tugas akhir karakteristik distribusi temperatur dan …eprints.ums.ac.id/57467/15/halaman depan...

i

TUGAS AKHIR

KARAKTERISTIK DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN POLA

ALIRAN UDARA DALAM RUANGAN DENGAN SATU UNIT

AC TIPE SPLIT DENGAN VARIASI KECEPATAN UDARA

INLET MENGGUNAKAN METODE CFD

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata I Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Disusun Oleh

BAGUS NUGROHO NIM : D200.130.181

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan

judul : “Karakteristik Distribusi Temperatur Dan Pola Aliran Udara

Dalam Ruangan Dengan Satu Unit AC Tipe Split Dengan Variasi

Kecepatan Udara Inlet Menggunakan Metode CFD” yang dibuat untuk

memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 dan pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau

duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai

untuk mendapatkan gelar kesarjanaan dilingkungan Universitas

Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun kecuali bagian yang

sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 28 Oktober 2017

Yang menyatakan

Bagus Nugroho

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Artikel berjudul “Karakteristik Distribusi Temperatur Dan Pola Aliran

Udara Dalam Ruangan Dengan Satu Unit AC Tipe Split Dengan

Variasi Kecepatan Udara Inlet Menggunakan Metode CFD” telah

disetujui Pembimbing dan koordinator sebagai syarat untuk seminar

Tugas Akhir dan Ujian Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammdiya Surakarta.

Dipersiapkan oleh :

Nama : BAGUS NUROHO

NIM : D.200.130.181

Disetujui pada :

Hari :

Tanggal :

Pembimbing

Tugas Akhir

Marwan Effendy, ST.,MT.,Ph.D

iv

Tugas akhir berjudul “Karakteristik Distribusi Temperatur Dan Pola

Aliran Udara Dalam Ruangan Dengan Satu Unit AC Tipe Split Dengan

Variasi Kecepatan Udara Inlet Menggunakan Metode CFD”, telah

dipertahankan dihadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk

memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dipersiapkan oleh:

Nama : BAGUS NUROHO

NIM : D.200.130.181

Disahkan pada :

Hari :

Tanggal :

Dewan penguji :

Ketua : Marwan Effendy, ST., M.T ., Ph.D ( )

Anggota 1 : Ir. Tri Tjahjono, M.T ( )

Anggota 2 : Ir. Subroto, M.T ( )

Mengetahui

Dekan Fakultas teknik Ketua Jurusan

Ir. Sri Sunarjono, M.T ., Ph.D Ir. Subroto, M.T

v

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR

Bedasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta :

Nomor 150/II/2016 Tanggal 8 September 2016 tentang Pembimbing Tugas Akhir dengan ini :

Nama : Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D

Pangkat/jabatan : Lektor Kepala

Kedudukan : Pembimbing Utama

Memberikan soal tugas akhir kepada Mahasiswa :

Nama : Bagus Nugroho

Nomor Induk : D200130181

NIMR : -

Jurusan/Semester : Teknik Mesin / Akhir

Judul/Topik : Karakteristik Distribusi Temperatur Dan Pola Aliran Udara Dalam Ruangan Dengan Satu Unit AC Tipe Split Dengan Variasi Kecepatan Udara Inlet Menggunakan Metode CFD

Rincian Soal/Tugas : Karakteristik Distribusi Temperatur Dan Pola Aliran Udara Dalam Ruangan Dengan Satu Unit AC Tipe Split Dengan Variasi Kecepatan Udara Inlet Menggunakan Metode CFD

Demikian soal tugas akhir dibuat untuk dapat dilaksanakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 10 Februari 2017

Pembimbing

Marwan Effendy, ST, MT, Ph.D

Keterengan : *) Coret salah satu 1. Warna biru untuk kajur 2. Warna kuning untuk pembimbing I 3. Warna merah untuk pembimbing II 4. warna putih untuk mahasiswa

vi

MOTTO

"Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan"

(Q.S. Ar-Rahman : 13)

“Jika Kamu tidak dapat menahan lelahnya belajar, Maka kamu harus

sanggup menahan perihnya Kebodohan."

(Imam Syafi’i)

vii

PERSEMBAHAN

Puji syukur Alhamdulilah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia

dan keridhaan Allah SWT yang menggenggam dan memiliki seluruh jiwa

ini, Berkat ilmu yang ia berikan dan campur tangan-Nya lah karya

sederhana ini dapat terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur karya

ini dipersembahkan untuk :

1. Ibunda tercinta (Alm.) Sularmi dan Ibunda Sukeni serta ayah tercinta

Siswo Sudarmo yang telah mendidik dengan penuh kasih sayang.

Terima kasih serta do’a lah yang mampu aku berikan pada kalian

sebagai balasan atas apa yang telah kalian berikan kepada ku.

2. Kakak-kakakku Tin Martini, Adi Purnama, Tri Hastuti, Rini Maryanis

terima kasih atas doa dan semangatnya.

3. Sahabat dan teman seperjuangan Heru, Aziz, Unggul, Edi, Rosyid,

Tama terima kasih atas support dan kerja samanya selama penelitian.

4. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013, dan teman kuliah

konsentrasi konversi energi, serta teman-teman lain yang tidak bisa

disebutkan satu persatu terima kasih atas bantuan dan dukungannya

selama menempuh masa perkulliahan, yang selalu memberikan

pelajaran berharga yang tidak bisa dinilai dengan materi sehingga bisa

sampai pada titik ini.

5. Keluarga besar Asisten LPPITD dan jajaranya yang telah memberi

pelajaran tentang komitmen dan rasa kekeluargaan yang akan selalu

terkenang, terimakasih atas do’a dan semangatnya

6. Keluarga besar TPQ Ar-Rayyan terima kasih atas ilmu pendewasaan

diri, istiqomah, softskill, semangat, serta doanya.

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia-Nya yang telah dilimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam Tugas Akhir ini telah banyak mendapat bantuan dari

berbagai pihak, dan dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan

terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D Selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. H. Subroto, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Unversitas Muhammadiyah Surakarta .

3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Univeritas Muhammadiyah Surakarta yang membantu

dalam proses-proses administrasi selama masa perkuliahan.

4. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D selaku Pembimbing yang

telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam

penyusunan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Wijianto, ST., MT, selaku Pembimbing Akademik

6. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta

Akhir kata mohon maaf jika sekiranya terdapat kesalahan dan

kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya

keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur, yang

ix

ada dan pengetahuan yang dimiliki. Harapan semoga laporan ini

bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi

penelitian selanjutnya dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya

Robballamin.

Surakarta 28 Oktober 2017

Bagus Nugroho

x

KARAKTERISTIK DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN POLA ALIRAN UDARA DALAM RUANGAN DENGAN SATU UNIT AC TIPE SPLIT DENGAN VARIASI KECEPATAN UDARA

INLET MENGGUNAKAN METODE CFD

Bagus Nugroho, Marwan Effendy Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura email : [email protected]

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi distribusi temperatur dan pola aliran udara pada ruangan berukuran 10,45m x 8,1m x 3,93m, dengan menggunakan satu unit mesin pendingin Air Conditioner (AC) tipe split..

Penelitian diawali dengan pengukuran temperatur ruangan pada beberapa titik acuan di ketinggian 1m dari lantai. Data temperatur ini selanjutnya dipergunakan sebagai acuan untuk validasi data dan pendekatan simulasi computational fluid dynamics (CFD) yang dilakukan. Simulasi RANS mengaplikasikan model turbulensi k-epsilon dengan mengembangkan tiga tipe mesh secara terstruktur hingga 972.838 elemen. Tipe mesh yang mampu menghasilkan data simulasi yang paling dekat dengan data pengukuran temperatur dijadikan patokan untuk mengembangkan simulasi tingkat lanjut guna menginvestigasi sirkulasi udara dalam ruangan sebagai akibat pengaruh kecepatan fan AC di evaporator mulai dari 3,16; 3,66; dan 4,16 m/s.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa konstruksi mesh paling halus mampu menghasilkan prediksi data simulasi dengan tingkat kesalahan hingga 4,91%. Pada investigasi tiga kondisi kecepatan berbeda tersebut, kecepatan udara mempengaruhi distribusi temperatur dan pola aliran udara. Seiring meningkatnya kecepatan udara maka distribusi temperatur dan pola aliran udara lebih merata ke seluruh ruangan.

Kata kunci : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; Distribusi temperatur; pola aliran udara

mailto:[email protected]

xi

DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF TEMPERATURE AND AIR FLOW PATTERNS IN THE ROOM WITH ONE UNIT OF AIR CONDITIONING SPLIT TYPE AIR INLET VELOCITY

VARIATION USING CFD METHOD

Bagus Nugroho, Marwan Effendy Mechanical Engineering Muhammadiyah University Of Surakarta

JL. a. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura email: [email protected]

ABSTRACT

This study aims to predict the distribution of temperature and airflow patterns in a class room with dimension of 10.45 m x 8.1 m x 3.93 m due to the existence of an air conditioner.

This study was realized by the measurements of air temperature inside the class room at several reference points will be used for validation and comparison. The measurement position was set at 1m height from the floor. The steady RANS simulation applied the k - epsilon turbulence model with three different structured mesh types up to 972,838 elements. The mesh type capable of producing simulation data closest to the temperature measurement data will be further developed to investigate indoor air circulation due to the effect of fan speed on the evaporator. Three fan speeds were varied at 3.16; 3.66; and 4.16 m/s.

The results show that the finest mesh construction is able to produce prediction of simulation data with error rate up to 4.91%. In the investigation of the three different velocity conditions, air velocity influences the distribution of temperature and airflow patterns. As the air speed increases, the temperature distribution and airflow patterns are more evenly distributed throughout the class room

Keywords : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; airflow patterns; airflow patterns.

mailto:[email protected]

xii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ............................................................................................. i

Pernyataan Keaslian Skripsi ....................................................................... ii

Halaman Persetujuan ................................................................................ iii

Halaman Pengesahan ............................................................................... iv

Lembar Soal Tugas Akhir ........................................................................... v

Halaman Motto ........................................................................................... vi

Halaman Persembahan ............................................................................ vii

Kata Pengantar ........................................................................................ viii

Abstrak ........................................................................................................ x

Daftar Isi ................................................................................................... xii

Daftar Gambar .......................................................................................... xv

Daftar Tabel ............................................................................................ xvii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ......................................................................... 4

1.4 Tujuan Penelitian ......................................................................... 4

1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Pustaka ............................................................................. 6

2.2 Landasan Teori .......................................................................... 10

2.2.1 Air Conditioner Tipe Split.................................................. 10

2.2.2 Kenyamanan Termal ........................................................ 12

2.2.3 Aliran Fluida ..................................................................... 13

2.2.4 Sistem Cfd ........................................................................ 14

xiii

2.2.5 Pembuatan Grid (Meshing) .............................................. 15

2.2.6 Model K-Epsilon ............................................................... 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian .............................................................. 18

3.2 Tahap Eksperimen .................................................................... 18

3.2.1 Alat Dan Bahan ................................................................ 19

3.2.2 Tempat Penelitian ............................................................ 20

3.2.3 Pengambilan Data ............................................................ 21

3.3 Tahap Penelitian ................................................................. 24

3.3.1 Tahap Validasi ................................................................. 24

3.3.2 Tahap Penelitian Kasus ................................................... 28

BAB IV VALIDASI, HASIL, DAN PEMBAHASAN

4.1 Validasi Data ............................................................................. 29

4.1.1 Mesh A ............................................................................. 30

4.1.2 Mesh B ............................................................................. 32

4.1.3 Mesh C ............................................................................. 34

4.2 Variasi Kecepatan ..................................................................... 35

4.2.1 Zona 1 .............................................................................. 36

4.2.2 Zona 2 .............................................................................. 39

4.3.3 Zona 3 .............................................................................. 42

4.3.3 Kontur Area Tiga Zona Pada Ketinggian 0.3 m ................ 45

4.3.4 Vektor Area Tiga Zona Pada Ketinggian 0.3 m ................ 46

4.3.5 Kontur Area Tiga Zona Pada Ketinggian 1 m ................... 47

4.4.6 Vektor Area Tiga Zona Pada Ketinggian 1 m ................... 48

4.3.7 Kontur Area Tiga Zona Pada Ketinggian 2 m ................... 49

4.3.8 Vektor Area Tiga Zona Pada Ketinggian 2 m ................... 50

xiv

Bab V Penutup

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 51

5.2 Saran .......................................................................................... 52

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Model Penempatan FAC (Gao dan Lee, 2008) .......................... 7

Gambar 2.2 Distribusi temperatur secara vertikal, kecepatan udara

lokal dan pola aliran udara (Gao dan Lee, 2008) ....................... 8

Gambar 2.3 Sistem Kerja AC Split .............................................................. 11

Gambar 2.4 Aliran Laminar dan Aliran Turbulen .......................................... 13

Gambar 2.5 Contoh mesh pada GAMBIT .................................................... 16

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .............................................................. 18

Gambar 3.2 Anemometer ............................................................................. 19

Gambar 3.3 Thermokopel ............................................................................ 20

Gambar 3.4 Ruang kelas H.4.04 .................................................................. 21

Gambar 3.5 Proses pengambilan data di inlet AC (a) kecepatan

udara, (b) temperatur udara ..................................................... 22

Gambar 3.6 Titik pengambilan data temperatur ........................................... 23

Gambar 3.7 Mesh A ..................................................................................... 25

Gambar 3.8 Mesh B ..................................................................................... 25

Gambar 3.9 Mesh C ..................................................................................... 25

Gambar 3.10 Proses iterasi berlangsung ..................................................... 26

Gambar 3.11 Proses iterasi konvergen ........................................................ 27

Gambar 3.12 Proses CFD- post R16.0 ........................................................ 27

Gambar 4.1 Validasi mesh A ........................................................................ 30

Gambar 4.2 Validasi mesh B ........................................................................ 32

Gambar 4.3 Validasi mesh C ....................................................................... 34

Gambar 4.4 Hubungan kecepatan dan temperatur di zona 1 ....................... 36

Gambar 4.5 Temperatur dan kecepatan zona 1 pada tiga variasi

kecepatan ................................................................................ 37

Gambar 4.6 Kontur zona 1 pada tiga variasi kecepatan ............................... 38

Gambar 4.7 Vektor zona 1 pada tiga variasi kecepatan ............................... 38

Gambar 4.8 Hubungan kecepatan dan temperatur di zona .......................... 39

xvi


kecepatan ................................................................................ 40

Gambar 4.10 Kontur zona 2 pada tiga variasi kecepatan ............................. 41

Gambar 4.11 Vektor zona 2 pada tiga variasi kecepatan ............................. 41

Gambar 4.12 Hubungan kecepatan dan temperatur di zona 3 ..................... 42


kecepatan .............................................................................. 43



Gambar 4.16 Kontur pada tiga variasi kecepatan (0.3 m) ............................ 45

Gambar 4.17 Vektor pada tiga variasi kecepatan (0.3 m) ............................ 46

Gambar 4.18 Kontur pada tiga variasi kecepatan (1 m) ............................... 47

Gambar 4.19 Vektor pada tiga variasi kecepatan (1 m) ............................... 48

Gambar 4.20 Kontur pada tiga variasi kecepatan (2 m) ............................... 49

Gambar 4.21 Vektor pada tiga variasi kecepatan (2 m) ............................... 50

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Karakteristik Tingkat Kehalusan Mesh..................................... 24

tugas akhir karakteristik distribusi temperatur dan …eprints.ums.ac.id/57467/15/halaman depan...

Documents