BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN. 3.2 Tahapan Analisis Persamaan Differensial untuk Transfer Energi

Transkripsi

1 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Studi Pendahuluan Langkah awal dalam penelitian ini adalah mencari dan mengumpulkan sumbersumber seperti: buku, jurnal atau penelitian sebelumnya yang mendukung penelitian. 3.2 Tahapan Analisis Persamaan Differensial untuk Transfer Energi Untuk kenyamanan ruangan tertentu, digunakan model perpindahan panas yang teori dasar globalnya termasuk parameter, pengaturan dari konduksi panas, konveksi dan radiasi dari permukaan ke lingkungan. Radiasi ke permukaan digunakan metode bercahaya oleh refleksi baur dan bayangan. Dalam proses perpindahan panas suatu fluida terjadi transfer energi. Transfer panas secara konveksi diasosiasikan dengan pertukaran energi antara permukaan dengan fluida di dekatnya. Sebagian besar situasi transfer energi yang penting sedikit banyak selalu melibatkan pergerakan fluida. Berikut Persamaan Transfer Energi:. ( kkkkkk) + ρρcc PP uu. = qq dimana, qq, ρρ, CC PP, masing-masing mewakili sumber panas, kerapatan, kapasitas tekanan konstan dan gradient suhu Aliran dalam ruangan Turbulent Persamaan model aliran Turbulen dan tak mampu mampat adalah sebagai berikut. ρρ(uu. )uu =. [ pppp + (μμ + μμ TT )( uu + ( uu) TT )] + FF dimana μμ TT adalah viskositas turbulen, μμ adalah viskositas dinamis, pp adalah tekanan, II adalah logaritma tingkat disipasi turbulen.

2 3.2.3 Kondisi Batas Untuk memecahkan persoalan Pengoptimalan AC dalam penelitian ini diasumsikan jenis fluida ( udara )sebagai berikut: A. Kondisi batas untuk persamaan turbulen 1. Kecepatan awal ditentukan, 2. Incompressible fluid (fluida tak mampu-mampat, konstan), 3. Simetri di permukaan ruangan, 4. Tekanan tetap pada outlet, 5. Fungsi dinding terletak pada dinding ruangan. B. Kondisi batas untuk perpindahan panas 1. Temperatur tetap pada inlet, 2. Transportasi konveksi di dominasi pada dinding ruangan, 3. Simetri (isolasi termal) di permukaan ruangan, 4. Suhu ruangan dan manusia tetap Bagian Pengaturan Domain Jenis material yang digunakan diambil dari material pustaka inbuilt di COMSOL Multiphysics 5.0. Material yang digunakan untuk kedua domain adalah udara, material dinding ruangan batu bata, dan material untuk manusia adalah kulit. Bagian domain dari udara diidentifikasi dan diberikam sifat-sifat udara Meshing Ada berbagai jenis meshing. Memilih mesh adalah murni intuitif. Meshing yang digunakan untuk model ini adalah elemen tetrahedral dimana dilakukan diskritisasi pada ruangan tiga dimensi pada elemen tersebut, kemudian dipilih fungsi interpolasi untuk elemen tetrahedral tersebut,

3 Gambar 3.1. Elemen tetrahedral (Sumber: Rao, 2011) Penyelesaian Masalah Ada berbagai pemecahan masalah yang dapat dipilih dari COMSOL. Untuk semua simulasi, otomatis memilih pemecahan yang digunakan, yang mana mendeteksi jenis masalah yang dihadapi dan secara otomatis memilih penyelesaian tepat yang terbaik untuk masalah yang diberikan. Penyelesaian yang terdeteksi itu penyelesaian terpisah yang tak berubah dan sama dengan penyelesaian yang digunakan di semua simulasi. 3.3 Simulasi Model dengan COMSOL Multiphysics COMSOL Multiphysics adalah software untuk analisis elemen hingga. Dalam penelitian ini akan dilihat distribusi temperatur terhadap ruangan yang di dalam nya terdapat AC sebagai inlet (masuknya udara dingin), ruangan tersebut dikondisikan memiliki ventilasi sebagai outlet (keluarnya udara), dan dalam ruangan tersebut dimisalkan terdapat seorang manusia. inlet outlet inlet inlet

4 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Dengan Menggunakan COMSOL Multiphysics COMSOL adalah software simulasi elemen hingga, yang pada dasarnya dapat mensimulasikan apa pun yang diinginkan: mensimulasikan perpindahan panas melalui struktur yang kompleks, kristal fotonik pada skala nano, lentur mekanik balok, aliran cairan, proses elektrokimia, fisika plasma dan banyak lagi. COMSOL Multiphysics 5.0 merupakan ekspansi yang signifikan dari aplikasi software, fitur, dan fungsi. Versi 5.0 memberdayakan pengguna saat ini untuk berbuat lebih banyak dengan lingkungan simulasi, sementara industri-industri baru sekarang akan dapat memanfaatkan inovasi multiphysics simulasi Bentuk Geometri Ruangan dengan COMSOL Multiphysics Pada pemodelan ini, mengkondisikan sebuah ruangan berbentuk balok dengan ukuran 4x3x4 dalam meter, didalam ruangan terdapat dua buah AC yang merupakan inlet dari geometri yang berbentuk persegi panjang berukuran 0.05x0.6 dalam meter, dan outlet berbentuk persegi berukuran 0,5x0,5 dalam meter dan terdapat seorang manusia di dalam ruangan yang dimisalkan berbentuk balok. Suhu dalam ruangan dikondisikan 309 K, suhu manusia dalam ruangan tersebut 307 K, dan suhu AC mula-mula 293 K.

5 Berikut adalah model ruangan yang dibuat dengan COMSOL Muliphysics 5.0 Gambar 4.1 Model ruangan pada COMSOL Multiphysics Parameter dan Properti Pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics TABEL 4.1 Parameter pengoptimalan AC PARAMETER Nama Ekspresi Nilai Deskripsi T_h 36[degC] 309,15 K Suhu tubuh manusia T_amb 34[degC] 307,15 K Suhu Ruangan T_source 17[degC] 290,15 K Suhu Air Conditioner T_av (T_amb+T_h+T_s ource)/3 302,15 K Suhu rata - rata u_in 0,3[m/s] 0,3 m/s Kecepatan udara W_R 4[m] 4m Width Room D_R 3[m] 3m Depth Room H_R 4[m] 4m Height Room W_AC 60[cm] 0.6m Air Conditioner Width L_AC 5[cm] 0.05m Air Conditioner Length S_ot 50[cm] 0.5m Side Outlet

6 4.1.3 Material Pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics Dalam pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics digunakan material Air dengan properti nya sebagai berikut: Tabel 4.2 Properti Pengoptimalan AC Properti Nilai Kepadatan 1,127 Kg/m 3 Viskositas Dinamik Tekanan konstanta kapasitas panas Konduktivitas termal 1,983e -5 Pa.s J/(kg.K) W(m.K) Mesh Pengoptimalan AC dengan COMSOL Multiphysics Dengan data-data parameter diatas dimodelkan dan digambarkan mesh untuk ruangan pengoptimalan AC dengan COMSOL. Tabel 4.3 Statistika Mesh untuk ruangan AC Properti Nilai Ukuran maksimum element 0,4 Ukuran minimum element 0.07 Rata-rata maksimum element 1.5 Faktor lengkungan 0.6 Resolusi dari bagian yang sempit 0.5

7 Berikut gambar mesh ruangan dalam pengoptimalan AC Distribusi Temperatur Gambar 4.2 Mesh ruangan Berikut gambar distribusi temperatur dalam ruangan yang terdapat dua AC didalamnya. Gambar 4.3 Kurva hubungan temperature dengan panjang lengkungan

8 Gambar 4.5 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 16 o C Dari Gambar 4.5 menunjukkan suhu ruangan di dekat AC berwarna biru tua, temperature nya lebih dingin dengan suhu dibawah 20 o C. Temperature ruangan rata-rata berwarna biru terang yang temperature nya berkisar antara o C. Temperature di permukaan ruangan lebih merah yang menunjukkan temperature nya lebih panas dibandingkan suhu ruangan berkisar o C dikarenakan radiasi matahari terhadap permukaan ruangan. Gambar 4.6 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 17 o C

9 Dari Gambar 4.6 menunjukkan suhu ruangan di dekat AC berwarna biru tua, temperature nya lebih dingin dengan suhu dibawah 20 o C. Temperature ruangan rata-rata berwarna biru terang yang temperature nya 26 o C. Temperature di permukaan ruangan lebih merah yang menunjukkan temperature nya lebih panas dibandingkan suhu ruangan berkisar o C dikarenakan radiasi matahari terhadap permukaan ruangan. Gambar 4.7 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 18 o C Dari Gambar 4.7 menunjukkan suhu ruangan di dekat AC berwarna biru tua sehingga temperature nya lebih dingin dengan suhu dibawah 20 o C. Temperature ruangan rata-rata berwarna kuning yang temperature nya berkisar antara o C. Temperature di permukaan ruangan lebih merah yang menunjukkan temperature nya lebih panas dibandingkan suhu ruangan berkisar o C dikarenakan radiasi matahari terhadap permukaan ruangan.

10 Gambar 4.8 Distribusi Temperatur Ruangan dengan suhu inlet 20 o C Dari Gambar 4.8 menunjukkan suhu ruangan di dekat AC berwarna biru tua sehingga temperature nya lebih dingin dengan suhu dibawah 20 o C. Temperature ruangan rata-rata berwarna hijau yang temperature nya berkisar antara o C. Temperature di permukaan ruangan lebih merah yang menunjukkan temperature nya lebih panas dibandingkan suhu ruangan berkisar o C dikarenakan radiasi matahari terhadap permukaan ruangan.

11 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil simulasi dengan COMSOL menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara suhu inlet ( suhu awal AC ) dengan optimal nya temperatur pada ruangan. Suhu inlet 20 o C lebih optimal dibandingkan dengan 16 o C, 17 o C dan 18 o C dengan suhu ruangan o C. 5.2 Saran Dalam penelitian ini penyelesaian persoalan pengoptimalan penggunaan AC pada suatu ruangan dengan metode elemen hingga menggunakan software COMSOL Multiphysics 5.0. Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk menggunakan software yang lain seperti solidworks, ASYS.