PENDEKATAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC PADA SISTEM PENGHISAPAN MESIN PEMANEN IKAN DAN UDANG AYNAL FUADI

Transkripsi

1 PENDEKATAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC PADA SISTEM PENGHISAPAN MESIN PEMANEN IKAN DAN UDANG AYNAL FUADI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendekatan Computational Fluid Dynamic Pada Sistem Penghisapan Mesin Pemanen Ikan dan Udang adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Februari 2014 Aynal Fuadi NIM F

4 ABSTRAK AYNAL FUADI. Pendekatan Computational Fluid Dynamic Pada Sistem Penghisapan Mesin Pemanen ikan dan udang. Dibimbing oleh SAM HERODIAN. Kegiatan pemanenan ikan dan udang dengan cara mekanis masih mengalami kekurangan ketika dioperasikan. Dengan menggunakan metode tersebut, persentase kematian ikan dan udang tinggi serta banyak diantaranya mengalami kerusakan akibat komoditi tersebut menyentuh pompa mesin secara langsung. Sehingga dibutuhkan sistem penghisapan yang baru untuk mengatasi masalah tersebut. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mencari kombinasi posisi inlet-outlet yang sesuai dengan pendekatan CFD. Pendekatan CFD digunakan dalam menganalisis model aliran air pada tiga bentuk tangki penampungan dengan 15 kombinasi posisi inlet-outlet pada setiap tangki penampungan. Kecepatan aliran tertinggi (2.321 m/s) terjadi pada kombinasi dimana inlet di tengah, outlet di bawah, dan keduanya berada pada satu muka dengan tangki penampungan tipe tiga. Nilai bilangan Reynolds terkecil ( ) di tangki penampungan terjadi pada kombinasi dimana posisi inlet di tengah, outlet di bawah, dan keduanya berada di sisi muka berbeda dengan tangki penampungan tipe tiga. Penentuan kombinasi posisi inlet-outlet dipilih tidak hanya berdasarkan kecepatan aliran dan nilai bilangan Reynolds, melainkan juga berdasarkan turbulensi yang terjadi dan jumlah sudut tangki penampungan. Oleh karena itu, kombinasi posisi yang dipilih ialah kombinasi posisi inlet di bawah, outlet di bawah, dan keduanya pada sisi muka berbeda dengan tangki penampungan tipe tiga. Kata kunci: CFD, kombinasi posisi, aliran air, bentuk tangki penampungan ABSTRACT AYNAL FUADI. Computational Fluid Dynamic Approach on Suction System of Fish-Shrimp Harvesting Machine. Supervised by SAM HERODIAN. Shrimp harvesting using mechanical technique still has disadvantage when operated. By using it, percentage of dead fish-shrimp is high and some of them can be damaged because of the commodity touch the pump of machine directly. Thus, it need a new suction system to fix the problem. The aim of this research is to find the proper combination of inlet-outlet channel position based on CFD approach. CFD approach was used to analyze water flow model on three kind of reservoirs with 15 combination of inlet-outlet position on every reservoir type. The highest velocity (2.321 m/s) of the flow came from the combination where inlet on the middle, outlet on the bottom, and both were in the same side with reservoir type three. The smallest Reynolds number ( ) came from the combination where inlet on the middle, outlet on the bottom, and both were in the opposite side with reservoir type three. Determination of inlet-outlet combination not only based on flow velocity and Reynolds number but also turbulence and the number of reservoir edge. So that, the chosen combination was inlet on the bottom, outlet on the bottom, and both were in the opposite side with reservoir type three. Key words : CFD, position combination, water flow, shape of reservoir

5 PENDEKATAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC PADA SISTEM PENGHISAPAN MESIN PEMANEN IKAN DAN UDANG AYNAL FUADI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

6

7 Judul Skripsi : Pendekatan Computational Fluid Dynamic Pada Sistem Penghisapan Mesin Pemanen Ikan dan Udang Nama : Aynal Fuadi NIM : F Disetujui oleh Dr. Ir. Sam Herodian, MS Pembimbing Akademik Diketahui oleh Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen Tanggal Lulus:

8 PRAKATA Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pendekatan computational fluid dynamic pada sistem penghisapan mesin pemanen ikan dan udang. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Sam Herodian, MS selaku dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ir. Mad Yamin, MT dan Dr. Edy Hartulistiyoso selaku dosen penguji. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, kakak, serta adik atas segala doa, dukungan, dan kasih sayang. Terima kasih kepada Dini Anriany atas segala waktu, doa, dukungan, dan kesabaran yang telah diberikan kepada penulis. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada satu teman bimbingan (Bani, Iqbal, Heru, dan Stevy), teman-teman yang telah membantu selama penelitian (Naufal, Endah, Amajida, Ina, Sandy, sujarwedi dan lain-lain), para teknisi Departemen TMB, serta segenap teman-teman TEP Orion 46 atas semangat dan dukungan yang telah diberikan. Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknologi pertanian. Bogor, Februari 2014 Aynal Fuadi

9 DAFTAR ISI DAFTAR ISI vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR TABEL vii DAFTAR LAMPIRAN viii PENDAHULUAN Latar Belakang 1 Tujuan Penelitian 2 Ruang Lingkup Penelitian 2 TINJAUAN PUSTAKA Aliran Fluida 2 Metode Komputasi Dinamika Fluida 3 Penelitian yang Pernah Dilakukan 3 METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian 6 Bahan dan Alat 6 Prosedur Penelitian 7 HASIL DAN PEMBAHASAN Cara Kerja Sistem Penghisap 12 Simulasi Kecepatan Air 13 Bilangan Reynolds 22 Pemilihan Desain 23 SIMPULAN DAN SARAN 27 DAFTAR PUSTAKA 27 LAMPIRAN 28 RIWAYAT HIDUP 70 DAFTAR TABEL 1 Kombinasi posisi 2 muka 10

10 2 Kombinasi posisi 1 muka 10 3 Kecepatan aliran air di tangki penampungan Kecepatan aliran air di tangki penampungan Kecepatan aliran air di tangki penampungan 3 22 DAFTAR GAMBAR 1 Bentuk tangki penampungan Bentuk tangki penampungan Bentuk tangki penampungan Skema tahapan simulasi menggunakan CFD 11 5 Skema mekanisme sistem penghisapan secara keseluruhan 13 6 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan Cut plots velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 1 muka tangki penampungan Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 1 muka tangki penampungan Cut plots velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 2 muka tangki penampungan Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 2 muka tangki penampungan Cut plots velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet atas 1 muka tangki penampungan Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet atas 1 muka tangki penampungan Cut plots velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan Cut plots velocity kombinasi posisi inlet bawah-outlet tengah 1 muka tangki penampungan Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet bawah-outlet tengah 1 muka tangki penampungan Grafik perbandingan kecepatan aliran di saluran inlet Grafik perbandingan bilangan Reynolds di dalam tangki penampungan 26

11 DAFTAR LAMPIRAN 1 Spesifikasi pompa air 28 2 Contoh perhitungan kapasitas pemanenan 29 3 Perhitungan kebutuhan daya penggerak pompa air sentrifugal dan efisiensi pompa (Hafizh 2013) 30 4 Hasil simulasi CFD di tangki penampungan Data kecepatan aliran hasil simulasi di tangki penampungan Hasil simulasi CFD di tangki penampungan Data kecepatan aliran hasil simulasi di tangki penampungan Hasil simulasi CFD di tangki penampungan Data kecepatan aliran hasil simulasi di tangki penampungan Kecepatan aliran di dalam tangki penampungan 1 pada setiap kombinasi Kecepatan aliran di dalam tangki penampungan 2 pada setiap kombinasi Kecepatan aliran di dalam tangki penampungan 3 pada setiap kombinasi Bilangan Reynolds di dalam tangki penampungan 1 pada setiap kombinasi Bilangan Reynolds di dalam tangki penampungan 2 pada setiap kombinasi Bilangan Reynolds di dalam tangki penampungan 3 pada setiap kombinasi Gambar teknik mesin pemanen ikan dan udang 64

12

13 PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki banyak laut serta sungai, sehingga komoditi dari sektor perikanan sangat vital bagi penduduk Indonesia. Produk yang dihasilkan dari sektor perikanan merupakan sumber protein hewani yang memiliki kandungan gizi tinggi sehingga sangat baik untuk dikonsumsi oleh masyarakat, termasuk produk udang dan ikan. Udang dan ikan merupakan komoditas sektor perikanan yang memiliki posisi penting bagi perekonomian di Indonesia dengan pemasaran di dalam maupun di luar negeri. Sehingga keseluruhan proses produksi menjadi hal yang sangat diperhatikan agar diperoleh produk yang berkualitas tinggi, salah satu proses yang terpenting adalah dalam proses pemanenan itu sendiri. Sejauh ini mekanisme pemanenan udang dan ikan masih menggunakan cara tradisional. Cara yang paling modern untuk memanen udang dan ikan adalah dengan menggunakan jaring (trawl) yang di bagian mulutnya dialiri arus listrik dan ditarik oleh tiga sampai empat orang dengan mengelilingi tambak. Hal ini selain dapat mengakibatkan udang dan ikan stress yang pada akhirnya berdampak pada kematian, juga beresiko bagi pemanen yang harus masuk ke dalam tambak (Mujiman dan Suyanto 2004). Kendala yang dihadapi dalam pemanenan hasil perikanan adalah banyaknya sumber daya manusia yang dibutuhkan, sedangkan ketersediaannya sangat rendah. Hal ini akan mengakibatkan biaya produksi bertambah. Selain itu, kendala lain yang dihadapi adalah hasil panen yang masih banyak mengalami kecacatan dan tingkat mortalitas yang tinggi. Meskipun sudah menerapkan pemanenan mekanis namun kendala ini masih belum teratasi sepenuhnya. Pada penelitian sebelumnya (Maulaya 2012) telah dibuat mesin pemanen ikan dan udang tipe vakum. Mesin pemanen ikan dan udang tipe vakum ini merupakan solusi untuk menjawab berbagai kendala pemanenan yang terjadi karena komoditas panen tidak langsung bersentuhan secara fisik dengan pompa yang digunakan. Mesin ini merupakan tindak lanjut dari penelitian sebelumnya (Gumilang 2011) mengenai mekanisme sistem penghisap baru yang dihasilkan untuk mesin pemanen ikan dan udang. Mesin ini diharapkan dapat membantu proses pemanenan ikan dan udang di tambak, yakni dengan menghasilkan kapasitas pemanenan yang tinggi dan penggunaan tenaga kerja yang relatif sedikit sehingga dapat menurunkan biaya produksi. Penelitian yang dilakukan oleh Gumilang hanya menggunakan satu bentuk tangki dengan ukuran yang tidak sama seperti ukuran tangki yang dibuat oleh Maulaya. Diperlukan sebuah teknik untuk membuat sistem penghisapan yang baru dengan opsi bentuk tangki penampungan lebih dari satu tanpa mengeluarkan biaya yang cukup banyak. Salah satunya dengan melakukan simulasi CFD (Computational Fluid Dynamic). CFD dapat menduga nilai dan pola aliran fluida pada mesin pemanen ikan dan udang. Simulasi yang dilakukan berupa pola aliran fluida yang terjadi pada tabung serta selang penghisap dan pengeluaran. Teknik ini merupakan suatu metode perhitungan memprediksi dan pendekatan aliran fluida secara numerik dengan bantuan komputer.

14 2 Aliran fluida dalam kehidupan nyata memiliki banyak sekali jenis dan karakteristik tertentu yang begitu kompleks. CFD melakukan pendekatan dengan metode numerasi serta menggunakan persamaan-persamaan fluida. Dari simulasi yang dilakukan maka akan didapatkan sistem penghisapan, ukuran, dan bentuk desain yang baru untuk mengetahui kecepatan aliran hisap yang dihasilkan. Sehingga terciptalah prototipe mesin yang sesuai dengan aliran fluida yang telah dimodelkan dengan CFD. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk melakukan simulasi aliran fluida pada sistem penghisap mesin pemanen ikan dan udang dengan menggunakan CFD serta pembuatan gambar teknik mesin pemanen ikan dan udang sesuai dengan hasil simulasi CFD. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan sistem penghisap yang memiliki kecepatan aliran air yang sesuai sesuai dengan kecepatan renang ikan dan udang dari tiga bentuk tabung serta 15 kombinasi posisi saluran inlet-outlet yang disimulasikan. TINJAUAN PUSTAKA Aliran Fluida Menurut Ranald (dalam Erizal 2007), fluida adalah zat-zat yang mampu mengalir dan menyesuaikan diri dengan bentuk wadah dan tempatnya. Aliran dari suatu fluida nyata lebih rumit daripada aliran suatu fluida ideal. Aliran fluida dapat dibagi menjadi tiga, yakni aliran laminar, aliran transisi dan aliran turbulen. Ketiga jenis aliran tersebut diatur oleh hukum-hukum yang berbeda. Aliran laminar memiliki partikel-partikel fluida yang bergerak di sepanjang lintasan-lintasan lurus, sejajar dalam lapisan-lapisan. Dalam aliran laminar ini, viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Aliran turbulen memiliki partikel-partikel yang bergerak secara serampangan ke semua arah. Dalam keadaan aliran turbulen, maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian-kerugian aliran. Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen.

15 (1) dimana: V = Kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s) D = Diameter dalam pipa (m) ρ = Massa jenis fluida (kg/m 3 ) µ = Viskositas dinamik fluida (kg/ms) atau (Ns/ m 2 ) Dilihat dari kecepatan aliran, dikategorikan laminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari 2300, untuk aliran transisi berada pada pada bilangan Re 2300 dan 4000 biasa juga disebut sebagai bilangan Reynolds kritis, sedangkan aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih dari Metode Komputasi Dinamika Fluida CFD merupakan pemanfaatan program komputer untuk membuat suatu prediksi apa yang terjadi secara kuantitatif pada saat fluida mengalir. Dengan menggunakan CFD, prediksi aliran fluida pada berbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya yang relatif murah dan waktu yang singkat dibanding dengan metode eksperimen (Tuakia 2008). Secara umum, proses dalam CFD dibagi dalam tiga tahapan yaitu prapemrosesan (pre-processing), pencarian solusi (solving), dan pascapemrosesan (post-processing) (Tuakia 2008). Prapemrosesan, merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model paket CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya. Pencarian solusi, mengitung kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat prapemrosesan. Pascapemrosesan, langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. Penelitian yang Pernah Dilakukan Perancangan Mekanisme Sistem Penghisap Pada Mesin Pemanen Udang dan Ikan (Gumilang 2011) Penelitian ini dilakukan pengujian fungsional sebanyak dua kali terhadap sistem model yang dibuat untuk mendapatkan data. Pengujian dilakukan dengan perlakuan 15 kombinasi. Pengujian pertama bertujuan untuk memperoleh data mengenai debit, kecepatan aliran, tekanan, dan jenis aliran pada sistem penghisap. Pengujian selanjutnya bertujuan untuk mengetahui kinerja fungsional sistem penghisap. Berdasarkan data yang diperoleh diketahui bahwa debit yang terjadi relatif stabil, yaitu berkisar antara 0.57 l/s 0.58 l/s. Nilai kecepatan yang

16 4 diperoleh pada penampang hidrolik pertama dengan ukuran penampang hidrolik yang kecil berkisar antara 2.02 m/s 2.04 m/s, sedangkan untuk nilai kecepatan pada penampang hidrolik yang besar berkisar antara 0.01 m/s 0.02 m/s. Tekanan yang terjadi pada penampang hidrolik yang berukuran kecil sebesar x 10 4 kpa, sedangkan tekanan yang terjadi pada penampang hidrolik yang berukuran besar bernilai x 10 2 kpa. Jenis aliran yang terjadi pada penampang hidrolik dengan ukuran kecil adalah jenis aliran turbulen karena nilai bilangan Reynolds yang diperoleh lebih besar dari 2300, yaitu berkisar antara , sedangkan jenis aliran yang terjadi pada penampang hidrolik dengan ukuran besar adalah jenis aliran laminar karena nilai bilangan Reynolds yang diperoleh lebih kecil dari 2300, yaitu berkisar antara Kombinasi paling optimum untuk penempatan posisi pipa pemasukan dan pipa pengeluaran adalah pada kombinasi atas (pipa pemasukan) atas (pipa pengeluaran), hal tersebut bukan hanya dipengaruhi oleh faktor dari fluida saja melainkan dengan mempertimbangkan tingkah laku komoditas pada saat dipanen yang cenderung berkumpul di bagian bawah saringan yang terdapat pada fish trap. Pengujian yang dilakukan berupa pengujian pemanenan komoditas dan dilihat tingkat kelulusan hidupnya. Berdasarkan data yang diperoleh dari 15 kali ulangan diketahui bahwa tingkat kelulusan hidupnya besar yaitu 98.9%. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme sistem penghisap berfungsi baik sesuai dengan yang diharapkan. Rancang Bangun Prototipe Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum (Maulaya 2013) Pada penelitian ini, dilakukan pembuatan prototipe dari mekanisme yang telah dirancang pada penelitian sebelumnya (Gumilang 2011). Pembuatan prototipe ini bertujuan untuk melakukan pengujian apakah rancangan mesin yang dibuat untuk pemanenan ikan dan udang dapat berjalan sesuai yang diharapkan atau tidak. Sistem yang dirancang pada mesin ini yaitu komoditas tidak masuk melewati pompa (impeller) sehingga ikan dan udang tidak akan rusak atau mati. Mesin yang dirancang memiliki dua tangki penampungan yang berfungsi untuk menampung sementara hasil pemanenan yang telah terhisap dan beberapa saluran distribusi utama seperti saluran inlet yang berfungsi mendistribusikan air dan komoditas ke tangki penampungan, saluran outlet yang berfungsi mendistribukan air dari tangki penampungan keluar sistem melalui pompa air, saluran perpindahan yang berfungsi untuk menyalurkan air dari tangki satu ke tangki lainnya selama proses pemanenan, serta saluran buang yang berfungsi untuk membuang air keluar sistem (tambak). Dalam pengoperasian mesin ini, digunakan dua pompa yaitu pompa air dan pompa vakum. Pompa air yang digunakan memiliki power sebesar 3.1 kw dengan kecepatan putar 3600 rpm dan berfungsi untuk menghisap komoditas yang berada di dalam kolam sedangkan pompa vakum berfungsi untuk mempertahankan keadaan vakum dalam sistem dengan cara menghisap udara yang masuk ke dalam sistem dan membuangnya ke lingkungan. Berdasarkan data yang diperoleh diketahui bahwa terjadi penurunan debit aliran yang cukup drastis saat mesin dioperasikan. Penurunan ini diakibatkan oleh kebocoran yang terjadi pada beberapa bagian, seperti lubang

17 5 intake, sambungan antara selang dengan pipa, sambungan perpipaan dan keran (valve), sambungan las pada tangki, sehingga kondisi sistem pada mesin ini tidak 100% dalam kondisi vakum. Debit tertinggi yang diperoleh pada tangki pertama sebesar 3.11 l/s dengan kecepatan hisap sebesar 0.38 m/s. Sedangkan pada tangki kedua, debit aliran tertinggi yang diperoleh sebesar 4.02 l/s dengan kecepatan hisap sebesar 0.50 m/s. Ikan yang terhisap oleh mesin hanya pada awal pengoperasian saja yang debitnya masih cukup besar. Setelah dilakukan instalasi pompa vakum pada tangki kedua, debit tertinggi dapat mencapai 5.27 l/s dengan kecepatan hisap sebesar 0.65 m/s dan debit terendahnya yaitu 4.75 l/s dengan kecepatan hisap sebesar 0.59 m/s. Untuk debit rata-rata sebesar 4.97 l/s dengan kecepatan hisap rata-rata 0.61 m/s. Nilai tekanan yang diperoleh dari kedua penampang yaitu dari penampang hidrolik dengan ukuran diameter 4 inci menjadi penampang hidrolik dengan ukuran 60 cm adalah sebesar kpa dan kpa. Sebelum instalasi pompa vakum, jenis aliran yang terjadi ada tiga jenis, yaitu aliran turbulen, aliran transisi, dan aliran laminar. Aliran jenis turbulen terjadi pada penampang hidrolik kecil selama operasi, yaitu pada selang dengan diameter 4 inci. Setelah instalasi pompa vakum, jenis aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Jenis aliran ini terjadi selama pengoperasian mesin, baik pada saluran inlet maupun tangki penampungan. Pada saluran inlet, nilai bilangan Reynolds yang terjadi berkisar antara sampai Sedangkan pada tangki, nilai bilangan Reynolds yang terjadi berkisar antara sampai Modifikasi dan Uji Fungsional Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum (Hafizh 2013) Penelitian ini melakukan modifikasi pada mesin sebelumnya yang telah dibuat oleh Maulaya (2013). Modifikasi yang dilakukan ialah pada saluran inlet dan pompa air. Saluran inlet dibuat menjadi lebih kecil dengan diameter 2.5 inci setelah sebelumnya berdiameter 4 inci. Tujuan dari memperkecil diameter saluran inlet adalah untuk meningkatkan kecepatan hisap sehingga komoditas dapat terhisap ke dalam tangki penampungan. Pemilihan saluran inlet 2.5 inci berdasarkan pada dimensi dari udang yang bisa masuk atau terhisap oleh saluran inlet yaitu dengan panjang 6 8 cm dan tinggi 5 6 cm. Pompa air yang digunakan pada penelitian ini memiliki power yang lebih besar dari penelitian sebelumnya. Pompa air yang dipergunakan memiliki power sebesar 4.1 kw dengan kecepatan putar 3600 rpm. Power pompa yang besar akan menghasilkan debit yang besar pula, sehingga dengan memperbesar power pompa dan ditunjang saluran inlet yang diperkecil maka akan diperoleh kecepatan hisap yang tinggi. Pemilihan pompa ini disesuaikan dengan target waktu pemanenan selama 1.8 jam. Pengambilan data dilakukan pada kedua tangki, yaitu tangki pertama dengan mulut hisap dan saluran inlet 4 inci tanpa menggunakan instalasi pompa vakum dan tangki kedua dengan mulut hisap 4 inci dan saluran inlet 2.5 inci dengan menggunakan instalasi pompa vakum. Beradasarkan hasil pengukuran, debit tertinggi pada tangki pertama sebesar 2.06 l/s dengan kecepatan hisap sebesar 0.25 m/s, sedangkan debit tertinggi pada tangki kedua sebesar 1.77 l/s dengan kecepatan hisap sebesar 0.56 m/s. Debit rata-rata pada

18 6 tangki pertama sebesar 1.84 l/s dengan kecepatan hisap rata-rata 0.23 m/s, sedangkan debit rata-rata pada tangki kedua sebesar 1.63 l/s dan 0.52 m/s. Debit rata-rata pada tangki pertama memiliki nilai yang sama pada penelitian sebelumnya, namun debit rata-rata pada tangki penampungan kedua memiliki nilai yang lebih kecil dari penelitian sebelumnya. Hal ini terjadi karena adanya kebocoran yang lebih banyak dibandingkan sebelumnya yakni kebocoran pada saat mengganti saluran inlet dan kebocoran pada intake pompa. Nilai tekanan pada penampang hidrolik kecil di tangki pertama sebesar kpa sedangkan pada penampang hidrolik besar (tangki) sebesar kpa. Pada tangki 2, nilai tekanan pada penampang hidrolik yang berukuran kecil sebesar kpa sedangkan tekanan pada penampang hidrolik besar sebesar 6.20 kpa. Jenis aliran yang terjadi pada tangki pertama adalah aliran turbulen dan aliran transisi. Aliran turbulen terjadi pada penampang hidrolik kecil (saluran inlet) sedangkan pada penampang hidrolik besar (tangki) terjadi aliran turbulen dan aliran transisi. Nilai bilangan Reynolds pada penampang kecil berkisar Sedangkan bilangan Reynolds pada penampang besar berkisar Pada tangki kedua, jenis aliran yang terjadi adalah aliran turbulen dan transisi. Aliran turbulen terjadi pada penampang hidrolik kecil (saluran inlet) yang berdiameter 2.5 inci sedangkan pada penampang hidrolik besar (tangki) terjadi aliran transisi. Nilai bilangan Reynolds pada penampang kecil berkisar Sedangkan bilangan Reynolds pada penampang besar berkisar METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Engineering Design Studio (EDS), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor untuk proses perancangan konsep desain pada bulan Juni 2013 hingga Juli Sedangkan untuk simulasi aliran fluida dengan CFD dilakukan di Laboratorium Lingkungan Bangunan Pertanian, Gedung Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada bulan Agustus 2013 hingga Oktober Bahan dan Alat Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian adalah seperangkat komputer dan software gambar yang mendukung. Software gambar dan simulasi yang digunakan adalah SolidWorks 2011 karena software tersebut sudah terdapat feature untuk melakukan simulasi aliran fluida yakni feature Flow Simulation. Penggunaan SolidWorks untuk simulasi dikarenakan software tersebut dapat dengan mudah menghitung kekuatan fluida dan memahami dampak dari aliran fluida tersebut untuk pencapaian kinerja produk. Peralatan lain yang digunakan adalah alat tulis, mesin hitung, software Microsoft Excel 2010, software Microsoft Word 2010, dan mesin cetak (printer).

19 7 Identifikasi Masalah Prosedur Penelitian Perkembangan budidaya udang dan ikan yang cukup pesat harus diiringi dengan penggunaan teknologi yang dapat mendukung proses pengolahan komoditi tersebut. Sejauh ini, teknologi dalam proses pemanenan udang dan ikan belum mendapatkan perhatian khusus dan masih mempergunakan alat dan cara tradisional. Penggunaan alat dan cara tradisional ini mengakibatkan udang dan ikan mengalami stress serta pemanenan yang kurang efektif dan efisien. Untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi dalam proses pemanenan, salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan mempergunakan sistem pemanenan secara mekanis. Menilik hal tersebut maka perlu dirancang sebuah mekanisme sistem penghisapan yang baru untuk dipergunakan dalam mesin pemanen ikan dan udang. Selain itu dibutuhkan pula sebuah teknik yang dapat memodelkan aliran fluida pada sistem penghisap mesin pemanen ikan dan udang tanpa mengeluarkan biaya yang cukup banyak. Salah satunya adalah dengan menggunakan teknik CFD, yaitu sebuah teknik yang dapat memodelkan aliran fluida tersebut dan hanya membutuhkan seperangkat Personal Computer (PC). Pengembangan dan Perumusan Ide Desain Melakukan analisis dari permasalahan yang ada dan pengumpulan ide-ide pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai aspek yang terkait. Dalam tahapan ini mekanisme, bentuk, dan posisi dari berbagai komponen direncanakan dengan batasan permasalahan yang akan dipecahakan. Untuk memudahkan simulasi, gambar yang akan dirancang hanya tangki penampungan dan saluran inlet. Hal ini dikarenakan hanya bagian itu saja yang dilewati oleh air. Sedangkan gambar yang lain seperti kerangka mesin dan roda dapat diabaikan karena tidak mempengaruhi laju air yang mengalir di dalam mesin pemanen ikan dan udang. Pembuatan Konsep Gambar Dalam proses ini ide desain yang telah dikembangkan akan dikonsepkan dalam beberapa gambar yang mempunyai beberapa parameter yang berbeda. Bentuk tangki penampungan ikan atau udang Bentuk tangki penampungan yang dibuat memiliki tiga bentuk dengan volume ± 200 liter. Hal ini sesuai dengan perhitungan yang telah dilakukan sebelumnya (Maulaya 2012). Perhitungan volume tangki berdasarkan kapasitas pemanenan dalam 1 batch: Massa udang yang diinginkan : 45 kg Asumsi massa jenis udang : 0.74 kg/liter (Hamdani 2005) Perbandingan volume udang dan air optimum : 1:2 (Karim 2006) Maka untuk melakukan operasi 1 batch pemanenan, volume tangki yang didesain adalah: 45 kg V = 3 = l 0.74 kg/l

20 8 Tangki penampungan 1 adalah gabungan dari silinder yang mempunyai diameter 0.6 meter dan tinggi 0.6 meter serta kerucut yang mempunyai diameter 0.6 meter dan tinggi 0.26 meter. Di bagian paling bawah kerucut terdapat lubang distribusi hasil pemanenan sebesar 0.1 meter. Selain itu terdapat pula lubang untuk saluran inlet sebesar 0.1 meter dan lubang outlet sebesar 0.05 meter. Bentuk Tangki dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 Bentuk tangki penampungan 1 Tangki penampungan 2 berbentuk bola yang mempunyai diameter 0.72 meter. Di bagian paling bawah bola terdapat lubang distribusi hasil pemanenan sebesar 0.1 meter. Selain itu terdapat pula lubang untuk saluran inlet sebesar 0.1 meter dan lubang outlet sebesar 0.05 meter. Bentuk Tangki dapat dilihat pada Gambar 2. Tangki penampungan 3 adalah gabungan dari silinder yang mempunyai diameter 0.6 meter dan tinggi 0.6 meter serta setengah bola yang mempunyai diameter 0.6 meter dan tinggi 0.26 meter. Di bagian paling bawah setengah bola terdapat lubang distribusi hasil pemanenan sebesar 0.1 meter. Selain itu terdapat pula lubang untuk saluran inlet sebesar 0.1 meter dan lubang outlet sebesar 0.05 meter. Bentuk Tangki dapat dilihat pada Gambar 3.

21 9 Gambar 2 Bentuk tangki penampungan 2 Gambar 3 Bentuk tangki penampungan 3 Ketinggian tangki penampungan ikan atau udang Ketinggian tangki penampungan 1 dan tangki penampungan 3 adalah 1.01 meter, sedangkan tinggi tangki penampungan 2 adalah 1.12 meter. Tinggi tangki penampungan 2 berbeda dari tangki penampungan 1 dan 3 dikarenakan dimensi tinggi tangki tersebut yang berbeda. Kombinasi posisi saluran inlet dan saluran outlet di tangki penampungan Kombinasi posisi saluran inlet dan saluran outlet dibuat menjadi 15 kombinasi di setiap tangki penampungan. Penentuan kombinasi ini ditunjukkan untuk mengetahui kecepatan aliran, bilangan Reynolds, serta jenis aliran yang terjadi untuk dijadikan acuan dasar sebagai penentuan kombinasi

22 10 posisi yang paling sesuai nantinya. Penentuan kombinasi ini disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1 Kombinasi posisi 2 muka No Posisi Inlet Posisi Outlet 1 Atas Atas 2 Atas Tengah 3 Atas Bawah 4 Tengah Atas 5 Tengah Tengah 6 Tengah Bawah 7 Bawah Atas 8 Bawah Tengah 9 Bawah Bawah Tabel 2 Kombinasi posisi 1 muka No Posisi Inlet Posisi Outlet 1 Atas Tengah 2 Atas Bawah 3 Tengah Atas 4 Tengah Bawah 5 Bawah Atas 6 Bawah Tengah Simulasi CFD Simulasi dengan CFD dilakukan dengan membuat model terlebih dahulu serta menggunakan beberapa asumsi yakni sebagai berikut: Model yang akan didesain untuk simulasi hanyalah saluran inlet dan tangki penampungan karena komoditas yang akan dipanen hanya melewati dua bagian tersebut. Gravitasi berpengaruh terhadap kecepatan aliran karena perbedaan ketinggian dari muka saluran inlet dengan tangki penampungan. Sistem di dalam tabung diasumsikan vakum dan tidak ada kebocoran yang terjadi di dalam sistem. Suhu air diasumsikan sebesar 20 o C dan tekanan sebesar 1 atm. Debit air yang digunakan sebagai parameter yang akan dimasukkan sebesar m 3 /s. Debit ini diambil dari sebuah pompa yang memiliki tenaga 5.5 HP dan daya hisap 8 m. Spesifikasi pompa dapat dilihat di lampiran 1.

23 11 Langkah-langkah proses simulasi aliran fluida di mesin pemanen ikan dan udang menggunakan CFD terdapat pada feature Flow Simulation yang ada di SolidWorks dapat dilihat pada Gambar 4. Mulai Pembuatan geometri Pengecekan geometri Geometri baik? Ya Tidak Pengecekan Penentuan general setting Penentuan computational domain, boundary condition, dan goal Proses numerik (solver) Ya Iterasi error? Tidak Analisis kecepatan aliran air Pemilihan dan penyempurnaan desain Selesai Gambar 4 Skema tahapan simulasi menggunakan CFD Langkah pertama adalah pembuatan dan pengecekan geometri. Geometri yang dibuat ialah saluran inlet posisi atas, tengah, dan bawah serta tiga bentuk tangki penampungan. Saluran inlet dibuat menjadi tiga bentuk sesuai dengan posisi lubang inlet yang ada di tangki penampungan yakni atas, tengah, dan bawah.

24 12 Posisi lubang inlet dan outlet di setiap tangki penampungan diatur agar memiliki jarak yang sama antar letak posisinya. Selanjutnya adalah penentuan general setting. Pada bagian ini diatur konfigurasi model dengan parameter lingkungan yang sesuai dengan data penelitian maupun asumsi-asumsi yang telah dibuat. Pada unit system, diatur satuan-satuan yang akan ditampilkan pada output simulasi. Analisis aliran pada model dipilih internal karena akan melihat bagaimana aliran air di dalam geometri, dalam hal ini adalah saluran inlet dan tangki penampungan. Aliran di dalam sistem akan dipengaruhi oleh gravitasi karena ada perbedaan ketinggian yang terjadi antara bagian muka saluran inlet dengan tangki penampungan. Sehingga pengaruh gravitasi dapat dimasukkan dalam pengaturan analysis type dan di setting secara default Fluida yang akan dianalisis adalah air, sehingga diatur pada tampilan default fluid. Kondisi dinding model pada wall conditions diatur secara default dan tidak perlu mengubahnya. Sebagai kondisi awal dan kondisi batas, dimasukkan nilai parameter tekanan air dan suhu normal air pada setiap kondisi di tampilan initial conditions. Setelah itu hasil dan resolusi geometri model akan ditampilkan pada result and geometry resolution dan tidak perlu ada yang dirubah. Tahapan selanjutnya ialah penentuan computational domain, boundary conditions, dan goals. Domain dibuat untuk daerah batasan luar dari model yang akan dianalisis. Panjang dan lebar domain pada model tidak terlalu mempengaruhi karena domain berada di luar model. Oleh karena itu ukuran domain dibuat secara default. Selain itu sebelum dimasukkan nilai-nilai kondisi batas, model ditampilkan secara section view dan dipilih front plane. Section view berguna untuk memotong secara simetris suatu gambar. Hal ini dikarenakan agar terlihat aliran air yang mengalir di dalam model. Pemotongan ini tidak akan mempengaruhi hasil analisis dikarenakan model dipotong secara simetris. Kegiatan terakhir yang dilakukan dalam kegiatan solving ialah running. Running dapat berjalan ketika langkah-langkah diatas terpenuhi. Sehingga akan diketahui letak kesalahan dalam penentuan langkah-langkah sebelumnya dengan tidak berjalannya proses running. Tahapan terakhir adalah post-processor. Tahap ini merupakan tampilan yang akan disajikan program CFD setelah proses running selesai. Tampilan ini dapat berupa gambar kontur, vektor, arah aliran, animasi, hasil angka dari perhitungan program, mesh, dan lain-lain. Tampilan tersebut merupakan hasil akhir (goals) dari yang sudah ditentukan sebelumnya. HASIL DAN PEMBAHASAN Cara Kerja Sistem Penghisap Contoh skema dari mekanisme kerja sistem penghisap yang akan disimulasikan disajikan pada Gambar 5.

25 13 Aliran air dan komoditas Aliran air Gambar 5 Skema mekanisme sistem penghisapan secara keseluruhan dimana: 1. Kolam penampungan 2. Saluran inlet 3. Tangki penampungan 4. Saluran outlet 5. Pompa air 6. Saluran buang Mekanisme kerja dari sistem penghisap ini adalah air dan komoditas yang akan dipanen, dihisap dengan menggunakan tenaga yang berasal dari arus listrik pompa. Sebelum berlangsungnya proses pemanenan, terlebih dahulu saluran inlet, tangki penampungan, dan saluran outlet diisi oleh air agar pompa dapat menghisap air dan komoditas di dalam kolam penampungan (1). Air dan komoditas yang terhisap akan masuk ke dalam saluran inlet (2). Setelah melewati saluran inlet, air dan komoditas yang telah terhisap akan masuk ke dalam tangki penampungan (3) yang lubang outlet tangki tersebut dipasangi jaring-jaring kawat. Komoditas yang telah terhisap tidak dapat masuk ke dalam lubang outlet tangki penampungan karena ada jaring-jaring kawat di lubang outlet tersebut, sehingga hanya air yang akan terhisap ke dalam saluran outlet (4) dan akan menuju pompa air (5). Air yang telah melewati pompa akan dikeluarkan melalui saluran buang (6). Setelah tangki penampungan penuh oleh komoditas yang dipanen, pompa dimatikan dan komoditas dikeluarkan melalui lubang pengeluaran yang berada di bawah tangki penampungan. Setelah komoditas dikeluarkan, mekanisme pemanenan akan berjalan seperti sebelumnya. Simulasi Kecepatan Air Simulasi Kecepatan Aliran Air di Tangki Penampungan 1 Hasil simulasi di tangki penampungan 1 berupa cut plots velocity dan flow trajection velocity. Contoh simulasi distribusi kecepatan air untuk kombinasi 2

26 14 muka ditunjukkan pada Gambar 6 dan Gambar 7, sedangkan untuk 1 muka ditunjukkan pada Gambar 8 dan Gambar 9. Hasil simulasi pada tangki penampungan 1 selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 4 dan Lampiran 5. Air dengan suhu 20 o C dan komoditas dihisap oleh sebuah pompa dengan debit maksimum m 3 /s melalui lubang saluran inlet menuju lubang saluran outlet. Air dan komoditas akan menuju tangki penampungan sebelum menuju saluran outlet untuk menampung komoditas dan hanya air yang akan menuju saluran outlet. Berdasarkan hasil simulasi, kecepatan aliran air tertinggi pada saluran inlet terdapat pada kombinasi inlet tengah-outlet atas 2 muka, inlet tengahoutlet tengah 2 muka, dan inlet tengah-outlet bawah 2 muka serta inlet tengahoutlet atas 1 muka, dan inlet tengah-outlet bawah 1 muka sebesar 2.32 m/s. Gambar 6 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan 1 Gambar 7 Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan 1

27 15 Gambar 8 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 1 muka tangki penampungan 1 Gambar 9 Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 1 muka tangki penampungan 1 Arah aliran bergerak lurus maju sepanjang saluran inlet. Kecepatan aliran air yang melewati saluran inlet tetap konstan dan tidak mengalami penurunan yang cukup besar. Hal itu ditandai dengan warna yang sama pada cut plots velocity yakni warna biru muda. Setelah melewati saluran inlet, air akan menuju ke tangki penampungan dan akan terjadi penurunan kecepatan karena ukuran diameter tangki penampungan yang lebih besar dari diameter lubang inlet. Pada beberapa kombinasi posisi inletoutlet, terjadi turbulensi yakni pada saat aliran air masuk dari saluran inlet ke tangki penampungan. Namun, ada beberapa kombinasi posisi inlet-outlet yang tidak terjadi turbulensi di tangki penampungannya yakni kombinasi inlet atasoutlet bawah 1 muka, inlet atas-outlet tengah 1 muka, dan inlet bawah-outlet bawah 2 muka. Aliran air yang tidak terjadi turbulensi pada beberapa kombinasi, langsung menuju saluran outlet dari saluran inlet setelah melewati tangki penampungan. Berdasarkan hasil simulasi, kecepatan aliran air pada tangki

28 16 penampungan hampir semuanya bernilai sama yakni m/s dan hanya pada kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 1 muka yang memiliki nilai kecepatan yang berbeda sekaligus yang terkecil yakni m/s. Nilai kecepatan aliran yang terjadi di saluran inlet dan tangki penampungan dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Kecepatan aliran air di tangki penampungan 1 Kombinasi Tabung Inlet Atas Saluran Inlet Kecepatan (m/s) Tangki Penampungan Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Tengah 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Tengah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outltet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Bawah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Tengah 1 Muka Simulasi Kecepatan Aliran Air di Tangki Penampungan 2 Hasil simulasi di tangki penampungan 2 berupa cut plots velocity dan flow trajection velocity. Contoh simulasi distribusi kecepatan air untuk kombinasi 2 muka ditunjukkan pada Gambar 10 dan Gambar 11, sedangkan untuk 1 muka ditunjukkan pada Gambar 12 dan Gambar 13. Hasil simulasi pada tangki penampungan 2 selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 6 dan Lampiran 7. Air dengan suhu 20 o C dan komoditas dihisap oleh sebuah pompa dengan debit maksimum m 3 /s melalui lubang saluran inlet menuju lubang saluran outlet. Air dan komoditas akan menuju tangki penampungan sebelum menuju

29 17 saluran outlet untuk menampung komoditas dan hanya air yang akan menuju saluran outlet. Berdasarkan hasil simulasi, kecepatan aliran air tertinggi pada saluran inlet terdapat pada kombinasi inlet atas-outlet atas 2 muka dan inlet atasoutlet bawah 2 muka, serta inlet atas-outlet tengah 1 muka dan inlet atas-outlet bawah 1 muka, sebesar m/s. Arah aliran bergerak lurus maju sepanjang saluran inlet. Kecepatan aliran air yang melewati saluran inlet tetap konstan dan tidak mengalami penurunan yang cukup besar. Hal itu ditandai dengan warna yang sama pada cut plots velocity yakni warna biru muda. Gambar 10 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 2 muka tangki penampungan 2 Gambar 11 Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet atasoutlet bawah 2 muka tangki penampungan 2

30 18 Gambar 12 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet tengah-outlet atas 1 muka tangki penampungan 2 Gambar 13 Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet tengahoutlet atas 1 muka tangki penampungan 2 Setelah melewati saluran inlet, air akan menuju ke tangki penampungan dan akan terjadi penurunan kecepatan karena ukuran diameter tangki penampungan yang lebih besar dari diameter lubang inlet. Pada kombinasi inlet atas-outlet bawah 2 muka, inlet bawah-outlet atas 1 muka, inlet bawah-outlet tengah 2 muka, inlet tengah-outlet atas 2 muka, dan inlet tengah-outlet bawah 1 muka terjadi turbulensi yang kecil serta pada inlet tengah-outlet atas terjadi turbulensi yang besar. Sedangkan pada kombinasi posisi inlet-outlet yang tersisa tidak terjadi turbulensi di tangki penampungannya. Pada kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka, inlet atas-outlet tengah 2 muka, dan inlet bawah-outlet atas 2 muka serta inlet atas-oulet atas 1 muka, inlet atas-outlet tengah 1 muka, dan inlet bawahoutlet tengah 1 muka, vektor bergerak memutar di dinding tangki penampungan menuju saluran outlet. Pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet bawah 2 muka dan inlet tengah-outlet tengah 2 muka, vektor bergerak langsung menuju saluran outlet. Sedangkan pada kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 2 muka, vektor

31 19 menabrak dinding sisi belakang tangki penampungan sebelum menuju saluran outlet. Berdasarkan hasil simulasi, kecepatan aliran air pada tangki penampungan hampir semuanya bernilai sama yakni m/s dan hanya pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet atas 1 muka, inlet tengah-outlet atas 1 muka, serta inlet atasoutlet bawah 2 muka yang memiliki nilai kecepatan yang berbeda sekaligus yang terbesar yakni m/s. Nilai kecepatan aliran yang terjadi di saluran inlet dan tangki penampungan dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Kecepatan aliran air di tangki penampungan 2 Kombinasi Tabung Inlet Atas Saluran Inlet Kecepatan (m/s) Tangki Penampungan Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Tengah 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Tengah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outltet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Bawah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Tengah 1 Muka Simulasi Kecepatan Aliran Air di Tangki Penampungan 3 Hasil simulasi di tangki penampungan 3 berupa cut plots velocity dan flow trajection velocity. Contoh simulasi distribusi kecepatan air untuk kombinasi 2 muka ditunjukkan pada Gambar 14 dan Gambar 15, sedangkan untuk 1 muka

32 20 ditunjukkan pada Gambar 16 dan Gambar 17. Hasil simulasi pada tangki penampungan 3 selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 8 dan Lampiran 9. Air dengan suhu 20 o C dan komoditas dihisap oleh sebuah pompa dengan debit maksimum m 3 /s melalui lubang saluran inlet menuju lubang saluran outlet. Air dan komoditas akan menuju tangki penampungan sebelum menuju saluran outlet untuk menampung komoditas dan hanya air yang akan menuju saluran outlet. Berdasarkan hasil simulasi, kecepatan aliran air tertinggi pada saluran inlet terdapat pada kombinasi inlet tengah-outlet bawah 1 muka sebesar m/s. Arah aliran bergerak lurus maju sepanjang saluran inlet. Kecepatan aliran air yang melewati saluran inlet tetap konstan dan tidak mengalami penurunan yang cukup besar. Hal itu ditandai dengan warna yang sama pada cut plots velocity yakni warna biru muda. Gambar 14 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka tangki penampungan 3 Gambar 15 Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet atasoutlet atas 2 muka tangki penampungan 3

33 21 Gambar 16 Cut plots velocity kombinasi posisi inlet bawah-outlet tengah 1 muka tangki penampungan 3 Gambar 17 Flow trajection velocity kombinasi posisi inlet bawahoutlet tengah 1 muka tangki penampungan 3 Setelah melewati saluran inlet, air akan menuju ke tangki penampungan dan akan terjadi penurunan kecepatan karena ukuran diameter tangki penampungan yang lebih besar dari diameter lubang inlet. Turbulensi yang besar terjadi pada kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 1 muka, inlet atas-outlet tengah 1 muka, dan inlet bawah-outlet tengah 1 muka, sedangkan turbulensi kecil terjadi pada kombinasi posisi inlet atas-outlet atas 2 muka, inlet atas-outlet tengah 2 muka, inlet atas-outlet bawah 2 muka, inlet tengah-outlet atas 2 muka, inlet tengah-outlet bawah 2 muka, inlet bawah-outlet tengah 2 muka dan inlet tengah-outlet atas 1 muka. Pada kombinasi posisi yang tersisa, tidak terjadi turbulensi melainkan vektor bergerak langsung menuju saluran outlet yakni pada kombinasi inlet bawah-outlet bawah 2 muka, vektor memutar menuju saluran outlet yakni pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet atas 1 muka, dan vektor menabrak dinding tangki penampungan sisi belakang sebelum menuju saluran outlet yakni pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet atas 2 muka. Berdasarkan hasil simulasi,

34 22 kecepatan aliran air pada tangki penampungan yang memiliki nilai terbesar terdapat pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet tengah 2 muka, inlet bawahoutlet bawah 2 muka, dan inlet bawah-outlet tengah 1 muka yakni sebesar m/s. Nilai kecepatan aliran yang terjadi di saluran inlet dan tangki penampungan dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Kecepatan aliran air di tangki penampungan 3 Kombinasi Tabung Inlet Atas Saluran Inlet Kecepatan (m/s) Tangki Penampungan Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Tengah 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Tengah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Bawah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Tengah 1 Muka Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds berfungsi untuk menentukan jenis aliran yang terjadi di dalam sistem. Berdasarkan bilangan Reynolds, aliran dibagi menjadi tiga jenis yaitu aliran laminar, aliran transisi, dan aliran turbulen. Aliran laminar terjadi jika bilangan Reynolds 2300, aliran turbulen terjadi jika bilangan Reynolds 4000, dan aliran transisi terjadi jika bilangan Reynolds berada di tengah-tengah dari nilai aliran laminar dan aliran turbulen. Jenis aliran yang terjadi di dalam tangki

35 23 penampungan 1, tangki penampungan 2, dan tangki penampungan 3 maupun saluran inlet-nya adalah aliran turbulen. Nilai bilangan Reynolds pada setiap tangki penampungan dapat dilihat pada Lampiran 13, Lampiran 14, dan Lampiran 15. Kombinasi posisi yang memiliki bilangan Reynolds terkecil pada saluran inlet tangki penampungan 1 adalah semua kombinasi posisi yang inlet-nya berada di bawah dengan nilai bilangan Reynolds sebesar , sedangkan semua kombinasi posisi yang inlet-nya berada di tengah memiliki nilai bilangan Reynolds terbesar yakni Nilai bilangan Reynolds terkecil yang terjadi pada tangki penampungan 1 terdapat pada kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 1 muka yakni sebesar , sedangkan nilai bilangan Reynolds terbesar terdapat pada kombinasi posisi inlet atas-outlet tengah 2 muka yakni sebesar Kombinasi posisi yang memiliki bilangan Reynolds terkecil pada saluran inlet tangki penampungan 2 adalah semua kombinasi posisi yang inlet-nya berada di tengah serta kombinasi posisi inlet atas-outlet tengah 2 muka, inlet bawahoutlet atas 1 muka dan inlet bawah-outlet tengah 1 muka dengan nilai bilangan Reynolds sebesar , sedangkan sisa kombinasi posisi yang inlet-nya berada di atas memiliki nilai bilangan Reynolds terbesar yakni Nilai bilangan Reynolds terkecil yang terjadi pada tangki penampungan 2 terdapat pada kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 2 muka yakni sebesar , sedangkan nilai bilangan Reynolds terbesar terdapat pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet atas 1 muka yakni sebesar Kombinasi posisi yang memiliki bilangan Reynolds terkecil pada saluran inlet tangki penampungan 3 adalah kombinasi posisi inlet atas-outlet bawah 1 muka dengan nilai bilangan Reynolds sebesar , sedangkan hampir semua kombinasi posisi yang inlet-nya berada di tengah memiliki nilai bilangan Reynolds terbesar yakni kecuali pada kombinasi posisi inlet tengahoutlet atas 1 muka. Nilai bilangan Reynolds terkecil yang terjadi pada tangki penampungan 3 terdapat pada kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 2 muka yakni sebesar , sedangkan nilai bilangan Reynolds terbesar terdapat pada kombinasi posisi inlet bawah-outlet tengah 1 muka yakni sebesar Nilai bilangan Reynolds yang terjadi pada saluran inlet dan tangki penampungan memiliki perbedaan nilai yang sangat besar sehingga terjadi turbulensi pada saat aliran air masuk dari saluran inlet ke tangki penampungan. Perbedaan nilai bilangan Reynolds yang terjadi diakibatkan oleh perbedaan ukuran penampang hidrolik pada saluran inlet yang memiliki diameter m dan tiga jenis tangki penampungan yaitu tangki penampungan 1 dan tangki penampungan 3 yang memiliki diameter 0.6 m serta tangki penampungan 2 yang memiliki diameter 0.72 m. Pemilihan Desain Tingkat keragaman kecepatan aliran air pada seluruh kombinasi posisi di ketiga simulasi didapatkan dari hasil simulasi. Nilai keragaman tersebut digunakan untuk mengevaluasi pengaruh bentuk geometri terhadap keseragaman

36 24 kecepatan aliran air yang terjadi pada kondisi operasi yang sama. Berdasarkan nilai hasil simulasi maka dipilih desain yang paling sesuai. Penentuan posisi yang sesuai untuk sistem penghisap bukan hanya dipengaruhi oleh faktor-faktor yang telah dicari seperti bilangan Reynolds yang terkecil di tangki penampungan, turbulensi yang relatif kecil yang terjadi di tangki penampungan, dan kecepatan aliran air yang terbesar di saluran inlet. Melainkan juga dipengaruhi oleh desain tangki penampungan. Desain tangki penampungan yang dipilih harus mempunyai sedikit sudut agar tidak terjadi kebocoran dan tekanan menyebar rata pada saat pengujian mesin pemanen ikan dan udang. Oleh sebab itu, desain tabung juga merupakan salah satu faktor yang menentukan dalam pemilihan kombinasi posisi saluran inlet-outlet. Pada tangki penampungan 1, nilai kecepatan aliran air terbesar terjadi pada lima kombinasi posisi yakni kombinasi posisi inlet tengah-outlet atas 2 muka, inlet tengah-outlet tengah 2 muka, inlet tengah-outlet bawah 2 muka, serta inlet tengah-outlet atas 1 muka, dan inlet tengah-outlet bawah 1 muka. Nilai bilangan Reynolds terkecil di tangki penampungan terjadi pada kombinasi posisi inlet atasoutlet bawah 1 muka. Pada tangki penampungan 2, nilai kecepatan aliran air terbesar terjadi pada empat kombinasi posisi yakni kombinasi posisi inlet atasoutlet atas 2 muka, inlet atas-outlet bawah 2 muka, serta inlet atas-outlet tengah 1 muka, dan inlet atas-outlet bawah 1 muka. Nilai bilangan Reynolds terkecil di tangki penampungan terjadi pada kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 2 muka. Pada tangki penampungan 3, nilai kecepatan aliran air terbesar terjadi pada kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 1 muka. Nilai bilangan Reynolds terkecil di tangki penampungan terjadi pada kombinasi posisi inlet tengah-outlet bawah 2 muka. Perbandingan seluruh kecepatan aliran air di saluran inlet dan nilai bilangan Reynolds di tangki penampungan dari ketiga jenis tangki penampungan dapat dilihat di Gambar 18 dan Gambar 19. Pada Gambar 18 dan Gambar 19 dapat dilihat nilai kecepatan aliran air di saluran inlet dan nilai bilangan Reynolds di tangki penampungan tidak memiliki perbedaan yang cukup besar di setiap jenis tangki penampungan. Oleh karena itu, kombinasi posisi yang dipilih dan diperkirakan sesuai adalah kombinasi posisi inlet bawah-outlet bawah tangki penampungan 3. Pemilihan kombinasi posisi inlet bawah-outlet bawah tangki penampungan 3 dikarenakan tidak terjadinya turbulensi, dan jumlah sudut tangki yang sedikit.

37 25

38 26

39 27 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Mekanisme sistem penghisap yang dirancang untuk mesin pemanen ikan dan udang merupakan inovasi baru dimana komoditas panen tidak bersentuhan langsung dengan pompa mesin pemanen karena terjebak di dalam tangki penampungan. Mekanisme sistemnya mempergunakan prinsip sistem venture namun dibalik yakni dari penampang hidrolik kecil menuju penampang hidrolik besar. Kombinasi posisi inlet dan outlet yang sesuai untuk perancangan sistem penghisapan diperoleh pada saat kombinasi posisi inlet bawah-outlet bawah tangki penampungan 3. Hal ini diperoleh berdasarkan faktor kecepatan aliran air di saluran inlet, bilangan Reynolds di tangki penampungan, turbulensi yang terjadi, dan desain tangki penampungan. Saran Desain dapat dimodifikasi dengan membuat dua tangki penampungan dalam satu mesin dengan catatan terdapat pipa penghubung di antara dua tangki penampungan dan dapat di buka-tutup sehingga proses pemanenan dapat berlangsung secara kontinyu dan komoditas yang dipanen lebih banyak. DAFTAR PUSTAKA Erizal, Panjaitan NH Modul Kuliah Mekanika Fluida. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Gumilang TJ Perancangan Mekanisme Sistem Penghisap pada Mesin Pemanen Udang dan Ikan [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Hafizh A Modifikasi dan Uji Fungsional Mesin Pemanen Udang tipe Vakum [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Hamdani C Rancang Bangun Pompa Pemanen Udang Jenis Sentrifugal dengan Sudu Ulir Mengerucut [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Karim A Modifikasi dan Uji Teknis Pompa pada Mesin Pemanen Udang/Ikan [skripsi].bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Maulaya R Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Mujiman, Suryanto Budidaya Udang Windu. Jakarta: Penebar Swadaya. Tuakia F. Dasar-Dasar CFD Menggunakan Fluent. Bandung: Bandung Informatika

40 28 Lampiran 1 Spesifikasi pompa air Tipe Daya hisap Kapasitas per menit Berat Daya dorong Tenaga mesin : Hoasin model HP30H : 8 m : 100 liter/menit : 29 kg : 30 m : 5.5 HP/3600 rpm

41 29 Lampiran 2 Contoh perhitungan kapasitas pemanenan Luas tambak : 5000 m 2 Jumlah udang yang terdapat di dalam tambak : 8000 kg (Hamdani 2005) Asumsi massa jenis udang : 0.74 kg/liter (Hamdani 2005) Kapasitas pompa : 1000 liter/menit = liter/detik Volume udang dan air yang dipanen per 1 batch : liter Berat udang dalam 1 batch : 45 kg Asumsi waktu untuk perpindahan operasi : 25 detik Waktu efektif untuk menghisap 45 kg udang : = detik ~ 11 detik Waktu total operasi dalam 1 batch : = 36 detik Perhitungan: Kapasitas pemanenan = Berat udang dalam 1 batch Waktu total operasi dalam 1 batch 45 kg = = 1.25 kg/det 36 detik = 4.5 ton/jam Sehingga, waktu yang dibutuhkan untuk memanen udang dalam 1 tambak seluas 5000 m 2 adalah: Waktu pemanenan = Jumlah udang dalam tambak Kapasitas pemanenan = 8 ton 4.5 ton/det = 1.8 jam

42 30 Lampiran 3 Perhitungan kebutuhan daya penggerak pompa air sentrifugal dan efisiensi pompa (Hafizh 2013) Kebutuhan daya penggerak pompa dapat dihitung dengan persamaan berikut: 100 x Q x TDH BPH = C x Ep Keterangan: BHP : tenaga penggerak yang dibutuhkan (kw) Q : debit pemompa (l/s) TDH : total dynamic head (m) C : faktor konversi sebesar 102 Ep : efisiensi pemompaan (dengan asumsi efisiensi pompa 60%) Diketahui: Q = l/s TDH = suction head + elevasi + friction head + minor losses + Ha + Hf1 + velocity head + Hs = = meter Maka: 100 x x BPH = = 4.01 kw 102 x 60

43 Lampiran 4 Hasil simulasi CFD di tangki penampungan 1 31

44 32

45 33

46 34

47 35

48 36

49 37

50 38

51 39 Lampiran 5 Data kecepatan aliran hasil simulasi pada tangki penampungan 1 Kombinasi posisi Inlet Atas Saluran inlet Kecepatan (m/s) Saluran outlet tangki Debit (m 3 /s) Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Tengah 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Tengah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Bawah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Tengah 1 Muka

52 40 Lampiran 6 Hasil simulasi CFD di tangki penampungan 2

53 41

54 42

55 43

56 44

57 45

58 46

59 47

60 48 Lampiran 7 Data kecepatan aliran hasil simulasi pada tangki penampungan 2 Kombinasi posisi Inlet Atas Saluran inlet Kecepatan (m/s) Saluran outlet tangki Debit (m 3 /s) Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Tengah 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Tengah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outltet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Bawah 1 Muka Inlet Bawah Outlet Atas 2 Muka Outlet Tengah 2 Muka Outlet Bawah 2 Muka Outlet Atas 1 Muka Outlet Tengah 1 Muka

61 Lampiran 8 Hasil simulasi CFD di tangki penampungan 3 49

62 50

63 51

64 52

65 53

66 54

67 55

68 56