ANALISIS KECEPATAN ALIRAN UDARA PADA GEDUNG BERTINGKAT KARENA PENGARUH PENGHALANG DI DEPANNYA. Joni Susanto 19, Dafik 20, Arif 21

Transkripsi

1 ANALISIS KECEPATAN ALIRAN UDARA PADA GEDUNG BERTINGKAT KARENA PENGARUH PENGHALANG DI DEPANNYA Joni Ssanto 19, Dafik, Arif 1 Abstract. The air flow elocit is one of man factor which shold be considered in bilding a skscraper. This is becase the air flow elocit can affect the comfort of hose room. The method which is sed to sole the air flow analsis is a finite olme withsing Qadratic Upwind Interpolation Conectie Kinematics (QUICK) discretization techniqe. Finite olme method is sed to obtain a mathematical model of air flow elocit and QUICK is sed to discretize it sch that it will ield a linier eqation sstem in a matri of size (mn) (mn). To simlate the air flow analsis is sed Matlab and Flent softwares. The reslt show that if the barrier is higher the air flow elocit will be decreased and if the distance of barrier is longerthe air flow elocit will be increased. It can be conclde that this analsis can be applied to hae a comfort hose room. Ke Words : air flow elocit,mathematic model, finite olme method,quick PENDAHULUAN Keberadaan sat bangnan tidak dapat dipisahkan dari lingkngan sekitarna. Kondisi lingkngan sekitar merpakan hal ang wajib ditinja dalam proses perancangan bangnan. Salah sat faktor lingkngan ang mempengarhi perancangan bangnan adalah iklim. Oleh karena it, saha pengendalian terhadap pengarh iklim perl dilakkan oleh para perancang bangnan. Usaha pengendalian ang mempertimbangkan faktor iklim dapat dilakkansecara pasif sampai batas tertent. Pengendalian secara pasif jga sering disebt pengendalian secara alami. Usaha pengendalian faktor iklim secara alami dapat berpa entilasi alami (Soegijanto, 1999:1-). Ventilasi alami merpakan proses penggantian dara di dalam rangan dengan dara segar dari lar rangan tanpa bantan peralatan mekanik (Satwiko, 5:4). Ventilasi dibthkan agar dara di dalam rangan tetap sehat dan naman ntk pernafasan. Penggnaan entilasi alami pada bangnan selain dapat mengsahakan entilasi ang sehat dan naman jga dapat membant saha penghematan energi. Namn, menrt Satwiko (5:1) entilasi alami memiliki beberapa kekrangan, salah satna adalah kecepatan angin ang tidak mdah diatr. 19 Mahasiswa Program Stdi Pendidikan Matematika FKIP Uniersitas Jember Dosen Program Stdi Pendidikan Matematika FKIP Uniersitas Jember 1 Dosen Program Stdi Pendidikan Matematika FKIP Uniersitas Jember

2 76 Kadikma, Vol. 6, No., hal 75-8, Agsts 15 Kecepatan angin pada sat tempat dipengarhi oleh ketinggian tempat tersebt dari permkaan tanah. Semakin tinggi posisi hnian dari atas permkaan tanah akansemakin cepat kecepatan angin ang diterima bangnan dan menebabkan semakin cepat kecepatan aliran dara (entilasi) ang mask kedalam hnian. Pada lingkngan perkotaan di Indonesia, terdapat bangnan-bangnan bertingkat seperti kantor, hotel dan apartemen. Bangnan bertingkat adalah bangnan ang mempnai lebih dari sat lantai secara ertikal. Kebthan rang ntk para penggna ang berbanding terbalik dengan las lahan menebabkan bangnan-bangnan di lingkngan perkotaan memiliki tinggi ang berbeda-bedadan saling berdekatan. Penelitian tentang kecepatan aliran dara pada bangnan dapat dilakkandengan menggnakan model rmah sederhana ata dengan bantan software simlasi. Pada hasil penelitian ang menggnakan model rmah sederhana dalam terowongan angin, pola aliran dara di sekitar sebah bangnan akan berbah jikaada bangnan lain ang berada disekitarna (Soegijanto, 1999:5). Untk membant dalam menganalisis kecepatan aliran dara, maka diperlkanmetode ang dignakan ntk menelesaikan persamaan matematika ang dihasilkan. Adapn metode ang dignakan dalam menelesaikan persamaan matematika banak sekali namn ntk kass ini hana metode tertent saja angdapat dignakan. Metode ang dignakan pada penelitian ini adalah metode olme hingga. Hal ini karena metode olme hingga dapat dignakan pada bentkbenda ang tidak teratr sehingga benda menjadi lebih mdah didiskritisasi ntkmenentkan nilai-nilai ang akan dicari pada proses diskritisasi. Sehingga dalammenelesaikan persamaan matematika akan lebih mdah dan bisa menghasilkansolsi ang mendekati nilai sebenarna. METODE PENELITIAN Berdasarkan jenisna, penelitian ang dignakan dalam penelitian ini adalah penelitian stdi kass (Trisnani, D., 14,). Dalam penelitian ini dignakan teknik dokmentasi dengan mengmplkan data-data ang diperlkan ntk dignakan. Dalam hal ini mengmplkan data terkait ariabel-ariabel ang dignakan dalam analisis sehingga diharapkan bias mendapatkan hasil ang sesai dengan keadaan

3 Joni Ssanto dkk :Analisis Kecepatan Aliran Udara Pada Gedng 77 sebenarna dilapangan. Pada proses analisis data-data tersebt dignakan dalam proses komptasi menggnakan MATLAB mapn simlasi menggnakan FLUENT. Menrt Nazir (dalam Ssanti, 1:36) pengmplan data adalah prosedr ang sistematis dan standar ntk memperoleh data ang diperlkan. Sedangkan Ariknto (dalam Ystica, 1:35) menatakan bahwa metode pengmplan data adalah cara-cara ang dapat dignakan peneliti ntk mengmplkan data. Pengmplan data erat hbngana dengan permasalahan ang akan diselesaikan, sehingga metode ang dignakan dalam pengmplan data berfngsi ntk mendkng penelitian dalam memperoleh data sesai dengan tjan penelitian. Dalam penelitian ini peneliti menggnakan metode dokmentasi dalam pengmplan data. Metode dokmentasi ait metode pengmplan data ang berpa hal-hal ata ariabel ang terdiri dari catatan, transkrip, bk, srat kabar, majalah, prasasti, notlen rapat, agenda dan sebagaina (Ariknto, 1998:34). Peneliti akan memperoleh data ang diinginkan dengan mempelajari bk, jrnal ilmiah serta berbagai data ang diambil dari catatan dan data-data dari internet. Data ang melipti kecepatan angin, sh dara, tekanan dara, tinggi bangnan, massa jenis dara dan koefisien kekasaran permkaan tanah akan diperoleh dari data dan catatan pada internet dan bk-bk fisika bangnan. Analisis data merpakan bagian akhir dari sat penelitian. Data ang dikmplkan selanjtna diklasifikasikan dan diorganisasikan secara sistematis serta diolah dan dianalisa secara logis menrt rancangan penelitian ang telah ditetapkan. Analisis data diarahkan ntk memberi argmentasi ata penjelasan mengenai tjan ang diajkan dalam penelitian, berdasarkan data ata fakta ang diperoleh.dalam menganalisis jga dignakan analisis efektifitas penggnaan metode dengan menggnakan analisis nilai eror. Dalam analisis tersebt ditetapkan sat metode dikatan alid jika nilai erorna krang dari.5 sehingga nilai tersebt dignakan sebagai acan ntk menganalisis efektifitas penggnaan metode olme hingga dengan teknik diskretisasi QUICK. Teknik diskritisasi ang dilakkan menggnakan teknik diskritisasi QUICK : e (i, j) = 1 8 (i 1, j) (i, j) + 3 (i + 1, j) 8 n (i, j) = 1 8 (i, j 1) (i, j) + 3 (i, j + 1) 8

4 78 Kadikma, Vol. 6, No., hal 75-8, Agsts 15 s (i, j) = 1 8 (i, j ) (i, j 1) (i, j) w (i, j) = 1 8 (i, j) (i 1, j) (i, j) (dalam Fatahillah, A., 14) HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam penelitian bertjan ntk mengetahi pengarh ketinggian penghalang dan jarak penghalang terhadap gedng bertingkat terhadap kecepatan aliran ang didasarkan pada simlasi secara nmerik menggnakan software MATLAB dan simlasi Bentki geometri menggnakan software FLUENT. Dalam analisis dignakan da persamaan ait persamaan momentm dan persamaan energi. 1. Persamaan momentm g g P P t s n w e (1) Persamaan 1. persamaan momentm. Persamaan energi C t s n w e () Menelesaikan bentk persamaan diferensial ntk persamaan momentm dan persamaan energ dengan mengintegralkanterhadap dan karena pada analisis kecepatan aliran dara wakt tidak mempengarhi sistem sehingga integrasi tidak dilakkan jga terhadap wakt. Setelah menelesaikan persamaan integrasi tersebt kemdian akan diperoleh persamaan bar kemdian mensbstitsikan persamaan energi ke persamaan momentm ata sebalikna. Kemdian persamaan tersebt diselesaikan dengan mengelompokkan berdasarkan arah kecepatan timr, barat, selatan dan tara maka diperoleh persamaan:

5 Joni Ssanto dkk :Analisis Kecepatan Aliran Udara Pada Gedng 79 g P P C s n w e (3) Kemdian Persamaan 3 tersebt diselesaikan dengan metode olme hingga dengan teknik diskritisasi QUICK, sehingga didapatkan sebah matriks ang berkran (mn)(mn) ang akan dignakan dalam analisis kecepatan aliran dara secara nmerik menggnakan bantan software MATLAB. Setelah menelesaikan Persamaan 3 kemdian membat format programing dalam MATLAB sehingga akan dihasilkan simlasi dari analisis kecepatan aliran dara seperti pada Gambar 1. Gambar 1. Simlasi Menggnakan MATLAB Pada Ketinggian Penghalang 5 meter Hasil simlasi nmerik analisis kecepatan aliran dara pada gedng bertingkat karena pengarh penghalang di depanna. Berdasarkan Gambar 4.7 da-pat dilihat bahwa terjadi peningkatan kecepatan aliran dara pada diskreti- sasi titik ke-1 sampai titik ke-1 karena adana pengarh gaa gesek antara partikel dara dan pertikel tanah ang menebabkan terjadina pembelokan arah kelajan sehingga terjadi peningkatan kecepatan pada arah horizontal. Adapn pada diskretisasi titik ke-1 ke diskretisasi titik ke-11 terjadi pen- rnan karena pengarh gedng ang menebabkan terjadina daa hisap gedng sehingga terjadi trblensi ang menebabkan penrnan kecepa-tan aliran pada daerah ang terletak dibelakang gedng. Pada diskretisasi titik ke-11 ke diskretisasi titik ke-1 terjadi peningkatan kecepatan karena pengarh daa hisap Kecepatan aliran dara pada gedng bertingkat panjang domain kecepatan aliran dara

6 8 Kadikma, Vol. 6, No., hal 75-8, Agsts 15 gedng telah berkrang, sedangkan pada diskretisasike-1 ke diskretisasi titik ke-13 terjadi penrnan kecepatan karena penga- rh gaa gesek antara partikel dara dan partikel tanah. Namn pada titik ke-13 tingkat kecepatanna masih lebih cepat daripada titik ke-1 meskipn perbedaan kecepatan tersebt tidak terlal besar. Pada gambar dapat dilihat bahwa pada iterasi titik ke-in+1 nilai ke- cepatan hampir sama, ait pada titik ke-1, titik ke-13, titik ke-5, titik ke-37, titik ke-49, titik ke-61, titik ke-73, titik ke-85, dan titik ke-97. Pada titik-titik tersebt terjadi peningkatan kecepatan karena pada titik terse- bt merpakan titik awal diskretisasi pada arah ertikal, ang bersesa- ian dengan rms kecepatan aliran dara pada ketinggian tertent dimana semakin jah dari permkaan tanah maka kecepatan akan semakin besar karena pengarh gesekan antar partikel dara dan tanah semakin berkrang meskipn dalam hal ini peningkatan kecepatan tersebt tidak begit signifikan. aliran dara semakin besar, hal ini karena pengarh faktor gedng serta penghalang ang menebabkan terjadina pembelokan arah aliran dara ang awalna lrs karena terbentr gedng maka arah aliran berbelok sehingga kecepatan pada titiktitik tersebt mengalami peningkatan kecepatan ang ckp besar dengan peningkatan kecepatan sebesar.5 ms -1 Gambar. Simlasi Menggnakan FLUENT Dengan Ketinggian Penghalang 5 meter Berdasarkan Gambar dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan kecepatan dengan rentang kecepatan ms -1. Peningkatan kecepatan aliran dara tersebt terjadi baik secara ertika mapn horizontal. Kecepatan terendah terjadi pada titik awal, sedangkan kecepatan tertinggi terdapatpada titik akhir diskretisasi. Pada analisis ini gambar ang dianalisis merpakan gedng bertingkat dengan ketinggian setiap

7 Joni Ssanto dkk :Analisis Kecepatan Aliran Udara Pada Gedng 81 tingkatna 5 meterdan gedng penghalang setinggi 5 meter dengan jarak 8 meter dari gedng bertingkat. adapn domain ang dignakan panjang domainna adalah 8meter serta lebarna 5 meter. Pada analisis kecepatan dengan ketinggian gedng penghalang 5 meter dapat dilihat gedng penghalang dapat mempengarhi trblensi dariarah aliran dara ang menebabkan dara tersebt berbelok dengan sdtsekitar 5 sehingga menebabkan kecepatan aliran dara ang berada diatas gedng penghalang semakin meningkat serta tmbkan antara partikel dara dengan gedng bertingkat jga menebabkan terjadi pembelokan arah aliran dara sebesar 5 sehingga kecepatan aliran dara pada titik akhir semakin cepat. Pada arah ertikal dititik awal rentang kecepatan ang terjadi adalah ms -1 bersesaian dengan rms kecepatan dara berdasarkan ketinggian r = ( r ) α. Berdasarkan rms tersebt dapat diketahi bahwasemakin tinggi aliran dara dari permkaan tanah maka kecepatan aliran dara jga akan semakin meningkat. Pada titik tengah arah ertikal tepatna di belakang gedng penghalang terjadi penrnan kecepatan aliran setelahit kecepatan aliran dara kembali meningkat, hal ini karena pengarh penghalang ang menebabkan terjadina daa hisap gedng sehingga kecepatan aliran dara menjadi semakin lambat. Adapn rentang kecepatan ang terjadi adalah berkisar antara ms -1 pada titik awal kecepatan aliran dara lebih cepat dibandingkan diatasna karena pengarh gedng bertingkat ang menebabkan perbahan arah aliran dara ang menabrak gedng sehingga kecepatan aliran dara menjadi semakin meningkat. Pada daerah bagian kanan secara ertikal tepatna dibelakang gedng bertingkat terjadi peningkatan kecepatan dengan rentang antara ms -1, Namn pada beberapa titik terjadi penrnan kecepatan karena pengarh daa hisap gedng ang merbah arah aliran dara sebesar Secara mm dapat dilihat bahwa pola aliran dara pada gedng bertingkatdengan penghalang di depanna merpakan aliran transisi ang disebabkan adana pengarh tmbkan antar dara dengan gedng baik gedng penghalang mapn gedng bertingkat ang berada di belakangna. Berdasarkan Gambar tampak bahwa kecepatan aliran dara di depan gedng penghalang relatif lebih cepat dibandingkan dengan aliran dara ang terdapat di belakang gedng penghalang.

8 8 Kadikma, Vol. 6, No., hal 75-8, Agsts 15 KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan keterangan diatas dapat diambil kesimplan bahwa: 1. Semakin tinggi gedng penghalang maka kecepatan aliran semakin menrn karena pengarh daa hisap gedng.. Semakin jah jarak gedng penghalang terhadap gedng bertingkat maka kecepatan aliran dara akan meningkat karena pengarh daa hisap gedng akan berkrang 3. Persamaan matematika pada analisis aliran dara pada gedng bertingkat adalah: C g e w DAFTAR PUSTAKA n P P Arhani, M dan Desiani, A. 4. Pemrograman Matlab. Yogakarta: ANDI Fatahillah, A. (14). Analisis Nmerik Profil Sedimentasi Pasir Pada Perteman Da Sngai Berbantan Software Flent. KadikmA, 5(3). Soegijanto Bangnan Di Indonesia Dengan Iklim Tropis Lembab Ditinja Dari Aspek Fisika Bangnan. Jakarta: Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan Kebdaaan. Satwiko, P. 5. Fisika Bangnan 1 Edisi. Yogakarta: ANDI Ssanti, N. I. 1. Efektifitas Penerapan Metode Mltistep Linier (MML) Implisit Order Lima Dalam Menelesaikan Model Persamaan Penerapan Bakteri Leptospira. Tidak Diterbitkan. Skripsi. Jember: FKIP Uniersitas Jember. Trisnani, Didin, Dafik Dafik, and Arif Fatahillah. "Analisis Sirklasi Udara Berdasarkan Kecepatan Awal Udara Pada Tanaman Pelindng Kopi Dan Pola Tanam Graf Tangga Permata Dengan Metode Volme Hingga." Prosiding Seminar Matematika dan Pendidikan Matematik. Vol. 1. No Takia, Firman. 8. Dasar-dasar CFD Menggnakan FLUENT. Bandng: INFOR- MATIKA Ystica, A. 1. Efektifitas Metode Rnge Ktta Order Lima Untk Menelesaikan Model Penebaran Virs Aian Inflenza (Fl Brng). Tidak Diterbitkan. Skripsi. Jember: FKIP Uniersitas Jember Wahid, F. 3. Dasar-dasar Algoritma Pemrograman. Yogakarta: ANDI s