KAJIAN DISTRIBUSI SUHU DAN ALIRAN UDARA PADA ALAT ...

iii

KAJIAN DISTRIBUSI SUHU DAN ALIRAN UDARA PADA ALAT

PENGERING CHIPS TEMULAWAK TIPE RAK MENGGUNAKAN

SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

SKRIPSI

OLEH :

CHAIRIL ANWAR

140308020/KETEKNIKAN PERTANIAN

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2018

Universitas Sumatera Utara

iv

KAJIAN DISTRIBUSI SUHU DAN ALIRAN UDARA PADA ALAT

PENGERING CHIPS TEMULAWAK TIPE RAK MENGGUNAKAN

SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

SKRIPSI

OLEH :

CHAIRIL ANWAR

140308020/KETEKNIKAN PERTANIAN

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk dapat memperoleh gelar sarjana

di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian


Disetujui Oleh:

Komisi Pembimbing

(Sulastri Panggabean, STP, M.Si)

NIP. 198504172017062001

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2018


i

ABSTRAK

CHAIRIL ANWAR : Kajian Distribusi Suhu dan Aliran Udara Pada Alat Pengering

Chips Temulawak Tipe Rak Menggunakan Simulasi Computational Fluid Dynamics

(CFD). Dibimbing oleh SULASTRI PANGGABEAN

Keberhasilan dalam meningkatkan produksi pertanian harus diikuti dengan

pengembangan teknologi proses dalam bidang pasca panen, khususnya proses

pengeringan. Limbah panas kondensor kulkas dapat dimanfaatkan untuk proses

pengeringan temulawak. Pengeringan temulawak dilakukan untuk mengawetkan

temulawak sehingga temulawak dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku obat-obatan.

Computational Fluid Dynamics (CFD) dapat dimanfaatkan untuk melihat pola distribusi

suhu dan aliran udara panas pada ruang pengering secara visual sehingga dapat

meningkatkan efektivitas dan efesiensi alat pengering tipe rak. Tujuan penelitian ini

adalah menganalisis distribusi suhu dan aliran udara pada ruang pengering dari alat

pengering tipe rak yang memanfaatkan limbah panas kondensor kulkas menggunakan

CFD dan dilanjutkan dengan validasi. Parameter dalam penelitian ini adalah suhu dan

aliran udara pada proses pengeringan temulawak untuk waktu 8 jam. Validasi suhu yang

dilakukan menunjukkan hasil yang valid yang ditandai dengan nilai error 1,06% pada

kondisi kosong dan 2,62% pada kondisi berisi. Sedangkan pada kecepatan nilai error

sebesar 9,58% pada kondisi kosong dan 9,47% pada kondisi berisi. Perhitungan simulasi

CFD adalah valid karena nilai rata-rata error validasi <10 %.

Kata kunci : suhu, aliran udara, pengering tipe rak, CFD, validasi

ABSTRACT

CHAIRIL ANWAR : Study of Temperature and Air Flow Distribution of Rack Type

Chips Wild Ginger (Curcuma xanthoriza Roxb) Drying Using Computational Fluid

Dynamics (CFD) Simulation. Supervised by SULASTRI PANGGABEAN

The success in increasing agricultural production must be followed by the

development of process technology in the post harvest field, especially the drying process.

Waste heat from the refrigerator condenser can be used for the drying process of wild

ginger. Drying wild ginger is done to preserve wild ginger so that wild ginger can be

used as raw material for medicines. Computational Fluid Dynamics (CFD) can be used

to see the pattern of temperature distribution and flow of hot air in the drying chamber

visually so that it can increase the effectiveness and efficiency of rack type dryers. The

purpose of this study was to analyze, the temperature distribution and air flow in the

drying chamber of a rack type dryer that utilizes waste heat from the refrigerator

condenser using CFD and continued with validation. The parameters in this study are

temperature and air flow in the drying process of wild ginger for 8 hours. The

temperature validation performed shows valid results which are indicated by an error

value of 1,05 % in the empty condition and 2,62 % in the condition filled. While the speed

of error value is 9,58 % in the empty condition and 9,47 % in the condition of filling.

CFD simulation calculations was valid because of the average value of the validation

error <10%.

Keywords : temperature, airflow, tray dryer, CFD, validation


ii

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Medan pada tanggal 05 November 1996, anak dari bapak

Doni Irvansyah dan ibu Khoiriah. Penulis merupakan anak kedua dari lima

bersaudara.

Tahun 2014 penulis lulus dari SMA Negeri 11 Medan dan pada tahun

yang sama masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur

SNMPTN (Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri) dan lulus pada

pilihan pertama di Program Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa

Teknik Pertanian (IMATETA), dan organisasi BKM Al-Mukhlisin FP USU.

Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di PKS Rambutan PTPN III

Tebing tinggi, Sumatera Utara pada tahun 2017. Kemudian pada tahun 2018

mengadakan penelitian skripsi dengan judul “Kajian Distribusi Suhu dan Aliran

Udara Pada Alat Pengering Chips Temulawak Tipe Rak Menggunakan Simulasi

Computational Fluid Dynamics (CFD)” di Medan


iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan

rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan draft dengan

judul “ Kajian Distribusi Suhu dan Aliran Udara Pada Alat Pengering Chips

Temulawak Tipe Rak Menggunakan Simulasi Computational Fluid Dynamics

(CFD)” yang merupakan syarat untuk dapat memperoleh gelar sarjana di

Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera

Utara, Medan.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada

orang tua penulis yang telah mendukung secara moril dan meteril. Penulis

mengucapkan terima kasih kepada 1) Ibu Sulastri Panggabean, STP., M.Si selaku

dosen pembimbing yang telah banyak membimbing dan memberikan berbagai

masukan, saran, dan kritik yang bermanfaat bagi penulis, 2) kedua orang tua

penulis yang telah mendidik dan membiayai penulis selama kuliah.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kata

sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun untuk perbaikan pada masa yang akan datang. Akhir kata, penulis

mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi pihak yang

membutuhkan.

Medan, Desember 2018

Penulis


iv

DAFTAR ISI

Hal.

ABSTRAK ............................................................................................................... i

RIWAYAT HIDUP ................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi

DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii

PENDAHULUAN................................................................................................... 1

Latar Belakang ................................................................................................. 1

Tujuan Penelitian ............................................................................................. 3

Batasan penelitian ............................................................................................ 4

Kegunaan Penelitian ........................................................................................ 4

TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................................... 5

Temulawak (Curcuma xanthorrihza Roxb.) ................................................. 5 Teori Dasar Pengeringan .................................................................................. 7

Pengeringan Tipe Rak (Tray Dryer) ................................................................ 8

Metode Computational Fluid Dynamic(CFD) ................................................. 9

Teknik Simulasi CFD .................................................................................... 11

Analisis teknik ............................................................................................... 15

Validasi Model Simulasi ................................................................................ 19

METODOLOGI PENELITIAN ............................................................................ 20

Waktu dan Tempat Penelitian ......................................................................... 20

Bahan dan Alat ............................................................................................... 20

Metode Penelitian .......................................................................................... 20

Prosedur Penelitian ........................................................................................ 23

Titik Pengukuran ............................................................................................ 24

Parameter penelitian ....................................................................................... 24

Asumsi dalam Simulasi CFD ......................................................................... 25

Kondisi awal dalam simulasi CFD ................................................................ 25

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 26

Distribusi suhu ruang pengering dalam kondisi kosong ....................................... 26 Pengukuran langsung ...................................................................................... 26

Simulasi CFD .................................................................................................. 26

Validasi suhu ................................................................................................... 28

Distribusi kecepatan aliran udara dalam kondisi kosong ...................................... 30

Pengukuran langsung ...................................................................................... 30

Simulasi CFD .................................................................................................. 31

Validasi suhu ................................................................................................... 32

Distribusi suhu ruang pengering dalam kondisi berisi .......................................... 33


Simulasi CFD .................................................................................................. 34

Validasi suhu ................................................................................................... 35


v

Distribusi kecepatan aliran udara dalam kondisi berisi......................................... 38


Simulasi CFD .................................................................................................. 39

Validasi suhu ................................................................................................... 40

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 42

Kesimpulan .................................................................................................... 42

Saran .............................................................................................................. 43

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 44

LAMPIRAN


vi

DAFTAR GAMBAR

No Hal

1. Rimpang temulawak ............................................................................................ 5

2. Posisi sensor pada ruang pengering................................................................... 21

3. Geometri skenario alat pengering ...................................................................... 22

4. Kontur suhu simulasi ruang pengering dalam kondisi kosong .......................... 27

5. Validasi suhu ruang pengering kondisi kosong ................................................. 30

6. Vektor kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering kondisi kosong........ 31

7. Kontur suhu simulasi ruang pengering dalam kondisi berisi ............................ 34

8. Validasi suhu ruang pengering kondisi ............................................................ 37

9. Vektor kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering kondisi berisi .......... 39

10. Tampilan menu software Ansys 18 .................................................................... 67

11. Geometri rak kosong ......................................................................................... 68

12. Geometri rak berisi ............................................................................................ 68

13. Proses meshing .................................................................................................. 69

14. Toolbar menu general ....................................................................................... 70

15. Toolbar menu models ........................................................................................ 70

16. Toolbar menu materials .................................................................................... 71

17. Toolbar menu velocity inlet ............................................................................... 72

18. Toolbar menu initialization ............................................................................... 72

19. Toolbar menu run calculation ........................................................................... 73

20. Proses iterasi dalam bentuk grafik residual ....................................................... 73


vii

DAFTAR TABEL

No Hal

1. Karakteristik mutu simplisia temulawak.......................................................... 6

2. Spesifikasi ruang pengering ........................................................................... 20

3. Hasil rata - rata suhu pengukuran, simulasi dan validasi kondisi kosong...... 29

4. Rata - rata pengukuran kecepatan aliran udara simulasi dan validasi............ 33

5. Hasil rata - rata suhu pengukuran, simulasi dan validasi kondisi berisi ........ 36

6. Rata - rata pengukuran kecepatan aliran udara simulasi dan validasi............ 40


viii

viii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Hal

1. Flowchart penelitian ....................................................................................46

2. Perhitungan nilai koefisien pindah panas ........................................................ 47

3. Perhitungan nilai heat flux ...........................................................................58

4. Data input properti CFD ..............................................................................59

5. Hasil Meshing ..............................................................................................60

6. Hasil Iterasi ..................................................................................................61

7. Distribusi suhu dan aliran udara kondisi kosong 3D ...................................62

8. Distribusi suhu dan aliran udara kondisi berisi 3D ......................................63

9. Rata - rata suhu pengukuran langsung kondisi kosong ................................64

10. Rata - rata suhu pengukuran langsung kondisi berisi ..................................65

11. Data aliran udara pengukuran langsung .......................................................66

12. Tahapan penggunaan ANSYS Fluent untuk simulasi ...................................67

13. Gambar Alat dan Bahan Penelitian ..............................................................75


1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Temulawak (Curcuma xanthorrhiza Roxb) merupakan salah satu tanaman

simplisia yang mempunyai peluang besar untuk dikembangkan baik sebagai

tanaman obat sekaligus sebagai pewarna alami pada makanan karena masyarakat

cenderung mengkonsumsi bahan yang bersifat alami. Temulawak ternyata tidak

hanya dimanfaatkan sebagai bahan baku obat, tetapi temulawak juga dapat

dimanfaatkan sebagai bahan baku olahan pangan, di mana komponen penyusun

terbesar dari temulawak adalah pati. Pati temulawak dapat diekstrak dan dijadikan

produk alternatif untuk bahan olahan pangan sehat.

Pengembangan industri pengolahan temulawak sebagai bahan baku obat,

berupa tablet dan kapsul. Pengolahan dalam bentuk kapsul maupun tablet,

memerlukan pengolahan dengan tahap awal yaitu pengirisan, pengeringan dan

penggilingan. Pengeringan temulawak merupakan salah satu proses yang

bertujuan untuk menurunkan kadar air bahan temulawak sampai tingkat yang

aman untuk penyimpanan atau digunakan pada proses lainnya.

Proses pengeringan produk pertanian yang banyak dilakukan oleh petani

Indonesia adalah dengan cara penjemuran (cara alami) yaitu dengan menjemur

temulawak di bawah sinar matahari di tempat terbuka. Cara ini memiliki banyak

kelemahan antara lain membutuhkan lahan yang luas, pengeringan dengan cara

penjemuran juga membutuhkan waktu yang lama dan kurang terjamin

kehigenisannya.


2

Selain pengeringan dengan cara penjemuran, pengeringan temulawak juga

dapat dilakukan dengan cara menggunakan peralatan pengering seperti

pengeringan mekanis tipe rak (tray dyer). Pengeringan ini digunakan selain dapat

mempercepat proses pengeringan juga dapat menghemat lahan dan lebih terjamin

kehigenisannya.

Pengeringan mekanis memerlukan sumber energi panas yang biasanya

berasal dari udara panas, biomasa, dan energi fosil. Selain itu, ada juga energi

alternatif dengan memanfaatkan panas buang. Pemanfaatan panas buang ini dapat

menguntugkan dan menghemat energi fosil, juga dapat mengurangi suhu udara

sebelum terbuang langsung ke lingkungan. Salah satu yang dapat menghasilkan

panas buang adalah sistem pendinginan seperti AC dan kulkas. Pemanfaatan

panas buang kondensor dari mesin kulkas ini memiliki potensi panas yang dapat

dimanfaatkan untuk mengeringkan temulawak.

Pemanfaataan limbah panas dari kondensor kulkas cocok diaplikasikan

untuk mengeringkan temulawak, karena untuk mengeringkan temulawak tidak

membutuhkan suhu yang tinggi. Meski memiliki keunggulan dari hasil

pengeringan dan suhu yang optimal, namun permasalahan mengenai distribusi

udara masih menjadi masalah utama dalam teknologi pengeringan buatan

khususnya tray dryer. Simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) menjadi

salah satu metode yang sering dilakukan untuk memprediksi distribusi suhu udara

pada suatu model. Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara

memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia dan fenomena lainnya

dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika (model matematika)


3

(Tuakia, 2008). Dengan demikian penggunaan CFD dapat mengetahui sebaran

suhu pada ruang pengering dan besarnya suhu setiap rak dengan menggunakan

simulasi CFD, sehingga simulasi CFD dianggap penting dalam pemecahan

masalah distribusi suhu udara pada suatu model. Hal tersebut mengacu kepada

keunggulan simulasi CFD, salah satunya adalah mempermudah dalam

mengevaluasi performa alat atau hasil modifikasi alat dengan sedikit waktu dan

biaya.

Pengujian yang dilakukan oleh Tzempelikos dkk., (2012) menunjukkan

masih terdapat permasalahan dalam bentuk geometri dari ruang pengering yang

mempengaruhi kualitas dan kesegeraman bahan yang dikeringkan. Oleh sebab

itu, pada penelitian ini akan dilakukan suatu simulasi CFD untuk menganalisis

distribusi suhu udara pada ruang pengering tray dryer untuk mengeringkan

temulawak dengan desain bentuk persegi panjang yang didalamya berisi tiga buah

rak.

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk :

1. Mengetahui distribusi suhu udara pada tray dryer dalam kondisi kosong

(tanpa temulawak) dan kondisi berisi temulawak dengan menggunakan

simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD).

2. Mengetahui aliran udara pada tray dryer dalam kondisi kosong dan berisi

menggunakan simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD).

3. Mengetahui validasi model Computational Fluid Dynamics (CFD).


4

Batasan Penelitian

Batasan dari penelitian ini adalah mensimulasikan distribusi suhu dan

aliran udara dan dalam ruang pengering tipe rak (tray dyer).

Kegunaan Penelitian.

1. Sebagai syarat untuk dapat menyusun skripsi yang merupakan syarat untuk

menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas

Pertanian Universitas Sumatera Utara.

2. Sebagai input informasi yang dapat berguna bagi perkembangan ilmu

pengetahuan.

3. Sebagai referensi bagi pihak yang membutuhkan, terutama untuk pengusaha

temulawak (Curcuma xanthorrhiza Roxb).


5

TINJAUAN PUSTAKA

Temulawak

Temulawak merupakan tumbuhan suku temu-temuan dengan klasifikasi

sebagai berikut:

Klasifikasi : Temulawak

Divisi : spermatophyta

Sub divisi : Angiospermae

Kelas : Monocotyledone

Ordo : Zingiberales

Genus : Curcuma

Spesies : Curcuma xanthorrhiza ROXB.

Gambar 1. Rimpang Temulawak

Temulawak (Curcuma xanthorhiza Roxb) merupakan tanaman obat asli

Indonesia, disebut juga Curcuma javanica. Tanaman temulawak termasuk famili

Zingiberaceae, berbatang semu, dengan bagian yang dimanfaatkan adalah

rimpang. Temulawak dapat tumbuh pada ketinggian tempat 5 hingga 1500 m dpl,

tetapi untuk budidaya yang optimal disarankan pada ketinggian tempat


6

100 – 600 m dpl. Terdapat perbandingan terbalik antara kandungan xanthorrizol

dan kurkuminoid pada temulawak dengan ketinggian tempat lokasi

pengembangan. Pengembangan temulawak di dataran tinggi (800 m dpl)

cenderung semakin tinggi kandungan xanthorrizolnya, dan semakin rendah

kandungan kurkuminoidnya. Sedangkan pengembangan temulawak di dataran

rendah (200 m dpl) kandungan xanthorrizol semakin rendah dan semakin tinggi

kandungan kurkuminoidnya (Rahardjo, 2010).

Rimpang temulawak telah digunakan secara luas dalam rumah tangga dan

industri. Penggunaan rimpang temulawak dalam bidang industri antara lain

industri makanan, minuman, obat obatan, tekstil dan kosmetik. Peningkatan

penggunaan temulawak dalam industri obat-obatan memerlukan teknik

pengolahan yang baik sehingga mutunya dapat meningkat (Bagem et al., 2006).

Tabel 1. Karakteristik mutu simplisia temulawak

Karakteristik Standar Mutu (%)

Kadar air <12

Kadar abu 3-7

Kadar sari alkohol >5

Kadar minyak atsiri min 5

Kadar kurkumin 0,02-2

Sumber: Sembiring dkk., 2006.

Rimpang temulawak segar terdiri atas minyak atsiri, lemak, zat warna,

protein, resin, selulosa, pati, mineral dan air. Rimpang keringnya mengandung

7-30% minyak atsiri, 30-40% pati dan 0,02-2,0% kurkuminoid yang terdiri atas

58-71% kurkumin (C21H20O6) dan 29-42% desmetoksikurkumin (C20H18O5)

(Manalu dkk., 2012).

Temulawak berpeluang dikembangkan sebagai pangan fungsional karena

selain budi dayanya mudah, juga mempunyai manfaat untuk kesehatan.


7

Temulawak mengandung kurkumin, pati, dan minyak atsiri yang dibutuhkan oleh

tubuh. Dalam industri pangan, temulawak digunakan sebagai pewarna alami untuk

menggeser penggunaan pewarna berbahaya yang berdampak buruk bagi

kesehatan. Temulawak dapat dikembangkan menjadi berbagai produk olahan

pangan, antara lain simplisia, minuman, pati, tepung (Khamidah dkk., 2017).

Kandungan kimia yang terbesar dari temulawak adalah pati. Selain pati

masih terdapat beberapa jenis zat lainnya yaitu protein, lemak, serat kasar dan

beberapa jenis mineral. Kadar atau komposisi kimia beberapa zat yang terdapat

dalam rimpang temulawak. Pati temulawak berupa serbuk berwarna putih

kekuningan.Warna kekuningan ditimbulkan karena masih adanya kurkumin yang

bercampur. Pati temulawak ini juga mempunyai sifat mudah dicerna. Keberadaan

kandungan kurkumin dan sifatnya yang mudah dicerna menjadikan pati

temulawak dapat dijadikan bahan olahan pangan seperti campuran makanan bayi

dan pengental sirup (Agustina, 2013).

Teori Dasar Pengeringan

Pengeringan adalah suatu metode untuk mengeluarkan atau

menghilangkan sebagian air dari suatu bahan dengan cara menguapkan air

tersebut dengan menggunakan energi panas. Secara umum keuntungan dari

pengawetan ini adalah bahan menjadi awet dengan volume bahan menjadi kecil

sehingga memudahkan dalam penggilingan. Tujuan dari pengeringan adalah

mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana mikroorganisme dan kegiatan

enzim yang dapat menyebabkan pembusukan akan terhenti, dengan demikian


8

bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu simpan yang lama

(Riansyah dkk., 2013).

Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara

pengering karena adanya perbedaan kandungan uap air pada udara pengering

dengan kandungan uap air pada bahan yang akan dikeringkan. Dalam hal ini

kandungan uap air udara pengering lebih sedikit atau dengan kata lain udara

mempunyai kelembaban nisbi (RH) yang rendah sehingga terjadi penguapan

(Taib dkk., 1988).

Pengeringan produk atau hasil pertanian dipengaruhi oleh beberapa faktor,

diantaranya adalah suhu, kelembaban udara, kecepatan aliran udara serta kadar

air. Ukuran bahan juga mempengaruhi cepat lambatnya pengeringan. Selain itu

jenis alat pengering juga mempengaruhi proses pengeringan (Taib dkk., 1988).

Pengeringan Tray Dryer

Tray dryer atau alat pengering berbentuk rak, mempunyai bentuk persegi

dan di dalamnya berisi rak-rak, yang digunakan sebagai tempat bahan yang akan

dikeringkan. Bahan diletakkan di atas rak (tray) yang terbuat dari aluminium

dengan alas yang berlubang-lubang. Kegunaan dari lubang-lubang ini untuk

mengalirkan udara panas dan uap air. Prinsip kerja alat pengering ini adalah udara

panas disalurkan melalui saluran udara masuk ke ruang pengering. Kemudian uap

air dibawa keluar menuju lingkungan luar melalui saluran udara keluar

(Taib dkk., 1988).


9

Pengering tipe rak banyak digunakan untuk pengeringan, karena disain

yang sederhana dan mempunyai daya tampung yang besar. Kelemahan terbesar

dari pengering tipe rak adalah tidak meratanya sebaran suhu pada ruang pengering

(Misha dkk., 2013).

Metode Computational Fluid Dynamic (CFD)

Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan suatu analisis sistem

yang meliputi aliran fluida, perpindahan panas dan fenomena lain seperti reaksi

kimia yang menggunakan simulasi berbasis komputer. Analisis aliran fluida

dalam suatu sistem dengan CFD merupakan analisis numerik dengan kontrol

volume sebagai elemen dari integrasi persamaan-persamaan, yang terdiri dari

persamaan keseimbangan massa, momentum dan energi

(Versteeg dan Malalasekera, 1995).

Mirade dan Daudin (2000) menggunakan metode CFD untuk mempelajari

aliran udara dalam pengering sosis modern sebagai upaya dalam memperoleh

informasi mengenai sirkulasi udara pada pengering yang diperlihatkan CFD. Hasil

simulasi tersebut dapat digunakan untuk memprediksi pengaruh dari tingkat udara

yang terkandung dalam suatu pola aliran udara serta mengidentifikasi kesalahan

pengukuran aliran udara horizontal dalam ruang pengering.

Pola aliran udara dalam pengering perlu diketahui dengan melakukan

simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Salah satu keunggulan analisis

CFD antara lain, memberikan pemahaman rinci tentang distribusi aliran pindah

panas dan massa, dan memungkinkan untuk mengevaluasi perubahan geometrik

(Xia dan Sun, 2002).


10

Prosedur pendekatan program simulasi CFD menurut Tuakia (2008) antara

lain :

1. Pembuatan geometri dari model atau masalah yang ada.

2. Bidang atau volume yang diisi oleh fluida dibagi menjadi sel-sel kecil

(meshing).

3. Pendefinisian model fisiknya, misalnya: persamaan-persamaan gerak +

entalphi + konveksi spesies (zat-zat yang akan didefinisikan, biasanya berupa

komponen dari suatu reaktan).

4. Pendefinisian kondisi-kondisi batas (boundary condition), termasuk di

dalamnya sifat-sifat dan perilaku dari batas-batas model atau problem. Untuk

kasus transient, kondisi awal juga dikondisikan.

5. Persamaan-persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara

iteratif, bisa dalam kondisi tunak (steady state) atau transien.

6. Analisa dan visualisasi dari solusi CFD.

Tiga tahapan yang harus dilakukan dalam simulasi CFD yaitu :

1. Preprocessing

Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan

menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket

CAD (Computer Aided Design), membuat bidang atau volume yang diisi oleh

fluida dibagi menjadi sel-sel kecil (meshing) yang sesuai, kemudian menerapkan

kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya.


11

2. Solving

Solvers (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi-kondisi

yang diterapkan pada saat preprocessing.

3. Postprocessing

Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang

dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil

simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva dan animasi.

Sedangkan hal-hal yang harus diperhatikan ketika akan menyelesaikan

suatu kasus dengan menggunakan fluent, yaitu :

1. Menentukan tujuan pemodelan

2. Pemilihan model komputasional

3. Pemilihan model fisik

4. Penentuan prosedur

Teknik Simulasi CFD

Analisis aliran fluida dalam suatu sistem dapat menggunakan simulasi

berbasis komputer, dimana teknik tersebut biasa disebut dengan CFD

(Computational Fluid Dynamics). Persamaan yang digunakan untuk pengaturan

aliran fluida adalah persamaan differensial parsial. Persamaan tersebut harus

dikonversikan terlebih dahulu ke persamaan-persamaan aljabar, karena komputer

tidak dapat langsung digunakan dengan persamaan tersebut.

Menurut Tuakia (2008) persamaan differensial tersebut harus

ditransformasikan ke persamaan aljabar yang sederhana dengan metode

diskritisasi. Metode yang dipilih umumnya menentukan kestabilan dari program


12

numerik CFD yang digunakan atau program software yang ada. Oleh karena itu,

diperlukan kehati-hatian dalam cara mendiskripsikan model yang digunakan,

khususnya cara mengatasi bagian yang kosong. Beberapa metode yang dapat

digunakan yaitu :

a. Metode beda hingga (finite difference methode)

b. Metode elemen hingga (finite element methode)

c. Metode volume hingga (finite volume methode)

d. Metode skema resolusi tinggi (high resolution schema methode)

Software pendukung yang digunakan dalam CFD antara lain :

1. Gambit (geometry and mesh building intelegent toolkit)

Gambit dapat menyediakan berbagai macam aplikasi permodelan dan

dapat mengimpor dari berbagai format seperti ACIS, STEP, Parasolid, IGES dan

lain-lain, sehingga pemodelan yang akan dibuat dapat lebih flesksibel.

2. Auto Cad

Untuk mempermudah penggambaran, perancangan geometri dan

pemberian dimensi dapat digunakan software desain auto cad yang merupakan

Computer Aided Design (CAD).

3. Fluent

Dengan menggunakan program fluent, dapat diketahui parameter-

parameter aliran dan perpindahan panas yang diinginkan. Fluent menyediakan

fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga aliran fluida dengan bentuk mesh

tertentu dapat terselesaikan dengan cara yang lebih mudah. Fluent adalah salah

satu jenis program CFD yang menggunakan metode volume hingga. Ada beberapa


13

elemen utama pada CFD jika menggunakan software fluent untuk analisa pola

aliran udara dan suhu yaitu :

1. Pre-prosesor

Pre-prosesor terdapat input masalah aliran ke dalam bentuk yang sesuai

dengan pemecahan solver di dalam program CFD dengan memakai interface yang

memudahkan operator. Tahap ini merupakan langkah pertama yang membangun

dan menganalisa suatu model CFD.

Hal-hal yang harus dilakukan pada tahap ini meliputi :

- Membuat geometri sistem yang akan dianalisis.

- Mendefenisikan grid (mesh).

- Pemilihan fenomena kimia dan fisik yang diperlukan.

- Menentukan sifat-sifat fluida (konduktivitas, viskositas, massa jenis, panas

jenis dan sebagainya).

- Menentukan kondisi batas yang sesuai dengan keperluan (dinding, inlet, outlet,

kecepatan, tekanan dan variabel turbulensi).

Ketelitian dan ketepatan hasil tergantung dari jumlah sel di dalam grid (mesh)

yang dibangun. Semakin besar jumlah sel, ketepatan atau ketelitian dari hasil

pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak harus seragam.

2. Solver

Proses solver biasanya menggunakan batas volume. Algoritma numerik

metode ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu :

- Aproksimasi variabel aliran yang tidak diketahui menggunakan fungsi

sederhana.


14

- Diskritisasi dengan mensubtitusi hasil aproksimasi ke dalam persamaan aliran

dan manipulasi matematis.

- Menyelesaikan persamaan aljabar (Tuakia, 2008).

Persamaan aliran fluida menggunakan hukum kekebalan fisika dalam

bentuk matematis, yaitu terdiri dari persamaan-persamaan :

- Hukum kekekalan massa steady state :

Keseimbangan massa (kontinuitas) untuk elemen fluida dinyatakan sebagai

berikut: laju kenaikan massa dalam elemen fluida = laju netto aliran massa ke

dalam elemen terbatas. Semua elemen fluida merupakan fungsi dari ruang dan

waktu, maka massa jenis fluida ρ ditulis dalam bentuk ρ (x, y, z, t) dan komponen

kecepatan fluida ditulis sebagai dx/dt=u, dy/dt=v, dan dz/dt=w (Mustafa, 2004).

Adapun bentuk matematis dapat ditulis :

( u)

x

( v)

y

( w)

z= 0 ........................................................................................... (1)

Di mana, komponen kecepatan arah x, y dan z adalah u,v dan w. Dimensi dx, dy

dan dz, adalah massa jenis (kg/m3). Persamaan 1, disebut sebagai persamaan

kontinuitas untuk fluida yang mempunyai sifat fluida yang tidak berubah terhadap

waktu atau / t = 0

- Persamaan momentum steady state

Persamaan momentum merupakan persamaan Navier-Stokes dalam

bentuk-bentuk yang sesuai dengan metode finite volume (Bird dkk., 1966).

Momentum arah x :

*

+

µ[

].............................................................................. (2)


15

Momentum arah y :

*

+

µ[

2v

x2

2v

y2

2v

z2].................................................... (3)

Momentum arah z :

*

+

µ[

2w

x2

2w

y2

2w

z2] ................................................. (4)

Komponen kecepatan arah x, y dan z adalah u,v dan w. Dimensi dx, dy

dan dz, adalah massa jenis (kg/m3), µ adalah viskositas fluida-sebuah konstanta

proporsionalitas.

- Persamaan energi dalam kondisi steady state

Persamaan energi diturunkan dari persamaan termodinamika yang

menyatakan bahwa laju perubahan energi partikel fluida = laju penambahan

panas ke dalam partikel fluida ditambahkan dengan laju kerja yang diberikan pada

pertikel (Pitts dan Leighton, 2011)

ρ*

+ *

+ K [

2u

x2

2v

y2

2w

z2] .............. (5)

di mana komponen kecepatan arah x, y dan z adalah u,v dan w. adalah massa

jenis, K adalah kondiktivitas termal (W/m oC).

Analisis Teknik

Pengumpulan data teknik dilakukan sebagai langkah awal sebelum

melakukan simulasi. Pencarian sejumlah data dari berbagai sumber dilakukan

sebagai kebutuhan database dalam Ansys. Data yang dicari meliputi nilai

parameter dari fluida udara kering, material penyusun ruang pengering. Nilai

parameter yang dibutuhkan adalah densitas (kg/m3), specific heat ratio (cp/cv),

panas jenis (J/kgK), viskositas dinamik (Pas), dan konduktivitas termal (W/mK).


16

Perpindahan panas yang terjadi pada temulawak di dalam ruang pengering

bersifat konduksi. Hal ini terjadi karena adanya kontak langsung dengan dinding

aluminum. Persamaan dasar dari konsep perpindahan panas konduksi adalah

hukum Fourier yang dinyatakan dengan Persamaan 8 :

(

)..................................................................................(6)

Dimana :

T : suhu

x : panjang dinding (m)

A : luas dinding (m2)

k : konduktivitas termal (W/m )

: laju perpindahan panas per satuan luas (heat flux) (W/m

2)

Proses pemanasan yang terjadi dalam pengeringan temulawak juga bersifat

konveksi maka, energi panas yang dihasilkan oleh panas kondensor kulkas dapat

dihitung dengan menggunakan Persamaan 6 :

................................................................................(7)

Dimana:

h : koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2.K)

A : luasan (m2 )

T1 : suhu didalam ruang pengering (⁰C).

T2 : suhu pada saluran masuk (⁰C)

h = u .k

.......................................................................................... (8)


17

Dimana :

h : koefisien pindah panas (W/m2. K)

Nu : bilangan Nusslet

k : konduktivitas termal (W/m K)

L : panjang rak ruang pengering (m)

Konveksi Paksa

Perpindahan kalor konveksi bergantung pada angka Reynold (Re) dan

Prandtl (Pr). Bentuk paling sederhana koefisien perpindahan kalor konveksi paksa

dapat dinyatakan dalam bentuk berikut:

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

..................................................... (9)

Dimana :

Nu : bilangan Nusslet

Ra : bilangan Rayleigh number

Ra = Gr x Pr ......................................................................................... (10)

Dimana :

Gr : bilangan Grasfhoff

Pr : bilangan Prandtls

Perhitungan nilai Reynold yang digunakan sebagai input data profil aliran

fluida dalam dilakukan dengan menggunakan persamaan 10:

........................................................................................... (11)


18

Dimana:

Re : bilangan reynold

: massa jenis udara (kg/m3)

V : kecepatan aliran udara (m/s)

D : diameter kipas (m)

µ : viskositas dinamis udara (kg/ms)

(Holman, 2010).

Menurut Holman (2010) konveksi natural pergerakan fluida terjadi secara

natural atau yang biasa disebut dengan buoyancy. Densitas merupakan fungsi dari

temperatur, variasi dari densitas pada tekanan konstan dapat dinyatakan dalam

koefisien volume ekspansi β. ada gas ideal β dapat dihitung dengan

Persamaan 12 dengan T adalah suhu Kelvin (K).

..................................................................................................................(12)

Dengan nilai Grashof dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 13:

Gr = g β 3

2 .........................................................................................................(13)

Dimana:

Gr : Grashof number

: koefisien volume ekspansi (1/K)

: perbedaan suhu dinding dan suhu lingkungan (K)

v : viskositas kinematik (m2/s)

g : percepatan gravitasi (m2/s)

(Holman, 2010).


19

Validasi Model Simulasi

Validas model simulasi dilakukan dengan membandingkan antara hasil

simulasi suhu dan kecepatan udara pada titik tertentu yang diinginkan dengan

hasil pengukuran yang dinyatakan dalam persentase kesalahan atau error.

Perhitungan nilai error menggunakan persamaan error mutlak. Persamaan untuk

mendapatkan nilai error adalah :

Erorr = ( ) ( )

uhu ( )x 100 % .............................. (14)


20

METODOLOGI PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei hingga bulan September 2018

di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi, Program Studi Keteknikan Pertanian

Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.

Bahan dan Alat

Bahan yang akan digunakan untuk pengujian dalam kondisi berisi ini

adalah temulawak dengan ketebalan 3 mm. Alat yang dalam penelitian ini adalah

Alat pengering tipe rak, sensor suhu Dht22, data logger, hand anemometer,

personal computer (PC), timbangan digital, stopwatch.

Metode Penelitian

Dalam penelitian ini, bangunan alat sistem pengering berbentuk persegi

panjang dengan ukuran 128 cm x 40 cm x 40 cm dengan jumlah rak 3, dinding

dan aluminium setebal 3 mm, bagian inlet yang sekaligus tempat kipas berbentuk

trapesium segi empat dimensi 40 cm x 40 cm yang terbuat dari kayu. Bagian

saluran udara keluar dengan dimensi 40 cm x 40 cm yang terbuat dari kawat

parabola. Spesifikasi pada ruang pengering ini dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Spesifikasi ruang pengering

Spesifikasi Ukuran Satuan (cm)

Panjang 128 cm

Lebar 40 cm

Tinggi 40 cm

Jarak antar rak 10 cm

Tebal rak 0,3 cm


21

Untuk mendapatkan data dari pengujian yang dilakukan, metode yang

digunakan adalah sebagai berikut :

1. Metode eksperimentatif

Metode eksperimentatif yaitu dengan melakukan pengamatan 24 titik

penyebaran suhu dalam ruang pengering dimana 19 titik sensor di dalam ruang

pengering, 1 titik di dalam inlet dan 4 titik di dalam outlet. Masing-masing

sembilan belas titik tersebut antara lain: enam di rak I (tengah depan, tengah

tengah, tengah belakang, pinggir depan, pinggir tengah, pinggir belakang), enam

di rak II (tengah depan, tengah tengah, tengah belakang, pinggir depan, pinggir

tengah, pinggir belakang), enam di rak III (tengah depan, tengah tengah, tengah

belakang, pinggir depan, pinggir tengah, pinggir belakang), dan 1 di bawah rak III

(Tengah tengah), 1 buah sensor diletakkan di bagian inlet, dan 4 sensor lainnya

diletakkan di bagian outlet. Waktu pengukuran suhu dilakukan selama 8 jam.

P

T

P P

T T

P Iiii

T

P

Gambar 2. Posisi sensor pada ruang rak pengering

Keterangan: P : Pinggir

T : Tengah


22

2. Metode Simulasi CFD

Simulasi pada alat pengering tipe rak dilakukan dengan sebuah skenario

yaitu dilakukan dengan mengkondisikan letak inlet bahan yang akan dikeringkan

dan outlet. Masukkan data input untuk setiap suhu simulasi. Contoh geometri

skenario inlet dan outlet alat pengering tipe rak dapat dilihat pada

Gambar 3. Sedangkan untuk tahapan penggunaan ANSYS Fluent untuk simulasi

dapat dilihat pada Lampiran 12.

Inlet

Outlet

Gambar 3. Geometri skenario inlet dan outlet alat pengering

3. Metode validasi

Validasi dilakukan untuk membandingkan hasil dari simulasi CFD dengan

hasil pengukuran langsung di laboratorium. Hal ini dilakukan untuk mengetahui

seberapa akurat hasil perhitungan menggunakan program CFD dibandingkan

dengan pengukuran langsung. Untuk mengetahui error mutlak dapat

menggunakan Persamaan 14.


23

Prosedur Penelitian

- Pengukuran langsung

1. Memanfaatkan sumber energi panas dari kondensor kulkas.

2. Memasukkan chips temulawak ke dalam ruang rak pengering.

3. Melakukan pengukuran kecepatan aliran udara, suhu secara langsung di

kondisi suhu ruang.

4. Mencatat masing-masing hasil pengukuran.

- Metode simulasi

1. Menggambar geometri alat pengering tipe rak dibuat menggunakan Ansys

fluent versi 18.1.

2. Menentukan inlet dan outlet udara pada alat pengering.

3. Menentukan kondisi batasan dan domain model pengering, kemudian

dilakukan proses grid (meshing) dengan interval tertentu.

4. Setelah itu geometri yang sudah dibuat diekspor ke program fluent untuk

dilakukan analisa lebih lanjut. Proses yang dilakukan pada program fluent

antara lain :

a. Mendefenisikan model, dimana ditentukan solver dan pemakaian energi

b. Menentukan jenis fluida dan material penyusun bangunan alat pengering

yang digunakan serta sifat termofisiknya.

c. Menentukan kondisi operasi (operating condition) yang terlibat.

d. Memasukkan nilai kondisi-kondisi batas (boundary condition) terhadap

domain yang sudah dibuat dengan program Ansys fluent 18.1.

e. Melakukan proses inisialisasi.


24

f. Melakukan proses iterasi.

g. Melihat tampilan hasil simulasi dalam bentuk grid, kontur (suhu, dan

kecepatan), vektor (suhu, kecepatan).

- Metode validasi

a. Membandingkan hasil dari simulasi CFD dengan hasil pengukuran langsung

di laboratorium dengan menggunakan Persamaan 14.

Titik Pengukuran

Koordinat titik-titik pengukuran di dalam ruang rak pengering adalah sama

untuk setiap waktu simulasi. Hasil pengukuran dari titik-titik yang telah

ditentukan kemudian dibandingkan dengan hasil simulasi CFD dan dilakukan

validasi.

Parameter Penelitian

1. Suhu

Pengukuran suhu menggunakan sensor suhu dan data logger untuk membaca

hasil pengukuran suhu dari sensor suhu yang digunakan. Pengukuran dilakukan

pada beberapa titik di dalam ruang pengering. Pengambilan data dilakukan

selama 8 jam.

2. Kecepatan aliran udara

Pengukuran kecepatan aliran udara dilakukan dengan menggunakan

anemometer pada saluran inlet.


25

Asumsi dalam Simulasi CFD

Asumsi yang digunakan dalam simulasi suhu, aliran udara yaitu :

1. Udara bergerak dalam kondisi steady.

2. Aliran udara dianggap turbulen. Aliran turbulen jika Re > 4000

(Holman, 2010). Nilai dan perhitungan aliran turbulen pada ruang pengering

ditunjukkan pada Lampiran 2.

3. Udara tidak tertekan (incompresible), konstan.

4. Panas jenis, konduktifitas dan viskositas udara konstan.

5. Udara lingkungan pada Laboratorium Energi dan Elektrifikasi dianggap

konstan selama simulasi.

6. Pada kondisi berisi temulawak dianggap terisi penuh dan model rak dianggap

rata.

Kondisi Awal Dalam Simulasi CFD

Untuk semua simulasi dilakukan pada kondisi awal sebagai berikut :

1. Kecepatan udara awal baik pada koordinat X, Y dan Z adalah 0 m/s

2. Permukaan suhu dinding luar = suhu lingkungan

3. Tekanan udara adalah 1 atm (101,325 kPa)


26

HASIL DAN PEMBAHASAN

Distribusi Suhu Ruang Pengering Dalam Kondisi Kosong

1. Pengukuran Langsung

Pada pengukuran langsung suhu dalam kondisi kosong, ruang pengering

diukur secara langsung tanpa menggunakan bahan temulawak. Pengukuran

langsung menggunakan 24 titik penyebaran suhu dengan sebaran suhu rata-rata 3

rak adalah pada setiap rak (dimulai dari rak paling atas) 37,44 oC, 38,26

oC, dan

37,93 oC. Rata-rata dari inlet ruang pengering adalah 39,48

oC, dan untuk

rata-rata outlet dari gabungan 3 rak adalah 36,53 oC. Dari data ini bahwa suhu

tertinggi berada di rak II dengan suhu rata-rata 38,26 oC dan yang terendah pada

rak I dengan suhu rata-rata 37,44 oC. Hasil rata-rata data suhu pengukuran

langsung dalam kondisi kosong dapat dilihat pada Lampiran 9.

2. Simulasi CFD

Simulasi CFD pengering tray dryer bertujuan untuk mengetahui pola dan

sebaran suhu yang terjadi pada ruang pengering. Pembuatan simulasi diawali

dengan pengumpulan data input CFD, dan diakhiri dengan penyajian hasil

simulasi berupa plot kontur. Pada Lampiran 4 telah disajikan parameter yang

dibutuhkan untuk simulasi. Suhu yang digunakan sebagai input simulasi CFD

adalah suhu rata-rata dari inlet ruang pengering dalam kondisi kosong yaitu

39,48 oC. Kontur suhu hasil simulasi CFD pada ruang pengering dalam kondisi

kosong dapat dilihat Gambar 4


27

Gambar 4. Kontur suhu simulasi ruang pengering dalam kondisi kosong.

Distribusi suhu yang diperlihatkan oleh kontur suhu pada Gambar 4

menunjukkan bahwa distribusi suhu dalam ruang pengering belum cukup baik.

Bagian rak atas yaitu pada rak I dalam pengering cenderung memiliki suhu yang

rendah sedangkan pada rak II yang sejajar dengan poros kipas dan rak III

pengering memiliki suhu tinggi yang ditandai dengan warna merah berkombinasi

dengan warna oranye. Hasil simulasi ini juga memiliki kecerendungan yang sama

dengan kondisi yang sebenarnya, di mana suhu pada rak atas memiliki suhu yang

paling rendah, sedangkan suhu tertingi berada pada rak II. Suhu pada setiap rak

tidak rata dikarenakan diameter daun kipas yang kecil, sehingga panas tidak

secara optimal dapat dihisap kipas dan mengalirkannya ke ruang pengering.

Selain itu, Mujumdar dan Devahastin (2001) menyatakan bahwa distribusi aliran

panas dalam ruang pengering belum merata khususnya pengeringan yang

menggunakan tipe rak.

Kontur suhu yang disajikan pada Gambar 4 menunjukkan bahwa hasil

simulasi memiliki nilai suhu udara dalam ruang pengering dengan rata-rata

38.13 oC. Suhu rata-rata di rak I, II, III masing-masing sebesar 37,85

oC, 38,63

oC


28

dan 38,21 oC. Pada rak I, II, dan III suhu yang cukup tinggi berada pada bagian

depan dan tengah sedangkan pada bagian belakang suhu tidak terlalu tinggi. Hal

ini dikarenakan pada bagian belakang rak jauh dari sumber panas dan dekat

dengan udara luar.

Warna merah pada kontur suhu menunjukkan suhu yang tinggi yaitu

berkisar 39,6 oC – 38,9

oC, sedangkan warna biru pada kontur suhu menunjukkan

suhu yang rendah. Bagian depan rak pengering memiliki dominasi warna oranye

dengan kombinasi warna merah dan kuning. Warna tersebut menunjukkan bahwa

terdapat udara dengan nilai suhu yang berbeda yaitu udara yang terpanaskan oleh

dinding alat dengan menggunakan aluminium dan udara panas yang berasal dari

lubang inlet.

3. Validasi Suhu

Validasi merupakan tahap pembuktian untuk menunjukkan ketepatan antar

hasil simulasi dengan pengukuran. Data yang digunakan untuk validasi adalah

data suhu di dalam ruang pengering. Terdapat 24 titik yang ditempatkan pada

ruang pengering, di mana pada tiap rak terdiri dari enam titik ukur, empat di outlet

dan satu di inlet. Hasil rata-rata suhu pengukuran, suhu simulasi dan validasi

ruang pengering dalam kondisi kosong dapat dilihat pada Tabel 3.


29

Tabel 3. Hasil rata-rata suhu pengukuran, simulasi dan validasi kondisi kosong

Ruang Titik Suhu oC Error (%)

pengering pengukuran Pengukuran langsung Simulasi

Rak I T1 38,92 39,6 1,74

T2 37,11 37,4 0,76

T3 36,2 36,7 1,38

T4 38,88 39,2 0,80

T5 37,8 38,2 1,06

T6 35,74 36 0,72

Rak II T7 39,01 39,20 0,48

T8 38,18 38,9 1,86

T9 37,52 38,2 1,79

T10 39,02 39,2 0,44

T11 38,52 38,9 0,96

T12 37,26 37,4 0,36

Rak III T13 38,39 38,9 1,32

T14 37,60 38,2 1,58

T15 37,24 37,4 0,41

T16 38,91 39,2 0,74

T17 38,59 38,90 0,81

T18 37,55 38,2 1,72

T19 37,27 37,4 0,33

Outlet T20 35,75 36 0,67

T21 36,87 37,40 1,42

T22 37,37 38,2 2,22

T23 36,09 36,7 1,68

Inlet T24 39,48 39,6 0,28

Rata-rata 1,06

Dari Tabel 3 dapat dilihat perbedaan nilai error pada masing-masing titik

pengukuran. Nilai error terbesar terletak di titik T22 yang berada di outlet dengan

nilai 2,22%, sedangkan nilai error terkecil terletak di titik T24 yang berada di

inlet dengan nilai 0,28%. Nilai rata-rata error yang diperoleh sebesar 1,06 %.

sehingga data yang diperoleh dari hasil perhitungan simulasi CFD dikatakan valid

karena nilai error yang diperoleh <10%, sebagaimana dinyatakan oleh


30

Widodo dkk., (2009) bahwa model dikatakan cukup valid apabila simpangan dan

error mutlak <10%, sedangkan nilai perbandingan suhu simulasi dengan suhu

pengukuran langsung dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Validasi suhu ruang pengering kondisi kosong

Pada Gambar 5 memperlihatkan parbandingan antara nilai-nilai suhu yang

diperoleh pada simulasi CFD dan data suhu pengukuran langsung. Dari Gambar 5

terlihat pola sebaran suhu simulasi secara umum sudah mengikuti suhu hasil

pengukuran. Nilai koefisien determinasi (R2) sebesar 96 %. Berdasarkan angka

tersebut dapat dikatakan pemodelan yang telah dibangun dapat memprediksi suhu

cukup valid.

Distribusi Kecepatan Aliran Udara Kondisi Kosong


Kecepatan aliran udara ruang pengering diukur dengan menggunakan

anemometer dengan rentang waktu 30 menit setiap pengukurannya selama 8 jam.

Pengukuran dilakukan di tepi Rak I, II, dan III. Hasil rata-rata kecepatan aliran

udara ruang pengering dapat dilihat pada Lampiran 11. Dari hasil data yang

y = 0,974x + 1,357

R² = 0,960

35,5

36

36,5

37

37,5

38

38,5

39

39,5

40

40,5

35 36 37 38 39 40

Suhiu

pen

gukura

n o

C

Suhu simulasi oC


31

didapat menunjukkan bahwa rata-rata kecepatan aliran udara yang dimulai dari

rak I, II, dan III adalah 0,71 m/s , 0,78 m/s, dan 0,75 m/s. Kecepatan aliran udara

tertingi terjadi di rak II dengan rata-rata kecepatan aliran udara sebesar 0,78 m/s,

sedangkan kecepatan aliran udara terendah terjadi di rak I dengan rata rata

kecepatan aliran udara sebesar 0,71 m/s.

2. Simulasi CFD

Aliran udara dalam ruang pengering berasal dari lubang inlet yang

dilengkapi dengan kipas (fan). Data input yang digunakan untuk simulasi

kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering adalah kecepatan aliran udara

pada bagian inlet yang berada di dekat kipas yaitu sebesar 1,8 m/s. Vektor

pengukuran kecepatan aliran udara dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Vektor kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering kondisi kosong

Aliran udara panas dalam ruang pengering seperti yang diperlihatkan

Gambar 6 memperlihatkan udara panas masuk dan mengalir ke dalam, kemudian

terjadi pergerakan turbulensi akibat adanya hambatan berupa plat dudukan rak.

Aliran tersebut berpengaruh terhadap penyebaran atau distribusi aliran udara

panas yang menyebabkan udara panas berputar di bagian depan rak. Hasil


32

simulasi CFD kecepatan aliran udara dalam ruang pengering pada rak I, II, dan III

masing-masing sebesar 0,74 m/s, 0,92 m/s, dan 0,82 m/s. Kecepatan aliran udara

tertinggi terdapat di bagian lubang inlet, yaitu pada kisaran 1,82 m/s yang

ditunjukkan oleh warna merah sedangkan warna biru tua menunjukkan bahwa

kecepatan aliran udara dalam ruang pengering rendah.

Garis-garis lintasan yang diperlihatkan dari hasil simulasi CFD

menunjukkan udara yang mengalir di dalam ruang pengering. Aliran udara di

dalam ruang pengering seperti yang dihasilkan menunjukkan bahwa udara yang

mengalir di dalam ruang pengering cenderung berada di bagian rak II dan

rak III, dibandingkan di bagian rak I, dikarenakan udara yang akan mengalir pada

rak I terhambat plat dudukan rak, sehingga udara tidak mudah mengalir karena

benturan dudukan rak, sedangkan rak II dan III berada pada masuknya udara yang

berdekatan dengan posisi kipas sehingga udara yang masuk dari ruang pengering

inlet akan lebih mudah tersebar dan mudah mengalir di bagian rak II menuju

outlet ruang pengering. Syaiful (2007) menyatakan bahwa semakin bertambah

jarak panjang rak pengering maka kecepatan udara di atas rak akan menurun, hal

ini disebabkan oleh perbedaan jarak terhadap kipas pendistribusian aliran udara.

3. Validasi Kecepatan Aliran Udara

Data hasil rata-rata validasi kecepatan aliran udara dapat dilihat pada

Tabel 4. Dari Tabel 4 dapat diketahui bahwa nilai rata-rata error dari tiga rak

sebesar 9,58%, yang artinya nilai error tersebut masih berada di bawah batas nilai

error toleransi, sehingga perhitungan simulasi CFD dikatakan valid karena nilai

error yang diperoleh <10%.


33

Tabel 4. Rata-rata pengukuran kecepatan aliran udara, simulasi dan validasi Ruang pengering Kec. Udara (m/s) Error (%)

Pengukuran langsung Simulasi

Rak I 0,71 0,74 3,97

Rak II 0,78 0,92 16,72

Rak III 0,75 0,82 8,06

Rata-rata 9,58

Dari Tabel 4 dapat diketahui bahwa nilai rata-rata error pada rak II

memiliki nilai error yang cukup tinggi yaitu sebesar 16,72% . Error yang terjadi

antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran pada simulasi disebabkan karena

data input yang diperlukan untuk simulasi ke dalam Fluent berupa data yang

cukup sederhana, sedangkan yang terjadi di alam atau kondisi sesungguhnya

adalah kondisi yang kompleks dan rumit. Misalkan untuk data di dalam Fluent

hanya dimasukkan satu buah data kecepatan dan bersifat konstan, sedangkan

kondisi sesungguhnya pada ruang pengering sangatlah kompleks dan

berubah-ubah. Error yang terjadi juga disebabkan ketika pengambilan data aliran

pengukuran langsung, di mana pintu ruang pengering pada bagian tengah tepatnya

pada rak II sedikit terbuka membuat udara sebagian keluar, sehingga terdapat

selisih pengukuran antara pengukuran langsung dan pengukuran CFD.

Distribusi Suhu Ruang Pengering Dalam Kondisi Berisi


Pada pengukuran langsung dalam kondisi berisi, ruang pengering diukur

secara langsung menggunakan bahan komoditi yaitu temulawak. Titik pengukuran

penyebaran suhu dalam kondisi berisi sama dengan pada kondisi kosong yaitu

menggunakan 24 titik penyebaran suhu. Hasil pengukuran suhu dalam kondisi

berisi dengan sebaran suhu rata-rata 3 rak adalah pada setiap rak (dimulai dari rak


34

paling atas) 31,54 oC, 34,64

oC, dan 33,90

oC. Rata-rata dari inlet ruang pengering

adalah 37,35 oC, dan untuk rata - rata outlet dari gabungan 3 rak adalah 31,94

oC.

Dari data ini diketahui bahwa suhu tertinggi berada di rak II dan yang terendah

pada rak I. Hasil rata-rata data suhu pengukuran langsung dalam kondisi berisi

dapat dilihat pada Lampiran 10.

2. Simulasi CFD

Simulasi CFD pada kondisi berisi yaitu mensimulasikan pola sebaran suhu

di ruang pengering. Pembuatan simulasi diawali dengan pengumpulan data input

CFD, dan diakhiri dengan penyajian hasil simulasi berupa plot kontur. Pada

Lampiran 4 telah disajiakan parameter yang dibutuhkan untuk simulasi kondisi

berisi temulawak. Suhu yang digunakan sebagai input simulasi CFD dalam

kondisi berisi yaitu suhu inlet sebesar 37,35 oC. Kontur suhu simulasi ruang

pengering dalam kondisi berisi dapat dilihat Gambar 7.

Gambar 7 . Kontur suhu simulasi ruang pengering dalam kondisi berisi

Kontur suhu pada Gambar 7 memperlihatkan suhu pada rak I, II, dan III

bagian depan pengering memiliki panas yang paling tinggi, lalu menurun menuju

rak bagian belakang ruang pengering. Hal ini dikarenakan suhu di dalam ruang


35

pengering lebih banyak terjebak di bagian depan yang dipengaruhi oleh aliran

udara yang lebih sulit melewati celah antara temulawak karena asumsi yang

dipakai saat simulasi yaitu temulawak dianggap terisi penuh, sehingga panas di

bagian belakang rak tidak tersebar meluas di dalam ruang pengering dibandingkan

bagian depan rak yang lebih banyak dilewati aliran aliran udara.

Delele dkk., (2013) menyatakan bahwa uap air bahan, terutama pada daerah

permukaan bahan akan naik sejalan dengan arah udara dan kenaikan suhunya.

Pada saat itu terjadi perpindahan massa dari bahan ke udara dalam bentuk uap air.

Kontur suhu yang disajikan Gambar 4 menunjukkan bahwa hasil simulasi

memiliki nilai suhu udara dalam ruang pengering dengan rata-rata 33,70 oC. Suhu

rata-rata di rak I, II, III masing-masing sebesar 32,06 oC, 35,35

oC dan 33,41

oC.

Warna merah pada kontur suhu menunjukkan suhu yang tinggi yaitu berkisar

37,5 oC – 36,8

oC. Pada Bagian depan rak pengering memiliki warna dengan

kombinasi warna kuning dan hijau. Warna tersebut menunjukkan bahwa terdapat

udara dengan nilai suhu yang berbeda, perbedaan warna tersebut dikarenakan

adanya penurunan suhu, hal ini terlihat udara yang lebih panas atau kontur suhu

yang berwarna kuning tidak dapat menjangkau sampai ke seluruh ruang

pengering.

3. Validasi Suhu

Validasi diperlukan untuk mengetahui tingkat error yang terjadi pada hasil

simulasi terhadap hasil pengukuran. Data yang digunakan untuk validasi adalah

data suhu di dalam ruang pengering. Terdapat 24 titik yang ditempatkan pada

ruang pengering, dimana pada tiap rak terdiri dari enam titik ukur, empat di outlet


36

dan satu di inlet. Hasil rata-rata suhu pengukuran, suhu simulasi dan validasi

ruang pengering dalam kondisi berisi dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Hasil rata-rata suhu pengukuran, simulasi dan validasi kondisi berisi

Ruang Titik Suhu oC Error (%)

pengering pengukuran Pengukuran langsung Simulasi

Rak I T1 34,26 34,5 0,69

T2 30,25 31,6 4,43

T3 29,24 30,8 5,33

T4 34,41 32,3 6,15

T5 32,05 33,1 3,25

T6 29,03 30,1 3,67

Rak II T7 35,88 36,40 1,46

T8 34,37 35,5 3,29

T9 33,51 34,3 2,35

T10 36,18 36,8 1,72

T11 34,60 35,3 2,02

T12 33,32 33,8 1,43

Rak III T13 34,14 34,5 1,03

T14 31,26 31,6 1,07

T15 31,27 31,6 1,05

T16 34,77 35,3 1,52

T17 33,56 33,8 0,70

T18 31,7 32,3 1,89

T19 33,62 34,8 3,50

Outlet T20 32,11 33,5 4,30

T21 32,42 33,8 4,23

T22 33,56 33,9 1,00

T23 29,66 31,6 6,52

Inlet T24 37,35 37,5 0,38

Rata-rata 2,62

Dari Tabel 5 dapat dilihat perbedaan nilai error pada masing-masing titik

pengukuran. Nilai error terbesar terletak di titik T23 yang berada di outlet dengan

nilai 6,52%, sedangkan nilai error terkecil terletak di titik T24 yang berada di

inlet dengan nilai 0,38%. Nilai rata-rata error yang diperoleh sebesar 2,62 % dan


37

nilai ini dibawah 10%, sehingga data yang diperoleh dari hasil perhitungan

simulasi CFD dikatakan valid karena nilai error yang diperoleh <10%,

sebagaimana dinyatakan Triwahyudi dkk., (2009) bahwa model dikatakan cukup

valid apabila simpangan mutlak <10%. Sedangkan nilai perbandingan suhu

simulasi dengan suhu pengukuran langsung dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Validasi suhu ruang pengering kondisi berisi

Pada Gambar 8 memperlihatkan perbandingan antara nilai-nilai suhu yang

diperoleh pada simulasi CFD dan data suhu pengukuran langsung. Dari Gambar 8

terlihat pola sebaran suhu simulasi secara umum sudah mengikuti suhu hasil

pengukuran. Nilai koefisien determinasi (R2) sebesar 87,8 %. Berdasarkan angka

tersebut dapat dikatakan model yang dibangun cukup valid untuk memprediksi

suhu.

Error yang terjadi antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran pada

simulasi disebabkan karena data input atau boundary condition yang diperlukan

untuk simulasi ke dalam Fluent berupa data yang cukup sederhana, sedangkan

yang terjadi di alam atau kondisi sesungguhnya adalah kondisi yang kompleks

dan rumit. Misalkan untuk data di dalam Fluent hanya dimasukkan satu buah data

y = 0,8308x + 6,259

R² = 0,8786

25

27

29

31

33

35

37

39

27 29 31 33 35 37 39

Suhu p

engukura

n o

C

Suhu simulasi oC


38

suhu dan bersifat konstan, sedangkan kondisi suhu sesungguhnya pada ruang

pengering sangatlah kompleks dan berubah - ubah. Menurut Widodo dkk., (2009)

error yang terjadi pada sebuah simulasi CFD dapat diakibatkan karena kondisi

lingkungan yang berubah seperti iradiasi matahari, kecepatan udara masuk, suhu

lingkungan dan kelembaban udara lingkungan. Sementara itu, nilai input pada

CFD sudah diatur pada kondisi suhu, kecepatan udara masuk dalam ruang

pengering pada kondisi tertentu. Kondisi tersebut tidak berubah selama

pengukuran CFD.

Distribusi Kecepatan Aliran Udara Kondisi Berisi


Kecepatan aliran udara ruang pengering pada kondisi berisi diukur dengan

menggunakan anemometer dengan rentang waktu 30 menit setiap pengukurannya

selama 8 jam. Pengukuran dilakukan sama dengan pengukuran pada saat kondisi

kosong yaitu di tepi rak I, II, dan III. Hasil rata-rata kecepatan aliran udara ruang

pengering dapat dilihat pada Lampiran 11. Dari hasil data yang didapat

menunjukkan bahwa rata-rata kecepatan aliran udara yang dimulai dari rak I, II,

dan III adalah 0,7 m/s , 0,78 m/s, dan 0,75 m/s. Kecepatan aliran udara tertingi

terjadi di rak II dengan rata rata kecepatan aliran udara sebesar 0,78 m/s,

sedangkan kecepatan aliran udara terendah terjadi di rak I dengan rata rata

kecepatan aliran udara sebesar 0,71 m/s. Besarnya kecepatan aliran udara di dalam

ruang pengering akan mempengaruhi kecepatan udara yang akan masuk dan suhu

di dalam ruang pengering.


39

2. Simulasi CFD

Data input yang digunakan untuk simulasi kecepatan aliran udara di dalam

ruang pengering yaitu pada bagian inlet yang berada di dekat kipas yaitu 1,8 m/s.

Vektor pengukuran kecepatan aliran udara dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Vektor kecepatan aliran udara di dalam ruang pengering kondisi berisi

Berdasarkan Gambar 9, vektor kecepatan aliran udara pada ruang

pengering terjadi turbulensi pada saat aliran masuk dari inlet membentur plat dari

dudukan rak. Akibat adanya hambatan berupa plat dudukan rak, arah aliran

kemudian berputar ke arah sisi bagian atas dan bawah. Untuk kecepatan aliran

udara yang searah inlet aliran kecepatan udara dapat menjangkau sampai menuju

outlet ruang pengering, sedangkan bagian atap dan lantai bawah, arah vektor

aliran kecepatan udara sedikit tidak tersebar meluas di dalam ruang pengering.

Hal itu ditandai dengan sedikitnya udara yang melewati ruang pengering.

Hasil simulasi CFD kecepatan aliran udara dalam ruang pengering pada

rak I, II, dan III masing -masing sebesar 0,72 m/s, 0,91 m/s, dan 0,82 m/s.

Kecepatan aliran udara tertinggi terdapat di bagian lubang inlet, yaitu pada kisaran

1,81 m/s yang ditunjukkan oleh warna merah sedangkan warna biru tua


40

menunjukkan bahwa kecepatan aliran udara dalam ruang pengering rendah.

perubahan warna tersebut menandai penurunan kecepatan.

Udara yang melewati inlet memiliki kecepatan aliran udara yang lebih

besar dibandingkan dengan kecepatan aliran udara yang berada di dalam ruang

pengering rak. Hal ini dikarenakan udara yang melewati lubang inlet akan

menekan udara sekitarnya masuk kedalam ruang pengering. Hal ini diasumsikan

sama dengan fluida yang melewati penampang pipa yang lebih kecil. Sesuai

dengan pernyataan Young dan Freedman (2002) yang mengatakan bahwa

kecepatan aliran fluida di penampang besar (v1) lebih kecil dari pada kecepatan

aliran fluida pada pipa berpenampang kecil (v2).

3. Validasi Kecepatan Aliran Udara

Data hasil rata-rata validasi kecepatan aliran udara dapat dilihat pada

Tabel 6. Dari Tabel 6 dapat diketahui bahwa nilai rata-rata error dari tiga rak

sebesar 9,47%, yang artinya nilai error tersebut masih berada di bawah batas nilai

error toleransi, sehingga perhitungan simulasi CFD dikatakan cukup valid karena

nilai error yang diperoleh <10%.

Tabel 6. Rata-rata pengukuran kecepatan aliran udara, simulasi dan validasi Ruang pengering Kec. Udara (m/s) Error (%)

Pengukuran langsgung Simulasi

Rak I 0,7 0,72 2,85

Rak II 0,78 0,91 16,66

Rak III 0,75 0,82 8,90

Rata-rata 9,47

Dari Tabel 4 dapat diketahui bahwa nilai rata-rata error terbesar pada

rak II yaitu sebesar 16,66% . Error yang terjadi pada sebuah simulasi dapat

diakibatkan karena kondisi lingkungan dan kecepatan udara masuk. Sementara itu


41

nilai input pada CFD sudah diatur pada kondisi kecepatan udara masuk ruang

pengering pada kondisi tertentu. Error yang terjadi juga disebabkan ketika waktu

pengambilan data aliran pengukuran langsung, di mana pintu ruang pengering

pada bagian tengah tepatnya pada rak II sedikit terbuka membuat udara sebagian

keluar, sehingga terdapat selisih pengukuran antara pengukuran langsung dan

pengukuran CFD.

Berdasarkan hasil yang didapat pada simulasi suhu kondisi kosong dan

berisi memperlihatkan suhu yang tertinggi berada pada bagian rak II dan yang

terendah pada rak I. Kontur suhu yang diperlihatkan pada kondisi kosong maupun

berisi menunjukkan bahwa pada bagian depan rak pengering suhu lebih panas lalu

menurun menuju bagian belakang. Pola sebaran suhu pada simulasi kondisi

kosong dan berisi memiliki pola sebaran suhu yang berbeda kareana adanya bahan

yang diletakkan pada kondisi berisi. Sedangkan untuk simulasi aliran udara pada

kondisi kosong dan berisi memiliki vektor kecepatan aliran udara yang hampir

sama, di mana ketika udara panas masuk dan mengalir ke dalam terjadi

pergerakan turbulensi akibat adanya hambatan plat dudukan rak. Garis-garis

lintasan hasil simulasi kondisi kosong dan berisi juga menunjukkan udara

cenderung paling banyak berada di bagian rak II dan rak III.


42

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Berdasarkan hasil dari penelitian dapat disimpulkan bahwa hasil

pengukuran langsung dan simulasi pada kondisi kosong memiliki suhu

rata-rata 37,73 o

C dan 38,13 o

C, serta dengan nilai rata-rata error validasi

suhu sebesar 1,06%, sedangkan pada kondisi berisi memiliki suhu

rata-rata pengukuran langsung dan simulasi sebesar 33,03 oC dan

33,70 oC, serta nilai rata-rata error validasi suhu sebesar 2,62%, sehingga

perhitungan simulasi CFD dikatakan valid.

2. Hasil validasi menunjukkan bahwa simulasi CFD pada kondisi kosong

memiliki nilai error terkecil sebesar 0,28% dan memiliki nilai error

terbesar 2,22%, sedangkan pada kondisi berisi memiliki nilai error terkecil

0,38% dan memiliki error terbesar 6,52%.

3. Kecepatan aliran udara pada kondisi kosong memiliki nilai rata-rata

pengukuran langsung dan simulasi sebesar 0,71 m/s, 078 m/s, 0,75 m/s

dan 0,74 m/s, 0,92 m/s, 0,82 m/s serta dengan nilai rata-rata error sebesar

9,58 %, sedangkan kecepatan aliran udara pada kondisi berisi nilai

rata-rata pengukuran langsung dan simulasi sebesar 0,7 m/s, 078 m/s,

0,75 m/s dan 0,72 m/s, 0,91 m/s, 0,82 m/s serta nilai rata-rata error

sebesar 9,47%, yang artinya perhitungan simulasi CFD dikatakan valid.


43

Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengeringan dengan

komoditi yang berbeda.

2. Pada penelitian ini sebaran suhu pada ruang pengering belum merata yang

merupakan pengaruh dari posisi kipas untuk menyebarkan suhu pada

ruang pengering, untuk itu penentuan kipas sangat berpengaruh terhadap

sebaran suhu di ruang pengering dimana perlu penambahan kipas di

bagian outlet.


44

DAFTAR PUSTAKA

Agustina, W. 2013. Produksi Pati Temulawak Sebagai Alternatif Pemanfaatan

Temulawak Untuk Bahan Baku Produk Olahan Pangan: Studi Kasus Didesa

Pabuaran, Kec. Salem Kab. Brebes, Jawa Tengah. Seminar Nasional &

Workshop : Peningkatan Inovasi Dalam Menanggulangi Kemiskinan. LIPI

2013. 244-250.

Sembiring, B., Ma’mun, dan E. I Ginting. 2006. Pengaruh Kehalusan Bahan dan

Lama Ekstraksi Terhadap Mutu Ekstrak Temulawak (Curcuma Xantrorriza

ROXB). Balai Penelitian Tanaman Obat dan Aromatik. 2 : 53-58.

Bird, R.B., W.E. Stewart, dan E.N. Lightfoot. 1966. Transport Phenomena.

JhonWiley and Sons, Inc. Newyork.

Cengel, Y.A. 2003. Heat Transfer a Practical Approach. 2nd ed. McGraw-Hill

Companies Inc. New York (US).

Delele, M.A., M.E.K. Ngcobo., S.T. Getahun., L. Chen., J. Mellmann., U.L.

Opara. 2013. Studying Airflow and Heat Transfer Characteristics Of A

Horticulturalproduce Packaging System Using A 3-D CFD Model. Part I: Modeldevelopment And Validation. Journal Postharvest Biology and

Technology, 86: 536–545

Holman, J.P, 2010. Heat Transfer, 10th

Edition. Department of Mechanical

Engineering Southern Methodist University (US). McGraw-Hill

Khamidah, A., S. S. Antarlina dan T. Sudaryono.2017. Ragam Produk Olahan

Temulawak Untuk mendukung Keanekaragaman Pangan. Jurnal Litbang

Pertanian. 9: 1-12.

Manalu, P.L., H. Armansyah., Tambunan, dan L.O., Nelwan. 2012. Penentuan

Kondisi Proses Pengeringan Temulawak Untuk Menghasilkan Simplisia

Standar. Jurnal Dinamika Penelitian Industri. 23: 99-106.

Mirade, P.S. dan Daudin, J.D. 2000. A Numerical Study of The Airflow Patterns

In a Sausage Dryer. Journal Drying Technology. 18: 81-97.

Misha, S., M. Sohif., M, H. Ruslan., K. Sopian., and E. Salleh. 2013. The

Prediction of Drying Uniformity in Tray Dryer System using CFD

Simulation. International Journal of Machine Learning and Computing

3: 419-423.

Mujumdar, A.S., and S., Devahastin. 2001 Prinsip Dasar Pengeringan, Panduan

Praktis Mujumdar untuk Pengeringan lndustrial, Bogor: IPB Press.


45

Mustafa, B. 2004. Dasar Termodinamika Teknik. Universitas Trisakti. Jakarta.

Pitts, D. R., dan E.S. Leighton. 2011. Dasar Dasar Termodinamika. Jakarta:

Erlangga.

Rahardjo, M. 2010. Penerapan SOP Budidaya Untuk Mendukung Temulawak

Sebagai Bahan Baku Obat Potensial. Jurnal Perspektif 9: 78 – 93.

Riansyah, A., A. Supriadi dan R. Nopianti. 2013. Pengaruh perbedaan Suhu dan

Waktu Pengeringan Terhadap Karakteristik Ikan Asin Sepat Siam

(Trichogaster pectrorallis) dengan menggunakan Oven. Journal Fishtech,

1: 53-68.

Syaiful, M. 2007. Perpindahan Masa, Momentum dan Energi Secara Simultan Pada

Sistem Pengering. Sekolah Pascasarjana IPB. Bogor.

Taib, G.,S, dan S. Wiraatmadja. 1988. Operasi Pengeringan Pada Pengolahan Hasil

Pertanian. PT. Mediyatama Sarana Perkasa, Jakarta.

Triwahyudi, S., B. S., B. Rahardjo, L. O. Nelwan. 2016. Pemodelan Matematik

Kinerja Pengering Surya Efek Rumah Kaca (ERK)- Hibrid Menggunakan

Rak Berputar Secara Vertikal. Jurnal Agritech. 36: 353-361.

Tuakia, F. 2008. Dasar-Dasar CFD Menggunakan Fluent. Informatika Bandung,

Bandung.

Tzempelikos, D.A., A.P. Vouros., A.V. Bardakas., A.E. Filios., D.P. Margaris.

2012. Analysis of air velocity distribution in a laboratory batch-type tray air

dryer by computational fluid dynamics. International journal of

mathematics and computers in simulation. 5: 413-421.

Versteeg, H.K. and W. Malalasekera, 1995, An Introduction to Computational

Fluid Dynamics The Finite Volume Method, Longman Sc & Technical,

Malaysia.

Widodo, P., D. Wulandani, dan Y. A. Purwanto. 2009. Kajian Pola Sebaran

Aliran Udara Panas Pada Model Pengering Efek Rumah Kaca Hibrid Tipe

Rak Berputar Menggunakan Computational Fluid Dynamics. Journal

Engineering Pertanian. 7: 105-113.

Xia, B., D.W. Sun. 2002. Applications of computational fluid dynamics (CFD) in

the food industry: a review. Journal Computers and Electronics in

Agriculture. 34: 5-24.

Young., H dan R.A. Freedman.2002. Fisika Universitas (Terjemahan). Erlangga,

Jakarta.


46

Lampiran 1. Flow Chart penelitian

Mulai

Pembuatan geometri

(meshing dan boundary

condition)

Simulasi suhu

konvergen

Analisis

Simulasi

Pengukuran

langsung

Validasi data simulasi

dengan pengukuran

langsung

Selesai

Parameter:

- Suhu

- Aliran

udara

Tidak

Ya


47

Lampiran 2 . Perhitungan nilai koefisien pindah panas pada kondisi kosong

a. Aliran udara ruang pengering

Suhu inlet : 39,48 ⁰C (312,48 ⁰K)

Suhu outlet : 36,53 ⁰C (309,53 ⁰K)

Suhu fluida operasi = 39,48 36,53

2 = 38 ⁰C = 311 ⁰K

Untuk mencari nilai Re, dapat dilihat Persamaan (11).

Re = v i

Re = 1,009

kgm3⁄ . 1,8 m s . 0,17 m⁄

19,348 x 10-6

Re = 15,957.928

b. Heat transfer coefficient (h)

Rak 1

Suhu dinding : 37,47 ⁰C (310, 47 ⁰K)

Suhu lingkungan : 28,21 ⁰C (301, 21⁰K)

Suhu fluida operasi = 37, 47 28, 21

2 = 32, 84 ⁰C = 305, 84 ⁰K

Suhu

(⁰C)

Diameter

kipas

Di (m)

Massa

jenis

udara

(kg/m3)

Panas jenis

udara Cp

(Kj/kg.K)

Konduktivitas

panas udara k

(W/m.C⁰)

Viscositas

dinamis

udara

(N s/m2 )

Viscositas

kinematik

udara

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

38 0,17 1,009 1,0138 0,02636 19,348 x 10-6

17,396 x 10-6

0,71

Suhu

(⁰C)

Panjang

L

(m)

Massa

jenis

(kg/m3)

Konduktivitas

panas k

(W/m.C⁰)

Viscositas

kinematik

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

32, 84 1, 28 1, 117 0, 0259 16, 86 x 10-6

0,71


48

Untuk mencari nilai Gr, kita harus memenuhi persamaan (13).

Gr = g β 3

2

Gr = 9,81 m

2s⁄ . (

1

305,84 K )(310,47 K - 301, 21 K) (1,28 m)

3

(16, 86 m2s⁄ )

2

Gr =

9,81 m2

s 3,269 x 10-3 K (9,26 K) (2,097 m3)⁄

284, 2596 x 10-12 m

4

s2⁄

Gr = 21907807

Ra = Gr x Pr

Ra = 21907807 x 0,71

Ra = 15554542

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

Nu =

(

0,825

0,387 (15554542)16

[1 (0,492

0,71)

916]

827

)

1

2

Nu = (0,825 6,107653339

1,192897242)

1

2


49

Nu = (5,9450)1

2

Nu = 2,438

h = u x k

h = 2,438 x 0,02636 m. K⁄

1,28 m

h = 0,050 W/m2 K

Rak 2

Suhu dinding : 38,27 ⁰C (311,27 ⁰K)



2 = 33,24 ⁰C = 306,24 ⁰K

Gr = g β 3

2

Gr =

9,81 m2s⁄ . (

1

306,24 K )(311,27 K - 301,21 K) (1,28 m)

3

(16,91 m2s⁄ )

2

Gr =

9,81 m2

s 3,265 x 10-3 K (10,06 K) (2,097 m3)⁄

285,9481 x 10-12 m

4

s2⁄

Gr = 2363099992

Ra = Gr x Pr

Ra = 2363099992 x 0,71

Suhu

(⁰C)

Panjang

L

(m)

Massa

jenis

(kg/m3)

Konduktivitas

panas k

(W/m.C⁰)

Viscositas

kinematik

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

33,24 1,28 1,115 0,0260 16,91 x 10-6

0,71


50

Ra = 1677800994

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

Nu =

(

0,825

0,387 (1677800994)16

[1 (0,492

0,71)

916]

827

)

1

2

Nu = (0,825 13,32148756

1,192897242)

1

2

Nu = (12,817)1

2

Nu = 3,580

h = u x k

h = 3,580 x 0,02636 m. K⁄

1,28 m

h = 0,073 W/m2 oK

Rak 3

Suhu dinding : 38,35 ⁰C (311,35 ⁰K)


Suhu fluida operasi = 38,35 28

2 = 33,28 ⁰C = 306,28 ⁰K


51

Gr = g β 3

2

Gr =

9,81 m2s⁄ . (

1

306,28 K )(311,35 K - 301 K) (1,28 m)

3

(16,91 m2s⁄ )

2

Gr =

9,81 m2

s 3,264 x 10-3 K (10,14 K) (2,097 m3)⁄

285,9481 x 10-12 m

4

s2⁄

Gr = 2381048972

Ra = Gr x Pr

Ra = 2381048972 x 0,71

Ra = 1690544477

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

Nu =

(

0,825

0,387 (1690544477)16

[1 (0,492

0,71)

916]

827

)

1

2

Nu = (0,825 13,33829127

1,192897242)

1

2

Suhu

(⁰C)

Panjang

L

(m)

Massa

jenis

(kg/m3)

Konduktivitas

panas k

(W/m.C⁰)

Viscositas

kinematik

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

33,28 1,28 1,115 0,0260 16,91 x 10-6

0,71


52

Nu = (12,006)1

2

Nu = 3,465

h = u x k

h = 3,465 x 0,02636 m. K⁄

1,28 m

h = 0,071 W/m2 K

Perhitungan nilai koefisien pindah panas pada kondisi berisi

a. Aliran udara ruang pengering

Suhu inlet : 37,35 ⁰C (310,35 ⁰K)

Suhu outlet : 31, 94 ⁰C (304,94 ⁰K)


2 = 34,64 ⁰C = 307,64 ⁰K

Re = v i

Re = 1,110

kgm3⁄ . 1,8 m s . 0,17 m⁄

18,886 x 10-6

Re = 17,984.750

b. Heat transfer coefficient (h)

Rak 1

Suhu dinding : 31,83 ⁰C (304, 83 ⁰K)

Suhu lingkungan : 29,79 ⁰C (302, 79 ⁰K)

Suhu

(⁰C)

Diameter

kipas

Di (m)

Massa

jenis

udara

(kg/m3)

Panas jenis

udara Cp

(Kj/kg.K)

Konduktivitas

panas udara k

(W/m.C⁰)

Viscositas

dinamis

udara

(N s/m2)

Viscositas

kinematik

udara

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

34,64 0,17 1,110 1,0134 0,02612 18,886 x 10-6

17,053 x 10-6

0,71


53

Suhu fluida operasi = 31,83 29, 79

2 = 30, 81⁰C = 303, 81 ⁰K

Gr = g β 3

2

Gr = 9,81 m

2s⁄ . (

1

303,81 K )(304,83 K - 302, 79 K) (1,28 m)

3

(16, 66 m2s⁄ )

2

Gr =

9,81 m2

s 3,291 x 10-3 K (2,04 K) (2,097 m3)⁄

277,555 x 10-12 m

4

s2⁄

Gr = 49759554864

Ra = Gr x Pr

Ra = 49759554864 x 0,71

Ra = 35329279

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

Nu =

(

0,825

0,387 (35329279)16

[1 (0,492

0,71)

916]

827

)

1

2

Suhu

(⁰C)

Panjang

L

(m)

Massa

jenis

(kg/m3)

Konduktivitas

panas k

(W/m.C⁰)

Viscositas

kinematik

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

30,81 1, 28 1, 124 0, 0258 16, 66 x 10-6

0,71


54

Nu = (0,825 7,002130789

1,192897242)

1

2

Nu = (6,694)1

2

Nu = 2,587

h = u x k

h = 2,587 x 0,02612 m. K⁄

1,28 m

h = 0,052 W/m2 K

Rak 2

Suhu dinding : 34,70 ⁰C (307,7 ⁰K)



2 = 32,24 ⁰C = 305,24 ⁰K

Gr = g β 3

2

Gr =

9,81 m2s⁄ . (

1

305,24 K )(307,7 K - 305,24 K) (1,28 m)

3

(16,80 m2s⁄ )

2

Gr =

9,81 m2

s 3,276 x 10-3 K (2,46 K) (2,097 m3)⁄

282,24 x 10-12 m

4

s2⁄

Gr = 5873917934

Suhu

(⁰C)

Panjang

L

(m)

Massa

jenis

(kg/m3)

Konduktivitas

panas k

(W/m.C⁰)

Viscositas

kinematik

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

32,24 1,28 1,119 0,0259 16,80 x 10-6

0,71


55

Ra = Gr x Pr

Ra = 5873917934 x 0,71

Ra = 4170481733

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

Nu =

(

0,825

0,387 (4170481733)16

[1 (0,492

0,71)

916]

827

)

1

2

Nu = (0,825 15,50365123

1,192897242)

1

2

Nu = (13,82)1

2

Nu = 3,717

h = u x k

h = 3,717 x 0,02612 m. K⁄

1,28 m

h = 0,075 W/m2 oK


56

Rak 3

Suhu dinding : 33,34 ⁰C (306,34 ⁰K)



2 = 31,52 ⁰C = 304,52 ⁰K

Gr = g β 3

2

Gr =

9,81 m2s⁄ . (

1

304,52 K )(306,34 K - 302 K) (1,28 m)

3

(16,92 m2s⁄ )

2

Gr =

9,81 m2

s 3,283 x 10-3 K (3,55 K) (2,097 m3)⁄

286,2864 x 10-12 m

4

s2⁄

Gr = 8374636319

Ra = Gr x Pr

Ra = 8374636319 x 0,71

Ra = 5945991786

Nu =

(

0,825

0,387 a16

[1 (0,492

r)

916]

827

)

1

2

Suhu

(⁰C)

Panjang

L

(m)

Massa

jenis

(kg/m3)

Konduktivitas

panas k

(W/m.C⁰)

Viscositas

kinematik

(m2/s)

Bilangan

Prandtls

(Pr)

33,34 1,28 1,115 0,0260 16,92 x 10-6

0,71


57

Nu =

(

0,825

0,387 (5945991786)16

[1 (0,492

0,71)

916]

827

)

1

2

Nu = (0,825 3542392945

1,192897242)

1

2

Nu = (30,52)1

2

Nu = 5,524

h = u x k

h = 5,542 x 0,02636 m. K⁄

1,28 m

h = 0,113 W/m2 K


58

Lampiran 3 . Perhitungan Nilai Heat flux

Heat flux = q

q = k .

(T1 –T2)

Kondisi kosong

q = 0,02636 /m K x 51,2 m2

1 (312,48

K – 309,53 K)

= 0,02636 /m oK x 51,2 m2

1,28 (2,95 K)

= 3,1104 W

q

=

3,1104

51,2 m2 = 0,060 W/m2

Heat flux = 0,060 W/m2

Kondisi berisi

q = 0,02612 /m K x 51,2 m2

1 (310,35

K – 307,64 K)

= 0,02612 /m oK x 51,2 m2

1,28 (2,71 K)

= 2,8314 W

q

=

2,8314

51,2 m2 = 0,055 W/m2


59

Lampiran 4. Data input properti CFD

Data properti aluminium

Jenis parameter Nilai

Panas jenis (J/kgK) 903 J/kgK

Densitas (kg/m3) 2.702 kg/m

3

Kondutivitas termal (W/mk) 237 W/mk

Sumber: Cengel 2003

Data Properti Temulawak

Jenis parameter Nilai

Panas jenis (J/kgK) 2835 J/kgK

Densitas (kg/m3) 1.057 kg/m

3

Kondutivitas termal (W/mk) 0,2797 W/mk


60

Lampiran 5. Hasil Meshing


61

Lampiran 6. Hasil Iterasi


62

Lampiran 7. Distribusi suhu dan aliran udara ruang pengering kondisi kosong 3D

(a) Distribusi suhu

(b) Pola aliran udara


63

Lampiran 8. Distribusi suhu dan aliran udara ruang pengering kondisi berisi 3D

Distribusi suhu

Pola aliran udara


64

Lampiran 9. Data suhu pengukuran langsung dalam kondisi kosong

Ruang Titik Waktu (menit) Rata-rata

Pengering Pengukuran 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480

Rak I Tengah Depan 38,6 39,9 40,5 39,9 35,6 32,8 37,2 39,5 40,4 40,4 41,1 41,1 39,8 39,9 40,5 39,6 34,9 38,92

Tengah Tengah 35,8 37 38,7 38,1 36,1 33,6 34,6 36,9 38 37,8 39,1 39,2 37,1 37,5 38,5 37,3 35,7 37,11

Tengah Belakang 34,6 35,5 37,6 37,2 35,6 33,4 34,2 35,9 36,6 36,8 37,9 38 36,2 36,4 37,5 36,6 35,4 36,2

Pinggir Depan 39,2 39,9 40,4 39,8 35,6 32,7 37,1 39,4 40,4 40,3 40,9 41 39,7 39,8 40,4 39,9 34,6 38,88

Pinggir Tengah 36,7 38,3 39,3 38,9 36,1 33,4 35,4 37,9 38,8 38,8 39,9 39,9 38,2 38,4 39,3 37,5 35,8 37,8

Pinggir Belakang 34,2 35 37,1 36,7 35,3 33,2 33,6 35,4 36,3 36,3 37,4 37,6 35,7 35,9 36,9 36 35 35,74

Rata-rata rak I 37,44

Rak II Tengah Depan 39,40 40,00 40,40 39,90 35,10 32,50 37,60 39,80 40,60 40,50 41,00 41,10 40,10 40,10 40,50 40,30 34,30 39,01

Tengah Tengah 38,3 38,5 39,5 39 35,6 33,1 36,2 38,4 39,5 39,4 40,1 40,2 38,8 38,8 39,6 39,1 35,1 38,18

Tengah Belakang 38,3 37,6 38,8 38,3 35,5 33 35,4 37,5 38,6 38,5 39,3 39,4 37,8 38 38,8 38,2 35 37,52

Pinggir Depan 39,6 40,2 40,4 39,8 34,9 32,4 37,8 39,8 40,6 40,6 41,1 41,2 40,1 40 40,5 40,4 34,1 39,02

Pinggir Tengah 38,7 39 39,9 39,3 35,8 33,2 36,7 38,8 39,8 39,8 40,5 40,5 39,1 39,2 40 39,6 35,1 38,52

Pinggir Belakang 37,3 37,5 38,5 38 35,1 32,7 35,4 37,3 38,4 38,4 39,1 39,1 37,7 37,8 38,5 38,1 34,6 37,26

Rata-rata rak II 38,26

Rak III Tengah Depan 38,1 39,2 39,9 39,4 35,5 32,7 36,4 38,8 39,8 39,7 40,4 40,5 39,2 39,2 39,9 39,2 34,8 38,39

Tengah Tengah 37,1 37,6 39,2 38,6 36,3 33,7 35,1 37,3 38,6 38,4 39,6 39,7 37,6 37,9 38,9 37,9 35,8 37,60

Tengah Belakang 36,6 37 38,7 38,1 36 33,5 34,9 37 38,2 38 39,2 39,3 37,3 37,6 38,6 37,7 35,5 37,24

Pinggir Depan 39,3 40 40,3 39,8 35,3 32,5 37,3 39,5 40,5 40,4 41 41 39,9 39,8 40,4 40,1 34,4 38,91

Pinggir Tengah 38,70 39,30 40,00 39,50 36,00 33,10 36,50 38,80 39,90 39,80 40,60 40,60 39,20 39,30 40,10 39,40 35,20 38,59

Pinggir Belakang 37 37,8 39 38,5 35,9 33,2 35,3 37,5 38,7 38,6 39,4 39,5 37,9 38 38,9 37,9 35,3 37,55

Tengah Bawah 36 37,3 36,8 38,4 35,7 33,1 35,4 37,5 38,3 38,4 39,4 39,4 37,9 38,1 38,9 38,1 35 37,27

Rata-rata rak III 37,93

Outlet Outlet D 33,5 35,4 37,40 36,5 34,4 32,3 34,4 35,9 36,3 36,7 37,4 37,4 36,2 36,3 37 36,6 34,2 35,75

Outlet C 36,4 36,6 38,1 37,8 35,8 33,3 34,6 36,8 37,3 37,7 38,7 38,8 37,1 37,3 38,2 37 35,4 36,87

Outlet B 37,1 37,5 38,6 38,1 35,2 32,9 35,6 37,6 38,5 38,4 39,1 39,2 37,9 37,9 38,6 38,3 34,8 37,37

0utlet A 34,10 35,60 37,40 37,10 35,20 33,10 34,40 36,00 36,40 36,90 37,70 37,90 36,20 36,50 37,50 36,50 35,10 36,09

Inlet Inlet A 40,5 41 40,9 39,9 33,6 31,8 39,3 40,6 41,4 41,4 41,7 41,6 41,1 40,7 41,1 41,4 33,3 39,48

Rata-rata 37,73


65

Lampiran 10. Data suhu pengukuran langsung dalam kondisi berisi

Ruang Titik Waktu (menit) Rata-rata

Pengering Pengukuran 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480

Rak I Tengah Depan 31,5 32 28,8 28,8 33,8 34,4 34,7 34,9 35,6 35,7 35,9 35,5 35,4 38,9 32 37,8 36,8 34,26

Tengah Tengah 28,4 28,9 28,2 28 30,4 30,8 30,7 30,7 31,1 30,6 30,7 30,2 30 32,8 28,8 32,4 31,7 30,25

Tengah Belakang 27,7 28,1 27,7 27,7 30,9 29,6 29,4 29,2 29,6 29,2 29,2 28,8 28,5 31,3 28 31,1 31,1 29,24

Pinggir Depan 31,8 32,3 28,7 28,6 33,9 34,4 34,7 35,2 35,6 35,5 36,1 35,8 35,4 39,1 32,1 38,1 37,8 34,41

Pinggir Tengah 30,9 31,5 28,8 28,7 32 32,4 32,5 32,4 33 32,7 32,7 32,2 32,1 35,1 30 34,7 33,3 32,05

Pinggir Belakang 27,4 27,9 27,5 27,4 28,7 29,1 29,1 28,8 29,1 28,8 28,7 30,4 30,5 30,9 27,9 30,8 30,6 29,03

Rata-rata rak I 31,54

Rak II Tengah Depan 34,20 34,60 29,30 29,30 35,60 35,80 36,50 36,80 37,20 37,30 37,70 37,40 36,80 40,40 33,20 38,90 38,90 35,88

Tengah Tengah 32,3 32,7 29,2 29,1 34 34,4 34,9 35,2 35,4 35,5 35,8 35,5 34,8 38,6 32 37,3 37,6 34,37

Tengah Belakang 31,6 31,9 29,2 29,1 33,1 33,7 34 34,1 34,4 34,5 34,8 34,3 33,7 37,3 31,2 36,3 36,5 33,51

Pinggir Depan 34,7 35,1 29,4 29,3 36 36 36,7 37,2 37,6 37,6 38,1 37,6 37,1 40,7 33,4 39,3 39,2 36,17

Pinggir Tengah 33,2 33,5 29,6 29,5 34,4 34,7 34,9 35,2 35,7 35,5 35,9 35,4 34,9 38,5 32,1 37,6 37,6 34,6

Pinggir Belakang 31,7 32 29 28,9 33 33,4 33,7 33,9 34,3 34,2 34,5 34 33,6 37 31,1 36 36,2 33,32

Rata-rata rak II 34,64

Rak III Tengah Depan 33,5 33,7 28,2 28 32,1 34,4 34,7 34,9 35,2 35,5 35,7 35,5 35,9 35,4 34,9 36,2 36,7 34,14

Tengah Tengah 28,6 29,1 27,8 27,8 30,4 31,3 31,5 31,5 31,8 31,9 32,2 31,9 31,3 35,1 29,6 34,6 35,1 31,26

Tengah Belakang 29,2 29,6 28 27,9 31 31,5 31,7 31,7 32 31,9 32,1 31,7 31,3 34,6 29,5 34,1 33,8 31,27

Pinggir Depan 31,9 32,5 28,6 28,6 34 34,4 35,1 35,6 36,1 36,1 36,6 36,4 35,9 39,7 32,5 38,5 38,6 34,77

Pinggir Tengah 31,40 31,90 28,50 28,40 33,30 33,50 34,00 34,20 34,60 34,60 35,00 34,60 34,20 37,70 31,40 36,90 36,40 33,56

Pinggir Belakang 29,9 30,3 28,4 28,2 31,5 32 32,1 32,2 32,5 32,4 32,7 32,2 31,8 35,1 29,7 34,6 33,3 31,7

Tengah Bawah 31,8 32,3 29,3 29,2 33,6 34 34,4 34,4 34,7 34,8 34,9 34,2 33,9 37,1 31,3 36,2 35,5 33,62

Rata-rata rak III 32,90

Outlet Outlet D 29,2 29,6 28,2 28,1 32,5 32,9 33,5 33,7 33,9 33,5 33,3 32,9 32,5 34,5 30,1 34 33,6 32,11

Outlet C 31,4 31,8 29 28,9 32,8 33 33,2 33,3 33,6 33,3 33 32,7 32,5 34,8 30,4 34,1 33,5 32,42

Outlet B 32 32,3 29,4 29,3 33,7 34,1 34,6 34,7 35 35,1 35,4 35 34,4 30 31,9 36,8 36,9 33,56

0utlet A 28,20 28,60 28,00 27,90 29,70 30,10 29,90 30,00 30,30 29,90 29,80 29,50 29,20 31,80 28,20 31,60 31,60 29,66

Inlet Inlet A 36,4 36,7 29,3 29,6 37,6 36,5 38,2 38,7 39,1 39,1 39,4 39,1 38,6 41,7 35,6 39,4 40,1 37,35

Rata-rata 33,03


66

Lampiran 11. Data aliran udara pengukuran langsung

Aliran udara dalam kondisi kosong

Rak Waktu (menit) Rata-

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Rata

Rak I 0,7 0,7 0,5 0,7 0,7 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 0,71

Rak II 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,9 0,9 0,7 0,7 0,9 0,7 0,7 0,9 1,2 0,9 0,7 0,7 0,78

Rak III 0,7 0,7 0,7 0,7 0,9 0,7 0,7 0,7 0,9 0,9 0,7 0,9 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 0,75

Rata-rata 0,75

Aliran udara dalam kondisi berisi

Rak WAKTU (menit) Rata-

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 Rata

Rak I 0,5 0,7 0,7 0,7 0,5 0,7 0,7 0,5 0,7 0,7 0,9 0,9 0,7 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7

Rak II 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,9 0,9 0,7 0.7 1,1 0,7 0,9 0,9 0.7 0,7 0,7 0,78

Rak III 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,9 1,2 0,9 0,7 0,9 0,7 0,7 0,75

Rata-rata 0,74


67

Lampiran 12. Tahapan penggunaan ANSYS Fluent untuk simulasi.

Menjalankan ANSYS Fluent

Menjalankan program Fluent, dengan cara memilih ikon Fluent pada

komputer. Memilih 3D Dimension, lalu mencentang seluruh pilihan yang ada di

Display Option dan memilih Serial Processing.

Gambar 10. Tampilan menu software Ansys 18.1


68

Sebelum dilakukan simulasi menggunakan software Ansys Fluent, maka

terlebih dahulu dilakukan langkah-langkah pemodelan geometri dan

pendiskripsian kondisi. Kemudian dilanjutkan dengan membentuk mesh,

menentukan parameter dan kondisi batas (setup and solution). Setelah selesai

maka hasil simulasi dapat terlihat dalam bentuk grafik, gambar dan animasi.

1. Pemodelan geometri

Tahap awal sebelum membuat simulasi ialah membentuk geometri pada

Ansys fluent.

Gambar 11. Geometri rak kosong.

Gambar 12. Geometri rak berisi


69

2. Membentuk mesh

Mesh merupakan pembagian objek menjadi bagian bagian yang lebih

kecil. Semakin kecil meshing yang dibuat maka hasil perhitungan akan semakin

teliti namun membutuhkan daya komputasi yang besar. Selain melakukan

meshing, pada tahap ini juga akan dilakukan “pemberian nama” atau name

selection pada model yang akan disimulasi.

Gambar 13. Proses meshing.

3. Setup dan Solution

Pada tahap solution ada banyak hal yang harus dilakukan kaitannya

dengan penentuan kondisi batas dalam sebuah simulasi CFD. Proses ini

merupakan proses sangat penting karena hampir semua parameter penelitian

diprosesdalam tahapan ini. Adapun tahapan pada solution adalah general, models,

materials, cell zone conditions, boundary conditions dan iterations.

a. General

Pada menu General terdapat pilihan yaitu type solver, time (steady)

gravity dan units (satuan).


70

Gambar 14. Toolbar menu general.

a. Models

Pemilihan model memiliki beberapa jenis, tergantung pada proses atau

aliran. Model energy dipilih, karena model yang akan disimulasikan

memerlukan analisis tentang temperatur dan perpindahan panas.

Gambar 15. Toolbar menu models.


71

b. Materials

Pada menu Materials terdapat pilihan jenis material yang akan digunakan

pada simulasi. Jenis material terbagi kedalam dua jenis, yaitu solid dan fluid.

Material solid terdiri dari alumunium, temulawak. Sedangkan material fluid terdiri

air.

Gambar 16. Toolbar menu materials.

c. Boundary conditions (kondisi batas)

Pada tahap ini merupakan proses untuk memberikan kondisi batas berupa

data yang dibutuhkan pada simulasi. Kondisi batas yang terdapat pada model

pengering tray dryer ini adalah temperature dan velocity inlet.


72

Gambar 17. Toolbars menu velocity inlet.

d. Initialization (Inisialisasi)

Proses inisialisasi menentukan prediksi awal sebelum calculate (Iterasi).

Inisialisasi (tebakan awal) dihitung dari semua kondisi batas (all zones) dengan

nilai awal sesuai dengan nilai yang dimasukkan pada kondisi batas tersebut.

Gambar 18. Toolbars menu Initialization.


73

e. Run Calculation ( Proses Perhitungan )

Tahapan dimana perhitungan semua persamaan, batas-batas kondisi dari

model yang sudah ditentukan dan berhenti sesuai jumlah iterasi yang diinginkan

atau setelah mencapai kondisi konvergen.

Gambar 19. Toolbars menu Run Calculation.

f. Convergence (Konvergensi)

Pada proses ini akan dilakukan iterasi atau perhitungan oleh program

hingga terjadi convergence atau konvergensi. Indikator bahwa konvergensi telah

tercapai ialah terlihat pada grafik “Residual” menunjukkan penurunan.

Gambar 20. Proses iterasi dalam bentuk grafik Residuals.


74

3. Results (hasil)

Tahap akhir merupakan tahap postprocessor dimana hasil perhitungan

ditampilkan ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola-pola warna

tertentu.


75

Lampiran13. Gambar Alat dan Bahan Penelitian

Alat pengering tipe rak

Sensor suhu dan data loger


76

Proses pengukuran suhu dalam kondisi kosong

Proses pengukuran suhu dalam kondisi berisi


KAJIAN DISTRIBUSI SUHU DAN ALIRAN UDARA PADA ALAT ...

Documents

Transcript of KAJIAN DISTRIBUSI SUHU DAN ALIRAN UDARA PADA ALAT ...