TUGAS AKHIRSTUDI EFEK SEMPROTAN SERANGKAIAN NOSEL PADA Studi Efek Semprotan Serangkaian Nosel Pada Cerobong Terhadap Profil Kecepatan Dan Temperatur Dengan Metode CFD.
TUGAS AKHIR
STUDI EFEK SEMPROTAN SERANGKAIAN NOSEL PADA
CEROBONG TERHADAP PROFIL KECEPATAN DAN
TEMPERATUR DENGAN METODE CFD
Disusun Oleh :
AGUS JAMALDI
NIM : D.200.120.161
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
”Barang siapa yang menghendaki kehidupan dunia maka wajib baginya
memiliki ilmu, dan barang siapa yang menghendaki kehidupan Akherat,
maka wajib baginya memiliki ilmu, dan barang siapa menghendaki
keduanya maka wajib baginya memiliki ilmu” (HR. Turmudzi)
“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar”
(Umar bin Khathab)
“Belajarlah ketika orang lain tidur, bekerjalah ketika orang lain bermalasan,
dan bermimpilah ketika orang lain berharap” (William A. Ward)
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
atas limpahan rahmat, hidayah serta inayah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan benar sesuai dengan waktunya.
Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi
Muhammad SAW, beserta keluarga, sahabat yang telah banyak
memberikan tuntunan dan yang kita nanti syafa’at-Nya di yaumul akhir
kelak.
Penulisan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu
syarat memperoleh gelar Sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penulis menyadari bahwa
dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan
serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini
penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada yang terhormat :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo B. R, ST.,M.Sc.,Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sarjito, MT.,Ph.D selaku Dosen Pembimbing yang telah
membimbing, mengarahkan, dan memberi petunjuk dalam penyusunan
tugas akhir ini.
vii
4. Bapak Marwan Effendy, ST.,MT.,Ph.D selaku dosen pendamping yang
telah memberikan banyak arahan dan masukkan bagi penulis.
5. Bapak M. Alfatih Hendrawan, ST.,MT selaku Pembimbing Akademik.
6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik.
7. Ibu dan Bapak yang selalu memberikan dukungan yang tiada
terhingga.
8. Teman-teman teknik mesin dan teman seperjuangan Rizki, Agung,
Abdullah, Andrey, Eko, Rika, Ma’arif, Sumarudin, Bayu yang selalu
memberi motivasi bagi penulis.
9. Bapak Gatot Sugiyanto, dan Atik Kistari yang selalu memberi
dukungan selama masa kuliah. Tim Asisten LPPITD dan Bayu Surya
UMS yang telah memberi dukungan, dan pengalaman selama kuliah.
10. Berbagai pihak yang telah
banyak membantu
penulis dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
Semoga semua bantuan yang sudah diberikan menjadi amal soleh dan
mendapat balasan dari Allah SWT. Penulis menyadari dalam penulisan
tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kritik dan saran yang bersifat
membangun akan penulis terima dengan senang hati. Semoga tugas akhir
ini bermanfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi kita semua.
Surakarta, Oktober 2016
Agus Jamaldi
viii
STUDI EFEK SEMPROTAN SERANGKAIAN NOSEL PADA
CEROBONG TERHADAP PROFIL KECEPATAN DAN TEMPERATUR
DENGAN METODE CFD
Agus Jamaldi, Sarjito, Marwan Effendy
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : ajamaldi@yahoo.co.id
Abstrak
Penurunan temperatur di dalam cerobong evaporasi dapat
diupayakan dengan menambahkan sistem semprotan air di dalam
cerobong. Tulisan ini membahas penelitian secara simulasi untuk
menyelidiki pengaruh dari konfigurasi nosel dan tingkat kelembaban
terhadap profil kecepatan dan distribusi temperatur di dalam cerobong.
Penelitian ini dilakukan melalui pendekatan simulasi dengan
menerapkan k-ε turubulen model. Geometri cerobong dan nosel yang
digunakan mengacu dari penelitian sebelumnya secara simulasi.
Termasuk data yang didapat yang dipilih sebagai desain standar selama
studi perbaikan mesh dan tahap validasi, selanjutnya dilakukan modifikasi
pada konfigurasi nosel di dalam cerobong. Profil kecepatan dan distribusi
temperatur diamati selama proses penelitian.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa validasi data konsisten
dengan data simulasi sebelumnya. Konfigurasi dengan 8 nosel pada
ketinggian 3.94 m dan 3 nosel pada ketinggian 3.5 m dari dasar cerobong,
menghasilkan kondisi paling optimal pada penurunan temperatur dan
kecepatan uap air di dalam cerobong evaporasi.
Kata kunci : cerobong evaporasi, nosel, k-ε turubulen model.
ix
Abstract
The decrease of temperature in the evaporation chimney could be
achieved by adding water spray system inside the chimney. This paper
describes a simulation research in order to investigate the influence of the
nozzle configuration and the level of humidity to the velocity profile and
temperature distribution inside the chimney.
This research was performed computationally by applying k-ε
turbulence model. Geometry of chimney and nozzle used by other
researcher in the previous simulation, including their finding data, were
chosen as a standard design during mesh refinement study and validation
stage, hereinafter was modified in terms of nozzle configurations inside the
chimney. The profile of velocity and temperature were observed along the
investigation.
The results show that the validation data is consistent to the
previous study. The configuration, with 8 nozzles at a height of 3.94 m and
4 nozzles at a height of 3.5 m from the base of the stack, produces an
optimum level in terms of the decrease of temperature and the velocity of
vapour.
Key words : evaporation chimney, nozzle, k-ε turbulence model.
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul .....................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Skripsi ................................................................
ii
Halaman Persetujuan ..........................................................................
iii
Halaman Pengesahan .........................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir ....................................................................
v
Halaman Motto.....................................................................................
vi
Kata Pengantar ....................................................................................
vii
Abstrak.................................................................................................
ix
Daftar Isi ..............................................................................................
xi
Daftar Gambar .....................................................................................
xiii
Daftar Tabel .........................................................................................
xv
Daftar Simbol .......................................................................................
xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ..........................................................
4
1.3 Batasan Masalah ...............................................................
4
1.4 Tujuan Penelitian ...............................................................
5
1.5 Manfaat Penelitian .............................................................
5
1.6 Sistematika Penulisan Laporan..........................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kajian Pustaka ...................................................................
xi
7
2.2 Landasan Teori ..................................................................
15
2.2.1 Computational Fluids Dynamics (CFD) ....................
15
2.2.2 Nosel........................................................................
16
2.2.3 k-epsilon turbulence models ....................................
17
2.2.4 Droplet momentum transfer ......................................
18
2.2.5 Droplet distribution models .......................................
21
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram alir penelitian .......................................................
29
3.2 Tahapan penelitian.............................................................
31
3.2.1 Pre-processing ........................................................
31
3.2.2 Boundary condition..................................................
37
3.2.3 Solution ...................................................................
37
BAB IV VALIDASI, HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Validasi data ......................................................................
38
4.2 Validasi meshing ................................................................
38
4.3 Hasil dan pembahasan.......................................................
40
4.3.1 Studi efek konfigurasi nosel terhadap performa
pendinginan .............................................................
42
4.3.2 Studi efek perbedaan tingkat RH terhadap performa
pendinginan .............................................................
51
4.3.3 Analisis perhitungan .................................................
54
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................
57
5.2 Saran .................................................................................
58
DAFTAR PUSTAKA
xii
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Dimensi cerobong dan nosel pada simulasi nosel
tunggal .........................................................................
8
Perbandingan profil kecepatan antara hasil simulasi
dengan profil kecepatan dari Georges dan Buchlin .....
8
Dimensi cerobong dan nosel pada simulasi multi
nosel ............................................................................
11
Distribusi temperatur pada bagian outlet dengan
konfigurasi radius konstan ...........................................
11
Distribusi temperatur pada bagian outlet dengan
konfigurasi jarak konstan .............................................
12
Variasi temperatur keluar dan mass flow dengan
konfigurasi nosel yang berbeda ...................................
13
Variasi rata-rata temperatur dan mass flow rate
dengan susunan perbedaan jarak antar nosel.............
14
Gambar 2.8
Konfigurasi nosel yang digunakan ...............................
14
Gambar 2.9
Jumlah paper yang diterbitkan dari tahun 2002 – 2007
yang menggunakan CFD untuk memprediksi
performa pendinginan pada bagunan ..........................
16
Gambar 2.10 Nosel PJ32 dan pola semprotan yang dihasilkan ........
17
Gambar 2.11 Nosel TF6 dan pola semprotan yang dihasilkan ..........
17
Gambar 2.12 Gaya yang terjadi pada semprotan air .........................
18
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian .................................................
29
Gambar 3.2
Geometri cerobong ......................................................
31
Gambar 3.3
Domain ........................................................................
32
Gambar 3.4
Variasi tipe mesh .........................................................
34
Gambar 3.5
Variasi ketinggian letak nosel pada konfigurasi 4
nosel di atas dan 7 nosel di bawah..............................
35
Variasi ketinggian letak nosel pada konvigurasi 6
nosel di atas dan 5 nosel di bawah..............................
36
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.6
xiii
Gambar 3.7
Variasi ketinggian letak nosel pada konvigurasi 8
nosel di atas dan 3 nosel di bawah..............................
36
Gambar 3.8
Konfigurasi nosel spiral................................................
37
Gambar 4.1
Validasi mesh ..............................................................
39
Gambar 4.2
Ketinggian plane di dalam cerobong............................
41
Gambar 4.3
Selisih ketinggian antar nosel ......................................
42
Gambar 4.4
Distribusi temperatur pada perbedaan ketinggian
pengujian dengan konfigurasi 4 nosel di atas dan 7
nosel di bawah.............................................................
43
Distribusi temperatur pada perbedaan ketinggian
pengujian dengan konfigurasi 6 nosel di atas dan 5
nosel di bawah.............................................................
44
Distribusi temperatur pada perbedaan ketinggian
pengujian dengan konfigurasi 8 nosel di atas dan 3
nosel di bawah.............................................................
46
Distribusi temperatur pada perbandingan empat jenis
konfigurasi nosel..........................................................
48
Distribusi kecepatan pada perbandingan empat jenis
konfigurasi nosel..........................................................
50
Grafik distribusi temperatur pada perbedaan tingkat
RH................................................................................
53
Gambar 4.10 Sistem aliran massa pada cerobong evaporasi ...........
54
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Karakteristik tingkat kehalusan mesh................................
33
Tabel 4.1
Validasi mesh pada penurunan temperatur di dalam
cerobong ...........................................................................
39
Tabel 4.2
Distribusi temperatur pada tingkat ketinggian pengujian...
42
Tabel 4.3
Distribusi temperatur pada tingkat ketinggian pengujian ...
44
Tabel 4.4
Distribusi temperatur pada tingkat ketinggian pengujian...
45
Tabel 4.5
Hasil distribusi temperatur pada susunan nosel spiral ......
47
Tabel 4.6
Distribusi temperatur pada empat konfigurasi nosel .........
47
Tabel 4.7
Distribusi kecepatan pada empat konfigurasi nosel ..........
49
Tabel 4.8
Tekanan parsial untuk perhitungan RH.............................
51
Tabel 4.9
Hasil perhitungan perbedaan tingkat RH ..........................
52
Tabel 4.10 Distribusi temperatur pada perbedaan tingkat RH ............
52
xv
DAFTAR SIMBOL
U
vektor kecepatan (m/s)
P
tekanan (Pa)
ρ
massa jenis udara (kg/m3)
μ
viskositas dinamik (Pa.s)
T
temperatur (K)
t
waktu (s)
R
konstanta gas (J/Kg.K)
Cv
Panas jenis (J/kg.K)
t
eddy viscosity (Pa.s)
k
energi kinetik turbulen (m2/s2)
ε
energy kinetik turbulen yang terdisipasi (m2/s3)
ω
frekuensi turbulen (s-1)
⃗
vektor kecepatan semprotan (m/s)
⃗
vektor kecepatan fluida sekitar (m/s)
⃗
vektor gaya hambat (N)
⃗
vektor gaya apung (N)
⃗
vektor gaya gradien tekanan (N)
⃗
vektor gaya tambahan massa (N)
droplet drag coefficient
droplet density (kg/m3)
d
droplet diameter (m)
⃗
vektor kecepatan slip (m/s)
Re
angka Reynolds
Nu
angka Nusselt
L
kalor laten penguapan air (kJ/kg)
C
panas jenis air (J/kg.K)
Psat
tekanan uap jenuh air pada permukaan droplet (Pa)
A, B dan C
koefisien Antoine equation
xvi
R(d)
Rosin-Rammler distribution function
de
diameter droplet (1/e atau 0.368)
γ
Rosin-Rammler power
P(d)
Nukiyama-Tanasawa distribution function
c
konstanta
q
Nukiyama-Tanasawa power
D
diameter silinder (m)
Lo
panjang/tinggi cerobong (m)
do
diameter nosel (m)
θ
sudut semprot nosel (degree)
psat
tekanan uap jenuh (bar)
W
humidity ratio (kg/kg)
mf
water vapour mass fraction
øi
relative humidity of moist air at location i = 0, 1, 2…6 (%)
R
konstanta gas udara kering (287 J/kg.K)
Rw
konstanta gas uap air (416.5 J/kg.K)
patm
tekanan atmosphere (101325 Pa)
pw
tekanan uap air (=ø.Psat) (Pa, bar)
psat
tekanan jenuh air (Pa, bar)
̇
aliran massa uap air pada i = 0, 1, 2,…6 (kg/s)
̇
aliran massa udara kering (kg/s)
̇
aliran massa udara basah pada i = 0,1, 2,…6 (kg/s)
humidity ratio pada i = 0, 1, 2,…6 (kg/kg udara kering)
∆̇
jumlah uap air antara lokasi i dan j (kg/s)
̇
kalor jenis air (kJ/kg.K)
aliran massa semprotan air (kg/s)
temperatur semprotan air (K)
temperatur udara basah pada i = 0, 1, 2,…6 (K)
daya serap thermal antara i dan j (W, kW)
panas jenis uap air (kJ/kg.K)
xvii
panas jenis udara (kJ/kg.K)
h
enthalpy udara basah (kJ/kg)
Q
debit (m3/s)
r
nozzle pitch circle radius (m)
ds
nozzle separation distance (m)
xviii
STUDI EFEK SEMPROTAN SERANGKAIAN NOSEL PADA
CEROBONG TERHADAP PROFIL KECEPATAN DAN
TEMPERATUR DENGAN METODE CFD
Disusun Oleh :
AGUS JAMALDI
NIM : D.200.120.161
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
”Barang siapa yang menghendaki kehidupan dunia maka wajib baginya
memiliki ilmu, dan barang siapa yang menghendaki kehidupan Akherat,
maka wajib baginya memiliki ilmu, dan barang siapa menghendaki
keduanya maka wajib baginya memiliki ilmu” (HR. Turmudzi)
“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar”
(Umar bin Khathab)
“Belajarlah ketika orang lain tidur, bekerjalah ketika orang lain bermalasan,
dan bermimpilah ketika orang lain berharap” (William A. Ward)
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
atas limpahan rahmat, hidayah serta inayah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan benar sesuai dengan waktunya.
Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Nabi
Muhammad SAW, beserta keluarga, sahabat yang telah banyak
memberikan tuntunan dan yang kita nanti syafa’at-Nya di yaumul akhir
kelak.
Penulisan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu
syarat memperoleh gelar Sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penulis menyadari bahwa
dalam penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan
serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini
penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada yang terhormat :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo B. R, ST.,M.Sc.,Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sarjito, MT.,Ph.D selaku Dosen Pembimbing yang telah
membimbing, mengarahkan, dan memberi petunjuk dalam penyusunan
tugas akhir ini.
vii
4. Bapak Marwan Effendy, ST.,MT.,Ph.D selaku dosen pendamping yang
telah memberikan banyak arahan dan masukkan bagi penulis.
5. Bapak M. Alfatih Hendrawan, ST.,MT selaku Pembimbing Akademik.
6. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik.
7. Ibu dan Bapak yang selalu memberikan dukungan yang tiada
terhingga.
8. Teman-teman teknik mesin dan teman seperjuangan Rizki, Agung,
Abdullah, Andrey, Eko, Rika, Ma’arif, Sumarudin, Bayu yang selalu
memberi motivasi bagi penulis.
9. Bapak Gatot Sugiyanto, dan Atik Kistari yang selalu memberi
dukungan selama masa kuliah. Tim Asisten LPPITD dan Bayu Surya
UMS yang telah memberi dukungan, dan pengalaman selama kuliah.
10. Berbagai pihak yang telah
banyak membantu
penulis dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
Semoga semua bantuan yang sudah diberikan menjadi amal soleh dan
mendapat balasan dari Allah SWT. Penulis menyadari dalam penulisan
tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kritik dan saran yang bersifat
membangun akan penulis terima dengan senang hati. Semoga tugas akhir
ini bermanfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi kita semua.
Surakarta, Oktober 2016
Agus Jamaldi
viii
STUDI EFEK SEMPROTAN SERANGKAIAN NOSEL PADA
CEROBONG TERHADAP PROFIL KECEPATAN DAN TEMPERATUR
DENGAN METODE CFD
Agus Jamaldi, Sarjito, Marwan Effendy
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : ajamaldi@yahoo.co.id
Abstrak
Penurunan temperatur di dalam cerobong evaporasi dapat
diupayakan dengan menambahkan sistem semprotan air di dalam
cerobong. Tulisan ini membahas penelitian secara simulasi untuk
menyelidiki pengaruh dari konfigurasi nosel dan tingkat kelembaban
terhadap profil kecepatan dan distribusi temperatur di dalam cerobong.
Penelitian ini dilakukan melalui pendekatan simulasi dengan
menerapkan k-ε turubulen model. Geometri cerobong dan nosel yang
digunakan mengacu dari penelitian sebelumnya secara simulasi.
Termasuk data yang didapat yang dipilih sebagai desain standar selama
studi perbaikan mesh dan tahap validasi, selanjutnya dilakukan modifikasi
pada konfigurasi nosel di dalam cerobong. Profil kecepatan dan distribusi
temperatur diamati selama proses penelitian.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa validasi data konsisten
dengan data simulasi sebelumnya. Konfigurasi dengan 8 nosel pada
ketinggian 3.94 m dan 3 nosel pada ketinggian 3.5 m dari dasar cerobong,
menghasilkan kondisi paling optimal pada penurunan temperatur dan
kecepatan uap air di dalam cerobong evaporasi.
Kata kunci : cerobong evaporasi, nosel, k-ε turubulen model.
ix
Abstract
The decrease of temperature in the evaporation chimney could be
achieved by adding water spray system inside the chimney. This paper
describes a simulation research in order to investigate the influence of the
nozzle configuration and the level of humidity to the velocity profile and
temperature distribution inside the chimney.
This research was performed computationally by applying k-ε
turbulence model. Geometry of chimney and nozzle used by other
researcher in the previous simulation, including their finding data, were
chosen as a standard design during mesh refinement study and validation
stage, hereinafter was modified in terms of nozzle configurations inside the
chimney. The profile of velocity and temperature were observed along the
investigation.
The results show that the validation data is consistent to the
previous study. The configuration, with 8 nozzles at a height of 3.94 m and
4 nozzles at a height of 3.5 m from the base of the stack, produces an
optimum level in terms of the decrease of temperature and the velocity of
vapour.
Key words : evaporation chimney, nozzle, k-ε turbulence model.
x
DAFTAR ISI
Halaman Judul .....................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Skripsi ................................................................
ii
Halaman Persetujuan ..........................................................................
iii
Halaman Pengesahan .........................................................................
iv
Lembar Soal Tugas Akhir ....................................................................
v
Halaman Motto.....................................................................................
vi
Kata Pengantar ....................................................................................
vii
Abstrak.................................................................................................
ix
Daftar Isi ..............................................................................................
xi
Daftar Gambar .....................................................................................
xiii
Daftar Tabel .........................................................................................
xv
Daftar Simbol .......................................................................................
xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ..........................................................
4
1.3 Batasan Masalah ...............................................................
4
1.4 Tujuan Penelitian ...............................................................
5
1.5 Manfaat Penelitian .............................................................
5
1.6 Sistematika Penulisan Laporan..........................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kajian Pustaka ...................................................................
xi
7
2.2 Landasan Teori ..................................................................
15
2.2.1 Computational Fluids Dynamics (CFD) ....................
15
2.2.2 Nosel........................................................................
16
2.2.3 k-epsilon turbulence models ....................................
17
2.2.4 Droplet momentum transfer ......................................
18
2.2.5 Droplet distribution models .......................................
21
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram alir penelitian .......................................................
29
3.2 Tahapan penelitian.............................................................
31
3.2.1 Pre-processing ........................................................
31
3.2.2 Boundary condition..................................................
37
3.2.3 Solution ...................................................................
37
BAB IV VALIDASI, HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Validasi data ......................................................................
38
4.2 Validasi meshing ................................................................
38
4.3 Hasil dan pembahasan.......................................................
40
4.3.1 Studi efek konfigurasi nosel terhadap performa
pendinginan .............................................................
42
4.3.2 Studi efek perbedaan tingkat RH terhadap performa
pendinginan .............................................................
51
4.3.3 Analisis perhitungan .................................................
54
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................
57
5.2 Saran .................................................................................
58
DAFTAR PUSTAKA
xii
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Dimensi cerobong dan nosel pada simulasi nosel
tunggal .........................................................................
8
Perbandingan profil kecepatan antara hasil simulasi
dengan profil kecepatan dari Georges dan Buchlin .....
8
Dimensi cerobong dan nosel pada simulasi multi
nosel ............................................................................
11
Distribusi temperatur pada bagian outlet dengan
konfigurasi radius konstan ...........................................
11
Distribusi temperatur pada bagian outlet dengan
konfigurasi jarak konstan .............................................
12
Variasi temperatur keluar dan mass flow dengan
konfigurasi nosel yang berbeda ...................................
13
Variasi rata-rata temperatur dan mass flow rate
dengan susunan perbedaan jarak antar nosel.............
14
Gambar 2.8
Konfigurasi nosel yang digunakan ...............................
14
Gambar 2.9
Jumlah paper yang diterbitkan dari tahun 2002 – 2007
yang menggunakan CFD untuk memprediksi
performa pendinginan pada bagunan ..........................
16
Gambar 2.10 Nosel PJ32 dan pola semprotan yang dihasilkan ........
17
Gambar 2.11 Nosel TF6 dan pola semprotan yang dihasilkan ..........
17
Gambar 2.12 Gaya yang terjadi pada semprotan air .........................
18
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian .................................................
29
Gambar 3.2
Geometri cerobong ......................................................
31
Gambar 3.3
Domain ........................................................................
32
Gambar 3.4
Variasi tipe mesh .........................................................
34
Gambar 3.5
Variasi ketinggian letak nosel pada konfigurasi 4
nosel di atas dan 7 nosel di bawah..............................
35
Variasi ketinggian letak nosel pada konvigurasi 6
nosel di atas dan 5 nosel di bawah..............................
36
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.6
xiii
Gambar 3.7
Variasi ketinggian letak nosel pada konvigurasi 8
nosel di atas dan 3 nosel di bawah..............................
36
Gambar 3.8
Konfigurasi nosel spiral................................................
37
Gambar 4.1
Validasi mesh ..............................................................
39
Gambar 4.2
Ketinggian plane di dalam cerobong............................
41
Gambar 4.3
Selisih ketinggian antar nosel ......................................
42
Gambar 4.4
Distribusi temperatur pada perbedaan ketinggian
pengujian dengan konfigurasi 4 nosel di atas dan 7
nosel di bawah.............................................................
43
Distribusi temperatur pada perbedaan ketinggian
pengujian dengan konfigurasi 6 nosel di atas dan 5
nosel di bawah.............................................................
44
Distribusi temperatur pada perbedaan ketinggian
pengujian dengan konfigurasi 8 nosel di atas dan 3
nosel di bawah.............................................................
46
Distribusi temperatur pada perbandingan empat jenis
konfigurasi nosel..........................................................
48
Distribusi kecepatan pada perbandingan empat jenis
konfigurasi nosel..........................................................
50
Grafik distribusi temperatur pada perbedaan tingkat
RH................................................................................
53
Gambar 4.10 Sistem aliran massa pada cerobong evaporasi ...........
54
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1
Karakteristik tingkat kehalusan mesh................................
33
Tabel 4.1
Validasi mesh pada penurunan temperatur di dalam
cerobong ...........................................................................
39
Tabel 4.2
Distribusi temperatur pada tingkat ketinggian pengujian...
42
Tabel 4.3
Distribusi temperatur pada tingkat ketinggian pengujian ...
44
Tabel 4.4
Distribusi temperatur pada tingkat ketinggian pengujian...
45
Tabel 4.5
Hasil distribusi temperatur pada susunan nosel spiral ......
47
Tabel 4.6
Distribusi temperatur pada empat konfigurasi nosel .........
47
Tabel 4.7
Distribusi kecepatan pada empat konfigurasi nosel ..........
49
Tabel 4.8
Tekanan parsial untuk perhitungan RH.............................
51
Tabel 4.9
Hasil perhitungan perbedaan tingkat RH ..........................
52
Tabel 4.10 Distribusi temperatur pada perbedaan tingkat RH ............
52
xv
DAFTAR SIMBOL
U
vektor kecepatan (m/s)
P
tekanan (Pa)
ρ
massa jenis udara (kg/m3)
μ
viskositas dinamik (Pa.s)
T
temperatur (K)
t
waktu (s)
R
konstanta gas (J/Kg.K)
Cv
Panas jenis (J/kg.K)
t
eddy viscosity (Pa.s)
k
energi kinetik turbulen (m2/s2)
ε
energy kinetik turbulen yang terdisipasi (m2/s3)
ω
frekuensi turbulen (s-1)
⃗
vektor kecepatan semprotan (m/s)
⃗
vektor kecepatan fluida sekitar (m/s)
⃗
vektor gaya hambat (N)
⃗
vektor gaya apung (N)
⃗
vektor gaya gradien tekanan (N)
⃗
vektor gaya tambahan massa (N)
droplet drag coefficient
droplet density (kg/m3)
d
droplet diameter (m)
⃗
vektor kecepatan slip (m/s)
Re
angka Reynolds
Nu
angka Nusselt
L
kalor laten penguapan air (kJ/kg)
C
panas jenis air (J/kg.K)
Psat
tekanan uap jenuh air pada permukaan droplet (Pa)
A, B dan C
koefisien Antoine equation
xvi
R(d)
Rosin-Rammler distribution function
de
diameter droplet (1/e atau 0.368)
γ
Rosin-Rammler power
P(d)
Nukiyama-Tanasawa distribution function
c
konstanta
q
Nukiyama-Tanasawa power
D
diameter silinder (m)
Lo
panjang/tinggi cerobong (m)
do
diameter nosel (m)
θ
sudut semprot nosel (degree)
psat
tekanan uap jenuh (bar)
W
humidity ratio (kg/kg)
mf
water vapour mass fraction
øi
relative humidity of moist air at location i = 0, 1, 2…6 (%)
R
konstanta gas udara kering (287 J/kg.K)
Rw
konstanta gas uap air (416.5 J/kg.K)
patm
tekanan atmosphere (101325 Pa)
pw
tekanan uap air (=ø.Psat) (Pa, bar)
psat
tekanan jenuh air (Pa, bar)
̇
aliran massa uap air pada i = 0, 1, 2,…6 (kg/s)
̇
aliran massa udara kering (kg/s)
̇
aliran massa udara basah pada i = 0,1, 2,…6 (kg/s)
humidity ratio pada i = 0, 1, 2,…6 (kg/kg udara kering)
∆̇
jumlah uap air antara lokasi i dan j (kg/s)
̇
kalor jenis air (kJ/kg.K)
aliran massa semprotan air (kg/s)
temperatur semprotan air (K)
temperatur udara basah pada i = 0, 1, 2,…6 (K)
daya serap thermal antara i dan j (W, kW)
panas jenis uap air (kJ/kg.K)
xvii
panas jenis udara (kJ/kg.K)
h
enthalpy udara basah (kJ/kg)
Q
debit (m3/s)
r
nozzle pitch circle radius (m)
ds
nozzle separation distance (m)
xviii