TUGAS AKHIR SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : EDI SUPRIYANTO D200130119 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017 i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, Juli 2017 Yang menyatakan, Edi Supriyanto ii
HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir berjudul SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR telah disetujui oleh Pembimbing untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh derajat Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Disusun oleh : Nama : Edi Supriyanto Nim : D 200 130 119 Disetujui pada : Hari : Tanggal : Pembimbing Utama ( Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D) iii
HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir yang berjudul SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR yang dipertahankan dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Disusun oleh : Nama : Edi Supriyanto Nim : D 200 130 119 Disahkan pada : Hari : Tanggal : Tim Penguji : Ketua : Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D ( ) Anggota 1 : Tri Tjahjono, Ir, MT. ( ) Anggota 2 : Taurista Perdana Syawitri, ST, MSc. ( ) Mengetahui, Dekan Ketua Jurusan ( Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D ) ( Ir.H. Subroto. MT ) iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR Bedasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta : Nomor 150/II/2016 Tanggal 8 September 2016 tentang Pembimbing Tugas Akhir dengan ini : Nama Pangkat/jabatan Kedudukan : Marwan Effendy, ST, MT, Ph.D : Lektor Kepala : Pembimbing Utama Memberikan soal tugas akhir kepada Mahasiswa : Nama Nomor Induk : Edi Supriyanto : D200130119 NIMR : - Jurusan/Semester Judul/Topik Rincian Soal/Tugas : Teknik Mesin / Akhir : Simulasi Distribusi Temperatur Ruangan Ber AC Pada Berbagai Variasi Temperatur Disekitar Evaporator : Simulasi Distribusi Temperatur Ruangan Ber AC Pada Berbagai Variasi Temperatur Disekitar Evaporator Demikian soal tugas akhir dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana mestinya. Surakarta, 10 Februari 2017 Pembimbing Marwan Effendy, ST, MT, Ph.D Keterengan : *) Coret salah satu 1. Warna biru untuk kajur 2. Warna kuning untuk pembimbing I 3. Warna merah untuk pembimbing II 4. warna putih untuk mahasiswa v
MOTTO Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kadar kesanggupannya. (Q.S. Al-Baqarah: 286) Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. (Q.S. Al-Insyirah: 5-6) vi
PERSEMBAHAN Puji syukur Alhamdulillah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia dan keridhaan Allah SWT yang menggenggang dan memiliki seluruh jiwa ini. Berkat ilmu yang ia berikan kepada penulis dan campur tangan-nyalah karya sederhana ini dapat terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur karya ini penulis persembahkan untuk : Allah SWT atas segala nikmat dan karunianya karena tidak ada daya dan kekuatan kecuali atas kehendaknya. Ibu Kamsi dan bapak Sunaryo tercinta yang telah mendidik,mendoakan dan mendukung dalam segala hal.semoga sehat selalu Adikku tersayang Dewi Susiloasih dan Yudi Yulianto, yang telah memberikan semangat untuk menyelesaikan studi, semoga kalian bisa lebih baik dari kakaknya ini. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013, serta teman-teman lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu atas bantuan dan dukungannya selama menempuh masa perkuliahan. Laboratorium Teknik Mesin, keluarga mahasiswa Teknik Mesin, tim cfd research yang telah menjadi tempat dan kawan seperjuangan. vii
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat, hidayah, dan tak lupa sholawat serta salam teruntuk Nabi Muhammad SAW yang selalu memberikan petunjuk kepada umatnya untuk selalu berjalan dijalan yang lurus dan benar, Sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR. Salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas Muhammadiyah Surakarta. Penulis menyadari bahwa keberhasilan dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan dan saran-saran dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung, sehingga pada kesempatan ini ingin mengcapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, PhD. Selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D. selaku pembimbing yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 3. Masyrukan, ST, MT selaku doden pembimbing akademik selama masa perkuliahan yang memberi motifasi dan arahannya. 4. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhmmadiyah Surakarta 5. Bapak dan Ibu terima kasih atas segalanya, terutama untuk do a dan motivasi sehingga penulis bisa bisa menyelesaikan tugas akhir ini. 6. Sahabatku dan teman-temanku angkatan 2013 terima kasih atas dukungannya selama ini. viii
Akhir kata, mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan pengetahuan yang dimiliki. Semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas akhir ini semoga bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amiin ya Robbaall alamiin. Surakarta, Juli 2017 Penulis ix
SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR Edi Supriyanto, Marwan Effendy Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura email : Edisupriyanto098@gmail.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi distribusi temperatur dan pola aliran udara pada ruangan ber-ac dengan berukuran 10,45m x 8,1m x 3,93m. Mesin pendingin yang digunakan adalah satu AC tipe Split berdaya 2 PK. Penelitian diawali dengan pengukuran temperatur ruangan pada beberapa titik acuan di ketinggian 1m dari lantai. Data temperatur ini selanjutnya dipergunakan sebagai acuan untuk validasi data dan pendekatan simulasi computational fluid dynamics (CFD) yang dilakukan. Simulasi steady RANS mengaplikasikan model turbulensi k-epsilon dengan mengembangkan tiga tipe mesh secara terstruktur hingga 1.211.358 elemen. Tipe mesh yang mampu menghasilkan data simulasi yang paling dekat dengan data pengukuran temperatur dijadikan patokan untuk mengembang kansimulasi tingkat lanjut guna menginvestigasi sirkulasi udara dalam ruangan sebagai akibat pengaruh temperatur inlet di evaporator mulai dari 18 ; 24 ;dan 30 o C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konstruksi mesh paling halus mampu menghasilkan prediksi data simulasi dengan tingkat kesalahan hingga 2,257 %. Pada investigasi tiga kondisi temperatur berbeda tersebut, distribusi temperatur dan pola aliran udara tidak jauh beda dengan kondisi ruangan sebenarnya. Seiring meningkatnya temperatur udara maka distribusi temperatur dan pola aliran udara juga mengalami peningkatan dan terdisribusi secara merata didalam ruangan. Kata kunci : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; Distribusi temperatur; pola aliran udara x
SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR Edi Supriyanto, Marwan Effendy Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura email : Edisupriyanto098@gmail.com Abstract This study aims to predict the distribution of temperature and airflow patterns in a class room with dimension of 10.45 m x 8.1 m x 3.93 m. Cooling machine used is one AC type Split with power 2 PK. This study was realizedby the measurements of air temperature inside the class room at several reference points will be used for validation and comparison. The measurement position was set at 1m height from the floor. The steady RANS simulation applied the k - epsilon turbulence model with three different structured mesh types up to 1.211.358 elements. The mesh type capable of producing simulation data closest to the temperature measurement data will be further developed to investigate indoor air circulation due to the effect of inlet temperatures on the evaporator. Three temperature were varied at 18 ; 24 ;dan 30 o C. The results show that the finest mesh construction is able to produce prediction of simulation data with error rate up to 2.257%. In the investigation of the three different temperature conditions, the distribution of temperature and airflow patterns not much different from the actual conditions. As the temperatur increases, the temperature distribution and airflow patterns are also increase and are evenly distributed throughout the class room Keywords : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; airflow patterns xi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR... HALAMAN PERSETUJUNAN... HALAMAN PENGESAHAN... LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... MOTTO... PERSEMBAHAN... KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iii iv v vi vii viii x xii xv xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 4 1.5 Manfaat Penelitian... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Pustaka... 7 2.2 Dasar Teori... 8 2.2.1 Pengertian Fluida... 8 2.2.2 Macam-macam Aliran Fluida... 8 2.2.3 Koefisien Perpindahan Panas... 11 xii
2.2.3.1 Perpindahaan Panas Konduksi... 11 2.2.3.1 Perpindahaan Panas Konveksi... 12 2.2.3.1 Perpindahaan Panas Radiasi... 12 2.2.4 CFD (Computational Fluid Dinamics)... 13 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian... 16 3.2 Alat dan Bahan... 17 3.2.1 Komputer... 17 3.2.2 Anemometer... 18 3.2.3 Thermo Couple Reader... 18 3.2.4 Meteran... 19 3.2.5 Ruang Kelas... 20 3.2.6 Pre-Processing... 20 3.2.7 Processing... 27 3.2.8 Post Processing... 31 BAB IV VALIDASI DATA, HASIL, DAN PEMBAHASAN BAB V 4.1 Validasi Data... 32 4.1.1 Mesh Tipe A... 33 4.1.2 Mesh Tipe B... 34 4.1.3 Mesh Tipe C... 36 4.2 Variasi Temperatur Inlet Evaporator... 37 4.3 Hasil Variasi Inlet Evaporator... 38 4.4 Hasil Kontur Temperatur Zona 1... 40 4.5 Hasil Kontur Temperatur Zona 2... 41 4.6 Hasil Kontur Temperatur Zona 3... 41 4.7 Hasil Vektor Temperatur Zona 1... 42 4.8 Hasil Vektor Temperatur Zona 2... 43 4.9 Hasil Vektor Temperatur Zona 3... 44 PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 45 xiii
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Aliran Laminar... 10 Gambar 2.2 Aliran Turbulen... 10 Gambar 2.3 Aliran Transisi... 11 Gambar 2.4 Perpindahan Panas Konduksi... 11 Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi... 12 Gambar 2.6 Perpindahan Panas Radiasi... 12 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 16 Gambar 3.2 Laptop Asus... 18 Gambar 3.3 Anemometer Digital... 18 Gambar 3.4 Thermo Couple Reader... 19 Gambar 3.5 Meteran... 19 Gambar 3.6 Ruang kelas h404... 20 Gambar 3.7 Dimensi Ruang Kelas... 21 Gambar 3.8 Titik uji ruang kelas... 21 Gambar 3.9 Jara titik uji ruang kelas... 22 Gambar 3.10 Contoh Pengambilan Data Meshing... 23 Gambar 3.11 Hasil Meshing... 24 Gambar 3.12 Toolbar General... 26 Gambar 3.13 Toolbar Menu Models... 27 Gambar 3.14 Toolbar Material... 27 Gambar 3.15 Toolbar Cell Zone Conditions... 28 Gambar 3.16 Toolbar Solution Methods... 29 Gambar 3.17 Toolbar Solution Initialization... 30 Gambar 3.18 Toolbar Run Calculation... 30 xv
Gambar 4.1 Validasi Mesh Tipe A... 33 Gambar 4.2 Validasi Mesh Tipe B... 35 Gambar 4.3 Validasi Mesh Tipe C... 36 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Temperatur Udara di zona 1... 39 Gambar 4.5 Kontur Temperatur Zone 1 Pada 3 Variasi Temperatur... 40 Gambar 4.6 Kontur Zona 2 Pada 3 Tiga Variasi Temperatur... 41 Gambar 4.7 Kontur Zona 3 Pada Tiga Variasi Temperatur... 42 Gambar 4.8 Vektor Zona 1 Pada Tiga Variasi Temperatur... 43 Gambar 4.9 Vektor Zona 2 Pada Tiga Variasi Temperatur... 43 Gambar 4.10 Vektor Zona 3 Pada Tiga Variasi Temperatur... 44 xvi
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Variasi Temperatur... 38 xvii