SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS - · PDF filesimulasi numerik perpindahan panas . dinding...

download SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS - · PDF filesimulasi numerik perpindahan panas . dinding tungku pembakaran. lapis banyak . berongga. udara dengan metode beda hingga . ... 9. semua

If you can't read please download the document

Transcript of SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS - · PDF filesimulasi numerik perpindahan panas . dinding...

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user

    SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS

    PADA DINDING TUNGKU PEMBAKARAN LAPIS BANYAK

    BERONGGA UDARA DENGAN METODE BEDA HINGGA

    SKRIPSI

    Diajukan sebagai salah satu syarat

    untuk memperoleh gelar

    Sarjana Teknik

    Oleh:

    SAIFUL AHMAD

    NIM. I0409047

    JURUSAN TEKNIK MESIN

    FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

    SURAKARTA

    2015

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user ii

    HALAMAN PENGESAHAN

    SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS

    PADA DINDING TUNGKU PEMBAKARAN LAPIS BANYAK

    BERONGGA UDARA DENGAN METODE BEDA HINGGA

    Disusun oleh

    Saiful Ahmad

    NIM. I0409047

    Dosen Pembimbing I

    Eko Prasetyo B., S.T., M.T.

    NIP. 197109261999031002

    Dosen Pembimbing II

    Purwadi Joko Widodo, S.T., M.Kom.

    NIP. 197301261997021001

    Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu tanggal 1 Juli

    2015

    1. Tri Istanto, S.T., M.T. NIP. 197308202000121001 ...................................

    2. Prof. Muhammad Nizam, S.T., M.T., Ph.D.

    NIP. 197007201999031001 ...................................

    3. Sukmaji Indro Cahyono, S.T., M.Eng. NIP. 198308182014041001 ...................................

    Mengetahui,

    Ketua Jurusan Teknik Mesin

    Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.

    NIP. 197106151998021002

    Koordinator Tugas Akhir

    Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T.

    NIP. 197003231998021001

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user iii

    MOTTO DAN PERSEMBAHAN

    MOTTO

    Jika kamu menolong agama Allah, niscaya Allah akan menolongmu dan

    meneguhkan kedudukanmu (Al Quran | Muhammad : 7)

    Whether you have a Maruti or a BMW, the road remains the same. Whether

    you travel economy class or business, your destination doesnt change. Whether

    you have a Titan or a Rolex, the time is the same. Whether you have Apple,

    Samsung or Lava, people who call you remain the same. There is nothing wrong

    in dreaming a luxurious life. What needs to be taken care of is to not let the

    NEED become GREED. Because needs can be always be met, but greed can

    never be fulfilled (Rajinikanth)

    PERSEMBAHAN

    Karya ini kupersembahkan untuk:

    1. Ibu dan Ayahku tercinta yang telah mencurahkan cinta dan kasih

    sayang selama hidup anakmu

    2. Abdul Azis adikku satu-satunya, semoga tercapai cita-citamu

    3. Dzurriyah Muslihah atas unconditional love yang telah kau berikan

    selama ini

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user iv

    ABSTRAK

    SAIFUL AHMAD, Komputasi Perpindahan Panas, Simulasi Numerik

    Perpindahan Panas pada Dinding Tungku Pembakaran Lapis Banyak

    Berongga Udara dengan Metode Beda Hingga

    Simulasi numerik perpindahan panas pada dinding tungku pembakaran lapis

    banyak berongga udara digunakan untuk mengetahui distribusi temperatur dan

    pola aliran udara pada dinding tungku pembakaran dengan kondisi batas isotermal

    dan adiabatik. Simulasi dilakukan dalam dua dimensi kondisi tidak tunak. Metode

    ADI (Alternating Directional Implicit) digunakan untuk mendiskritisasi

    persamaan atur konduksi dan konveksi alami pada dinding tungku pembakaran.

    Algoritma Thomas digunakan untuk untuk menghitung distribusi temperatur dan

    pola aliran udara pada dinding tungku pembakaran. Hasil penelitian ini divalidasi

    dengan membandingkan hasil yang didapatkan dengan data yang tersedia dalam

    literatur. Data hasil penelitian menunjukkan kesesuaian yang baik dengan data

    yang ada dalam literatur. Material penyusun dinding tungku pembakaran yang

    mempunyai konduktivitas termal paling kecil adalah udara sebesar 0,05298

    W/m.K. Ketebalan lapisan udara sebesar 0,05 m mempunyai kapasitas isolasi

    paling baik dengan nilai koefisien perpindahan panas konveksi rata-rata sebesar

    0,109 W/m2K.

    Kata kunci : beda hingga, dinding tungku pembakaran, konduksi, konveksi alami,

    perpindahan panas,

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user v

    ABSTRACT

    SAIFUL AHMAD, Computational of Heat Transfer, Numerical Simulation of

    Heat Transfer on the Furnace Multilayer Wall with Cavity using Finite

    Difference Method.

    Numerical simulation of heat transfer on the furnace multilayer wall with cavity is

    used to find out the temperature distribution and the air flow pattern on the

    furnace wall with isothermal and adiabatic boundary condition. This work is a

    two dimensional unsteady state problem. The ADI (Alternating Directional

    Implicit) method is used to discretize for conduction and natural convection heat

    transfer equation within the furnace wall. The Thomas Algorithm is used to

    compute the temperature distribution and the air flow pattern on the wall. The

    present method is validated by comparing its numerical results with available

    data in the literature. Numerical results of the present method has good suitability

    with available data in the literature. The component material of furnace wall

    which has the smallest thermal conductivity is air of 0,05298 W/m.K. The air

    layer thickness of 0,05 m has the best insulation capacity with average coefficient

    of convection heat transfer of 0,109 W/m2K.

    Keywords : conduction, finite difference, furnace wall, heat transfer, natural

    convection

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user vi

    KATA PENGANTAR

    Segala puji bagi Allah, satu-satunya tuhan yang berhak disembah, yang telah

    melimpahkan rahmat dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan

    dan menyelesaikan Skripsi Simulasi Numerik Perpindahan Panas pada Dinding

    Tungku Pembakaran Lapis Banyak Berongga Udara dengan Metode Beda

    Hingga.

    Skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana

    Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

    Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari

    berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh karena itu

    pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-

    besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Skripsi

    ini, terutama kepada:

    1. Bapak Eko Prasetyo B., S.T., M.T., selaku Pembimbing I yang dengan

    sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis dapat

    menyelesaikan Skripsi ini.

    2. Bapak Purwadi Joko Widodo, S.T., M.Kom., selaku Pembimbing II

    yang dengan sabar mengarahkan dan membimbing sehingga penulis

    dapat menyelesaikan Skripsi ini.

    3. Bapak Dr Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik

    Mesin UNS Surakarta.

    4. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., selaku Pembimbing

    Akademis yang telah memberikan pengarahan selama menempuh studi

    di Universitas Sebelas Maret ini.

    5. Bapak Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T., selaku koordinator Tugas Akhir

    6. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut

    mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user vii

    7. Ayah, Ibu, Dzurriyah dan segenap keluarga atas cinta, doa restu,

    motivasi, dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian

    Skripsi ini.

    8. Semua teman-teman teknik mesin UNS khususnya angkatan 2009.

    9. Semua teman-teman Kos Al Karim.

    10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah

    membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Skripsi ini.

    Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih jauh dari

    sempurna karena kitab yang sempurna hanyalah Al Quran, maka kritik dan saran

    penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat

    berguna bagi ilmu pengetahuan dan dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

    Surakarta, Juni 2015

    Penulis

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user viii

    DAFTAR ISI

    ABSTRAK ........ iv

    ABSTRACT ........ v

    KATA PENGANTAR .... vi

    DAFTAR ISI ...... viii

    DAFTAR TABEL ... xi

    DAFTAR GAMBAR .. xii

    DAFTAR RUMUS .. xiv

    DAFTAR LAMPIRAN .... xv

    DAFTAR NOTASI ..... xvi

    BAB I PENDAHULUAN

    1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

    1.2 Perumusan Masalah ....... 2

    1.3 Batasan Masalah ...... 3

    1.4 Tujuan Penelitian 3

    1.5 Manfaat Penelitian ...... 3

    1.6 Sistematika Penulisan ........ 4

    BAB II LANDASAN TEORI

    2.1 Tinjauan Pustaka ...... 5

    2.2 Dasar Teori ........ 7

    2.2.1 Perpindahan Panas pada Dinding Tungku Pembakaran 6

    2.2.2 Persamaan Atur Konduksi dan Konveksi Alami 7

    2.2.3 Jenis Kondisi Batas . 9

    2.2.4 Metode Beda Hingga . 9

    2.2.4.1 Pendekatan Beda Maju Orde Pertama .. 10

    2.2.4.2 Pendekatan Beda Mundur Orde Pertama ... 11

    2.2.4.3 Pendekatan Beda Tengah Orde Pertama ... 12

  • perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

    commit to user ix

    2.2.4.4 Pendekatan Beda Tengah Orde Kedua ...... 13

    2.2.5 Metode Line Gauss-Siedel 13

    2.3 Angka Grashof dan Angka Rayleigh 15

    2.4 Koefisien Perpindahan Panas Konveksi dan Heat Flux . 15

    2.5 Stream function . 17

    BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN

    3.1 Bahan d