TUGAS AKHIR. Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik.

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR Analisa Karakteristik Temperatur dan Kecepatan Udara Pada Ruangan Untuk kenyamanan Termal dengan Variasi Kecepatan Udara Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamic (CFD) Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Disusun oleh : UNGGUL ADI PAMUNGKAS D PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017 i

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 MOTTO Genggamlah dunia sebelum dunia Menggenggangmu -Unggul Adi Pamungkas- Jadilah orang yang rajin sebelum menyesali kemalasan yang membuat kita melewatkan kesempatan emas -Nuzulia Ariyana- vi

7 PERSEMBAHAN Puji syukur Alhamdulilah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia dan keridhaan Allah SWT yang menggenggam dan memiliki seluruh jiwa ini, Berkat ilmu yang ia berikan dan campur tangan-nyalah karya sederhana ini dapat terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur karya ini dipersembahkan untuk : Ibunda tercinta Siwi Hadiningsih serta ayah tercinta Slamet Riyadi yang telah mendidik dengan penuh kasih sayang. Terima kasih serta do a lah yang mampu aku berikan pada kalian sebagai balasan atas apa yang telah kalian berikan kepada ku. Kakak-kakakku tersayang Muhammad Ary Rakasiwi, Desyana Indriyanti, Melanie Siwi Nugrahwati, Sugiyanto terima kasih atas doa dan semangatnya. Nuzulia Ariyana yang selalu memberikan support, terima kasih. Sahabat dan teman seperjuangan Heru, Aziz, Bagus, Edi, Rosyid, Tama terima kasih atas support dan kerja samanya selama penelitian. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013, terutama untuk Danang, Damba, Racha, Aziz, Bayu, Rudi, Jamil, serta teman-teman lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu terima kasih atas bantuan dan dukungannya selama menempuh masa perkulliahan, yang selalu memberikan pelajaran berharga yang tidak bisa dinilai dengan materi, sehingga penulis bisa sampai pada titik ini. vii

8 KATA PENGANTAR Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya yang telah dilimpahkan 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 Tugas Akhir ini telah banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, dan dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. H. Subroto, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univeritas Muhammadiyah Surakarta yang membantu dalam proses-proses administrasi selama masa perkuliahan. 4. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D selaku Pembimbing yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D selaku Pembimbing Akademik 6. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Akhir kata, penulis mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur, yang viii

9 ada dan pengetahuan yang dimiliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robballamin. Surakarta Oktober 2017 Penulis ix

10 Analisa Karakteristik Temperatur dan Kecepatan Udara Pada Ruangan Untuk kenyamanan Termal dengan Variasi Kecepatan Udara Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamic (CFD) Unggul Adi Pamungkas, Marwan Effendy Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jalan A.Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura. Unggulpamungkas9@gmail.com ABSTRAKSI Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi, serta menganalisis pola distribusi temperatur dan kecepatan udara pada sebuah ruangan yang memiliki instalasi 2 unit AC split. Pendekatan simulasi CFD diterapkan pada penelitian ini dengan didahului pengukuran secara eksperimen pada kondisi sebenarnya untuk validasi data.. Dalam penelitian ini, ruangan berukuran 10,45 m x 8,1 m x 3,92 m yang terletak di Ruang H 404 Fakultas Teknik dijadikan sebagai obyek simulasi. Tiga variasi kecepatan udara yang diukur pada bagian depan evaporator, yaitu pada unit AC 1 2,467 m/s, 3,733 m/s dan 5 m/s, sedangkan unit AC 2 1,833 m/s, 2,733 m/s dan 3,2 m/s menjadi parameter yang diubah-ubah untuk diselidiki pengaruhnya terhadap distribusi temperatur dan kecepatan udara. Proses simulasi diawali dengan memvalidasi tiga tipe mesh yang berbeda element, element, element sebagai langkah standar yang harus dilalui pada penelitian berbasis simulasi / komputasi untuk menentukan konstruksi mesh yang mampu menghasilkan data simulasi dibanding data pengukuran. Asumsi dalam simulasi adalah ruangan kosong serta tidak ada pengaruh kalor dari luar ruangan. Berdasarkan validasi yang telah dilakukan, konstruksi mesh element mampu memberikan prediksi yang paling akurat dengan tingkat perbedaan dengan hasil penukuran sebesar 4.53%. Simulasi terhadap tiga variasi kecepatan udara yang melintasi evaporator menunjukan bahwa tidak berpengaruh terlalu signifikan terhadap suhu rata-rata didalam ruangan dimana didapatkan hasil sebesar 23,73 C, 23,28 C dan 23,77 C. Sedangkan rata-rata kecepatan udara didalam ruangan terjadi kenaikan pada tiap variasi yang didapatkan hasil 0,05 m/s, 0,08 m/s dan 0,11 m/s. Kata kunci : Computational Fluid Dynamic, Kenyamanan termal. x

11 Analysis Of Temperature Characteristic and Air Velocity In The Room For Thermal Comfort With Air Velocity Variation Using Computational Fluid Dynamic (CFD) Unggul Adi Pamungkas, Marwan Effendy Department of Mechanical Engineering, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jalan A.Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura. Unggulpamungkas9@gmail.com ABSTRACT This study aims to predict, as well as analyze the pattern of temperature distribution and air velocity in a room that has the installation of two split AC units. CFD simulation approach is applied in this study by preceded experimental measurements on actual conditions for data validation. In this study, the room measuring m x 8.1 m x 3.92 m located in Room H 404 Faculty of Engineering serve as a simulation object. Three variations of air velocity measured at the front of the evaporator, ie at AC 1 unit 2,467 m / s, 3,733 m / s and 5 m / s, while AC unit 2 1,833 m / s, 2,733 m / s and 3,2 m / s becomes a parameter that is altered to investigate its effect on the distribution of temperature and air velocity. The simulation process begins with validating three different types of mesh element, element, element as the standard step that must be passed on simulation / computation based research to determine mesh construction that can produce simulation data than measurement data. The assumption in the simulation is empty space and there is no influence of heat from outside the room. Based on the validation done, the mesh construction element is able to provide the most accurate prediction with the difference level with the measurement result of 4.53%. The simulation of three variations of air velocity across the evaporator shows that it does not have a significant effect on the average temperature in the room where the results are C, C and C. While the average air velocity in the room there is an increase in each variation obtained results of 0.05 m / s, 0.08 m / s and 0.11 m / s. Keyword : Computational Fluid Dynamic, thermal comfort xi

12 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Pernyataan Keaslian Skripsi... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lembar Soal Tugas Akhir... v Halaman Motto... vi HalamanPersembahan... vii Kata Pengantar... viii Abstraksi... x Abstract... xi Daftar Isi... xii Daftar Gambar... xiv Daftar Tabel... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 4 xii

13 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Landasan Teori Computational Fluid Dynamics (CFD) Pembuatan Geometri Pembuatan Grid (Meshing) Aliran Laminar dan Turbulensi Model Turbulensi Proses Adiabatik Perpindahan Kalor Konduksi Radiasi Konveksi Kenyamanan Termal BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Pengukuran Dimensi Ruangan dan Variabel Desain dan Geometri Ruangan Mehing Kondisi Batas (Boundary Coundition) Calculating dan Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Validasi Data Mesh tipe Mesh tipe Mesh tipe Variasi Kecepatan Suhu udara Kecepatan udara BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Aliran Laminar Gambar 2.2 Aliran Turbulen Gambar 2.3 Faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal Gambar 3.1 Diagram alir penelitian Gambar 3.2 Posisi pengambilan titik temperatur Gambar 3.3 Ruang kelas pandangan depan Gambar 3.4 Ruang kelas pandangan atas Gambar 3.5 Ruang kelas H Gambar 3.6 Model Ruang kelas untuk proses simulasi Gambar 3.7 Penempatan AC Gambar 3.8 Import geometri kedalam gambit Gambar 3.9 Memecah beberapa volume geometri Gambar 3.10 Mesh edge/garis pada gambit Gambar 3.11 Mesh face dan volume pada gambit Gambar 3.12 Mendefinisikan permodelan komputasi Gambar 3.13 Mendefiniskan fluida udara pada model komputasi Gambar 3.14 Tipe-tipe mesh Gambar 3.15 Membaca file mesh pada fluent Gambar 3.16 Memberikan nilai gaya gravitasi Gambar 3.17 Memilih model persamaan yang akan digunakan xiv

15 Gambar 3.18 Menentukan jenis fluida Gambar 3.19 Menentukan kondisi batas Gambar 3.20 Reference values pada Ansys Fluent Gambar 3.21 Memilih solution methods Gambar 3.22 Proses Running Gambar 3.23 Perhitungan convergen pada Ansys Fluent Gambar 3.24 Report pada CFD-Post Gambar 4.1 Validasi mesh tipe Gambar 4.2 Validasi mesh tipe Gambar 4.3 validasi mesh tipe Gambar 4.4 Perbandingan suhu udara Gambar 4.5 Pola persebaran suhu udara Z = 0.5 m Gambar 4.6 Pola persebaran suhu udara Z = 3.44 m Gambar 4.7 Pola persebaran suhu udara Z = 7.28 m Gambar 4.8 Perbandingan kecepatan udara Gambar 4.9 Vektor arah aliaran udara Z = 0.5 m Gambar 4.10 Vektor arah aliran udara Z = 3.44 m Gambar 4.11 Vektor arah aliran udara Z = 7.28 m xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Temperatur dan kecepatan udara evaporator AC Tabel 3.2 Temperatur ruangan Tabel 3.3 Jenis Mesh xvi