kinerja model vacuum fryer menggunakan...

KINERJA MODEL VACUUM FRYERMENGGUNAKAN PRINSIP BERNOULLI

Oleh :Oleh :

Usni Mubarok

2404 100 093

Dosen Pembimbing :

Ir. Sarwono, MM

LABORATORIUM REKAYASA ENERGI DAN PENGKONDISIAN LINGKUNGANJURUSAN TEKNIK FISIKA – FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSurabaya, 2009

Pendahuluan

Metodologi & Data

Teori Penunjang

Analisa & PembahasanGrafik

Hasil simulasi

Kesimpulansaran

Daftar pustaka

Lampiran

Analisa & Pembahasan

Latar BelakangAdanya peristiwa karamelisasi pada buah dan sayuran

Gambar keripik pisang dengan penggorengan biasa

Gambar keripik pisang dengan penggorengan vakum

Hasil penelitian dari J. Garayo dan Moreira, tekanan vakum sebaiknya diatas 6.65 kPa

Pemanfaatan renewable dan sustainable energi

Pemanfaatan prinsip Bernoulli

Gambar air terjun baung camp Gambar air terjun cuban rondo

PermasalahanBagaimana merancang ulang sistem vacuum fryer

Bagaimana mengetahui hubungan variabel yang

paling berpengaruh terhadap vakum yang

dihasilkandihasilkan

Bagaimana menganalisa distribusi tekanan dan

temperatur dengan menggunakan simulasi CFD

Gambar vacuum fryer lama

Membuat rancangan ulang vacuum fryer agar

dapat dimanfaat untuk praktikum

Melakukan analisa hubungan antar variabel yang

Tujuan

Melakukan analisa hubungan antar variabel yang

paling berpengaruh terhadap tekanan vakum

Melakukan analisa distribusi tekanan dan

temperatur dengan menggunakan simulasi CFD.

Fluida yang digunakan adalah fluida dinamis dan

internal flow

Aliran laminar dan tanpa gesekan.

Batasan Masalah

Aliran laminar dan tanpa gesekan.

Pengaruh suhu lingkungan (ambient) di abaikan.

Fluida gas adalah fluida gas ideal

Pengujian yang dilakukan dengan pembuatan

mini plant

Mengetahui aplikasi dari prinsip bernoulli yang

didapat dari bangku kuliah

Membantu memecahkan permasalahan di bidang

pengolahan hasil pertanian

Manfaat

pengolahan hasil pertanian

Mengetahui pemanfaatan terhadap energi

terbarukan

Alat vacuum fryer bisa dimanfaatkan untuk

praktikum.

Teori PenunjangFluida dinamis

Prinsip bernoulli

Gas idealGas ideal

Diagram fasa

Computed fluid dinamics

Speed driver pompa

Fluida dinamis merupakan fluida yang bergerak

dalam ruang tertentu. Pembahasan pada fluida

dinamis ini meliputi :

aliran fluida yang tunak (steady),

‐

‐

Fluida dinamis

aliran fluida yang tunak (steady),

tak‐kental (non viscous),

tak‐temampatkan (incompressible) dan

tak‐berotasi (irrotational)

Aliran fluida tunak (steady)

aliran dimana kecepatan setiap partikel di suatu titik

selalu sama.

Aliran fluida yang tak‐kental (non viscous).

Fluida dinamis

Aliran fluida yang tak‐kental (non viscous).

viskositas atau kekentalan merupakan gaya gesekan

antara molekul-molekul yang menyusun suatu fluida. Contohnya zat cair.

Aliran fluida yang tak‐temampatkan(incompressible). aliran fluida yang tidak mengalami perubahan volum

atau massa jenis ketika ditekan.

Aliran fluida yang tak‐berotasi (irrotational)

Aliran laminer, Re < 2300

Aliran turbulen, Re > 2300

Aliran Fluida

Gambar pola aliran laminer dan turbulen

Debit itu menyatakan volume suatu fluida yang

mengalir melalui penampang tertentu dalam sela

ng waktu tertentu. Secara matematis, bisa dinyatak

an sebagai berikut :

Debit Fluida

an sebagai berikut

Gambar aliran fluida yang

melalui sebuah pipa

Persamaan kontinuitas untuk fluida

tak termampatkan

Gambar debit aliran dalam pipa

Persamaan diatas dikenal dengan persamaan kontinuitas

Prinsip BernoulliPrinsip Bernoulli menyatakan bahwa di mana

kecepatan aliran fluida tinggi, tekanan fluida

tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan

aliran fluida rendah, tekanannya menjadi tinggi.

Asumsi yang digunakanAliran tunak (steady)

Aliran tak mampat (incompressible)

Aliran tanpa gesekan (inviscid/non viscous)

Aliran menurut garis arus (sepanjang streamline)

Persamaan Bernoulli

Gambar aliran dalam pipa yang

berbeda ketinggihan

Aplikasi prinsip bernoulli pada venturi

Gambar aliran dalam pipa venturi

Tekanan vakumMerupakan tekanan yang dibawah tekanan atmosfir

atau di kenal dengan tekanan negatif

Tabel klasifikasi vakum

Gas Ideal

Gas terdiri dari partikel yang sangat banyak dan

antarpartikelnya tidak terjadi gaya tarik-manarik

Partikel gas tersebar merata dalam ruang

Interaksi antar partikel hanya terjadi saat tumbukanInteraksi antar partikel hanya terjadi saat tumbukan

Tumbukan (antar partikel, partikel dan dinding)

Berlaku hukun newton tentang gerak.

Pada volume konstan, tekanan gas berbanding

lutus dengan temperatur

Hukum Gay - Lussac

Gambar chamber dimana

volumenya konstan

Diagram fasa adalah grafik yang menunjukkan

wujud zat sebagai fungsi tekanan dan temperatur

Diagram Fasa

Gambar diagram fasa

Pompa merupakan mesin yang menambahkan energi atau mengambil energi dari fluida karena adanya sistem yang berotasi dalam mesin

Kecepatan Putaran Pompa

Definisi pompa

adanya sistem yang berotasi dalam mesin

tersebut

Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya.

Mensirkulasikan cairan sekitar sistem.

Fungsi utama pompa

Kecepatan Putaran PompaParameter kinerja pompa (debit alir, head, daya) akan berubah dengan bervariasinya kecepatan putaran. Untuk mengendalikan kecepatan yang aman pada kecepatan yang berbeda-beda maka penting untuk mengerti hubungan antara keduanya. Persamaan yang menjelaskan hubungan tersebut dikenal dengan “Hukum Afinitas” :

Debit aliran berbanding lurus dengan kecepatan putaran Debit aliran berbanding lurus dengan kecepatan putaran

Head berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putaran

Daya berbanding lurus dengan kubik kecepatan putaran

Hubungan Kecepatan Putaran Pompa

Terhadap Debit

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5

De

bit

N terhadap Q

Grafik pada hukum afinitas

1 2 3 4 5



Terhadap Head

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5


He

ad

N terhadap H


terhadap Daya

0

50

100

150

1 2 3 4 5


Da

ya

N terhadap P

Suatu teknologi komputasi yang memungkinkan

kita untuk mempelajari dinamika dari benda-

benda atau zat-zat yang mengalir (Tuakia,2008).

Secara definisi, CFD adalah ilmu yang

Computed Fluid Dinamics

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).

Preprocessingmerupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD, sepertimembuat model, mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat – sifat fluidanya.

Proses simulasi CFD

menerapkan kondisi batas dan sifat – sifat fluidanya.

Solvingmenghitung kondisi – kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing

PostprocessingPostprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD

GAMBIT

merupakan salah satu preprocessor yang didesain untuk membantu membuat model dan melakukan diskritisasi (meshing) pada model untuk analisis CFD.

Software CFD

untuk analisis CFD.

FLUENT

menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh(grid) yang tidak tersruktur sekalipun dengan cara yang relative mudah.

METODOLOGI DAN DATADiagram alir penelitian

Variasi pengujian alatVariasi pengujian alat

Metode analisa Grafik dan CFD

Diagram alir penelitian

ya

tidak

Design alat sebelum design ulang

Design ulang alat

Pengukuran tekanan vakum

Savety valve

Speed driver pompa

Gambar rancangan ulang vacuum fryer

T1 = Suhu yang terukur oleh thermometer bimetal sebelum fluida masuk venturi (C)

T2 = Suhu yang terukur oleh thermometer bimetal setelah fluida keluar venturi (C)

T3 = Suhu yang terukur oleh thermometer bimetal dalam chamber (C)

Keterangan gambar

chamber (C)

T4 = Suhu yang terukur pada bak penampung air (C)

P1 = Tekanan yang terukur oleh pressure gauge sebelum fluida masuk venture (psi)

P2 = Tekanan yang terukur oleh pressure gauge setelah fluida keluar venturi (psi)

P3 = Tekanan yang terukur oleh vacuum gauge (psi)

Qp = Debit yang di hasilkan pompa (m3/s)

Vacuum fryer dan alat ukurnya

Gambar vacuum fryer

sebelum design ulang

Gambar vacuum fryer

setelah design ulang

Prinsip kerja pada venturi

Gambar Prinsip kerja pada venturi

Control Volume Pengujian

POMPA VENTURI

CHAMBERKOMPOR

Keterangan= Aliran fluda cair

= Aliran udara (tekanan)

= Aliran temperatur

Variasi PengujianSavety Valve

Tertutup TerbukaTertutup + Chamber

Variasi Pengujian alat

Speed

Driver

Tanpa

DenganR10

- -R9

1 2

4

3

5

Data dari pengujian pertama

Data dari pengujian kedua

Data dari pengujian ketiga

Data dari pengujian keempat

Data dari pengujian kelima

Hubungan suhu terhadap waktu

Hubungan debit air terhadap waktu

Hubungan tekanan terhadap waktu

Hubungan tekanan terhadap Waktu

Hubungan tekanan vakum terhadap tekanan pompa

Metode Analisa Grafik

Hubungan tekanan vakum terhadap tekanan pompa

Hubungan suhu terhadap tekanan vakum

Metode Analisa CFDAnalisa persebaran

temperatur dan tekanan

Gambar control

volume pengujian

NamaNamaNamaNama GeometriGeometriGeometriGeometri Ukuran (m)Ukuran (m)Ukuran (m)Ukuran (m)Panjang pipa inlet 0.1Panjang pipa outlet 0.1Diameter pipa 0.0254Panjang venturi 0.25

Pembuatan geometri pada GAMBIT

Panjang venturi 0.25Diameter inlet venturi 0.042Diameter outlet venturi 0.028Lubang dalam venturi 0.006Panjang saluran pipa 0.25Diameter chamber 0.2Tinggi chamber 0.14

Gambar GAMBIT vacuum fryer

Penentuan Kondisi Batas dan Kontinuum

Nama Type Continuum

Pipe Wall Fluid

Venturi Wall Fluid

Vacuum channel Wall FluidVacuum channel Wall Fluid

Chamber Wall Fluid

Inlet Pipe Velocity Inlet Fluid

Outlet Pipe Pressure Outlet Fluid

Pembuatan Meshing dan Grid

Gambar Grid Beserta Kondisi Batas Gambar Meshing

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Hasil simulasi CFDGrafik

Grafik hubungan suhu terhadap waktu

GRAFIK SUHU TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

32

34

36

SU

HU

T1

T2

GRAFIK SUHU TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

25

30

35

40

SU

HU

T1

T2

26

28

30

32

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WAKTU (menit)

SU

HU T2

T3

T4

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9

WAKTU (menit)

SU

HU

T2

T3

T4

Gambar saat savety valveterbuka tanpa menggunakan

speed driver

Gambar saat savety valve

tertutup dan menggunakanspeed driver (R9)

Grafik hubungan debit terhadap waktu

GRAFIK DEBIT AIR TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

0.006

0.008

0.01

DE

BIT

AIR

Q pompa

GRAFIK DEBIT AIR TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

0.006

0.008

0.01

DE

BIT

AIR

Q pompa

0

0.002

0.004

0.006

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WAKTU (menit)

DE

BIT

AIR

Q pompa

0

0.002

0.004

0.006

1 2 3 4 5 6 7 8 9

WAKTU (menit)D

EB

IT A

IR

Q pompa


speed driver



Grafik hubungan tekanan terhadap waktu

GRAFIK TEKANAN TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

60

80

100

120

140

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P1

P2

GRAFIK TEKANAN TERHADAP PERUBAHAN WAKTU

80

100

120

140

160

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P1

P2

0

20

40

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

WAKTU (menit)

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P2

P3

0

20

40

60

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9

WAKTU (menit)

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P2

P3


speed driver



Grafik hubungan tekanan terhadap debit

GRAFIK TEKANAN TERHADAP DEBIT AIR

80

100

120

140

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P1

P2

GRAFIK TEKANAN TERHADAP DEBIT AIR

80

100

120

140

160

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P1

P2

0

20

40

60

80

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

DEBIT AIR

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P2

P3

0

20

40

60

80

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

DEBIT AIR

TE

KA

NA

N (

kP

a)

P2

P3


speed driver



Grafik hubungan vakum terhadap tekanan pompa

GRAFIK TEKANAN VAKUM TERHADAP TEKANAN POMPA

6.48

6.5

6.52

6.54

TE

KA

NA

N V

AK

UM

(k

Pa

)

GRAFIK TEKANAN VAKUM TERHADAP TEKANAN POMPA

5

6

7

8

TE

KA

NA

N V

AK

UM

(k

Pa

)

6.38

6.4

6.42

6.44

6.46

6.48

127 128 129 130 131 132

TEKANAN POMPA (kPa)

TE

KA

NA

N V

AK

UM

(k

Pa

)

P2 terhadap P1

0

1

2

3

4

5

146 146.2 146.4 146.6 146.8 147

TEKANAN POMPA (kPa)

TE

KA

NA

N V

AK

UM

(k

Pa

)

P2 terhadap P1


speed driver



Grafik hubungan suhu terhadap tekanan dalam chamber

GRAFIK SUHU TERHADAP TEKANAN VAKUM

25

30

35

SU

HU

GRAFIK SUHU TERHADAP TEKANAN VAKUM

25

30

35

SU

HU

0

5

10

15

20

6.35 6.4 6.45 6.5 6.55

TEKANAN VAKUM (kPa)

SU

HU

T2 terhadap P2

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8

TEKANAN VAKUM (kPa)S

UH

U

T2 terhadap P2


speed driver



Hasil simulasi menggunakan CFD

Gambar distribusi tekanan pada kecepatan

fluida 3.36 m/s

Hasil simulasi menggunakan CFD

Gambar distribusi temperatur pada kecepatan

fluida 3.36 m/s

KesimpulanDari mini plant yang telah dibuat, didapatkan vakum sampai 7.99 kPa, dengan rasio luasan inlet, lubang dalam dan luasan outlet venturi seluas 42 mm : 6 mm : 28 mm . Hasil ini lebih baik dari 6.65 kPa.

Dari 5 variasi pengujian yang telah dilakukan. didapatkan variabel yang paling berpengaruh terhadap vakum yang dihasilkan adalah tekanan pompa (P1), yaitu :dihasilkan adalah tekanan pompa (P1), yaitu :

Pada saat tekanan pompa (P1) 151.68 kPa dihasilkan vakum sebesar 7.99 kPa pada pengujian savety valve tertutup tanpa menggunakan speed driver pompa.

Pada saat tekanan pompa (P1) 130.99 kPa dihasilkan vakum sebesar 6.4 kPa pada pengujian savety valve terbuka tanpa menggunakan speed driver.

Dari hasil simulasi dengan fluent 6.2 didapatkan nilai persebaran tekanan sekitar 2.5 kPa sampai -1070 kPa.

Sedang nilai persebaran temperaturnya berkisar 302 K

sampai 303 K.

SaranMengubah – ubah penggunaan rasio dimensi dari venturi yang berbeda - beda untuk menghasilkan tekanan vakum yang lebih besar dari sebelumnya. Design baru alat, bisa dilakukan pada simulasi CFD terlebih dahulu sebelum ada perbaikan lebih lanjut.terlebih dahulu sebelum ada perbaikan lebih lanjut.

Penelitian lebih lanjut dengan melibatkan perubahan suhu dan dalam chamber dikasih irisan buah, sehingga bisa di analisa sejauh mana hubungan tekanan vakum yang dihasilkan dengan perubahan suhunya dan kondisi buah dalam chamber tersebut.

Daftar PustakaGranda, Claudia., G. Moreira, ROSANA. 2005.

Kinetics of Acrylamide Formation During

Traditional and Vacuum Frying of Potato Chips.Journal of Food Process Engineering 28. Texas :Department of Biological and Agricultural

Engineering Texas A & M UniversityEngineering Texas A & M University

Marquardt, Niels. Introduction To The PrinciplesOf Vacuum Physics. Germany : Institute for

Accelerator Physics and Synchrotron Radiation

University of Dortmund

M. Olson, Reuben., J.Wright, Steven. 1993. Dasar– Dasar Mekanika Fluida Teknik Edisi Kelima.

Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama

www.tecnocraft.com. Venturi Vacuum Generators What They Are and How to Design Them Into Your

Joachim, Kopp. Benno, Grolik. 2003. The Basics ofVacuum Technology

Heeley, David. 2005. Understanding Pressure and

Pressure Measurement. Arizona : Freescale

Semiconductor, Inc.

Tuakia, Firman. 2008. Dasar-Dasar CFD Menggunakan

FLUENT. Bandung : Informatika Bandung.

What They Are and How to Design Them Into Your

System. Melbourne : Teknocraft Inc

UNEP. 2006. Peralatan Energi Listrik Pompa dan Sistim Pemompaan. India : National Productivity

Council

kinerja model vacuum fryer menggunakan...

Documents