PEMODELAN SISTEM TERMAL DAN SIMULASI PADA OVEN SURYA R O P I U D I N

Transkripsi

1 PEMODELAN SISTEM TERMAL DAN SIMULASI PADA OVEN SURYA R O P I U D I N SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pemodelan Sistem Termal dan Simulasi pada Oven Surya merupakan karya saya sendiri dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber data dan informasi yang digunakan dalam karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Agustus 2007 Ropiudin NIM F

3 ABSTRAK ROPIUDIN. Pemodelan Sistem Termal dan Simulasi pada Oven Surya. Dibawah bimbingan KAMARUDDIN ABDULLAH dan LEOPOLD OSCAR NELWAN. Penggunaan energi surya sebagai sumber energi untuk memasak perlu dimanfaatkan. Dengan demikian diperlukan pemasak surya (oven surya) yang optimal dengan penyebaran suhu yang seragam pada bagian ruang pemasakan. Sehingga proses pemasakan dapat berlangsung dengan baik. Untuk itu akan dibuat pemodelan sistem termal dari oven surya dan mensimulasikan fenomena fisis yang terjadi dengan pendekatan finite volume menggunakan teknik Computational Fluid Dynamics (CFD). Pemodelan dan simulasi yang dilakukan dapat dijadikan dasar untuk memperoleh disain yang optimal. Model matematika pada sistem termal sudah diperoleh dengan baik. Model diperoleh pada pendekatan lump dan spasial. Model menghasilkan nilai validasi yang cukup baik sebesar dengan galat rata-rata sebesar 13.45% dan standar deviasi sebesar o C pada kondisi kuasi steady state dan dengan galat rata-rata sebesar 14.36% dan standar deviasi sebesar o C pada kondisi unsteady state. Titik fokus untuk pemasakan terletak pada ruang oven dengan ketinggian 33.5 mm dan mendatar pada titik tengah ruang oven. Guna mendapatkan disain yang efisien, pemasakan dilakukan pada titik fokus tersebut. Hasil simulasi menunjukkan pada nilai C =52 mampu mampu memanaskan air sampai 100 o C pada iradiasi 600 W/m 2 selama 30 menit pada kondisi tempat masak tanpa tutup.

4 Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, 2007 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dar Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotocopy, mikrofilm, dan sebagainya

5 KATA PENGANTAR Tiada kata yang pantas diucapkan di awal pengantar ini kecuali Alhamdulillahirobbil 'alamiin. Melalui kasih sayang-nya, tesis mengenai Pemodelan Sistem Termal dan Simulasi pada Oven Surya selesai dengan harapan dapat memberikan kontribusi untuk ilmu pengetahuan. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurah kepada uswah kita, Muhammad SAW beserta keluarga dan pengikutnya yang setia hingga akhir zaman. Rasa terima kasih yang mendalam disampaikan kepada: Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSA, IPU selaku ketua komisi pembimbing yang telah memberikan kontribusi yang sangat berharga dan bermakna terhadap tesis ini, Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak memberikan saran dan koreksi terhadap tesis ini, Dr. Ir. Suroso, M.Agr selaku penguji luar komisi yang telah banyak memberikan koreksi terhadap isi tesis ini. Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Dept. Teknik Pertanian IPB atas bantuan dan dukungan tempat dan peralatan penelitian, Bagian Lingkungan dan Bangunan Pertanian, Dept. Teknik Pertanian IPB atas bantuan perekam data Hybrid Recorder. Temen-teman di SPs IPB; teman-teman TEP 2004, TPP 2004, senior di Sub-program Ilmu dan Teknik Energi Terbarukan; Binsar Nababan (alm.), Gunadnya, Totok Prasetyo, Kudrat Sunandar, Arif Guritno, Yogi Siroz, dan Joelianingsih, juga tementeman di Tokyo, Ardiansyah beserta isteri dan Aep Saepul Uyun atas bantuan, dukungan, dan saran-saran yang diberikan, Depdiknas, Dirjen Dikti melalui Program Hibah Kompetisi (PHK) A2, Jurusan Teknologi Pertanian Unsoed Purwokerto atas bantuan paket biaya studi yang diberikan. Sujud syukur pada Allah SWT yang telah memberikan kepada penulis suatu karunia agung seorang ibunda yang senantiasa memberikan dorongan dan tetesan air mata dalam tiap sujud malamnya untuk kebaikan semua putra-putrinya, Ayah (alm.) dan Abah (alm.) atas doa dan wejangannya serta adik-adik tercinta atas semua yang telah diberikan. Terakhir dan teristimewa diuntaikan segenap kebaikan untuk isteriku tercinta, Kavadya Syska, SP, M.Si yang tidak bosan-bosan memberikan doa, dorongan, waktu, dan perhatian dikala suka maupun duka. Juga sebagai partner diskusi yang baik. Segala usaha dan upaya telah dilakukan guna menghasilkan tesis yang baik. Namun demikian, tentunya tiada gading yang tak retak, demikian halnya dengan tesis ini. Semoga tesis ini bermanfaat adanya. Bogor, Agustus 2007 Penulis

6 PEMODELAN SISTEM TERMAL DAN SIMULASI PADA OVEN SURYA R O P I U D I N Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam bidang Ilmu Keteknikan Pertanian SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

7 Judul Tesis : Pemodelan Sistem Termal dan Simulasi pada Oven Surya Nama : Ropiudin NIM : F Disetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, MSA, IPU Ketua Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, M.Si Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Dekan Sekolah Pascasarjana Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS. Tanggal Ujian: 29 Juni 2007 Tanggal Lulus:

8 DAFTAR RIWAYAT HIDUP Ropiudin dilahirkan di Cirebon, 21 Juli Penulis merupakan putra pertama dari pasangan H. Romli (Alm.) dan Hj. Ropiah. Penulis memiliki seorang isteri bernama Kavadya Syska yang dinikahi pada 3 Agustus Pendidikan dasar (SD) sampai menengah atas (SMA) dijalani di Cirebon. Tahun 1995 lulus SMA dan melanjutkan studi S1 pada Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB, lulus tahun Pada tahun 2002 diangkat menjadi dosen tetap Fakultas Pertanian Universitas Jenderal Soedirman (Unsoed) pada Program Studi Teknik Pertanian. Selanjutnya, tahun 2004 melanjutkan studi S2 di Sekolah Pascasarjana IPB pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, sub-program Ilmu dan Teknik Energi Terbarukan dengan biaya dari Depdiknas RI, Dirjen Dikti melalui Program Hibah Kompetisi (PHK) A2 Jurusan Teknologi Pertanian Unsoed Purwokerto. Beberapa riset yang berkenaan dengan disain sistem termal telah dilakukan. Saat ini penulis merupakan anggota dalam asosiasi profesi, seperti Masyarakat Energi Terbarukan Indonesia (METI), Perhimpunan Teknik Pertanian (Perteta), dan International Society of Lyophilization Freeze Drying (ISL-FD). Penulis aktif dalam beberapa program pengembangan Unsoed, antara lain sebagai anggota tim pengembangan Program Studi Teknik Pertanian, anggota tim pengembangan Jurusan Teknologi Pertanian, staf produksi majalah ilmiah populer Unsoed, editor lepas pada Penerbit Puspaswara (Grup Trubus), staf editor pada Penerbit Tanda Baca Depok, dan sebagai koordinator kerjasama riset Food Information and Engineering Center for Sustainable Agriculture (FIECSA) antara Unsoed dengan The University of Tokyo.

9 DAFTAR ISI DAFTAR ISI.. DAFTAR TABEL.. DAFTAR GAMBAR. DAFTAR LAMPIRAN. DAFTAR SIMBOL... i ii iii v vi PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang 1 Tujuan. 3 Manfaat... 3 TINJAUAN PUSTAKA... 4 Sumber dan Kebutuhan Energi untuk Memasak 4 Tipe-tipe Pemasak Surya... 4 Perkembangan Penelitian Pemasak Surya... 4 Pendekatan dalam Pemodelan Sistem Termal... 6 Computational Fluid Dynamics (CFD)... 6 PENDEKATAN TEORITIS 11 Prinsip Kerja Oven Surya Fokus Oven Surya Berdasarkan Pendekatan Geometri Pemodelan dengan Pendekatan Lump Pemodelan dengan Pendekatan Spasial Kode CFD BAHAN DAN METODE PERCOBAAN Waktu dan Tempat.. 22 Bahan dan Alat Prosedur Percobaan HASIL DAN PEMBAHASAN Titik Fokus Letak Pemasakan Lama Pemasakan Perubahan Nilai C terhadap Lama Pemasakan Sebaran Suhu Ruang Oven pada Kondisi Kuasi Steady State Data Pengukuran Model Lump Model Spasial (Menggunakan Metode CFD) Sebaran Suhu Ruang Oven pada Kondisi Unsteady State Data Pengukuran Model Lump Validasi Model Sebaran Suhu Ruang Oven SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA 43 LAMPIRAN... 48

10 ii DAFTAR TABEL Tabel 1. Persamaan garis pada bidang datar reflektor Tabel 2. Tabulasi pengukuran pada kondisi kuasi steady state dan unsteady state Tabel 3. Hasil percobaan lama pemasakan air Tabel 4. Hasil simulasi lama pemasakan dan suhu air pada beberapa nilai C (concentration ratio)... 33