkah selanjutnya dengan membuat geometri dan mesing pada rumh pengering kopi dengan ukuran panjang 5,5 m, lebar
2,9 m, dan tinggi 1,9 m, seperti terlihat pada gambar di atas.
2. Penggunaan Ansys Fluent
Gambar 3.8. Tampilan awal Fluent (Fluent Launcher).
Menjalankan program fluent dengan cara klik icon fluent pada komputer. Memilih 3D Dimension, lalu mencentang
seluruh pilihan yang ada di display option dan memilih serial processing seperti pada gambar 3.8.
Gambar 3.9. Tampilan membuka file model geometri (read mesh).
Proses diawali dengan mengimport file yang telah di meshing pada prangkat lunak gambit
yang akan disimulasikan, model yang telah dibuka akan dilakukan pengecekan apakah terdapat
kesalahan pada element volume, selanjutnya dilakukan tahapan pengaturan skala model
kedalam satuan meter.
Tabel 3.3. Garis virtual untuk melihat distribusi temperatur dalam arah memanjang pada beberapa posisi horizontal dalam rumah pengering.
Gambar Rumah Pengering Biji Kopi.
.
Bab IV
Hasil dan Pembehasan
Perhitungan Debit dan Laju Aliran
Intensitas Radiasi
Matahari
Hasil Simulasi CFD
Simulasi dilakukan selain laju aliran juga dilakukan variasi waktu pengeringan dengan beban maupun tanpa beban yaitu jam 11:00, 13:00 dan 15:00.
Distribusi temperatur terhadap waktu pengeringan dengan beban
Hasil simulasi terhadap waktu pengeringan berupa grafik dan kontur pada jam 11:00 seperti gambar 4.2 dan 4.3 dibawah ini menunjukan peningkatan temperatur pada sisi masuk rumah pengering dan nilai temperatur tertinggi di permukaan biji kopi sekitar 390 K.
Gambar 4.2. dan 4.3 Distribusi temperatur dengan beban terhadap posisi horizontal pada jam 11:00 dengan kecepatan 0,1 m/s.
290 310 330 350 370 390 410
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur, K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Hasil simulasi temperatur terhadap waktu pengeringan berupa grafik dan kontur pada jam 13:00 dengan kecepatan 0,1 m/s cendrung seragam seperti pada jam 11:00 dengan nilai temperatur tertinggi sekitar 390 K di permukaan biji kopi, namun temperatur dalam rumah pengering di luar permukaan biji kopi terjadi peningkatan selain L3 L7 dan L8 terjadi peningkatan di sisi inlet.
Gambar 4.4. dan 4.5 Distribusi temperatur dengan beban terhadap posisi horizontal pada jam 13:00 dengan kecepatan 0,1 m/s.
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur, K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Hasil simulasi terhadap waktu pengeringan berupa grafik dan kontur pada jam 15:00 seperti gambar 4.2 dan 4.3 dibawah ini menunjukan peningkatan temperatur pada sisi keluar rumah pengering dan nilai temperatur tertinggi di permukaan biji kopi sekitar 370 K.
Gambar 4.6. dan 4.7 Distribusi temperatur dengan beban terhadap posisi horizontal pada jam 15:00 dengan kecepatan 0,1 m/s
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4
L5 L6 L7 L8
Distribusi temperatur terhadap variasi laju aliran udara dengan beban
Gambar 4.11 dan 4.12 menunjukan hasil simulasi distribusi temperatur rumah pengering dengan kecepatan 0,5 m/s dengan beban pada jam 13:00 dimana terjadi peningkatan temperatur pada sisi keluar rumah pengering, dengan nilai temperatur tertinggi pada permukaan biji kopi 380 K.
Gambar 4.11. dan 4.12 Distribusi temperatur dengan beban terhadap posisi horizontal pada jam 13:00 dengan kecepatan 0,5 m/s.
Hasil simulasi temperatur terhadap variasi laju aliran udara berupa grafik dan kontur pada jam 13:00 dengan kecepatan 1,36 m/s cendrung seragam, dengan nilai temperatur tertinggi pada permukaan biji kopi 375 K.
Gambar 4.13. Distribusi temperatur rumah pengering dengan beban terhadap posisi horizontal pada jam 13:00 dengan kecepatan 1,36 m/s.
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur 0K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Distribusi temperatur terhadap waktu pengeringan tanpa beban
Hasil simulasi melalui grafik dan kontur distribusi temperatur tanpa beban pengering biji kopi dapat dilihat pada gambar 4.15 dan 4.16, pada jam 11:00 dengan kecepatan 0,1 m/s dimana terjadi peningkatan temperatur di bagian tengah rumah pengering dengan nilai temperatur tertinggi 309 K.
Gambar 4.15 dan 4.16. Distribusi temperatur rumah pengering tanpa beban terhadap posisi horizontal pada jam 11:00 dengan kecepatan 0,1 m/s.
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur0K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Gambar grafik dan kontur dibawah ini menunjukan distribusi temperatur tanpa beban pada jam 13:00 dengan kecepatan 0,1 m/s dimana nilai temperatur tertinggi 307 K.
Gambar 4.17 dan 4.18. Distribusi temperatur rumah pengering tanpa beban terhadap posisi horizontal pada jam 13:00 dengan kecepatan 0,1 m/s
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Pada gambar grafik dan kontur dibawah ini menunjukan hasil simulasi distribusi temperatur rumah pengering tanpa beban pada jam 15:00 dengan kecepatan 0,1 m/s mengalami penurunan temperatur dengan niali tertinggi 302 K.
Gambar 4.19 dan 4.20. Distribusi temperatur rumah pengering tanpa beban terhadap posisi horizontal pada jam 15:00 dengan kecepatan 0,1 m/s.
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
TemperaturK
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Distribusi temperatur terhadap variasi laju aliran udara tanpa beban
Hasil simulasi distribusi temperatur dengan variasi laju aliran berupa grafik dan kontur pada gambar 4.21 dan 4.22 dengan kecepatan 0,1 m/s dimana mengalami peningkatan temperatur pada sisi masuk bagian tengah dengan nilai tertinggi 307 K.
Gambar 4.21 dan 4.22. Distribusi temperatur rumah pengering tanpa beban terhadap posisi horizontal pada jam 13:00 dengan kecepatan 0,1 m/s.
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur, K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Hasil simulasi berupa grafik dan kontur pada gambar 4.23 dan 4.24 dengan kecepatan 1,36 m/s dibawah ini menunjukan distribusi temperatur pada rumah pengering mengalami peningkatan di bagian sisi keluar rumah pengering dengan nilai tertinggi 318 K.
Gambar 4.23 dan 4.24. Distribusi temperatur rumah pengering tanpa beban terhadap posisi horizontal pada jam 13:00 dengan kecepatan 1.36 m/s.
290 310 330 350 370 390
-5 -3 -1 1 3 5
Temperatur K
Posisi horizontal
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
Distribusi kecepatan udara di dalam rumah pengering terhadap variasi laju aliran
Gambar distribusi kecepatan udara pada rumah pengering jam 11:00 dengan kecepatan 1,36 m/s dengan beban maupun tanpa beban menunjukan pola kecepatan dengan sirkulasi yang relativ sama.
Gambar 4.25 dan 4.26. Vektor kecepatan tanpa beban dan dengan beban dalam rumah pengering pada Jam 11:00 dengan kecepatan
angin 1.36 m/s.
Distribusi kecepatan udara di dalam rumah pengering terhadap variasi laju aliran
Gambar dibawah ini menunjukan distribusi kecepatan udara pada rumah pengering dengan beban dan tanpa beban dengan kecepatan 0,1 m/s dengan aliran udara yang sama, dimana terjadi pusat sirkulasi udara pada sekitar sisi masuk rumah pengering.
Gambar 4.27 dan 4.28. Vektor kecepatan tanpa beban dan dengan beban dalam rumah pengering pada Jam 11:00 dengan kecepatan
angin 0,1 m/s
Pembahasan
Hasil simulasi CFD berguna untuk melihat grafik dan kontur distribusi temperatur di dalam rumah pengering, selain itu juga dapat mengetahui nilai maksimum, minimum, dan rata-rata temperatur pada setiap hasil simulasi dengan variasi waktu dan kecepatan aliran. Gambar 4.30 menunjukkan rata-rata temperatur dari hasil simulasi CFD maupun eksperimen dengan kecepatan aliran udara 0,1 m/s, 0,5 m/s dan 1,36 m/s baik tanpa beban maupun dengan beban pengeringan. Terlihat dari gambar ini terdapat perbedaan temperatur dimana pada kecepatan 0,1 m/s dan 0,5 m/s nilai rata-rata temperature hasil simulasi CFD dengan model aliran turbulen lebih rendah dari hasil eksperimen sedangkan pada kecepatan 1,36 m/s relaiv mendekati hasil eksperimen. Hasil simulasi ini juga dilakukan dengan menggunakan model aliran laminar dimana nilai rata-rata temperatur hasil prediksinya relativ mendekati nilai eksperimen untuk kecepatan aliran rendah. Namun model laminar ini relativ menunjukan nilai distribusi temperatur yang tidak seragam, dimana tidak sesuai dengan hasil eksperimen yang distribusi temperaturnya seragam. Oleh karena itu simulasi CFD rumah pengering dalam penelitian ini dipilih model turubulen k-epsilon. Hal ini disebabkan karena hasil simulasi CFD pada rumah pengering dengan menggunakan aliran K-epsilon mengalami tingkat error atau kurang vaild sehingga mempengaruhi pada hasil distribusi temperatur pada rumah pengering.
Gambar 4.30 Temperatur rata-rata hasil simulasi dan eksperimen.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
V1-DB V2-DB V3-DB V1-TB V3-TB
Temperatur 0C
Variasi Kecepatan m/s
Tr_CFD_laminer Tr_CFD_K-epsilon Tr_Ekspt
.
Bab V
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
Saran
1. Hasil simulasi CFD yang ditunjukkan oleh distribusi temperatur udara dalam rumah pengering, baik dengan beban maupun tanpa beban pengeringan menunjukan pada aliran konstan terhadap variasi waktu pengeringan dengan distribusi temperatur yang seragam, dan terjadi peningkatan temperatur didalam rumah pengering pada sisi inlet (bagian utara) dengan waktu simulasi pada jam 13:00.
2. Variasi laju aliran untuk waktu simulasi yang sama baik dengan beban maupun tanpa beban pengeringan menunjukan distribusi temperatur yang cendrung seragam. semakin rendah laju aliran maka terjadi peningkatan temperatur di sisi keluar rumah pengering dengan pembebanan. Sehingga hasil simulasi tanpa beban pengeringan terjadi peningkatan di sisi masuk.
a) Bisa menjadi referensi mengenai simulasi CFD bagi peneliti lain dan pemerintah.
b) Perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang Simulasi rumah pengering yang menggunakaan ansys fluent versi 17.0.
