tugas akhir simulasi distribusi temperatur …eprints.ums.ac.id/57608/31/halaman depan.pdf ·...

i

TUGAS AKHIR

SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC

PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR

DISEKITAR EVAPORATOR

Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar

Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta

Disusun Oleh :

EDI SUPRIYANTO

D200130119

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

“SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA

BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR”

yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada

jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari

skripsi yang sudah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi

manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana

mestinya.

Surakarta, Juli 2017

Yang menyatakan,

Edi Supriyanto

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR

RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR

DISEKITAR EVAPORATOR” telah disetujui oleh Pembimbing untuk

memenuhi sebagai persyaratan memperoleh derajat Sarjana (Strata 1)

Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Disusun oleh :

Nama : Edi Supriyanto

Nim : D 200 130 119

Disetujui pada :

Hari :

Tanggal :

Pembimbing Utama

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

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir yang berjudul “SIMULASI DISTRIBUSI

TEMPERATUR RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI

TEMPERATUR DISEKITAR EVAPORATOR” yang dipertahankan

dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk mendapatkan gelar

Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

Disusun oleh :


Nim : D 200 130 119

Disahkan pada :

Hari :

Tanggal :

Tim Penguji :

Ketua : Marwan Effendy, ST,.MT,.Ph.D ( )

Anggota 1 : Tri Tjahjono, Ir, MT. ( )

Anggota 2 : Taurista Perdana Syawitri, ST, MSc. ( )

Mengetahui,

Dekan Ketua Jurusan

( Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D ) ( Ir.H. Subroto. MT )

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 :


Nomor Induk : D200130119

NIMR : -

Jurusan/Semester : Teknik Mesin / Akhir

Judul/Topik : Simulasi Distribusi Temperatur Ruangan Ber AC Pada Berbagai

Variasi Temperatur Disekitar Evaporator

Rincian Soal/Tugas : Simulasi Distribusi Temperatur Ruangan Ber AC Pada Berbagai

Variasi Temperatur Disekitar Evaporator

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

“Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kadar

kesanggupannya.”

(Q.S. Al-Baqarah: 286)

“Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.”

(Q.S. Al-Insyirah: 5-6)

vii

PERSEMBAHAN

Puji syukur Alhamdulillah, hamba panjatkan atas rahmat, karunia dan keridhaan

Allah SWT yang menggenggang dan memiliki seluruh jiwa ini. Berkat ilmu yang

ia berikan kepada penulis dan campur tangan-Nyalah karya sederhana ini dapat

terselesaikan dengan baik. Dengan rasa syukur karya ini penulis persembahkan

untuk :

Allah SWT atas segala nikmat dan karuniaNya karena tidak ada daya dan

kekuatan kecuali atas kehendakNya.

Ibu Kamsi dan bapak Sunaryo tercinta yang telah mendidik,mendoakan

dan mendukung dalam segala hal.semoga sehat selalu

Adikku tersayang Dewi Susiloasih dan Yudi Yulianto, yang telah

memberikan semangat untuk menyelesaikan studi, semoga kalian bisa

lebih baik dari kakaknya ini.

Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013, serta teman-teman lain yang

tidak bisa disebutkan satu persatu atas bantuan dan dukungannya selama

menempuh masa perkuliahan.

Laboratorium Teknik Mesin, keluarga mahasiswa Teknik Mesin, tim cfd

research yang telah menjadi tempat dan kawan seperjuangan.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah

memberikan rahmat, hidayah, dan tak lupa sholawat serta salam teruntuk Nabi

Muhammad SAW yang selalu memberikan petunjuk kepada umatnya untuk selalu

berjalan dijalan yang lurus dan benar, Sehingga penulis dapat menyelesaikan

tugas akhir dengan judul “SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR

RUANGAN BER AC PADA BERBAGAI VARIASI TEMPERATUR

DISEKITAR EVAPORATOR”. Salah satu syarat guna memperoleh gelar

Sarjana Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas

Muhammadiyah Surakarta.

Penulis menyadari bahwa keberhasilan dalam menyelesaikan tugas akhir

ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan dan saran-saran dari berbagai pihak, baik

secara langsung maupun tidak langsung, sehingga pada kesempatan ini ingin

mengcapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, PhD. Selaku Rektor Universitas

Muhammadiyah Surakarta

2. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., Ph.D. selaku pembimbing yang telah

membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas

Akhir ini.

3. Masyrukan, ST, MT selaku doden pembimbing akademik selama masa

perkuliahan yang memberi motifasi dan arahannya.

4. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhmmadiyah Surakarta

5. Bapak dan Ibu terima kasih atas segalanya, terutama untuk do’a dan motivasi

sehingga penulis bisa bisa menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Sahabatku dan teman-temanku angkatan 2013 terima kasih atas dukungannya

selama ini.

ix

Akhir kata, mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan

dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan

pengetahuan yang dimiliki. Semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas akhir ini semoga bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain

yang membutuhkan, Amiin ya Robbaall’alamiin.

Surakarta, Juli 2017

Penulis

x




Edi Supriyanto, Marwan Effendy

Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. Ahmad Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

email : [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi distribusi temperatur dan pola

aliran udara pada ruangan ber-AC dengan berukuran 10,45m x 8,1m x 3,93m.

Mesin pendingin yang digunakan adalah satu AC tipe Split berdaya 2 PK.

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 steady

RANS mengaplikasikan model turbulensi k-epsilon dengan mengembangkan tiga

tipe mesh secara terstruktur hingga 1.211.358 elemen. Tipe mesh yang mampu

menghasilkan data simulasi yang paling dekat dengan data pengukuran

temperatur dijadikan patokan untuk mengembang kansimulasi tingkat lanjut guna

menginvestigasi sirkulasi udara dalam ruangan sebagai akibat pengaruh

temperatur inlet di evaporator mulai dari 18 ; 24 ;dan 30 oC.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa konstruksi mesh paling halus mampu

menghasilkan prediksi data simulasi dengan tingkat kesalahan hingga 2,257 %.

Pada investigasi tiga kondisi temperatur berbeda tersebut, distribusi temperatur

dan pola aliran udara tidak jauh beda dengan kondisi ruangan sebenarnya.

Seiring meningkatnya temperatur udara maka distribusi temperatur dan pola

aliran udara juga mengalami peningkatan dan terdisribusi secara merata

didalam ruangan.

Kata kunci : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; Distribusi

temperatur; pola aliran udara

mailto:[email protected]

xi




Edi Supriyanto, Marwan Effendy

Jurusan Teknik Mesin,Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. Ahmad 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. Cooling machine used is one

AC type Split with power 2 PK.

This study was realizedby 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

1.211.358 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 inlet temperatures on the evaporator. Three temperature

were varied at 18 ; 24 ;dan 30 oC.

The results show that the finest mesh construction is able to produce prediction of

simulation data with error rate up to 2.257%. In the investigation of the three different

temperature conditions, the distribution of temperature and airflow patterns not much

different from the actual conditions . As the temperatur increases, the temperature

distribution and airflow patterns are also increase and are evenly distributed throughout

the class room

Keywords : Air Conditioner; Computational fluid dynamics; airflow patterns

mailto:[email protected]

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................. i

PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR ........................ ii

HALAMAN PERSETUJUNAN ............................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .......................................................... v

MOTTO ..................................................................................................... vi

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 ............................................................. 3

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

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

1.6 Sistematika Penulisan ..................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................. 7

2.2 Dasar Teori ..................................................................... 8

2.2.1 Pengertian Fluida ................................................... 8

2.2.2 Macam-macam Aliran Fluida ................................ 8

2.2.3 Koefisien Perpindahan Panas ................................ 11

xiii

2.2.3.1 Perpindahaan Panas Konduksi .................. 11

2.2.3.1 Perpindahaan Panas Konveksi .................. 12

2.2.3.1 Perpindahaan Panas Radiasi ...................... 12

2.2.4 CFD (Computational Fluid Dinamics) ...... 13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Rancangan Penelitian ..................................................... 16

3.2 Alat dan Bahan ............................................................... 17

3.2.1 Komputer ............................................................... 17

3.2.2 Anemometer .......................................................... 18

3.2.3 Thermo Couple Reader ......................................... 18

3.2.4 Meteran .................................................................. 19

3.2.5 Ruang Kelas .......................................................... 20

3.2.6 Pre-Processing ...................................................... 20

3.2.7 Processing ............................................................. 27

3.2.8 Post Processing ..................................................... 31

BAB IV VALIDASI DATA, HASIL, DAN PEMBAHASAN

4.1 Validasi Data .................................................................. 32

4.1.1 Mesh Tipe A .......................................................... 33

4.1.2 Mesh Tipe B .......................................................... 34

4.1.3 Mesh Tipe C .......................................................... 36

4.2 Variasi Temperatur Inlet Evaporator .............................. 37

4.3 Hasil Variasi Inlet Evaporator ........................................ 38

4.4 Hasil Kontur Temperatur Zona 1 .................................... 40



4.7 Hasil Vektor Temperatur Zona 1 .................................... 42



BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ..................................................................... 45

xiv

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Aliran Laminar .................................................................... 10

Gambar 2.2 Aliran Turbulen ................................................................... 10

Gambar 2.3 Aliran Transisi ..................................................................... 11

Gambar 2.4 Perpindahan Panas Konduksi .............................................. 11

Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi .............................................. 12

Gambar 2.6 Perpindahan Panas Radiasi .................................................. 12

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ....................................................... 16

Gambar 3.2 Laptop Asus ......................................................................... 18

Gambar 3.3 Anemometer Digital ............................................................ 18

Gambar 3.4 Thermo Couple Reader........................................................ 19

Gambar 3.5 Meteran ................................................................................ 19

Gambar 3.6 Ruang kelas h404 ................................................................ 20

Gambar 3.7 Dimensi Ruang Kelas .......................................................... 21

Gambar 3.8 Titik uji ruang kelas ............................................................. 21

Gambar 3.9 Jara titik uji ruang kelas ....................................................... 22

Gambar 3.10 Contoh Pengambilan Data Meshing .................................... 23

Gambar 3.11 Hasil Meshing ...................................................................... 24

Gambar 3.12 Toolbar General ................................................................... 26

Gambar 3.13 Toolbar Menu Models ......................................................... 27

Gambar 3.14 Toolbar Material .................................................................. 27

Gambar 3.15 Toolbar Cell Zone Conditions ............................................. 28

Gambar 3.16 Toolbar Solution Methods ................................................... 29

Gambar 3.17 Toolbar Solution Initialization ............................................ 30

Gambar 3.18 Toolbar Run Calculation ..................................................... 30

xvi

Gambar 4.1 Validasi Mesh Tipe A ......................................................... 33

Gambar 4.2 Validasi Mesh Tipe B .......................................................... 35

Gambar 4.3 Validasi Mesh Tipe C .......................................................... 36

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Temperatur Udara di zona 1 .............. 39

Gambar 4.5 Kontur Temperatur Zone 1 Pada 3 Variasi Temperatur ...... 40

Gambar 4.6 Kontur Zona 2 Pada 3 Tiga Variasi Temperatur ................ 41

Gambar 4.7 Kontur Zona 3 Pada Tiga Variasi Temperatur .................... 42

Gambar 4.8 Vektor Zona 1 Pada Tiga Variasi Temperatur .................... 43



xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Variasi Temperatur ................................................... 38

tugas akhir simulasi distribusi temperatur …eprints.ums.ac.id/57608/31/halaman depan.pdf ·...

Documents