`
47
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Penelitian
3.5. Keterangan
Diagram Alir
3.5.1. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan pengumpulan referensi-referensi mengenai materi yang berhubungan dengan proses melelehnya PCM pada
kolektor pemanas air dan CFD Computational Fluid Dynamics. Literatur- literatur tersebut didapatkan dari :
1. Buku referensi
Universitas Sumatera Utara
`
48
Perpindahan Panas
Termodinamika Teknik
2. Internet
Tutorial melting solidification pada CFD
Tutorial heat flux pada CFD
Karakteristik stearic acid
3.5.2. Pengumpulan Data
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan data yang diperlukan, antara lain :
spesifikasi kolektor pemanas air, dimensi kolektor, intensitas cahaya pada dinding kaca
kolektor, temperatur pada beberapa titik pada kolektor. Data‐data ini nantinya akan
digunakan sebagai data awal yang kemudian akan digunakan sebagai data masukan
dalam proses simulasi program CFD.
3.5.3.
Pemodelan
Pemodelan dilakukan dengan proses penggambaran kolektor serta wadah PCM
pada alat pemanas air dalam bentuk gambar dua dimensi sesuai dengan data spesifikasi
kolektor pemanas air. Diagram alir simulasi dapat dilihat pada Gambar 3.2 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
`
49
Mulai Pembuatan geometri di
solidworks
Pengecekan mesh di fluent
Mesh baik ?
Proses Iterasi numerik
Iterasi error?
Plot kontur temperatur, density, solidification
melting, dll Selesai
Tidak
Tidak Ya
Ya Pembuatan meshing di gambit
Pendefinisian bidang batas pada geometri
Penentuan kondisi batas pada fluent
Gambar 3.2 Diagram Alir Pengerjaan Pemodelan dan Simulasi Menggunakan Program CFD
Penggambaran dilakukan dengan menggunakan GAMBIT 2.4 dan Solidworks 2010 sedangkan untuk melakukan simulasi digunakan Ansys Fluent
12.0. Program ini dipilih dengan beberapa pertimbangan, salah satunya adalah bahasan yang akan dilakukan berkaitan dengan model melting solidification, dan
Universitas Sumatera Utara
`
50 FLUENT 12.0 memiliki kemampuan untuk mensimulasikan reaksi model
tersebut. Berikut cara pembuatan pemodelan hingga menjalankan simulasi. a.
Pembuatan geometri Pada tahap ini dilakukan pembuatan geometri pada kolektor dengan
ukuran 1025 x 160 mm. Pembuatan geometri hanya menggunakan command line pada solidwork dan selanjutnya file disimpan dengan format step214
.step. file dengan format inilah yang akan dibuka di Gambit 2.4.6.
Gambar 3.3 Geometri pemodelan dalam bentuk garis b.
Pembentukan geometri Langkah selanjutnya pembentukan geometri dengan menggunakan
software gambit 2.4.6. Pada software ini geometri yang masih berbentuk garis akan dihubungkan menjadi permukaan dua dimensi. Tahapan langkah-
langkahnya akan ditampilkan sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
`
51 Gambar 3.4 Cara meng-import fille solidwork ke gambit
Gambar 3.5 Geometri garis yang telah diubah menjadi surface dua dimensi c.
Pembentukan mesh pada geometri
Langkah selanjutnya yang akan dilakukan setelah membuat geometri adalah
melakukan pembagian objek menjadi bagian bagian kecil disebut dengan meshing.
Ukuran mesh yang terdapat pada suatu objek akan mempengaruhi ketelitian hasil
perhitungan CFD. Semakin kecil ukuran mesh pada suatu objek, maka hasil yang
didapatkan akan semakin teliti, tetapi membutuhkan daya komputasi dan waktu
yang lebih lama dibandingkan dengan objek yang memiliki ukuran mesh yang lebih
besar. Konsep pembuatan mesh yang dilakukan dimulai dari mesh garis lalu mesh
bidang.
Mesh yang dibuat dengan bentuk tetrahedral pada perhitungan CFD sedangkan pada analisa ANSYS dibuat dengan menggunakan bentuk mesh tri
pave. Bentuk mesh yang digunakan baik pada analisa Fluent dan Ansys dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Universitas Sumatera Utara
`
52 Gambar 3.6 Tampilan mesh yang telah dibentuk pada Gambit
d. Penentuan Boundary Condition
Setelah melakukan meshing maka langkah selanjutnya adalah menentukan boundary condition kondisi batas pada geometri. Hal ini dilakukan supaya
saat file Gambit di export kedalam Fluent akan memunculkan parameter yang akan diberikan pada saat simulasi.
Pada kasus ini kondisi batas pada garis yang akan digunakan adalah wall, semua bagian pada geometri diberikan kondisi batas wall. Sedangkan kondisi
batas pada face yang akan digunakan adalah fluid dan solid.Penentuan kondisi batas dapat dilihat pada gambar 3.7. dan gambar 3.8
Gambar 3.7 Kondisi batas pada garis geometri
Universitas Sumatera Utara
`
53 Gambar 3.8 Kondisi batas pada face geometri
Setelah boundary condition ditetapkan di Gambit, langkah akhir yang dilakukan
di Gambit adalah meng export mesh menjadi file dengan format .msh . File ini yang
selanjutnya akan dibuka di Fluent.
e. Proses simulasi
Setelah menentukan kondisi batas pada model maka selanjutnya proses simulasi dengan menggunakan software Fluent 12.0. Langkah awal dalam
simulasi adalah menentukan jenis model dan persamaan dasar yang dapat dipilih sesuai dengan kasus yang akan dianalisis pada simulasi. Dalam kasus
ini, model yang digunakan adalah Volume of Fluid pada multiphase, energy, laminar pada viscous, P1 pada radiation dan solidification and melting.
Pemilihan model dapa dilihat pada gambar 3.9
Gambar 3.9 Menentukan jenis model simulasi Setelah model persamaan dasar sudah dipilih, langkah berikutnya adalah
pemilihan dan penambahan jenis material. Material yang ditambahkan adalah
Universitas Sumatera Utara
`
54 kaca kolektor dan stearic acid sedangkan material yang dipilih pada fluent
adalah udara dan aluminium. Langkah pemilihan dan penambahan jenis material dapat dilihat pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Menentukan jenis material Langkah berikutnya adalah menentukan jenis boundary condition.
Boundary condition yang akan ditentukan berdasarkan yang telah ditetapkan di Gambit. Tampilan dari langkah menentukan kondisi batas ditunjukkan
pada gambar 3.11.
Universitas Sumatera Utara
`
55 Gambar 3.11 Menentukan jenis kondisi batas
Nilai boundary condition pada heat flux yang akan diatur adalah nilai radiation. Tampilan dari penentuan jenis boundary condition untuk heat flux
ditunjukkan oleh gambar berikut:
Gambar 3.12 Penentuan besaran pada heat flux Untuk mengatur posisi dan kepadatan pcm pada fluent maka dilakukan
patch volume fraction pada phase-2 sehingga PCM dapat terbaca saat disimulasikan. Pengaturan patch dapat dilihat pada gambar 3.13.
Gambar 3.13 Pengaturan patch volume fraction Langkah selanjutnya adalah melakukan inisialisasi dan iterasi. Simulasi
akan diietrasi selama waktu yang telah ditentukan. Proses iterasi ditunjukkan oleh gambar berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
`
56 Gambar 3.14 Proses iterasi
f. Post Processing
Post processing merupakan langkah akhir yang dilakukan pada proses simulasi. Hasil yang ditampilkan berupa kontur temperature, density,
solidificationmelting dan phases. Selain kontur kecepatan dan tekanan, Fluent juga memungkinkan penggunanya menampilkan grafik hasil
perhitungan simulasi. Hasil yang ingin didapatkan pada penelitian ini adalah nilai temperatur pada tiap bagian kolektor dimana hasil ini akan dibanding
dengan hasil eksperimen yang telah dilakukan sebelumnya.
3.5.4. Output Report