tugas akhir simulasi distribusi temperatur …eprints.ums.ac.id/57608/31/halaman depan.pdf ·...
TRANSCRIPT
i
TUGAS AKHIR
SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC
PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR
DISEKITAR EVAPORATOR
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta
Disusun Oleh :
EDI SUPRIYANTO
D200130119
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA
BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR”
yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada
jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari
skripsi yang sudah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar
kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi
manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, Juli 2017
Yang menyatakan,
Edi Supriyanto
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR
RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR
DISEKITAR EVAPORATOR” telah disetujui oleh Pembimbing untuk
memenuhi sebagai persyaratan memperoleh derajat Sarjana (Strata 1)
Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Disusun oleh :
Nama : Edi Supriyanto
Nim : D 200 130 119
Disetujui pada :
Hari :
Tanggal :
Pembimbing Utama
( Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D)
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir yang berjudul “SIMULASI DISTRIBUSI
TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI
TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR” yang dipertahankan
dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk mendapatkan gelar
Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Disusun oleh :
Nama : Edi Supriyanto
Nim : D 200 130 119
Disahkan pada :
Hari :
Tanggal :
Tim Penguji :
Ketua : Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D ( )
Anggota 1 : Tri Tjahjono, Ir, MT. ( )
Anggota 2 : Taurista Perdana Syawitri, ST, MSc. ( )
Mengetahui,
Dekan Ketua Jurusan
( Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D ) ( Ir.H. Subroto. MT )
v
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
Bedasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta :
Nomor 150/II/2016 Tanggal 8 September 2016 tentang Pembimbing Tugas Akhir dengan ini :
Nama : Marwan Effendy, ST, MT, Ph.D
Pangkat/jabatan : Lektor Kepala
Kedudukan : Pembimbing Utama
Memberikan soal tugas akhir kepada Mahasiswa :
Nama : Edi Supriyanto
Nomor Induk : D200130119
NIMR : -
Jurusan/Semester : Teknik Mesin / Akhir
Judul/Topik : Simulasi Distribusi Temperatur Ruangan Ber AC Pada Berbagai
Variasi Temperatur Disekitar Evaporator
Rincian Soal/Tugas : Simulasi Distribusi Temperatur Ruangan Ber AC Pada Berbagai
Variasi Temperatur Disekitar Evaporator
Demikian soal tugas akhir dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 10 Februari 2017
Pembimbing
Marwan Effendy, ST, MT, Ph.D
Keterengan :
*) Coret salah satu
1. Warna biru untuk kajur
2. Warna kuning untuk pembimbing I
3. Warna merah untuk pembimbing II
4. warna putih untuk mahasiswa
vi
MOTTO
“Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kadar
kesanggupannya.”
(Q.S. Al-Baqarah: 286)
“Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.”
(Q.S. Al-Insyirah: 5-6)
vii
PERSEMBAHAN
Puji syukur Alhamdulillah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia dan keridhaan
Allah SWT yang menggenggang dan memiliki seluruh jiwa ini. Berkat ilmu yang
ia berikan kepada penulis dan campur tangan-Nyalah karya sederhana ini dapat
terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur karya ini penulis persembahkan
untuk :
Allah SWT atas segala nikmat dan karuniaNya karena tidak ada daya dan
kekuatan kecuali atas kehendakNya.
Ibu Kamsi dan bapak Sunaryo tercinta yang telah mendidik,mendoakan
dan mendukung dalam segala hal.semoga sehat selalu
Adikku tersayang Dewi Susiloasih dan Yudi Yulianto, yang telah
memberikan semangat untuk menyelesaikan studi, semoga kalian bisa
lebih baik dari kakaknya ini.
Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013, serta teman-teman lain yang
tidak bisa disebutkan satu persatu atas bantuan dan dukungannya selama
menempuh masa perkuliahan.
Laboratorium Teknik Mesin, keluarga mahasiswa Teknik Mesin, tim cfd
research yang telah menjadi tempat dan kawan seperjuangan.
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah
memberikan rahmat, hidayah, dan tak lupa sholawat serta salam teruntuk Nabi
Muhammad SAW yang selalu memberikan petunjuk kepada umatnya untuk selalu
berjalan dijalan yang lurus dan benar, Sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir dengan judul “SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR
RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR
DISEKITAR EVAPORATOR”. Salah satu syarat guna memperoleh gelar
Sarjana Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas
Muhammadiyah Surakarta.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan dalam menyelesaikan tugas akhir
ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan dan saran-saran dari berbagai pihak, baik
secara langsung maupun tidak langsung, sehingga pada kesempatan ini ingin
mengcapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, PhD. Selaku Rektor Universitas
Muhammadiyah Surakarta
2. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D. selaku pembimbing yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas
Akhir ini.
3. Masyrukan, ST, MT selaku doden pembimbing akademik selama masa
perkuliahan yang memberi motifasi dan arahannya.
4. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhmmadiyah Surakarta
5. Bapak dan Ibu terima kasih atas segalanya, terutama untuk do’a dan motivasi
sehingga penulis bisa bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
6. Sahabatku dan teman-temanku angkatan 2013 terima kasih atas dukungannya
selama ini.
ix
Akhir kata, mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan
dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan
pengetahuan yang dimiliki. Semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas akhir ini semoga bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain
yang membutuhkan, Amiin ya Robbaall’alamiin.
Surakarta, Juli 2017
Penulis
x
SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC
PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR
DISEKITAR EVAPORATOR
Edi Supriyanto, Marwan Effendy
Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
email : [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi distribusi temperatur dan pola
aliran udara pada ruangan ber-AC dengan berukuran 10,45m x 8,1m x 3,93m.
Mesin pendingin yang digunakan adalah satu AC tipe Split berdaya 2 PK.
Penelitian diawali dengan pengukuran temperatur ruangan pada
beberapa titik acuan di ketinggian 1m dari lantai. Data temperatur ini
selanjutnya dipergunakan sebagai acuan untuk validasi data dan pendekatan
simulasi computational fluid dynamics (CFD) yang dilakukan. Simulasi steady
RANS mengaplikasikan model turbulensi k-epsilon dengan mengembangkan tiga
tipe mesh secara terstruktur hingga 1.211.358 elemen. Tipe mesh yang mampu
menghasilkan data simulasi yang paling dekat dengan data pengukuran
temperatur dijadikan patokan untuk mengembang kansimulasi tingkat lanjut guna
menginvestigasi sirkulasi udara dalam ruangan sebagai akibat pengaruh
temperatur inlet di evaporator mulai dari 18 ; 24 ;dan 30 oC.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konstruksi mesh paling halus mampu
menghasilkan prediksi data simulasi dengan tingkat kesalahan hingga 2,257 %.
Pada investigasi tiga kondisi temperatur berbeda tersebut, distribusi temperatur
dan pola aliran udara tidak jauh beda dengan kondisi ruangan sebenarnya.
Seiring meningkatnya temperatur udara maka distribusi temperatur dan pola
aliran udara juga mengalami peningkatan dan terdisribusi secara merata
didalam ruangan.
Kata kunci : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; Distribusi
temperatur; pola aliran udara
xi
SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC
PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR
DISEKITAR EVAPORATOR
Edi Supriyanto, Marwan Effendy
Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
email : [email protected]
Abstract
This study aims to predict the distribution of temperature and airflow patterns in
a class room with dimension of 10.45 m x 8.1 m x 3.93 m. Cooling machine used is one
AC type Split with power 2 PK.
This study was realizedby the measurements of air temperature inside the class
room at several reference points will be used for validation and comparison. The
measurement position was set at 1m height from the floor. The steady RANS simulation
applied the k - epsilon turbulence model with three different structured mesh types up to
1.211.358 elements. The mesh type capable of producing simulation data closest to the
temperature measurement data will be further developed to investigate indoor air
circulation due to the effect of inlet temperatures on the evaporator. Three temperature
were varied at 18 ; 24 ;dan 30 oC.
The results show that the finest mesh construction is able to produce prediction of
simulation data with error rate up to 2.257%. In the investigation of the three different
temperature conditions, the distribution of temperature and airflow patterns not much
different from the actual conditions . As the temperatur increases, the temperature
distribution and airflow patterns are also increase and are evenly distributed throughout
the class room
Keywords : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; airflow patterns
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................. i
PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR ........................ ii
HALAMAN PERSETUJUNAN ............................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .......................................................... v
MOTTO ..................................................................................................... vi
PERSEMBAHAN ...................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ............................................................................... viii
ABSTRAK ................................................................................................. x
DAFTAR ISI .............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................ 3
1.3 Batasan Masalah ............................................................. 3
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................ 4
1.5 Manfaat Penelitian .......................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................. 7
2.2 Dasar Teori ..................................................................... 8
2.2.1 Pengertian Fluida ................................................... 8
2.2.2 Macam-macam Aliran Fluida ................................ 8
2.2.3 Koefisien Perpindahan Panas ................................ 11
xiii
2.2.3.1 Perpindahaan Panas Konduksi .................. 11
2.2.3.1 Perpindahaan Panas Konveksi .................. 12
2.2.3.1 Perpindahaan Panas Radiasi ...................... 12
2.2.4 CFD (Computational Fluid Dinamics) ...... 13
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian ..................................................... 16
3.2 Alat dan Bahan ............................................................... 17
3.2.1 Komputer ............................................................... 17
3.2.2 Anemometer .......................................................... 18
3.2.3 Thermo Couple Reader ......................................... 18
3.2.4 Meteran .................................................................. 19
3.2.5 Ruang Kelas .......................................................... 20
3.2.6 Pre-Processing ...................................................... 20
3.2.7 Processing ............................................................. 27
3.2.8 Post Processing ..................................................... 31
BAB IV VALIDASI DATA, HASIL, DAN PEMBAHASAN
4.1 Validasi Data .................................................................. 32
4.1.1 Mesh Tipe A .......................................................... 33
4.1.2 Mesh Tipe B .......................................................... 34
4.1.3 Mesh Tipe C .......................................................... 36
4.2 Variasi Temperatur Inlet Evaporator .............................. 37
4.3 Hasil Variasi Inlet Evaporator ........................................ 38
4.4 Hasil Kontur Temperatur Zona 1 .................................... 40
4.5 Hasil Kontur Temperatur Zona 2 .................................... 41
4.6 Hasil Kontur Temperatur Zona 3 .................................... 41
4.7 Hasil Vektor Temperatur Zona 1 .................................... 42
4.8 Hasil Vektor Temperatur Zona 2 .................................... 43
4.9 Hasil Vektor Temperatur Zona 3 .................................... 44
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ..................................................................... 45
xiv
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Aliran Laminar .................................................................... 10
Gambar 2.2 Aliran Turbulen ................................................................... 10
Gambar 2.3 Aliran Transisi ..................................................................... 11
Gambar 2.4 Perpindahan Panas Konduksi .............................................. 11
Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi .............................................. 12
Gambar 2.6 Perpindahan Panas Radiasi .................................................. 12
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ....................................................... 16
Gambar 3.2 Laptop Asus ......................................................................... 18
Gambar 3.3 Anemometer Digital ............................................................ 18
Gambar 3.4 Thermo Couple Reader........................................................ 19
Gambar 3.5 Meteran ................................................................................ 19
Gambar 3.6 Ruang kelas h404 ................................................................ 20
Gambar 3.7 Dimensi Ruang Kelas .......................................................... 21
Gambar 3.8 Titik uji ruang kelas ............................................................. 21
Gambar 3.9 Jara titik uji ruang kelas ....................................................... 22
Gambar 3.10 Contoh Pengambilan Data Meshing .................................... 23
Gambar 3.11 Hasil Meshing ...................................................................... 24
Gambar 3.12 Toolbar General ................................................................... 26
Gambar 3.13 Toolbar Menu Models ......................................................... 27
Gambar 3.14 Toolbar Material .................................................................. 27
Gambar 3.15 Toolbar Cell Zone Conditions ............................................. 28
Gambar 3.16 Toolbar Solution Methods ................................................... 29
Gambar 3.17 Toolbar Solution Initialization ............................................ 30
Gambar 3.18 Toolbar Run Calculation ..................................................... 30
xvi
Gambar 4.1 Validasi Mesh Tipe A ......................................................... 33
Gambar 4.2 Validasi Mesh Tipe B .......................................................... 35
Gambar 4.3 Validasi Mesh Tipe C .......................................................... 36
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Temperatur Udara di zona 1 .............. 39
Gambar 4.5 Kontur Temperatur Zone 1 Pada 3 Variasi Temperatur ...... 40
Gambar 4.6 Kontur Zona 2 Pada 3 Tiga Variasi Temperatur ................ 41
Gambar 4.7 Kontur Zona 3 Pada Tiga Variasi Temperatur .................... 42
Gambar 4.8 Vektor Zona 1 Pada Tiga Variasi Temperatur .................... 43
Gambar 4.9 Vektor Zona 2 Pada Tiga Variasi Temperatur .................... 43
Gambar 4.10 Vektor Zona 3 Pada Tiga Variasi Temperatur .................... 44
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Variasi Temperatur ................................................... 38