skripsi fileuntuk memperoleh gelar sarjana teknik ... perpindahan panas yang terjadi ada tiga yaitu...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA SUATURUANGAN BERATAP GENTENG BERBAHAN KOMPOSIT
PLASTIK-KARET MENGGUNAKAN ANSYS FLUENT
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syaratuntuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
BENEDICTUS HENDY HANANTA PUTRANIM. I0410012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA2015
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
Simulasi Distribusi Temperatur Pada Suatu Ruangan Beratap GentengBerbahan Komposit Plastik-Karet Menggunakan Ansys Fluent
Benedictus Hendy Hananta PutraJurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sebelas MaretSurakarta, Indonesia
E-mail : [email protected]
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan distribusi temperaturruangan yang beratap genteng dengan bahan komposit, tanah liat, dan asbes sertauntuk mendapatkan rekomendasi bahan genteng yang dapat diaplikasikan. Prosessimulasi untuk mendapatkan distribusi temperatur itu dengan software ANSYSFluent. Setiap tahap akan divariasi dengan kecepatan udara 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 4m/s, 5 m/s untuk setiap material genteng yang digunakan. Perpindahan panas yangterjadi ada tiga yaitu radiasi, konveksi, dan konduksi. Dinding ruangan akanmenggunakan bahan bata, sedangkan atap divariasikan menggunakan tiga bahangenteng berbeda. Hasil simulasi temperatur ruangan pada variasi kecepatan 1 m/s,2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s dicapai oleh bahan tanah liat dengan temperaturberturut-turut 305,98 K; 305,70 K; 304,61 K; 304,47 K; dan 304,32 K.Berdasarkan ANSI/ASHRAE standard 55-2004 dari hasil dari simulasi tersebutdidapatkan distribusi temperatur terbaik menggunakan genteng berbahankomposit plastik-karet. Genteng berbahan komposit juga direkomendasikansebagai genteng alternatif berdasarkan ANSI/ASHRAE standard 55-2004.
Kata kunci : perpindahan panas, genteng komposit, simulasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
Simulation of Temperature Distribution in a Room Covered with Plastic-Rubber Composite Roof Tile With Ansys Fluent
Benedictus Hendy Hananta PutraMechanical Engineering Department
The Faculty of Engineering, Sebelas Maret UniversitySurakarta, Indonesia
E-mail : [email protected]
Abstract
The objective of this research is to get a comparison of the distribution of theroom temperature by using three materials, namely plastic-rubber composite, clay,asbestos, and also to get a recommendation tile materials that can be applied.ANSYS Fluent was used for the temperature distribution simulation. Each stagewill be varied with the air speed of 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s, 4 m/s, 5 m/s for each tilematerial used. There are three heat transfers in this simulation, namely radiation,convection, and conduction. The operative temperature of the simulation resultson the variation speed of 1 m/s, 2 m/s, 3m/s, 4 m/s, 5 m/s has achieved by claymaterial with successive temperature 305,98 K; 305,70 K; 304,61 K; 304,47 K;dan 304,32 K. Based on the ANSI / ASHRAE Standard 55-2004, the results of thesimulation obtained that the best temperature distribution using tiles which madefrom plastic-rubber composites. Composite tile is also recommended as analternative tile by ANSI / ASHRAE Standard 55-2004.
Keywords: heat transfer, composite roof tile, simulation
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah
memberikan berkat dan kesempatan sehingga penulis dapat melaksanakan dan
menyelesaikan Skripsi dengan judul “Simulasi Distribusi Temperatur Pada Suatu
Ruangan Beratap Genteng Berbahan Komposit Plastik-Karet Menggunakan Ansys
Fluent ” ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
Berbagai pihak telah ikut berperan membantu penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini dengan memberikan arahan dan bimbingan serta motivasi. Oleh
karena itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada:
1. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T. selaku Pembimbing I yang tanpa lelah
memberikan bimbingannya hingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini
2. Bapak Eko Prasetyo Budiana, S.T., M.T. selaku Pembimbing II yang dengan
sabar memberikan bimbingan dan arahan sehingga penulis dapat
menyelesaikan Skripsi ini.
3. Prof. Muhammad Nizam, S.T., M.T., Ph.D, bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi.,
S.T., M.T., dan bapak Dr.Techn Suyitno, M.T selaku dosen penguji tugas
akhir saya yang telah memberikan saran yang membangun
4. Bapak Dr. Nurul Muhayat., S.T., M.T. selaku koordinator Tugas Akhir dan
bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi., S.T., M.T. selaku ketua jurusan Teknik Mesin
UNS.
5. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut
mendidik dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.
6. Kedua orangtua, kakak, dan adik yang selalu memberikan doa, semangat, dan
dukungan selama penulis menyelesaikan tugas akhir.
7. Teman-teman teknik mesin angkatan 2010 yang telah mendukung dan
memberikan waktu berbagi cerita saat penulis menemui permasalahan.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun
laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat
membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi
ini.
Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan
bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.
Surakarta, Mei 2015
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
DAFTAR ISI
Halaman Judul........................................................................................... i
Halaman Pengesahan................................................................................. ii
Abstrak .................................................................................................... iii
Kata Pengantar ........................................................................................ v
Daftar Isi .................................................................................................. vii
Daftar Gambar........................................................................................... ix
Daftar Tabel............................................................................................... xi
Daftar Notasi ............................................................................................ xii
Daftar Rumus ............................................................................................ xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ..................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ............................................................ 2
1.3. Batasan Masalah ................................................................. 2
1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian .......................................... 2
1.5. Sistematika Penulisan.......................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................ 4
2.2. Dasar Teori ......................................................................... 6
2.2.1. Persamaan Kontinuitas ............................................. 6
2.2.2. Persamaan Energi ..................................................... 6
2.2.3. Persamaan Navier Stokes ........................................ 7
2.2.4. Turbulence Models ................................................... 7
2.2.5. Perpindahan panas pada ruangan.............................. 8
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan yang Digunakan ........................................ 11
3.1.1. Alat .......................................................................... 11
3.1.2. Bahan ....................................................................... 11
3.2. Garis Besar Penelitian ........................................................ 12
3.3 Penentuan Domain dan Kondisi Batas ................................. 15
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
3.3.1. Penentuan Domain.................................................... 15
3.3.2. Kondisi Batas........................................................... 15
3.4. Variasi Penelitian................................................................ 15
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Set Up Kondisi Umum Simulasi ......................................... 18
4.2.1. Turbulence Models ................................................ 18
4.2.2. Radiation Models ................................................... 18
4.2.3. Boundary Conditionss............................................ 18
4.2. temperatur dan Vektor Kecepatan pada Ruangan ............... 19
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan.......................................................................... 35
5.2. Saran.................................................................................... 35
DAFTAR PUSTAKA
Lampiran
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kondisi batas pada temperatur sinusoidal ............................. 5
Gambar 2.2 Distribusi temperatur berbagai macam nilai Ra..................... 5
Gambar 2.3 Perpindahan panas secara konduksi ...................................... 8
Gambar 2.4 Lapis batas pada perpindahan panas secara konveksi ........... 9
Gambar 3.1 Keseimbangan termal ruangan .............................................. 13
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian.......................................................... 14
Gambar 3.3 Domain ruangan .................................................................... 15
Gambar 3.4 Simulasi tahap pertama ......................................................... 16
Gambar 4.1 Hasil meshing ........................................................................ 17
Gambar 4.2 Distribusi temperatur untuk kecepatan angin 1 m/s pada
menit ke-30............................................................................. 21
Gambar 4.3 Distribusi temperatur untuk kecepatan angin 2 m/s pada
menit ke-30 .......................................................................... 22
Gambar 4.4 Distribusi temperatur untuk kecepatan angin 3 m/s pada
menit ke-30 .......................................................................... 23
Gambar 4.5 Distribusi temperatur untuk kecepatan angin 4 m/s pada
menit ke-30 .......................................................................... 24
Gambar 4.6 Distribusi temperatur untuk kecepatan angin 5 m/s pada
menit ke-30 .......................................................................... 25
Gambar 4.7 Vektor kecepatan untuk kecepatan angin 1 m/s pada
samping ruangan .................................................................. 26
Gambar 4.8 Vektor kecepatan untuk kecepatan angin 2 m/s pada
menit ke-30 .......................................................................... 27
Gambar 4.9 Vektor kecepatan untuk kecepatan angin 3 m/s pada
menit ke-30 .......................................................................... 28
Gambar 4.10 Vektor kecepatan untuk kecepatan angin 4 m/s pada menit
ke-30 .................................................................................... 29
Gambar 4.11 Vektor kecepatan untuk kecepatan angin 5 m/s pada menit
ke-30 .................................................................................... 30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
Gambar 4.12 Hubungan temperatur yang terbentuk dengan lama waktu
pada ruangan beratap genteng komposit.............................. 32
Gambar 4.13 Hubungan temperatur yang terbentuk dengan lama waktu
pada ruangan beratap genteng tanah liat .............................. 33
Gambar 4.13 Hubungan temperatur yang terbentuk dengan lama waktu
pada ruangan beratap genteng asbes .................................... 34
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Properties genteng komposit .................................................... 11
Tabel 3.2 Thermodynamic properties of glass plate material... ............... 11
Tabel 3.3 Thermodynamic properties of glass plate material... ............... 12
Tabel 3.4 Nilai emisivitas bahan... ............................................................ 12
Tabel 4.1 Tebal material yang digunakan ................................................. 19
Tabel 4.2 Kondisi batas terowongan udara .............................................. 19
Tabel 4.3 Rata-rata temperatur pada ketinggian 1,1 m dari tanah pada
ruangan beratap genteng komposit........................................... 31
Tabel 4.4 Rata-rata temperatur pada ketinggian 1,1 m dari tanah pada
ruangan beratap genteng tanah liat........................................... 31
Tabel 4.5 Rata-rata temperatur pada ketinggian 1,1 m dari tanah pada
ruangan beratap genteng asbes ................................................. 31
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR NOTASI
= luas [m2]
= panas spesifik [J/(kg.K)]ℎ = koefisien perpindahan panas konveksi [W/(m2.K)]
= koefisien perpindahan panas konduksi [W/(m.K)]
= koefisien perpindahan panas radiasi [W/(m.K)]̇ = laju energi panas secara konveksi [W]̇ = laju energi panas secara radiasi [W]
= Rayleigh number
= temperatur [K]
= waktu [s]
= massa jenis [kg/m3]
= viskositas dinamik [Pa.s]
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
DAFTAR RUMUS
Rumus 2.1 Persamaan Kontinuitas............................................................ 6
Rumus 2.2 Persamaan Energi.................................................................... 6
Rumus 2.3 Persamaan Navier Stokes pada sumbu x................................. 7
Rumus 2.4 Persamaan Navier Stokes pada sumbu y................................. 7
Rumus 2.5 Persamaan Navier Stokes pada sumbu z ................................. 7
Rumus 2.6 Persamaan pemodelan Turbulen ............................................. 7
Rumus 2.7 Persamaan perpindahan panas secara konduksi...................... 8
Rumus 2.8 Persamaan perpindahan panas secara konveksi ...................... 9
Rumus 2.9 Persamaan perpindahan panas secara radiasi.......................... 10