16 : Tebal multiplek m
: Konduktivitas termal multiplek Wm.
o
C Re
: Bilangan Reynold Dh
: Diameter hidrolik m L
: Panjang pipa m : Luas pipa bagian luar m
2
: Luas pipa bagian dalam m
2
: Koefisien konveksi air Wm
2
.
o
C : Jari-jari pipa bagian luar m
: Jari-jari pipa bagian dalam m Berdasarkan kesetimbangan panas yang sudah diuraikan diatas, akan dapat diketahui
nilai penyerapan kalor oleh larutan nutrisi pada pipa lateral dan chamber aeroponik.
e. Simulasi Sebaran Suhu dengan CFD
Simulasi sebaran suhu udara chamber aeroponik dengan CFD dilakukan setelah semua data hasil pengukuran di lapangan dihitung. Setelah semua data telah selesai dihitung, model
untuk simulasi dibuat berdasarkan data yang diperoleh dari lapangan. Data yang digunakan adalah pada tanggal 1 Mei 2012 karena merupakan hari cerah dan tidak ada hujan saat
pengambilan data. Pembuatan geometri chamber dan simulasi distribusi suhu chamber dilakukan menggunakan software SolidWorks 2011. Asumsi yang digunakan saat simulasi
adalah sebagai berikut: a
Sistem chamber dalam keadaan tertutup b
Udara bergerak dalam keadaan steady c
Suhu udara di dalam lingkungan rumah tanaman dianggap seragam saat simulasi d
Suhu udara di luar chamber sama dengan suhu udara di dalam rumah tanaman e
Lapisan plastik hitam tidak didefinisikan sebagai bahan pelapis chamber Simulasi pada sebaran suhu di chamber aeroponik dilakukan pada dua kondisi waktu
dan empat dimensi chamber yang berbeda, yaitu: a
Kondisi cuaca cerah di sekitar rumah tanaman pada pukul 08:00 dan pukul 13:00 dengan ukuran panjang chamber 1.5 meter, lebar 1 meter, tinggi 1 meter.
b Kondisi cuaca cerah di sekitar rumah tanaman pada pukul 08:00 dan pukul 13:00
dengan ukuran panjang chamber 5 meter, lebar 1 meter, dan tinggi 1 meter. c
Kondisi cuaca cerah di sekitar rumah tanaman pada pukul 08:00 dan pukul 13:00 dengan ukuran panjang chamber 8 meter, lebar 1 meter, dan tinggi 1 meter.
d Kondisi cuaca cerah di sekitar rumah tanaman pada pukul 08:00 dan pukul 13:00
dengan ukuran panjang chamber 12 meter, lebar 1 meter, dan tinggi 1 meter. Langkah-langkah proses simulasi sebaran suhu di chamber aeroponik menggunakan
program CFD SolidWorks, yaitu pada Gambar 8, sebagai berikut:
17 Gambar 8. Skema tahapan simulasi menggunakan CFD
1 Pembuatan geometri
Ukuran model chamber yang dibuat adalah panjang 1.5 meter, lebar 1 meter, dan tinggi 1 meter. Ukuran di atas merupakan ukuran sebenarnya chamber aeroponik saat
pengukuran dan pengambilan data. Berikut ditampilkan geometri chamber tersebut pada Gambar 9.
Gambar 9. Geometri chamber aeroponik
18 2
Pendefinisian material chamber Material yang digunakan didefinisikan sebagai multiplek sebagai lapisan terluar
chamber, styrofoam sebagai lapisan kedua, dan Polyethylene low density sebagai bahan pipa lateral. Sifat fisik bahan-bahan tersebut, tertera pada Tabel 3, diperlukan dalam
simulasi sehingga dimasukkan ke dalam engineering database. Tabel 3. Sifat fisik material chamber aeroponik
Sifat Fisik Bahan Satuan
Multiplek
1
Styrofoam
1
PE Low Density
2
Kerapatan kgm
3
513 70
917 Panas Jenis
Jkg.C 1380
1045 1842
Konduktivitas Panas Wm.C
0.115 0.026
0.322 Tipe Konduktivitas
- Isotropik
Isotropik Isotropik
Melting Temperature C
573 348
573
Sumber:
1
Cengel 2001
2
Engineering Database SolidWorks 2011
3 Melakukan General Setting
Pada bagian ini diatur konfigurasi model dengan parameter lingkungan yang sesuai dengan data penelitian maupun asumsi-asumsi yang telah dibuat. Tampilan pada
Gambar 10 merupakan awal dari proses pengaturan simulasi. Pada unit system, dapat dilihat pada Gambar 11, diatur satuan-satuan yang akan ditampilkan pada output
simulasi.
Gambar 10. Tampilan Project Configuration pada SolidWorks
19 Gambar 11. Tampilan Unit System pada SolidWorks
Analisis aliran pada model dipilih internal karena akan melihat bagaimana sebaran suhu di dalam geometri, dalam hal ini adalah chamber aeroponik. Berdasarkan
proses pindah panas yang terjadi antara lingkungan rumah tanaman dengan chamber, proses pindah panas secara konduksi pada material solid dapat diperhitungkan. Radiasi
lingkungan seperti suhu udara di dalam rumah tanaman, radiasi matahari yang masuk dalam rumah tanaman, dan arah datang radiasi matahari dapat dimasukkan dalam
tampilan ini pada Gambar 12.
Gambar 12. Tampilan Analysis Type SolidWorks Fluida yang dianalisis adalah udara dan air yang terkompresi, sehingga diatur
pada tampilan Default Fluid, seperti terlihat pada Gambar 13. Material padat yang dianalisis pun dapat ditentukan pada tampilan Default Solid pada Gambar 14
berdasarkan database engineering yang sudah dimasukkan sebelumnya. Kondisi termal dinding chamber dan kekasarannya dapat diatur pada tampilan Wall Condition pada
Gambar 15.
20 Gambar 13. Tampilan Default Fluid SolidWorks
Gambar 14. Tampilan Default Solid SolidWorks
Gambar 15. Tampilan Wall Conditions SolidWorks
21 Sebagai kondisi awal dan kondisi batas, dimasukkan suhu udara dan tekanan
udara pada setiap kondisi di tampilan Initial Conditions Gambar 16. Pada tampilan ini, dimasukkan pula nilai suhu dari parameter solid dan kelembabannya. Setelah itu, hasil
dan resolusi geometri model akan ditampilkan pada Gambar 17. Langkah selanjutnya adalah mengoptimasi mesh yang dapat diatur jumlah sel per komponen koordinat
model. Refining cells juga dapat dilakukan pada tampilan Initial Mesh pada Gambar 18.
Gambar 16. Tampilan Initial Conditions SolidWorks
Gambar 17. Tampilan Result and Geometry Resolution SolidWorks
22 Gambar 18. Tampilan Initial Mesh SolidWorks
4 Menentukan Computational Domain dan Fluid Subdomain
Domain dibuat untuk daerah batasan luar dari model yang akan dianalisis. Fluid subdomain dipilih karena model simulasi ini mempunyai dua fluida yang berbeda.
Udara berada di luar dan dalam chamber, sedangkan air terkompresi berada di dalam pipa lateral. Pada tampilan Fluid subdomain, dapat dimasukkan parameter termal dari
fluida yang mengalir. Tampilan keduanya dapat dilihat pada Gambar 19 dan Gambar 20.
Gambar 19. Tampilan Computational Domain SolidWorks
23 Gambar 20. Tampilan Fluid Subdomain SolidWorks
5 Menentukan kondisi batas
Boundary conditions dari chamber adalah lubang pengeluaran yang berada di bawah chamber. Lubang ini diberikan batasan sebagai Real Wall agar chamber tetap
berada pada kondisi tertutup rapat. 6
Menentukan Goals Pada langkah ini, hasil akhir yang dipilih adalah global goal: maximum
temperature of fluid, average temperature of fluid, dan minimum temperature of fluid. 7
Menjalankan Run Running dapat berjalan ketika langkah-langkah diatas sudah terpenuhi. Tampilan
Run dapat dilihat pada Gambar 21. Sebelum melakukan running, dapat dilakukan pula Calculation Control Option Gambar 22 untuk menentukan kondisi konvergensi hasil
yang didapat dari simulasi.
Gambar 21. Tampilan Run SolidWorks
24 Gambar 22. Tampilan Calculation Control Option SolidWorks
8 Post processor
Tahap ini merupakan tampilan yang akan disajikan program CFD setelah proses running selesai. Tampilan ini dapat berupa gambar kontur, vektor, arah aliran, animasi,
hasil angka dari perhitungan program, mesh, dan lain-lain. Tampilan tersebut merupakan hasil akhir goals dari yang sudah ditentukan sebelumnya.
f. Validasi Hasil Simulasi
