tugas akhireprints.ums.ac.id/57609/27/hal awal_2.pdf · 2017. 11. 16. · rincian soal/tugas :...
TRANSCRIPT
-
i
TUGAS AKHIR
ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN UDARA PADA RUANGAN DENGAN
VARIABEL TEMPERATUR DAN PENEMPATAN AC MENGGUNAKAN
METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)
Disusun Oleh :
RASYID AZZAMUDIN
D200130120
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2017
-
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa usulan tugas Akhir
“Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan Dengan Variabel
Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan Metode
Computational Fluid Dynamics (CFD) “. Yang saya ajukan kepada
jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari
penelitian atau duplikasi dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan dan
atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di lingkungan
Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali
bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana
mestinya.
Surakarta, November 2017
Yang menyatakan,
Rasyid Azzamudin
-
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir berjudul “Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan
Dengan Variabel Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan
Metode Computational Fluid Dynamics (CFD) “ 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 : Rasyid Azzamudin
Nim : D 200 130 120
Disetujui pada :
Hari :
Tanggal :
Pembimbing Utama
( Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D )
-
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan
Dengan Variabel Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan
Metode Computational Fluid Dynamics (CFD) “ 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 : Rasyid Azzamudin
Nim : D 200 130 120
Disahkan pada :
Hari :
Tanggal :
Tim Penguji :
Ketua : Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D ( )
Anggota 1 : Ir. Tri Tjahjono., MT. ( )
Anggota 2 : Taurista Perdana Syawitri, ST, MSc. ( )
Mengetahui,
Dekan Ketua Jurusan
(Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph.D) (Ir.Subroto, MT)
-
v
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 : Marwan Effendy, ST, MT, Ph.D
Pangkat/jabatan : Lektor Kepala
Kedudukan : Pembimbing Utama
Memberikan soal tugas akhir kepada Mahasiswa :
Nama : Rasyid Azzamudin
Nomor Induk : D200130120
NIMR : -
Jurusan/Semester : Teknik Mesin / Akhir
Judul/Topik : Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan Dengan
Variable Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan
Metode Computational Fluid Dynamics (CFD)
Rincian Soal/Tugas : Analisis Air Conditioner Unit Pada Ruang Kelas Dengan
Metode Computational Fluid Dynamics (CFD)
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
-
vi
MOTTO
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”
(QS. Al-Insyiroh: 6)
“Sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar.”
(QS. Al-Anfal: 46)
“Jika kau pandang telah hebat apa yang kemarin kamu perbuat, mungkin
karena hari ini belum ada sesuatupun yang kamu perbuat, perlu target baru
yang lebih hebat agar kita tetap semangat”
(Abu Umar Abdillah)
Untuk mencapai tingkat ketinggian burung harus terbang melawan angin,
Begitupun jika anda ingin meraih kemuliaan menghadapi
tantangan adalah keniscayaan”.
(ABU Umar Abdillah)
“Hidup itu….Seperti lembaran buku
Ada halaman mengisahkan kesedihanmu,
ada halaman lain yang mengisahkan kegembiraanmu…
Bedanya, harus kau buka secara urut lembaran hidupmu tak bisa
kau pilih hanya dihalaman yang menyenangkan dirimu, Maka jika
lembaran hari ini sedang tak menggembirakanmu in syaaAllah dilembar
hari lain kau dapatkan kisah indahmu”
(Abu Umar Abdillah)
“Kesuksesan tidak dihitung dari seberapa banyak kita mengumpulkan
uang, tapi seberapa bermanfaatnya kita bagi orang lain.”
(Ari Anwar)
-
vii
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 :
Ibunda tercinta Purwaningsih serta bapak tercinta Dalyono yang telah
mendidik dan membesarkan anak-anakmu dengan kasih sayang,
jazakumullah khoiron atas segala yang telah kalian berikan.
Adikku tersayang Sufyan, Himmah, Arina yang telah memberikan
semangat untuk menyelesaikan studi, semoga kalian bisa lebih baik
dari kakaknya ini.
Kakek dan Nenek yang telah memberikan semangat dan bantuan
dalam menyelesaikan kuliah ini.
Bapak Marwan Effendy, ST. MT. Ph.D selaku pembimbing tugas akhir
yang telah memberikan ilmunya dan telah memberikan sarana untuk
menyelesaikan tugas akhir ini.
Sahabat dan teman seperjuangan Heru, Unggul, Edi, Tama, Bagus,
dan Aziz terima kasih atas support dan kerja samanya selama
penelitian.
Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013, serta teman-teman lain
yang tidak bisa disebutkan satu persatu atas bantuan dan
dukungannyaa selama menempuh masa perkuliahan.
-
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Segala puji dan syukur kami 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
kami dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Analisis Distribusi
Aliran Udara Pada Ruangan Dengan Variabel Temperatur Dan
Penempatan AC Menggunakan Metode Computational Fluid
Dynamics (CFD)”. Salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana
Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas
Muhammadiyah Surakarta.
Kami 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 penulis ingin mengcapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Sofyan Anif, M.Si, Selaku Rektor Universitas Muhammadiyah
Surakarta
2. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. H. Subroto Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
-
ix
4. Ibu Taurista Perdana Syawitri, ST. M.Sc selaku Sekertaris Jurusan
Teknik Mesin yang membantu proses-proses administrasi selama masa
perkuliahan.
5. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D. selaku pembimbing yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan
tugas akhir.
6. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhmmadiyah
Surakarta
7. Bapak dan Ibu terima kasih atas segalanya, terutama untuk do’a dan
motivasi sehingga penulis bisa bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Sahabatku dan teman-temanku angkatan 2013 terima kasih atas
dukungannya selama ini.
Akhir kata, penulis mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan
dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan
adanya keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis
semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Tugas akhir ini semoga bermanfaat khususnya bagi penulis dan
pihak lain yang membutuhkan, Amiin ya Robbaall’alamiin.
Surakarta, November 2017
Penulis
-
x
ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN UDARA PADA RUANGAN DENGAN VARIABEL TEMPERATUR DAN PENEMPATAN AC MENGGUNAKAN
METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)
Rasyid Azzamudin, Marwan Effendy
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email : [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi distribusi temperatur dan
pola aliran udara pada ruangan berukuran 10,45m x 8,1m x 3,93m,
dengan menggunakan satu unit mesin pendingin Air Conditioner (AC) tipe
split.
Tahap penelitian dilakukan dalam dua tahap, pertama melakukan
pengukuran secara langsung terhadap distribusi kecepatan dan
temperatur udara di dalam ruang tersebut pada poin pengukuran yang
telah ditentukan dengan 3 perlakuan setting temperatur yang berbeda,
dan kedua melakukan prediksi karakteristik aliran udara dengan
pendekatan simulasi (CFD). Simulasi RANS mengaplikasikan model
turbulensi k-epsilon dengan mengembangkan tiga tipe mesh secara
terstruktur hingga 973.651 elemen. Tipe mesh yang mampu menghasilkan
data simulasi yang paling dekat dengan data pengukuran temperatur
dijadikan patokan untuk mengembangkan simulasi tingkat lanjut guna
menginvestigasi sirkulasi udara dalam ruangan sebagai akibat pengaruh
temperatur AC yang telah terukur.
Dari hasil validasi, tipe mesh C menghasilkan nilai kesalahan
terkecil yang prosentase ketepatan sebesar 98,94% dan variasi
penempatan AC pada CFD memiliki nilai rata-rata terendah. Maka kedua
validasi tersebut akan dilakukan variasi temperatur. Penelitian variasi
perubahan temperatur AC didapatkan hasil bahwa terjadi kenaikan rata-
rata temperatur ruang dari 18oC, 20 oC, dan 30 oC.
Kata kunci : Air Conditioner, Computational Fluid Dynamic
mailto:[email protected]
-
xi
ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN UDARA PADA RUANGAN DENGAN VARIABEL TEMPERATUR DAN PENEMPATAN AC MENGGUNAKAN
METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)
Rasyid Azzamudin, Marwan Effendy
Departement of Mechanical Engineering Universitas Muhammadiyah SurakartaJl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email : [email protected]
Abstrack
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 due
to the existence of an air conditioner.
The research stages were conducted in two stages, first
performing a direct measurement of the air velocity and temperature
distribution within the space at predetermined measurement points by 3
different temperature setting treatments, and secondly predicting airflow
characteristics by simulation approach (CFD). The steady RANS
simulation applied the k - epsilon turbulence model with three different
structured mesh types up to 973,651 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 temperature AC which has been measurable
Based on the validation result, the type of C mesh will produce the
smallest error value with percentage of the accuracy around 98.94% and
AC placement variations on CFD have the lowest average value.
Therefore, the temperature validation will be performed on both
validations. Research about variations of AC temperature change got
result that there is an increase about the average room’s temperature from
18oC, 20 oC, dan 30 oC.
.Keyword : Air conditioner, Computational Fluid Dynamic
mailto:[email protected]
-
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................... i
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR .... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ..................................................... v
MOTTO ............................................................................................ vi
PERSEMBAHAN ............................................................................. vii
KATA PENGANTAR ....................................................................... viii
ABSTRAK ....................................................................................... x
ABSTRACT ..................................................................................... xi
DAFTAR ISI ..................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xv
DAFTAR TABEL ............................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ......................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ............................................... 2
1.3 Batasan Masalah .................................................... 2
1.4 Tujuan Penelitian .................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................. 3
1.6 Sistematika Penulisan ............................................ 3
-
xiii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Pustaka .................................................... 4
2.2 Dasar Teori ............................................................. 6
2.2.1 Koefisien Perpindahan Panas ........................ 6
2.2.1.1 Perpindahaan Panas Konduksi .......... 7
2.2.1.2 Perpindahaan Panas Konveksi .......... 7
2.2.1.3 Perpindahaan Panas Radiasi ............. 7
2.2.2 CFD (Computational Fluid Dinamics) ............ 8
2.2.3 Aliran Laminer ................................................ 11
2.2.4 Aliran Turbulen ............................................... 11
2.2.5 Pemodelan Aliran K-𝜀 .................................... 12
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian ............................................ 14
3.2 Spesifikasi Komputer .............................................. 15
3.3 Ruang Kuliah .......................................................... 16
3.4 Anemometer ........................................................... 16
3.5 Termocouple Reader .............................................. 17
3.6 Meteran .................................................................. 17
3.7 Pre-Processing ....................................................... 18
3.8 Processing .............................................................. 20
3.9 Post Processing ...................................................... 21
BAB IV VALIDASI DATA, HASIL, DAN PEMBAHASAN
4.1 Validasi Data .......................................................... 22
4.1.1 Mesh Tipe A................................................... 22
4.1.2 Mesh Tipe B................................................... 25
4.1.3 Mesh Tipe C .................................................. 27
4.1.4 Variasi Penempatan AC ................................ 29
4.2 Variasi Temperatur ................................................. 31
4.2.1 Hasil Grafik CFD Variasi Penempatan AC dan
Temperatur Udara .......................................... 32
-
xiv
4.2.2 Kontur Temperatur CFD Variasi Penempatan
AC .................................................................. 34
4.2.3 Kontur Temperatur Area Ketiga Zona Pada
Ketinggian 1 m ............................................. 36
4.2.4 Vektor Kecepatan CFD Variasi Penempatan
AC .................................................................. 37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................. 39
5.2 Saran ...................................................................... 40
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
-
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi ..................................... 7
Gambar 2.2 Perpindahan Panas Konveksi ..................................... 7
Gambar 2.3 Perpindahan Panas Radiasi ....................................... 8
Gambar 2.4 Aliran Laminer ............................................................. 11
Gambar 2.5 Aliran Turbulen............................................................ 12
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................... 15
Gambar 3.2 Komputer/Laptop ........................................................ 16
Gambar 3.3 Ruang Kelas ............................................................... 16
Gambar 3.4 Anemometer ............................................................... 17
Gambar 3.5 Thermocouple ............................................................. 17
Gambar 3.6 Meteran ....................................................................... 17
Gambar 3.7 Desain Ruang ............................................................. 18
Gambar 3.8 Hasil Meshing ............................................................. 19
Gambar 3.9 Processing .................................................................. 20
Gambar 3.10 Post-Processing .......................................................... 21
Gambar 4.1 Validasi Data Mesh Tipe A ......................................... 24
Gambar 4.2 Validasi Data Mesh Tipe B ......................................... 26
Gambar 4.3 Validasi Data Mesh Tipe C ........................................ 28
Gambar 4.4 Variasi Penempatan AC .............................................. 24
Gambar 4.5 Perbandingan temperatur Udara CFD ........................ 26
-
xvi
Gambar 4.6 Kontur Temperatur 18oC ............................................. 34
Gambar 4.7 Kontur Temperatur 25oC ............................................. 34
Gambar 4.8 Kontur Temperatur 30oC ............................................. 35
Gambar 4.9 Kontur Temperatur Area Ketiga Zona ......................... 36
Gambar 4.10 Vektor kecepatan Temperatur 18oC ............................ 28
Gambar 4.11 Vektor kecepatan Temperatur 25oC ............................ 28
Gambar 4.12 Vektor kecepatan Temperatur 30oC ............................ 28
-
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Karakteristik Mesh ...................................................... 19
Tabel 4.1 Variasi Temperatur udara .......................................... 31