SKRIPSI fileuntuk memperoleh gelar Sarjana Teknik ... Perpindahan panas yang terjadi ada tiga yaitu radiasi, konveksi, dan konduksi

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


commit to user


commit to user


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


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


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.


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


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


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


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


menit ke-30 .......................................................................... 22


menit ke-30 .......................................................................... 23


menit ke-30 .......................................................................... 24


menit ke-30 .......................................................................... 25

Gambar 4.7 Vektor kecepatan untuk kecepatan angin 1 m/s pada

samping ruangan .................................................................. 26


menit ke-30 .......................................................................... 27


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


commit to user

x

Gambar 4.12 Hubungan temperatur yang terbentuk dengan lama waktu

pada ruangan beratap genteng komposit.............................. 32


pada ruangan beratap genteng tanah liat .............................. 33


pada ruangan beratap genteng asbes .................................... 34


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


ruangan beratap genteng tanah liat........................................... 31


ruangan beratap genteng asbes ................................................. 31


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]


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

Documents

SKRIPSI fileuntuk memperoleh gelar Sarjana Teknik ... Perpindahan panas yang terjadi ada tiga yaitu radiasi, konveksi, dan konduksi