UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH TINGGAL YANG MEMANFAATKAN PENDINGINAN EVAPORASI DENGAN COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAMICS (CFD)

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH TINGGAL YANG MEMANFAATKAN PENDINGINAN EVAPORASI DENGAN COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAMICS (CFD) Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : RISKI YOGA NANDA NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016

2 PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Saya meryatakan dengan Eesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul "UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUTAH TINGGAL YANG TEIANFAATKAT.I PENDIIIIGINAN EVAPORASI DENGAN COITPUTAilONAL FLUTDS DYNAfrtCS (CFD)' yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh deraiat sariana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univercitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarianaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instransi manapun, kecuali bagian yang informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, 21 November 2016 Yang menyatakan RISKI YOGA NANDA D

3 HALAiiAN PERSETUJUAN Trryas Akhir ini befiudul "UJl KARAKTERISTIK HIPOTESIS BAIIGUNAN RUTAH TINGGAL YANG TETAilFAATKAN PENDINGITTAN EVAFORASI DEIiIGAN CONPUTANONAL FLU'DS Dy't,Aff/ICS(CFD)", telah disetuiui oleh Pembimbing untuk rnemenuhi sebagai persyaratan memperoleh deraiat Sariana (Strata 1) Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan oleh : Nama NIM : RiskiYoga Nanda : D.2@ Disetuiui.pada Hari Tanggal, *u*'o\ : N losemht ar.o. (lr. H. Sariito. t.t.. Ph.D.) []

4 HALAIIAN PENGESAHAN Tugas Akhir ini berjudul "UJl KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH TINGGAL YANG MEMANFAATKAN PENDINGINAN EVAPORAST DENGAN COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAmiCS(CFD)", telah dipertahankan dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Univercitas Muhammadiyah Surakarta. Dipersiapkan oleh : Nama NIM : RiskiYoga Nanda : D Disetujuipada Hari Tanggal 3*t L Tim Penguji Ketua : lr. H. Sariito, il.t, Ph.D Anggota 1 : lr. Sunardi llyiyono, il.t. Anggota 2 : lr. Pramuko llmu Purboputro, ltr.t Mengetahui, Ketua Jurusan l* (Tri Widodo BR. ST. IllSc. Ph.D) tv

5 v

6 MOTTO Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya Sesudah kesulitan itu ada kemudahan (Alam Nasyroh 5-6) Hai orang orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang orang yang sabar (Al-Baqarah : 153) Jangan terlalu memikirkan hasil, yang terpenting ialah kerja keras dan berdoa, Ikhtiar dan tawakal, anggap hasil baik adalah bonus dari kerja keras dan doa kita, jikalau hasil buruk mungkin ini jalan terbaik dari-nya (Penulis) vi

7 HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada : Bapak dan ibu tercinta yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya senantiasa membimbing dan mendo akanku. Adik tercinta Yanuba nurmalinda, Meila Friska Alimda, nining Wahyuningsih dan dik Ayu Dwi Hastuti yang selalu memotivasi, mendo akan dan mencairkan suasana sehingga terasa lebih ringan proses skripsiku. Teman-teman Teknik mesin angkatan 2012 yang selalu menyemangati dan hadir seperti keluarga. Teman seperjuangan mahasiswa bimbingan Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D yang selalu saling membantu dan berjuang bersama. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan. Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Bibit Sugito, MT. Bapak Dosen pembimbing utama tugas akhir Ir. Sarjito, MT., Ph.D. Saya berterima kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta. vii

8 UJI KARAKTERISTIK HIPOTESIS BANGUNAN RUMAH TINGGAL YANG MEMANFAATKAN PENDINGINAN EVAPORASI DENGAN COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAMICS (CFD) Riski Yoga Nanda dan Sarjito Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura riskiyogananda22@gmail.com ABSTRAK Pengkondisian udara di dalam rumah tinggal sangat diperlukan untuk memperoleh kenyaman thermal, terutama di daerah perkotaan yang memiliki masalah keterbatasan lahan. Salah satu alternatif pengondisian udara ruangan yang ramah lingkungan untuk mengurangi penggunaan AC adalah pendinginan evaporasi.. Penelitian ini bertujuan untuk menguji karakteristik pengondisian udara rumah tinggal yang memanfaatkan pendinginan evaporasi menggunakan Computational fluids dynamics (CFD). Penelitian dilakukan dengan menggambarkan 3 waktu yang berbeda yaitu (pagi), (siang) dan (malam) dengan karakteristik udara masuk yang berbeda. Uji karakteristik udara dilakukan dengan mengukur kecepatan angin, kelembaban relatif(rh) dan temperatur pada 28 Posisi Ukur (PU), dimana PU tersebut tersebar di 3 tempat, yaitu (1) di jalan depan rumah; (2) di interior ; dan (3) di eksterior. Pengukuran dilakukan dengan membuat plane berbentuk persegi berukuran 2x2m dengan tinggi 1,5 m diatas lantai untuk 28 PU. Hasil simulasi CFD menunjukkan bahwa efek pendinginan evaporasi terasa di lantai 1 dengan penurunan temperatur rata-rata 1,5 o C dari temperatur lingkungan dan kenaikan RH 6,75 % dari RH lingkungan. Sedangkan ventilasi vertikal bekerja efektif dalam mendukung sirkulasi udara di dalam rumah tinggal. Pergerakan angin dapat dirasakan di seluruh ruangan dengan kecepatan rata-rata mencapai 0,175 m/s. Kata kunci : Kenyamanan Thermal, Pendinginan Evaporasi, CFD viii

9 ABSTRACT Air conditioning in housing is required to obtain thermal comfort zone, especially at urban areas that have problems with the limitations of land. One of alternative room air conditioning (AC) that environmently-friendly to reduce refrigeration system is evaporative cooling system. The aim of the research is to investigate characteristic of air conditioning inside the house wich utilize evaporative cooling system using Computational fluids dynamics (CFD ). The research was done by describing 3 different times which are (in the morning), (at noon) and (at night) with incoming air in different properties. The air characteristic test was done by measuring velocity of the wind, relative humidity (RH) and temperatures at 28 positions of measurement cup (PU), where PU were spreaded at 3 places, (1) in front of the house; (2) at the interior; and (3) at the exterior. The measurement was conducted by making square plane of 2x2m with high of 1.5 m above floor of 28 PU. CFD simulation results showed that the cooling effect evaporative felt on the 1 st floor with the average temperature reduction of 1.5 o C from the ambient temperature and increase RH of 6.75 % from ambient RH. While the vertical ventilation work effectively in supporting air circulation. The movement of the wind can be felt throughout the house with the average velocity of 0,175 m/s. Key Words : Comfort zone, Evaporative cooling, CFD ix

10 KATA PENGANTAR Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Dr. Qomarun yang telah senantiasa membimbing dalam mengumpulkan data dan memberi masukan dalam proses desain rumah tinggal. 5. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT. selaku Pembimbing Akademik. 6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas x

11 Teknik 7. lbu tercinta dan teristimewa yang senantiasa selalu mencintai, menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan hati dan mendo'akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 8. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan memberikan pendidikan akan hidup kepada penulis. 9. Teman angkatan 2012 yang sudah banyak membantu saya dan mendukung saya dalam pekuliahan selama di Universitas Muhammadiyah Surakarta. Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatiasan antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin. Surakarta, 21 November 2016 M xt

12 DAFTAR ISI Halaman judul... Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir... Halaman Persetujuan... Halaman Pengesahan... Lembar Soal Tugas Akhir... Halaman Motto... Halaman Persembahan... i ii iii iv v vi vii Abstrak... viii Kata Pengantar... Daftar Isi... x xii Daftar Gambar... xiv Daftar Tabel... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah dan Asumsi Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Dasar teori Pengondisian udara xii

13 Sistem refrigerasi Pendinginan evaporasi Psikometrik Karakteristik angin dan aliran fluida Computational Fluids Dinamics (CFD) BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Metodologi Penelitian Langkah-Langkah Simulasi pendidikan Evaporasi rumah tinggal yang dilengkapi ventilasi vertical dan cerobong vertical dengan Computational Fluid Dynamic (CFD) BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Simulasi dan Pembahasan Visualisasi Kontur Kecepatan Angin, Kelembaban Relatif Dan Temperatur di Dalam Rumah Tinggal Diagram Psikometrik dan Comfort Zone Studi Variasi Arah Angin untuk Mendapatkan Sirkulasi Udara dalam Rumah Tinggal yang Paling Optimal BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1 Diagram daerah nyaman Perpindahan panas konduksi a. paksa b. bebas c. kondensasi d. boiling Skema siklus kompresi uap Diagram T-s dan P h Siklus Kompresi Uap Diagram psikometrik Aliran angin yang Terpengaruh Kontur Topoggrafi Jenis-jenis aliran fluida Lapisan batas disepanjang plat datar Separasi aliran yang terjadi pada silinder Diagram alir penelitian Posisi Pengukuran Suhu, Kecepatan Udara dan kelembaban eksperimen Pembuatan Geometri Rumah Tinggal Penampang Rumah Sket (autocad) dan 3 dimensi Hasil import pada producing geometry Computational Domain Hasil Meshing Letak kondisi batas domain Expression xiv

15 3.10 particle injection detail (kiri) dan poisi water spray 1,25 m di bawah lantai dasar (kanan) Proses Solver manager (kanan) Contoh Function Calculator (kiri) dan plot kontur velocity (kanan) hasil simulasi software CFX-Post Grafik kecepatan angin eksperimen Grafik kelembaban relative eksperimen Grafik temperature eksperimen Posisi pengukuran simulasi Grafik kecepatan angin simulasi Grafik kelembaban relatif simulasi Grafik temperatur simulasi Kontur kecepatan di lantai 1 pada pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Kontur RH di lantai 1 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pada pukul (a), (b), (c) Temperatur di lantai 1 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Kontur kecepatan di lantai 2 pada pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) xv

16 4.12 Kontur RH di lantai 2 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Temperatur di lantai 2 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Kontur kecepatan di lantai 3 pada pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Kontur RH di lantai 3 pada pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Temperatur di lantai 3 pada ketinggian 1,5 m diatas lantai pukul (a), (b), (c) Proses pendinginan evaporasi Diagram psikometrik pendinginan evaporasi pada waktu simulasi , , Diagram daerah nyaman (comfort zone) Variasi arah angin 90 o, 120 o, 150 o, 180 o, 210 o dan 240 o Kecepatan simulasi pada variasi arah angin 90 o, 120 o, 150 o, 180 o, 210 o dan 240 o Perbandingan kecepatan rata-rata tiap lantai Perbandingan kecepatan rata-rata seluruh ruangan xvi

17 DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2.1 Harga Alpha Tingkat kelembutan Mesh Pengaturan inflation pada proses mesh Kondisi batas simulasi xvii