8
2.9 Kelembaban Relatif Udara
Kelembaban udara relatif relative humidity, RH dalam ruangan adalah perbandingan antara jumlah uap air yang dikandung oleh udara tersebut dibandingkan dengan jumlah kandungan uap air
pada keadaan jenuh pada temperatur udara ruangan tersebut. RH dipengaruhi oleh suhu udara dalam rumah dan laju migrasi uap air dari tanah ke udara karena adanya perbedaan tekanan uap diantara
tempat-tempat tersebut. Kelembaban relatf dari suatu campuran udara-air didefinisikan sebagai rasio dari tekanan
parsial uap air dalam campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperatur tersebut. Kelembaban relatif menggunakan satuan persen dan dihitung dengan cara berikut:
� ℎ � � =
� �
�
× 100.............................................................. 2 Manusia sangat sensitif terhadap kelembaban, terutama kulit yang sangat sensitif terhadap
ingkat kelembaban. Proses berkeringat adalah upaya tubuh untuk tetap tenang dan menjaga suhu saat ini. Jika udara berada pada 100 kelembaban relatif, keringat tidak akan menguap ke udara.
Akibatnya, kita merasa jauh lebih panas daripada suhu sebenarnya ketika kelembaban relatif tinggi. Jika kelembaban relatif rendah, kita bisa terasa lebih sejuk daripada suhu yang sebenarnya karena
keringat menguap dengan mudah. Di daerah tropis, kelembaban udara relatif berkisar antara 40- 70, kelembaban yang terlalu tinggi akan menyebabkan penyakit jamur, karat, dan kondensasi.
2.10 Computational Fluid Dynamic CFD
Computational Fluid Dynamics CFD adalah cabang dari dinamika fluida yang memberikan nilai efektif untuk simulasi aliran-aliran nyata oleh solusi numerik dari persamaan yang mengatur
Sayma, 2009. Computational Fluid Dynamics CFD merupakan suatu sistem simulasi yang berbasis komputer. Program CFD dapat memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu menggunakan
penyelesaian persamaan-persamaan diferensial parsial. Dalam simulasi pola aliran udara, udara digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan menggunakan persamaan
diferensial. Penelitian menggunakan CFD sudah banyak dilakukan sebelumnya, misalnya simulasi pada
Rumah Tanaman Standard Peak oleh Nurianingsih 2011 dan single span green house di Cikabayan oleh Hidayat 2006. Penelitian menggunakan CFD lebih ditujukan untuk menganalisis dan
mengetahui pola aliran serta distribusi suhu iklim mikro di dalam suatu bangunan atau material. Computational Fluid Dynamics atau CFD adalah suatu sistem dari konsep dasar aliran fluida dan
pindah panas yang menggunakan simulasi berbasis komputer Wulandani et al. 2001. CFD dapat melakukan analisis aliran fluida pada suatu bangunan dengan terlebih dahulu menyelesaikan
persamaan-persamaan fluida yang mengatur aliran fluida. Persamaan pengatur governing equations ini dibangun dari suatu model aliran fluida berdasarkan prinsip kekekalan massa dan prinsip
kekekalan momentum atau persamaan Navier-Stokes. Komputer digital tidak akan dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut secara langsung. Dalam simulasi pola aliran udara, udara
digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan dalam persamaan diferensial, koordinat kartesian dan dipecahkan menggunakan teknik CFD tiga dimensi yang didasarkan pada
analisis numerik. CFD terdiri dari 6 elemen utama, yaitu: 1
Pre-Processor
9 Elemen pre-processor terdiri dari input masalah aliran ke dalam program CFD dengan
menggunakan interface yang memudahkan operator dan transformasi input berikutnya menjadi bentuk yang sesuai dengan pemecahan solver. Input yang diberikan ini berupa :
a. Pendefinisian geometri dari daerah yang dianalisis. b. Penentuan jenis aliran eksternal atau internal
c. Pemilihan fenomena fisik yang diperlukan seperti gravitasi, kecepatan angin, dan jenis material.
d. Penentuan sifat-sifat fluida konduktivitas, massa jenis, viskositas, panas jenis, dan sebagainya.
e. Penentuan mesh. f. Penentuan domain.
g. Penentuan kondisi batas yang sesuai. h. Penentuan goal atau keluaran yang ingin dicapai.
Pemecahan masalah aliran kecepatan, tekanan, suhu udara, dan lain-lain didefinisikan pada titik nodal di dalam tiga sel. Ketepatan CFD dibentuk oleh sejumlah sel dalam grid. Secara
umum semakin besar jumlah sel maka ketelitian hasil pemecahan akan semakin baik Tuakia 2008.
2 Solver
Solver adalah pemecahan model persamaan dasar aliran fluida model persamaan konservasi massa atau kontinuitas, momentum dan energi menggunakan analisa numerik.
Persamaan dasar aliran fluida persamaan diferensial parsial ditransformasikan ke dalam persamaan aljabar yang sederhana yang disebut dengan metoda diskritisasi. Diskritisasi adalah
proses transformasi persamaan diferensial parsial menjadi persamaan matematik yang lebih sederhana. Umumnya persamaan diskrit yang dihasilkan dari integrasi persamaan diferensial
parsial pada volume kontrol adalah dalam bentuk persamaan implisit. Salah satu cara untuk menyelesaikan persamaan implisit yang terdiri dari banyak persamaan individual dihasilkan
adalah dengan metode iterasi. Proses iterasi adalah membuat sebuah tebakan terhadap nilai variabel- variabel yang terdapat pada persamaan implisit. Proses iterasi terus dilakukan sampai
selisih antara ruas kiri dan ruas kanan persamaan residual error mencapai nilai tertentu yang mendekati nol atau dapat dikatakan dengan konvergen.
3 Kekekalan Massa 3 Dimensi
Keseimbangan massa fluida menyatakan laju kenaikan pertambahan massa elemen fluida sama dengan laju aliran net aliran massa ke dalam elemen fluida. Karena semua elemen
fluida merupakan fungsi dari ruang dan waktu, maka massa jenis fluida ρ ditulis dalam bentuk ρ x, y, z, t dan komponen kecepatan fluida ditulis sebagai dxdt=u, dydt=v, dan dzdt=w. dalam
bentuk persamaan matematika untuk fluida yang tidak terkompresi dinyatakan sebagai berikut Versteeg dan Malalasekera, 1995:
�� �
+
�� �
+
�� �
= 0 ………………………………………………………………… 3
dimana ρ adalah massa jenis fluida kgm
3
dan x, y, z adalah arah koordinat kartesian. 4
Persamaan Momentum 3 Dimensi Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Strokes dalam bentuk
sesuai dengan metode finite volume Versteeg dan Malalasekera, 1995. Momentum x:
�
� �
+
� �
+
� �
=
� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
……………………………….. 4 Momentum y:
10 �
� �
+
� �
+
� �
=
� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
………………………………... 5 Momentum z:
�
� �
+
� �
+
� �
=
� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
……………………………... 6 dimana µ adalah viskositas dinamik fluida kgm.s dan S
MX
,S
MY
, S
MZ
adalah momentum yang berasal dari body per unit volume per unit waktu, masing-masing untuk koordinat x, y, dan z.
5 Persamaan Energi 3 Dimensi
Persamaan energi diturunkan dari Hukum I Termodinamika yang menyatakan bahwa: Laju perubahan energy partikel fluida = Laju penambahan panas ke dalam partikel fluida
ditambah dengan laju kerja yang diberikan pada partikel. Secara matematik dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut Versteeg dan Malalasekera, 1995:
�
� �
+
� �
+
� �
=
� �
+
� �
+
� �
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+ ………………….. 7 dimana:
�
� �
+
� �
+
� �
=
� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
................................................ 8 dimana p adalah tekanan fluida Pa, k adalah konduktivitas termal fluida Wm
o
C, T adalah suhu fluida
o
C, dan S
l
adalah energi yang ditambahkan per unit volume per unit waktu. Persamaan-persamaan tersebut diselesaikan dengan metode iterasi. Nilai solusi awal umumnya
merupakan nilai dugaan a guessed solution, dibutuhkan di awal proses perhitungan. Persamaan numerik digunakan untuk menghasilkan nilai pendekatan yang lebih akurat dimana semua
variabel telah memenuhi ketiga persamaan aliran fluida. Nilai baru yang diperoleh tersebut kemudian digunakan sebagai nilai awal dalam perhitungan selanjutnya. Proses ini terus berulang
sampai nilai error atau disebut juga residual variation, cukup kecil atau konvergen. Setiap pengulangan dalam proses mendapatkan solusi inilah yang disebut iterasi.
6 Post-Processor
Setelah persamaan tersebut kovergen, maka properti fluida dan aliran yang menjadi variabel pada persamaan dapat ditampilkan. Properti fluida dan aliran yang ditampilkan berupa
model pindah panas yang dihasilkan dalam distribusi suhu udara, vektor dan distribusi kecepatan angin menjadi bentuk-bentuk sebagai berikut:
a. Tampilan geometri domain dan grid b. Plot vektor
c. Plot permukaan 2D dan 3D d. Tracking partikel
e. Manipulasi pandangan f. Output berwarna
11
2.11 Solidworks 2011
Kategori