KAJIAN POLA SEBARAN ALIRAN UDARA PANAS PADA MODEL PENGERING EFEK RUMAH KACA HIBRID TIPE RAK BERPUTAR MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

Transkripsi

1 KAJIAN POLA SEBARAN ALIRAN UDARA PANAS PADA MODEL PENGERING EFEK RUMAH KACA HIBRID TIPE RAK BERPUTAR MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS PUJI WIDODO SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Kajian Pola Sebaran Aliran Udara Panas pada Model Pengering Efek Rumah Kaca Hibrid Tipe Rak Berputar Menggunakan Computational Fluid Dynamics adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal dan dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, 20 Agustus 2009 Puji Widodo NRP F

3 ABSTRACT PUJI WIDODO. Study of heatflow distribution pattern on Hybrid Green-house Effect (GHE) Solar Dryer with Rotating Racks Type Using Computational Fluid Dynamics (CFD). Under supervision of DYAH WULANDANI and Y. ARIS PURWANTO Uniformity of moisture content of product is one of the problem at GHE Solar Dryer with static racks type dan horizontal rotating racks type. The distribution of heatflow inside the chamber during drying period has an effect on the uniformity of moisture content in the product. The hypothesis in this study was the geometry of drying chamber as well as the position of inlet-outlet has an effect on the heatflow distribution in GHE. The objective of this study were : 1) to study the heatflow distribution in GHE solar dryer with rotating racks by simulation model using computational fluid dynamic (CFD), 2) to validate the model, and 3) to design GHE solar dryer prototype, and 4) to simulate of heatflow distribution inside GHE prototype. There were 6 scenarios of GHE solar dryer model that simulated based on outlet form and inlet position. The parameter for simulation process were solar radiation, airflow velocity, ambient relative humidity, and drying chamber boundary condition. The solar dryer model was selected based on the CFD analysis which resulted the higest average temperature. It was found that Scenario 5 resulted the average temperature of 43.5 o C with standard deviation 2.2 o C and average airflow velocity of 0.13m/s with standard deviation 0.15m/s. Validation of temperature at scenario 5 for three experiments resulted the absolute percentage determination (APD) of 0.36%, 1.97%. dan 2.42%. For airflow velocity resulted APD of 0.38%, 0.33% and 0.76%. Relative humidity resulted APD of 0.38%, 0.36% dan 0.76%. Based on these results, the GHE solar dryer was then designed and constructed. The prototype of GHE solar dryer with rotating racks has dimention of 250x150x190 cm, has 3 silinders, 48 racks, 3 fans and 3 radiators with the capasity of 100 kg of products. The simulation using CFD for the prototype of GHE solar dryer showed that the average temperature distribution was 53.6 o C with standard deviation of 1.28 o C and the average velocity distribution of 0.30m/s with standartd deviation of 0.2m/s. Key words : GHE solar dryer, computational fluid dynamic, drying process,, simulation model of GHE.

4 RINGKASAN PUJI WIDODO. Kajian Pola Sebaran Aliran Udara Panas Pada Model Pengering Efek Rumah Kaca Hibrid Tipe Rak Berputar Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD). Dibimbing oleh DYAH WULANDANI dan Y ARIS PURWANTO. Keseragaman kadar air akhir produk yang dikeringkan masih menjadi masalah yang banyak dijumpai pada pengering ERK tipe rak statis dan rak yang berputar secara horisontal. Keseragaman kadar air produk ini akan berpengaruh terhadap kualitas produk. Salah satu penyebabnya adalah distribusi aliran udara panas yang tidak merata di dalam ruang pengering selama proses pengeringan. Distribusi aliran udara panas diduga dipengaruhi oleh bentuk geometri ruang pengering dan posisi penempatan inlet-outlet. Analisis CFD dapat digunakan untuk menentukan model distribusi suhu yang terbaik melalui simulasi dan validasi model pengering. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengkaji pola aliran udara optimal model pengering efek rumah kaca tipe rak berputar dengan melakukan simulasi menggunakan software Gambit dan Fluent; Menguji dan menvalidasi model pengering efek rumah kaca; Merancang prototipe pengering ERK dan melakukan simulasi pola aliran udara pada prototipe pengering ERK. Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan model Gambit dan simulasi Fluent dalam 6 skenario alat pengering berdasarkan bentuk geometri ruang pengering dan posisi inlet-outlet agar diperoleh model pengering ERK hibrid yang optimum. Variabel input dalam proses simulasi meliputi : iradiasi matahari, suhu, kecepatan aliran udara, sifat-sifat udara dan material pengering. Berdasarkan analisis CFD kemudian ditentukan pemilihan model secara kuantitatif didasarkan pada rata-rata simulasi CFD suhu tertinggi dan digunakan sebagai acuan dalam pembuatan model ERK hibrid tipe rak berputar skala labolatorium. Hasil simulasi suhu CFD pada beberapa skenario menunjukkan bahwa Skenario 5 telah menghasilkan suhu ruang pengering tertinggi yaitu : 43.5 o C dengan deviasi standar 2.2 o C dan kecepatan aliran udara rata-rata yaitu : 0.12 m/dt dengan deviasi standar 0.15 m/dt.

5 Validasi simulasi dilakukan dengan membandingkan nilai suhu dan kecepatan udara antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi dari model pengering yang optimum. Validasi suhu Skenario 5 yang dilakukan dengan 3 kali percobaan diperoleh hasil bahwa nilai simpangan mutlak 0.36%, 1.97% dan 2.42%, sedangkan validasi kecepatan aliran udara diperoleh simpangan mutlak 0.38%, 0.33% dan 0.76% serta validasi kelembaban udara diperoleh bahwa simpangan mutlak 0.38%, 0.36% dan 0.76%. Hasil validasi distribusi suhu, kecepatan dan kelembaban udara digunakan sebagai pertimbangan untuk membuat rancangan pengering ERK hibrid tipe rak berputar skala lapang. Rancangan pengering ERK hibrid tipe rak berputar skala lapang memiliki kapasitas pengeringan 100 kg produk dan memiliki dimensi panjang, lebar dan tinggi berturut-turut 250, 150 dan 180 cm, di dalam ruang pengering terdapat 3 silinder sebagai tempat bergantung 48 rak pengering, terdapat pula 3 kipas dan 3 radiator. Simulasi suhu CFD pada pengering ERK hibrid tipe rak berputar skala lapang menunjukkan bahwa distribusi suhu rata-rata ruang pengering 53.6 o C dengan deviasi standar 1.2 o C dan distribusi kecepatan aliran udara rata-rata 0.30m/dt dengan deviasi standar 0.2 m/dt sehingga pengering ERK skala lapang ini sesuai untuk digunakan sebagai alat pengering cengkeh yang optimal.

6 @Hak Cipta milik IPB, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan nara sumber a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyususnan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB

7 KAJIAN POLA SEBARAN ALIRAN UDARA PANAS PADA MODEL PENGERING EFEK RUMAH KACA HIBRID TIPE RAK BERPUTAR MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS PUJI WIDODO F Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Mayor Teknik Mesin Pertanian dan Pangan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

8 Judul Tesis Nama NRP : Kajian Pola Sebaran Aliran Udara Panas Pada Model Pengering Efek Rumah Kaca Hibrid Tipe Rak Berputar Menggunakan Computational Fluid Dynamics : Puji Widodo : F Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si Ketua Dr. Ir. Y. Aris Purwanto,M.Sc Anggota Diketahui : Ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr.Ir. Radite P. A. Setiawan, M.Agr Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodipuro, MS Tanggal Ujian : 20 Agustus 2009 Tanggal lulus :

9 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc

10 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Alloh SWT dengan segala Maha KesempurnaanNya, dan shalawat kepada Nabi Muhammad SAW sebagai tauladan umat. Alhamdulillah, penulis dapat menyelesaikan penelitian dengan judul Kajian Pola Sebaran Udara Panas Pada Model Pengering Efek Rumah Kaca Hibrid Tipe Rak Berputar Menggunakan Computational Fluid Dynamics. Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian Hibah Bersaing pada proyek Pengembangan Alat Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) Hybrid Tipe Rak Berputar Untuk Penyeragaman Aliran Udara Panas yang dibiayai oleh Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, 5 Maret Pada kesempatan ini penulis mengucapkan rasa terima kasih yang mendalam kepada : 1. Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si selaku ketua komisi pembimbing, atas segala arahan dan bimbingannya selama pendidikan, penelitian dan penyelesaian tesis. 2. Dr. Ir. Y. Aris Purwanto, M.Sc sebagai anggota komisi pembimbing, atas segala arahan dan bimbingannya selama pendidikan, penelitian dan penyelesaian tesis. 3. Dr.Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc sebagai penguji luar komisi pada ujian tesis. 4. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Proyek Hibah Bersaing, Surat Perjanjian Pelaksanaan Desentralisasi Penelitian No. 318/SP2H/PP2M/2008, yang telah memberikan dana dalam penelitian ini. 5. Teman-teman TMP satu angkatan 2007: Pak Sigit, Mas Arief, Mas Wilson, Pak Edy, Mas Wahyu, Pak Tahir, Bu Anik, Bu Novi, Bu Ida dan Bu Yuli serta Pak Lilik dan Mas Diswandi, atas kebersamaannya selama pendidikan dan kepada Pak Harto, Mas Firman dan Mas Darma, atas bantuan teknis selama penelitian. 6. Ketulusan hati dan pengorbanan serta doa dari keluarga, isteriku Sri Dalwati dan anak-anak tersayang : Iffah Nida Fadhilla, Muhammad Adnan Azizi dan