tugas akhireprints.ums.ac.id/57609/27/hal awal_2.pdf · 2017. 11. 16. · rincian soal/tugas :...

i

TUGAS AKHIR

ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN UDARA PADA RUANGAN DENGAN

VARIABEL TEMPERATUR DAN PENEMPATAN AC MENGGUNAKAN

METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

Disusun Oleh :

RASYID AZZAMUDIN

D200130120

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa usulan tugas Akhir

“Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan Dengan Variabel

Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan Metode

Computational Fluid Dynamics (CFD) “. Yang saya ajukan kepada

jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari

penelitian atau duplikasi dari tugas akhir yang sudah dipublikasikan dan

atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di lingkungan

Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali

bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana

mestinya.

Surakarta, November 2017

Yang menyatakan,

Rasyid Azzamudin

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir berjudul “Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan

Dengan Variabel Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan

Metode Computational Fluid Dynamics (CFD) “ 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 : Rasyid Azzamudin

Nim : D 200 130 120

Disetujui pada :

Hari :

Tanggal :

Pembimbing Utama

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

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir berjudul “Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan

Dengan Variabel Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan

Metode Computational Fluid Dynamics (CFD) “ yang dipertahankan

dihadapan dewan penguji dan disahkan sebagai syarat untuk

mendapatkan gelar Sarjana (Strata 1) Teknik Mesin Fakultas Teknik


Disusun oleh :


Nim : D 200 130 120

Disahkan pada :

Hari :

Tanggal :

Tim Penguji :

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

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

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

Mengetahui,

Dekan Ketua Jurusan

(Ir. Sri Sunarjono, MT. Ph.D) (Ir.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 : D200130120

NIMR : -

Jurusan/Semester : Teknik Mesin / Akhir

Judul/Topik : Analisis Distribusi Aliran Udara Pada Ruangan Dengan

Variable Temperatur Dan Penempatan AC Menggunakan

Metode Computational Fluid Dynamics (CFD)

Rincian Soal/Tugas : Analisis Air Conditioner Unit Pada Ruang Kelas Dengan

Metode Computational Fluid Dynamics (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

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”

(QS. Al-Insyiroh: 6)

“Sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar.”

(QS. Al-Anfal: 46)

“Jika kau pandang telah hebat apa yang kemarin kamu perbuat, mungkin

karena hari ini belum ada sesuatupun yang kamu perbuat, perlu target baru

yang lebih hebat agar kita tetap semangat”

(Abu Umar Abdillah)

Untuk mencapai tingkat ketinggian burung harus terbang melawan angin,

Begitupun jika anda ingin meraih kemuliaan menghadapi

tantangan adalah keniscayaan”.

(ABU Umar Abdillah)

“Hidup itu….Seperti lembaran buku

Ada halaman mengisahkan kesedihanmu,

ada halaman lain yang mengisahkan kegembiraanmu…

Bedanya, harus kau buka secara urut lembaran hidupmu tak bisa

kau pilih hanya dihalaman yang menyenangkan dirimu, Maka jika

lembaran hari ini sedang tak menggembirakanmu in syaaAllah dilembar

hari lain kau dapatkan kisah indahmu”

(Abu Umar Abdillah)

“Kesuksesan tidak dihitung dari seberapa banyak kita mengumpulkan

uang, tapi seberapa bermanfaatnya kita bagi orang lain.”

(Ari Anwar)

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 :

Ibunda tercinta Purwaningsih serta bapak tercinta Dalyono yang telah

mendidik dan membesarkan anak-anakmu dengan kasih sayang,

jazakumullah khoiron atas segala yang telah kalian berikan.

Adikku tersayang Sufyan, Himmah, Arina yang telah memberikan

semangat untuk menyelesaikan studi, semoga kalian bisa lebih baik

dari kakaknya ini.

Kakek dan Nenek yang telah memberikan semangat dan bantuan

dalam menyelesaikan kuliah ini.

Bapak Marwan Effendy, ST. MT. Ph.D selaku pembimbing tugas akhir

yang telah memberikan ilmunya dan telah memberikan sarana untuk

menyelesaikan tugas akhir ini.

Sahabat dan teman seperjuangan Heru, Unggul, Edi, Tama, Bagus,

dan Aziz terima kasih atas support dan kerja samanya selama

penelitian.

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

yang tidak bisa disebutkan satu persatu atas bantuan dan

dukungannyaa selama menempuh masa perkuliahan.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Segala puji dan syukur kami 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

kami dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Analisis Distribusi

Aliran Udara Pada Ruangan Dengan Variabel Temperatur Dan

Penempatan AC Menggunakan Metode Computational Fluid

Dynamics (CFD)”. Salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana

Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas

Muhammadiyah Surakarta.

Kami 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 penulis ingin mengcapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Sofyan Anif, M.Si, Selaku Rektor Universitas Muhammadiyah

Surakarta

2. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik


3. Bapak Ir. H. Subroto Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

ix

4. Ibu Taurista Perdana Syawitri, ST. M.Sc selaku Sekertaris Jurusan

Teknik Mesin yang membantu proses-proses administrasi selama masa

perkuliahan.

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

membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan

tugas akhir.

6. Jajaran staf dan dosen Teknik Mesin Universitas Muhmmadiyah

Surakarta

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

motivasi sehingga penulis bisa bisa menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Sahabatku dan teman-temanku angkatan 2013 terima kasih atas

dukungannya selama ini.

Akhir kata, penulis mohon maaf, jika sekiranya terdapat kesalahan

dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan

adanya keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis

semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas akhir ini semoga bermanfaat khususnya bagi penulis dan

pihak lain yang membutuhkan, Amiin ya Robbaall’alamiin.

Surakarta, November 2017

Penulis

x

ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN UDARA PADA RUANGAN DENGAN VARIABEL TEMPERATUR DAN PENEMPATAN AC MENGGUNAKAN


Rasyid Azzamudin, 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.

Tahap penelitian dilakukan dalam dua tahap, pertama melakukan

pengukuran secara langsung terhadap distribusi kecepatan dan

temperatur udara di dalam ruang tersebut pada poin pengukuran yang

telah ditentukan dengan 3 perlakuan setting temperatur yang berbeda,

dan kedua melakukan prediksi karakteristik aliran udara dengan

pendekatan simulasi (CFD). Simulasi RANS mengaplikasikan model

turbulensi k-epsilon dengan mengembangkan tiga tipe mesh secara

terstruktur hingga 973.651 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

temperatur AC yang telah terukur.

Dari hasil validasi, tipe mesh C menghasilkan nilai kesalahan

terkecil yang prosentase ketepatan sebesar 98,94% dan variasi

penempatan AC pada CFD memiliki nilai rata-rata terendah. Maka kedua

validasi tersebut akan dilakukan variasi temperatur. Penelitian variasi

perubahan temperatur AC didapatkan hasil bahwa terjadi kenaikan rata-

rata temperatur ruang dari 18oC, 20 oC, dan 30 oC.

Kata kunci : Air Conditioner, Computational Fluid Dynamic

mailto:[email protected]

xi

ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN UDARA PADA RUANGAN DENGAN VARIABEL TEMPERATUR DAN PENEMPATAN AC MENGGUNAKAN


Rasyid Azzamudin, Marwan Effendy

Departement of Mechanical Engineering Universitas Muhammadiyah SurakartaJl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

Email : [email protected]

Abstrack

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.

The research stages were conducted in two stages, first

performing a direct measurement of the air velocity and temperature

distribution within the space at predetermined measurement points by 3

different temperature setting treatments, and secondly predicting airflow

characteristics by simulation approach (CFD). The steady RANS

simulation applied the k - epsilon turbulence model with three different

structured mesh types up to 973,651 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 temperature AC which has been measurable

Based on the validation result, the type of C mesh will produce the

smallest error value with percentage of the accuracy around 98.94% and

AC placement variations on CFD have the lowest average value.

Therefore, the temperature validation will be performed on both

validations. Research about variations of AC temperature change got

result that there is an increase about the average room’s temperature from

18oC, 20 oC, dan 30 oC.

.Keyword : Air conditioner, Computational Fluid Dynamic

mailto:[email protected]

xii

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TOPIK TUGAS AKHIR .... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................... iii

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

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

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

PERSEMBAHAN ............................................................................. vii

KATA PENGANTAR ....................................................................... viii

ABSTRAK ....................................................................................... x

ABSTRACT ..................................................................................... xi

DAFTAR ISI ..................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xv

DAFTAR TABEL ............................................................................. xvii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah ............................................... 2

1.3 Batasan Masalah .................................................... 2

1.4 Tujuan Penelitian .................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian .................................................. 3

1.6 Sistematika Penulisan ............................................ 3

xiii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka .................................................... 4

2.2 Dasar Teori ............................................................. 6

2.2.1 Koefisien Perpindahan Panas ........................ 6

2.2.1.1 Perpindahaan Panas Konduksi .......... 7

2.2.1.2 Perpindahaan Panas Konveksi .......... 7

2.2.1.3 Perpindahaan Panas Radiasi ............. 7

2.2.2 CFD (Computational Fluid Dinamics) ............ 8

2.2.3 Aliran Laminer ................................................ 11

2.2.4 Aliran Turbulen ............................................... 11

2.2.5 Pemodelan Aliran K-𝜀 .................................... 12

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Rancangan Penelitian ............................................ 14

3.2 Spesifikasi Komputer .............................................. 15

3.3 Ruang Kuliah .......................................................... 16

3.4 Anemometer ........................................................... 16

3.5 Termocouple Reader .............................................. 17

3.6 Meteran .................................................................. 17

3.7 Pre-Processing ....................................................... 18

3.8 Processing .............................................................. 20

3.9 Post Processing ...................................................... 21

BAB IV VALIDASI DATA, HASIL, DAN PEMBAHASAN

4.1 Validasi Data .......................................................... 22

4.1.1 Mesh Tipe A................................................... 22

4.1.2 Mesh Tipe B................................................... 25

4.1.3 Mesh Tipe C .................................................. 27

4.1.4 Variasi Penempatan AC ................................ 29

4.2 Variasi Temperatur ................................................. 31

4.2.1 Hasil Grafik CFD Variasi Penempatan AC dan

Temperatur Udara .......................................... 32

xiv

4.2.2 Kontur Temperatur CFD Variasi Penempatan

AC .................................................................. 34

4.2.3 Kontur Temperatur Area Ketiga Zona Pada

Ketinggian 1 m ............................................. 36

4.2.4 Vektor Kecepatan CFD Variasi Penempatan

AC .................................................................. 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ............................................................. 39

5.2 Saran ...................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi ..................................... 7

Gambar 2.2 Perpindahan Panas Konveksi ..................................... 7

Gambar 2.3 Perpindahan Panas Radiasi ....................................... 8

Gambar 2.4 Aliran Laminer ............................................................. 11

Gambar 2.5 Aliran Turbulen............................................................ 12

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................... 15

Gambar 3.2 Komputer/Laptop ........................................................ 16

Gambar 3.3 Ruang Kelas ............................................................... 16

Gambar 3.4 Anemometer ............................................................... 17

Gambar 3.5 Thermocouple ............................................................. 17

Gambar 3.6 Meteran ....................................................................... 17

Gambar 3.7 Desain Ruang ............................................................. 18

Gambar 3.8 Hasil Meshing ............................................................. 19

Gambar 3.9 Processing .................................................................. 20

Gambar 3.10 Post-Processing .......................................................... 21

Gambar 4.1 Validasi Data Mesh Tipe A ......................................... 24

Gambar 4.2 Validasi Data Mesh Tipe B ......................................... 26

Gambar 4.3 Validasi Data Mesh Tipe C ........................................ 28

Gambar 4.4 Variasi Penempatan AC .............................................. 24

Gambar 4.5 Perbandingan temperatur Udara CFD ........................ 26

xvi

Gambar 4.6 Kontur Temperatur 18oC ............................................. 34



Gambar 4.9 Kontur Temperatur Area Ketiga Zona ......................... 36

Gambar 4.10 Vektor kecepatan Temperatur 18oC ............................ 28



xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Karakteristik Mesh ...................................................... 19

Tabel 4.1 Variasi Temperatur udara .......................................... 31

tugas akhireprints.ums.ac.id/57609/27/hal awal_2.pdf · 2017. 11. 16. · rincian soal/tugas :...

Documents