Simulasi Numeric Cold Storage

BAB IV

SIMULASI NUMERIK DISTRIBUSI UDARA DALAM COLD STORAGE

Simulasi numerik pada penelitian ini digunakan untuk menyimulasikan distribusi

temperatur dan kelembaban relatif cold storage (ruang pendingin / gudang beku)

yang terjadi. Temperatur dan kelembaban adalah parameter termodinamik yang

penting untuk cold storage penyimpanan ikan. Dalam uraian awal pada bab

sebelumnya telah dijelaskan bahwa temperatur ruang pendingin memegang

peranan yang paling utama untuk menjamin agar mutu ikan tetap dalam keadaan

baik. Temperatur penyimpanan ikan beku yang baik adalah antara 29 C sampai

23C[1]. Kelembaban relatif untuk menjaga keadaan fisik ikan diusahakan agar

dapat mencapai 90 % 10 % [3].

Dalam penelitian ini akan disimulasikan 2 (dua) konfigurasi sistem distribusi

udara untuk cold storage. Model cold storage dibuat dengan menggunakan

bantuan program Gambit 2.2.30 sedangkan simulasi numerik menggunakan

bantuan progam Fluent 6.1. Program ini merupakan salah satu jenis program CFD

(Computational Fluid Dinamic) yang salah satu kegunaannya adalah dapat

digunakan untuk menyimulasikan kondisi udara dalam ruangan seperti

temperatur, kelembaban relatif, kecepatan dan tekanan. Selain itu juga dapat

digunakan untuk mengevaluasi pola perpindahan panas dalam ruangan.

Urutan pembuatan model cold storage dengan menggunakan gambit 2.2.30 dapat

dilihat pada diagram alir pemodelan cold storage gambar IV.1 dan tahapan

simulasi numerik dengan Fluent 6.1 diperlihatkan dengan diagram alir simulasi

cold storage gambar IV .2.

63

Mulai

Data geometri ruangan

Pembuatan geometri model ruangan

Diskritisasi model

Pemilihan solver

Penentuan tipe zona : Tipe batas

Tipe Kontinum

Selesai

Ekspor grid model ke fluent

Gambar IV .1 Diagram alir pemodelan cold storage pada Gambit

64

Mulai

Impor grid model dari gambit

Spesifikasi model dan pemilihan persamaan dasar proses

Spesifikasi material, kondisi operasi dan kondisi batas

Penentuan parameter kontrol solusi

Selesai

Gambar IV .2 Diagram alir proses simulasi cold storage pada Fluent

Inisialisasi proses iterasi

Proses iterasi

Cek hasil itetasi

Tidak

Baik

Distribusi temperatur dan kelembaban ruangan

65

IV.1 Pemodelan cold storage

Penggambaran cold storage untuk kepentingan pemodelan didasarkan pada data

data teknik yang didapat dari perusahaan penangkapan ikan di Sulawesi Utara.

Ukuran cold storage adalah 16,3 m ( panjang ) x 12,50 m ( lebar ) x 5,05 m

(tinggi).

Dalam penelitian ini, disimulasikan 2 ( dua ) alternatif sistem distribusi udara

untuk cold storage. Pada alternatif pertama penempatan difuser dan grille pada

cold storage diletakkan di atas langit langit cold storage. Difuser yang

berjumlah 12 buah diletakkan secara simetris di tengah tengah langit langit

cold storage, sedangkan grille yang berjumlah 6 buah diletakkan di pinggiran kiri

dan kanan difuser. Pada alternatif kedua hanya difuser yang diletakkan di atas

langit langit cold storage sedangkan penempatan grille diletakkan di bagian

bawah di sisi kiri dan kanan dinding cold storage. Gambar model cold storage

untuk dua alternatif tersebut secara lengkap dapat dilihat pada gambar IV.3 dan

gambar IV.4

Gambar IV.3 Model cold storage alternatif pertama

66

Gambar IV.4 Model cold storage alternatif kedua

IV.2 Analisis Psikrometrik

Sebelum dilakukan simulasi, dilakukan dahulu analisis psikrometrik. Analisis

psikrometrik dilakukan untuk mengetahui tingkat keadaan pasokan udara ke

dalam ruangan. Analisis psikrometrik pada bagian ini dilakukan pada cold

storage.

Data data untuk analisis psikrometrik :

- Kondisi perancangan pasokan udara

Te = - 30 C dan RH = 90 %

- Kondisi perancangan udara dalam ruangan yang diinginkan

T = - 25 C dan RH = 90 %

- Kapasitas aliran udara

Vud = 8400 cfm

Selanjutnya dari data data tersebut dimasukan dalam diagram psikrometrik dan

didapat hasil seperti yang terlihat pada gambar IV.5

67

Gambar IV.5 Diagram psikrometrik tingkat keadaan udara dalam cold storage

Dalam diagram psikrometrik terlihat bahwa temperatur pasokan udara yang

berasal dari saluran udara ( duct ) adalah -30 C dan RH = 90 % , ketika

memasuki cold storage dengan kondisi temperatur di dalam ruangan dirancang

sebesar - 25 C dan RH = 90 % terjadi proses pemanasan udara suplay di dalam

cold storage hal ini karena terjadi karena adanya perbedaan temperatur. Bila cold

storage yang kosong diasumsikan tidak ada sumber uap air lain di dalam cold

storage maka ketika terjadi kenaikan temperatur di dalam cold storage maka akan

terjadi penurunan kelembaban relatif, RH dan dalam analisa ini terlihat dalam

diagram psikrometrik bahwa terjadi penurunan kelembaban relatif menjadi sekitar

55 %. (Analisa psikrometik ini dilakukan dengan menggunakan bantuan software

HCB dan CATT2)

Proses penguapan terjadi terutama disebabkan oleh adanya perbedaan konsentrasi

uap air antara benda (produk ikan) dengan udara di dalam ruangan. Makin besar

perbedaan konsentrasi uap air maka proses penguapan yang terjadi akan semakin

besar. Dalam cold storage, pada awalnya diberikan suplay udara dengan

temperatur - 30 C dan persentase kelembaban relatif sebesar 90 % , ketika

dimasukkan ke dalam ruangan maka terjadi pemanasan yang antara lain berasal

dari dinding dinding cold storage sehingga apabila tidak ada sumber uap air lain

68

di dalam cold storage maka terjadi penurunan persentase kelembaban relatif

menjadi sekitar 55 %. Ketika produk ikan dimasukkan ke dalam cold storage

maka akan terjadi proses penguapan karena adanya perbedaan konsentrasi uap air

antara cold storage dengan produk ikan sebab produk ikan biasanya mengandung

uap air yang tinggi, bahkan untuk mempertahankan kandungan airnya, produk

ikan biasanya di glazing . Glazing adalah pemberian lapisan es pada permukaan

ikan, lapisan es tersebut berupa es balok yang dihancurkan sedemikian rupa

sehingga menjadi kristal kristal es lalu disebarkan secara merata di atas produk

ikan. Selanjutnya proses penguapan ini menyebabkan kandungan air dari produk

ikan akan menguap sehingga akan menyebabkan kenaikan kelembaban relatif di

dalam cold storage sampai terjadinya keseimbangan. Kelembaban relatif yang

diinginkan dalam cold storage adalah sekitar 90 % ( 10% ) .

Selanjutnya untuk simulasi cold storage dilakukan 2 (dua) tahap pelaksanaan,

yang pertama untuk cold storage dalam keadaan kosong dan yang kedua untuk

cold storage dalam keadaan telah terisi ikan ( dengan cara injeksi uap air ).

VI.3 Data Simulasi

Data data yang dibutuhkan dalam simulasi berasal dari perhitungan ruang

pendingin kemudian dari data data tersebut diperoleh laju aliran massa udara,

tingkat keadaan udara , tekanan udara pada outlet dan data data lainnya. Data

data selengkapnya untuk masukan simulasi adalah sebagai berikut :

- Data kondisi batas

Tipe Nilai

Difuser mass flow inlet temp - 30 C, fraksi massa uap air 0,000213

laju aliran massa 0,405 kg/s

Grille sirkulasi pressure outlet temp - 25 C, fraksi massa uap air 0,000355

tekanan 0 Pa Dinding depan wall fluks panas 19,17 w/m2 Dinding belakang wall fluks panas 19,17 w/m2 Dinding kiri wall fluks panas 19,17 w/m2 Dinding kanan wall fluks panas 19,17 w/m2 Atap wall fluks panas 9,59 w/m2 Lantai wall fluks panas 4,62 w/m2

69

- Data model

Solver segregated Energi enable Viscous k - standard Species species transport non reacting (2 species) Time steady

- Data material

Udara campuran udara - uap air Massa jenis 1,225 kg/m3 volume- weighted Cp 1006,43 J/kg-k mixing - law konduktivitas termal 0,0242 w/m-k mass-weighted viscositas 1,78 x 10-5 kg/m-s mass-weighted difusivitas massa kinetic theory Uap air Massa jenis 0,5542 kg/m3 volume- weighted Cp 2014 J/kg-k mixing - law konduktivitas termal 0,261 w/m-k mass-weighted viskositas 1,34 x 10-5 kg/m-s mass-weighted difusivitas massa kinetic theory

- Data kondisi operasi

Tekanan operasi 101,325 kPa Lokasi 1080 dpl Percepatan gravitasi 9,81 m/s2

VI.4 Simulasi Model Cold Storage Alternatif Pertama

Dalam simulasi ini kondisi udara yang menjadi parameter simulasi adalah

temperatur dan kelembaban udara. Sesuai dengan kriteria perancangan yang telah

dijelaskan maka kondisi udara yang diinginkan adalah :

- Temperatur udara cold storage adalah 29 C sampai 23 C

- Kelembaban udara relatif cold storage adalah 55 % dengan toleransi 10 %

( kelembaban relatif untuk cold storage dalam keadaan kosong )

Untuk membuat simulasi ini, model cold storage tersebut harus dibuat diskritisasi

model. Model cold storage alternatif pertama yang telah didiskritisasi dalam

bentuk sel sel heksahedral dengan interval size 20 cm mendapatkan jumlah sel

70

sebanyak 129150 sel. Hasil dari model cold storage dapat dilihat pada gambar

IV.6.

Ket :

= difuser = grille

Gambar IV.6 Diskritisasi model cold storage alternatif pertama

Hasil simulasi ditampilkan secara visual dalam beberapa gambar kontur

temperatur ( kontur temperatur diperlihatkan pada ketinggian 1 m dan 3 m untuk

mendapatkan gambaran temperatur pada bagian bawah dan tengah dari cold

storage sebagai contoh visual untuk memperlihatkan keseragaman temperatur

terhadap ketinggian ) dan kontur kelembaban relatif serta grafik kontur distribusi

temperatur berdasarkan ketinggian cold storage.

VI.5 Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Pertama

Simulasi dengan menggunakan fluent ( pada penelitian ini digunakan fluent 6.1)

pada prinsipnya adalah untuk menyelesaikan persamaan diferensial neraca massa

dan energi. Pada prakteknya simulasi ataupun proses perhitungan dikatakan telah

selesai apabila hasil perhitungan telah konvergen. Suatu proses perhitungan atau

iterasi dikatakan telah selesai apabila residu seluruh besaran dalam persamaan

telah mencapai kriteria kekonvergenannya masing masing. Kriteria

71

kekonvergenan menurut fluent pada umumnya adalah 10-3 untuk kontinuitas serta

besaran lainnya seperti kecepatan, k, epsilon serta 10-6 untuk energi.

Dalam pelaksanaan simulasi, meskipun proses iterasi telah selesai namun terjadi

ketidakseimbangan pada neraca massa dan energi yang besar, maka solusinya

adalah menurunkan derajat kekonvergenan dari satu atau keseluruhan komponen

perhitungan, setelah itu iterasi dilakukan kembali hingga mendapatkan nilai

ketidakseseimbangan neraca massa dan energi yang kecil. Umumnya kriteria

ketidakseimbangan neraca massa dan energi yang lebih kecil dari 1 % dapat

diterima. Hasil neraca massa dan energi dapat dilihat pada tabel IV.1.

Tabel IV.1 Neraca massa dan energi hasil simulasi untuk

model cold storage alternatif pertama

Sisi masuk Sisi keluar Ketidak seimbangan

Massa [ kg/s ] 4,86 4,860056 0,000056

Energi [ W ] 269411,5 269450,9 39,4

Dengan membandingkan ketidakseimbangan yang terjadi pada nilai massa dan

energi pada sisi masuk dan sisi keluar, maka diperoleh ketidakseimbangan nilai

massa dan energi sebagai berikut:

Ketidakseimbangan massa : 0,0012 % Ketidakseimbangan energi : 0,0146 %

Selanjutnya hasil simulasi berupa gambar visual untuk kontur temperatur dan

kelembaban relatif dapat dilihat pada gambar gambar berikut ini :

72

Gambar IV.7 Kontur temperatur pada permukaan cold storage alternatif pertama

Gambar IV.8 Kontur temperatur pada ketinggian 1 m ( C )

73


Gambar IV.10 Kontur kelembaban relatif pada ketinggian 1 m ( C )

74


Gambar IV.12 Distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage ( C )

VI.6 Analisa Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Pertama

Hasil simulasi yang ditunjukkan pada gambar IV.7 sampai gambar IV.9

merupakan gambaran visual dari kontur temperatur cold storage. Pada gambar

IV.7 ditunjukkan gambaran visual untuk permukaan pada keseluruhan cold

75

storage dimana batas temperatur terendah dan tertinggi adalah 30 C dan 0,48

C. Temperatur terendah terjadi pada keluaran difuser yang merupakan tempat

pemasukan awal udara ke dalam ruangan dan temperatur tertinggi terjadi di

bagian bagian ujung langit langit cold storage. Selanjutnya pada gambar IV.8

dan gambar IV.9 menunjukkan gambaran visual untuk kontur temperatur pada

ketinggian 1 (satu) meter dan 3 (tiga) meter yang mewakili gambaran visual untuk

distribusi temperatur terhadap ketinggian dan selanjutnya untuk distribusi

temperatur secara lengkap diberikan pada gambar IV.12.

Dalam gambar gambar visual dan grafik, terlihat bahwa kontur temperatur

sudah memenuhi ketentuan ( dengan batas temperatur di dalam cold storage

adalah -30 C sampai -24 C ) dimana keseragaman temperatur sudah tercapai,

hal ini ditandai dengan dominasi warna biru yang menyebar secara seragam pada

gambar kontur temperatur yang ditampilkan. Temperatur rata rata dalam

ruangan sekitar 28 C ( batas temperatur yang diinginkan untuk produk ikan

beku adalah antara 29 C sampai 23 C ) sedangkan daerah yang berbatasan

dengan dinding memperlihatkan temperatur sekitar 23 C ( terlihat seperti garis

di pinggiran cold storage yang berwarna biru muda ), perbedaan temperatur ini

hal ini disebabkan karena pengaruh temperatur dari luar ruangan.

Gambaran visual untuk kelembaban relatif diberikan pada gambar IV.10 dan

gambar IV.11 yang secara berurutan adalah mewakili ketinggian 1 (satu) meter

dan 3 (tiga) meter, tampilan tersebut disesuaikan dengan tampilan gambaran

visual temperatur. Batas kelembaban terendah dan tertinggi secara berurutan

adalah sekitar 52 % dan 62 %. Kelembaban relatif tertinggi terjadi di bagian

tengah ruangan sedangkan kelembaban relatif terendah terjadi pada bagian sudut

sudut ruangan.

Kelembaban relatif yang ditampilkan sebenarnya telah memenuhi kriteria

kelembaban yang diinginkan (kelembaban relatif yang ditunjukkan

memperlihatkan kelembaban relatif rata rata adalah sekitar 60 % ), namun pada

gambaran visual kelembaban relatif tersebut memperlihatkan bahwa kelembaban

76

relatif tertinggi cenderung untuk berkumpul di tengah ruangan dan tidak

terdistribusi secara seragam (terlihat dari warna jingga yang menunjukkan

kelembaban relatif tertinggi mengumpul di tengah ruangan ).

VI.7 Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua

Serupa dengan model cold storage alternatif pertama, untuk membuat simulasi

ini, model cold storage tersebut harus dibuat diskritisasi model. Model cold

storage alternatif kedua yang telah didiskritisasi dalam bentuk sel sel

heksahedral dengan interval size 20 cm mendapatkan jumlah sel sebanyak 129150

sel. Hasil dari model cold storage dapat dilihat pada gambar IV.13.

Data data yang dipakai adalah sama dengan data data yang digunakan pada

model cold storage alternatif pertama.

Ket :

= difuser = grille

Gambar IV.13 Diskritisasi model cold storage alternatif kedua

VI.8 Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua

Pada model cold storage alternatif kedua akan diperlihatkan neraca massa dan

energi yang dihasilkan serta gambaran visual dan grafis yang didapatkan. Neraca

massa dan energi hasil simulasi dapat dilihat pada tabel IV.2

77

Tabel IV.2 Neraca massa dan energi hasil simulasi untuk

model cold storage alternatif kedua


Massa [ kg/s ] 4,86 4,860053 0,000053

Energi [ W ] 269458,2 269497,3 39,1




Ketidakseimbangan massa : 0,0011 % Ketidakseimbangan energi : 0,0145 % Selanjutnya hasil simulasi berupa gambar visual untuk kontur temperatur dan

kelembaban relatif dari model cold storage alternatif kedua dapat dilihat pada

gambar gambar berikut ini :

Gambar IV.14 Kontur temperatur pada permukaan cold storage alternatif kedua

78



79



80

Gambar IV.19 Distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage ( C )

VI.9 Analisa Hasil Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua

Hasil simulasi untuk cold storage altenatif kedua ini ditunjukkan pada gambar

4.14 sampai gambar 4.16 untuk gambaran visual kontur temperatur cold storage

serta gambar 4.19 untuk distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage.

Seperti pada model sebelumnya, pada gambar 4.14 mempelihatkan gambaran

visual untuk permukaan pada keseluruhan cold storage dimana batas temperatur

tertinggi dan terendah adalah 30 C dan 4,35 C, dengan temperatur terendah

terjadi pada keluaran difuser dan temperatur tertinggi terjadi di bagian bagian

sisi atas langit - langit cold storage ( diperlihatkan dengan bagian warna merah ),

kondisi temperatur tertinggi tersebut tidak mempengaruhi terlalu mempengaruhi

kondisi keseluruhan cold storage karena hanyalah merupakan bagian yang kecil

dari keseluruhan cold storage.

Pada model ini, gambar gambar visual dan grafik ( pada gambar IV.15 dan

gambar IV.16 untuk kontur temperatur pada ketinggian 1 (satu) meter dan 3 (tiga)

meter ) terlihat bahwa kontur temperatur sudah memenuhi ketentuan ( dengan

batas temperatur di dalam cold storage adalah -30 C sampai -23 C ) dimana

keseragaman temperatur sudah tercapai, hal ini ditandai dengan dominasi warna

biru pada gambar kontur temperatur yang ditampilkan, dengan temperatur rata

81

rata dalam ruangan sekitar 28 C sedangkan daerah yang berbatasan dengan

dinding memperlihatkan temperatur sekitar 23 C, terjadi sedikit perbedaan pada

garis distribusi temperatur dengan model sebelumnya yaitu grafik IV.19 mengenai

distribusi temperatur terhadap ketinggian cold storage yaitu tidak semua garis

distribusi temperatur teratur secara vertikal karena garis distribusi temperatur

grille nya adalah secara horisontal, hal ini menyebabkan garis distribusi

temperatur terlihat agak menumpuk.

Kelembaban relatif yang ditampilkan gambar 4.17 dan 4.18 memperlihatkan nilai

tertinggi dan terendah secara berturut turut adalah sekitar 50 % dan 62 %

dengan kelembaban relatif rata rata adalah sekitar 58 %.

VI.10 Analisa Perbandingan Hasil Simulasi Kedua Model Cold Storage

Dari kedua model cold storage yang disimulasikan dapat dibuat tabel

perbandingan hasil simulasi sebagai berikut :

Tabel IV.3 Perbandingan hasil simulasi terhadap temperatur

Model

Cold

storage

Batas

Temperatur

di permukaan cold storage, (C)

Batas Temperatur

di dalam

Cold storage, (C)

Temperatur

Rata rata

(C)

Distribusi

Temperatur

Alternatif 1 30 s/d 0,48 -30 s/d -24 - 28 seragam

Alternatif 2 30 s/d 4,35 -30 s/d -23 - 28 seragam

Tabel IV.4 Perbandingan hasil simulasi terhadap kelembaban relatif

Model

Cold

storage

Batas RH di

dalam cold storage

(%)

RH

Rata - rata

(%)

Distribusi

RH

Alternatif 1 52 s/d 62 60 Mengumpul di tengah

Alternatif 2 50 s/d 62 58 Relatif seragam

Perbandingan hasil simulasi kedua model cold storage terhadap temperatur yang

diperlihatkan pada tabel IV.4 terlihat bahwa kedua model tersebut menghasilkan

82

ditribusi temperatur yang seragam. Perbedaan yang cukup besar hanya terjadi

pada temperatur pada permukaan cold storage, namun hal ini tidak memberikan

pengaruh yang besar untuk temperatur di dalam cold storage lagipula temperatur

di dalam cold storage masih dalam batas yang diijinkan sehingga untuk

perbandingan hasil temperatur tidak memberikan perbedaan yang signifikan.

Perbandingan hasil simulasi kedua model cold storage terhadap kelembaban

relatif yang diperlihatkan pada tabel IV.5 terlihat bahwa perbedaan kelembaban

relatif di dalam cold storage tidak terlalu besar, begitu pula untuk kelembaban

relatif rata rata hanya berbeda sekitar 2 %. Namun perbedaan yang terbesar

terlihat dari distribusi kelembaban relatif dimana distribusi RH untuk alternatif

pertama adalah mengumpul di tengah dengan nilai RH sebesar 62 % sedangkan

untuk distribusi kelembaban relatif untuk alternatif kedua adalah relatif

terdistribusi secara seragam dengan nilai sebesar 60 %.

Dari hasil perbandingan kedua model cold storage tersebut maka dipilih model

cold storage alternatif kedua karena baik temperatur dan kelembaban relatifnya

terdistribusi secara seragam di dalam cold storage.

VI.11 Perbandingan Hasil Simulasi dengan berbagai jenis model aliran

Model cold storage yang dipilih adalah model cold storage alternatif kedua.

Seperti dengan model cold storage alternatif pertama, model cold storage

alternatif kedua juga telah disimulasikan dengan model aliran k - standard.

Dalam pelaksanaan simulasi digunakan ditentukan dulu model aliran yang

digunakan. Untuk model aliran turbulen ada beberapa jenis aliran yang digunakan,

dalam simulasi ini digunakan model aliran k - standard , dimana dalam

penjelasan fluent dikatakan bahwa jenis inilah yang paling sering digunakan untuk

simulasi aliran fluida dan perpindahan panas. Namun untuk memberikan

informasi pendukung yang lebih baik, ditampilkan juga perbandingan hasil

simulasi secara umum antara model cold storage alternatif kedua yang

menggunakan model aliran k - standard dengan model aliran lainnya.

83

Hasil perbandingan simulasi untuk berbagai model aliran ditampilkan pada tabel

IV.5.

Tabel IV.5 Perbandingan hasil simulasi berbagai jenis aliran

Model aliran

Jumlah iterasi

Batas temperatur

Batas kelembaban

relatif

Temperatur rata- rata

KelembabanRelatif

Rata - rata ( C ) (%) ( C ) (%)

k - standard 1397 -30 s/d 4,35 36,21 s/d 67,13 - 28 58 k - RNG 1371 -30 s/d 3,11 36,69 s/d 67,09 -28,5 57,5 Spalart - allmaras 356 -30 s/d 50,14 34,19 s/d 67,08 -26 50 k - standard 251 -30 s/d 5,46 35,82 s/d 67,34 -27,5 52,5 k - SST 360 -30 s/d 1,55 38,35 s/d 67,12 -28 55

Perbandingan hasil simulasi pada tabel 4.5 diperlihatkan bahwa model aliran

turbulen jenis spalart allmaras mendapatkan nilai batas yang berbeda jauh dari ke

empat model aliran yang digunakan terutama untuk batas temperaturnya, hal ini

disebabkan model aliran spalart allmaras adalah model yang hanya digunakan

untuk penentuan perhitungan secara kasar ( karena persamaan yang digunakan

hanya 1 (satu) persamaan ).

Nilai dari empat model aliran lainnya relatif sama, namun yang paling mendekati

nilai dari model yang digunakan adalah model aliran k - RNG , hal ini disebakan

model tersebut adalah pengembangan dari model k standard yang digunakan

tapi model ini lebih akurat untuk aliran yang terhalang secara tiba tiba. Dari

hasil perbandingan ini dapat disimpulkan bahwa model k standard dapat

memberikan hasil yang baik untuk proses simulasi pada penelitian ini.

IV.12 Simulasi Model Cold Storage Alternatif Kedua dengan injeksi uap air

Simulasi model cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air dibuat untuk

memperlihatkan pengaruh penguapan dari produk ikan yang telah dimasukkan

dalam cold storage tersebut terutama terhadap kelembaban relatif cold storage.

Injeksi uap air di sini dianggap sebagai penguapan yang berasal dari produk ikan.

Dalam simulasi uap air yang dimasukkan dari bagian lantai karena produk ikan

84

diletakkan di atas lantai cold storage.

Pada awal simulasi model cold storage diasumsikan tidak ada sumber uap air lain

di dalam cold storage ( cold storage dalam keadaan kosong ) sehingga ketika

terjadi kenaikan temperatur di dalam cold storage maka akan terjadi penurunan

kelembaban relatif. Dengan adanya produk ikan yang dimasukkan ke dalam cold

storage maka akan terjadi penguapan yang berasal dari produk ikan disebabkan

karena perbedaan temperatur dan kandungan uap air dari produk ikan dengan

udara di dalam cold storage.

Pada diagram psikrometrik terdahulu terlihat bahwa kelembaban relatif yang

terjadi adalah 55 % karena dianggap tidak adanya sumber uap air lain di dalam

cold storage. Ketika dimasukkan produk ikan akan terjadi penguapan terutama

disebabkan oleh perbedaan kandungan uap air dimana produk ikan membawa

kandungan uap air yang lebih besar daripada kandungan uap air yang berada

dalam cold storage . Untuk mendapatkan kelembaban relatif yang diinginkan

(90% 10%) maka injeksi uap air yang dimasukkan merupakan selisih dari fraksi

massa uap air yang dibutuhkan pada temperatur -25 C (sebesar 0,000355 kg

uap air / kg udara ) dengan fraksi massa uap air yang telah ada ada di dalam cold

storage (sebesar 0,000213 kg uap air / kg udara ) yaitu sebesar 0,000142 kg uap

air / kg udara. Sehingga total fraksi massa uap air yang diinjeksikan adalah :

Wti = Wu + Wi

= (0,000355 + 0,000142) kg uap air / kg udara

= 0,000497 kg uap air / kg udara

dimana

Wti = Total fraksi massa injeksi uap air [kg uap air / kg udara]

Wu = Fraksi massa uap air [kg uap air / kg udara]

Wi = Fraksi massa uap injeksi uap air [kg uap air / kg udara]

85

Gambar IV.20 Model Cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air

Gambar VI.21 Diskritisasi model cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap

air

Model cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air yang telah

didiskritisasi dalam bentuk sel sel heksahedral dengan interval size 20 cm

mendapatkan jumlah sel sebanyak 129150 sel. Injeksi uap air dilakukan melalui

bagian lantai. Model cold storage ini dapat dilihat pada gambar IV.21.

86

Data data yang dipakai adalah sama dengan data data yang digunakan pada

model cold storage alternatif kedua ditambah dengan total fraksi massa injeksi

uap air sebesar 0,000497 kg uap air / kg udara.

Hasil simulasi diperlihatkan melalui perbandingan neraca massa dan energi yang

dihasilkan serta gambaran visual mengenai kontur temperatur dan kelembaban

relatif. Neraca massa dan energi hasil simulasi dapat dilihat pada tabel IV.6.

Tabel IV.6 Neraca massa dan energi hasil simulasi untuk model cold storage

alternatif kedua dengan injeksi uap air


Massa [ kg/s ] 5,264985 5,263875 0,00111

Energi [ W ] 280426,4 280394 32,40208




Ketidakseimbangan massa : 0,0211 % Ketidakseimbangan energi : 0,0116 %

Umumnya kriteria ketidakseimbangan neraca massa dan energi yang lebih kecil

dari 1 (satu) % dapat diterima sehingga hasil ketidakseimbangan untuk simulasi

ini dapat diterima.

Selanjutnya hasil simulasi diberikan dalam bentuk gambar visual untuk kontur

temperatur dan kelembaban relatif dari model cold storage alternatif kedua

dengan injeksi uap air dapat dilihat pada gambar gambar berikut ini :

87

Gambar IV.22 Kontur temperatur pada permukaan cold storage


88



89


Hasil simulasi yang ditunjukkan pada gambar IV.22 sampai gambar IV.24

merupakan gambaran visual dari kontur temperatur cold storage. Pada gambar

IV.22 ditunjukkan gambaran visual untuk permukaan pada keseluruhan cold

storage dimana batas temperatur terendah adalah 30 C dan tertinggi adalah

2,45 C. Temperatur terendah terjadi pada keluaran difuser yang merupakan

tempat pemasukan awal udara ke dalam ruangan dan temperatur tertinggi terjadi

di bagian bagian ujung langit langit cold storage . Sedangkan gambar IV.23

dan gambar IV.24 menunjukkan gambaran visual untuk kontur temperatur pada

ketinggian 1 (satu) meter dan 3 (tiga) meter dari lantai yang mewakili gambaran

visual untuk distribusi temperatur terhadap ketinggian.

Serupa dengan simulasi sebelumnya kontur temperatur sudah memenuhi

ketentuan ( dengan batas temperatur di dalam cold storage adalah -30 C sampai

-24 C ) dimana keseragaman temperatur sudah tercapai. Temperatur rata rata

dalam ruangan sekitar 28 C. Dari hasil ini tidak terjadi perbedaan temperatur

antara simulasi cold storage alternatif kedua dan simulasi cold storage alternatif

kedua dengan injeksi uap air.

90

Perbedaan yang signifikan terjadi pada kelembaban relatif di dalam cold storage.

Gambaran visual untuk kelembaban relatif diberikan pada gambar 4.25 dan

gambar 4.26 yang secara berurutan adalah mewakili ketinggian 1 (satu) meter dan

3 (tiga) meter dari lantai. Pada simulasi sebelumnya untuk cold storage alternatif

kedua terlihat bahwa kelembaban relatif bervariasi sekitar 50 % sampai 62 %

sedangkan untuk cold storage alternatif kedua dengan injeksi uap air, kelembaban

relatif di dalam cold storage bervariasi sekitar 77 % sampai 90 %. Kelembaban

relatif yang tertinggi terdapat pada masukan injeksi uap air yaitu sekitar 98 %

(nilai ini hanya terdapat pada masukan injeksi uap air sehingga tidak dimasukan

sebagai batas variasi kelembaban relatif) sedangkan kelembaban relatif yang

paling rendah terletak di tengah cold storage yaitu sekitar 77 %. Perbedaan

kelembaban relatif ini terjadi karena adanya penambahan uap air yang berasal dari

produk ikan. Kelembaban relatif rata rata untuk ketinggian 1 (satu) meter adalah

sekitar 83 % sedangkan kelembaban relatif untuk ketinggian 3 (tiga) meter adalah

sekitar 80 %. Kelembaban relatif ini telah memenuhi kriteria untuk kelembaban

cold storage yang diinginkan yaitu 90 % 10%.

VI.13 Validasi

Bentuk dan ukuran cold storage yang digunakan berdasarkan data cold storage

yang diambil di lapangan yaitu data cold storage di Sulawesi Utara. Pengukuran

temperatur dilakukan dengan menempatkan termometer di atas pintu cold storage

yang dianggap merupakan jarak terjauh dari mesin pendinginnya ( dianggap

merupakan tempat yang paling tidak dingin ). Dari pengukuran termometer

tersebut diperoleh data temperatur yang sesuai keinginan yaitu sekitar 25 C.

|ijHpV,wQz%,$C

Simulasi Numeric Cold Storage

Documents

Transcript of Simulasi Numeric Cold Storage