Gambar V-10. Validasi suhu udara hasil simulasi T
CFD
terhadap suhu pengukuran T
ukur
di dalam pengering ERK skala laboratorium, pada x=40 cm.
0 .5 1
1 .5 2
2 .5 3
3 .5 4
10 40
70 20
50 80
70 20
50 80
30 60
20 50
80
Koordina t z c m K
ecep at
a n
m dt
v-uk ur v-C D
Gambar V-11. Validasi kecepatan aliran udara hasil simulasi v
-CFD
terhadap kecepatan pengukuran v
ukur
di dalam pengering ERK skala laboratorium, pada x=40 cm.
Validasi RH dilakukan dengan membandingkan RH ukur dengan RH hitung yang didasarkan pada suhu hasil simulasi CFD:Fluent 5.3. Gambar V-12.
Secara umum terdapat kecenderungan yang sama antara RH hasil pengukuran dan RH hasil perhitungan CFD. Perbedaan secara umum dinyatakan dalam standar
deviasi sebesar 3.
y =10 cm y =20 cm y =30 cm y =40 cm y =50 cm y =60 cm
SD = 0.19 mdt
2 0 2 5
3 0 3 5
4 0 4 5
5 0 5 5
6 0
10 40
70 20
50 80
70 20
50 80
30 60
20 50
80
Koordina t z c m RH
R H -uk ur R H -hitung
Gambar V-12. Validasi RH udara hasil simulasi RH
CFD
terhadap RH pengukuran RH
ukur
di dalam pengering ERK skala laboratorium, pada x=40 cm.
5.5.3. Simulasi Aliran Fluida Pengering ERK Skala Lapang 5.5.3.1. Distribusi Suhu Udara Pengering pada Pengering ERK Skala Lapang
Disain skenario 1.
Distribusi suhu udara pada penampang bidang XY pada Z = 1.8 m dinyatakan pada Gambar V-13. Distribusi suhu pada setiap rak dapat dilihat pada Gambar V-13 dan hasil kuantitatif
simulasi ditunjukkan pada Tabel V-2. Rata-rata suhu dari ke delapan rak tersebut adalah 44.9
o
C dan ragam 2.2
o
C. Udara lingkungan masuk melalui inlet ketinggian 1 m kemudian dipanaskan penukar panas dan didistribusikan oleh kipas ke seluruh ruangan. Udara pada rak bagian atas lebih
panas dibandingkan dengan udara di bawahnya, karena adanya pengaruh radiasi matahari. Kipas tengah ketinggian 1.8 m mendistribusikan udara panas yang berada di rak atas rak 8 agar lebih
tersebar ke rak di bawahnya. Namun karena outlet ketinggian 1.6 m berada di dekat rak atas, maka udara panas ini langsung keluar sebelum sempat tersebar ke rak-rak di bawahnya. Rata-rata
suhu terbesar terjadi udara pada rak atas rak 8, pada ketinggian 1.8 m yaitu 47.5
o
C dan rata-rata suhu terendah pada rak 4 ketinggian 1 m, yaitu 43.8
o
C. Nilai suhu terendah ini dipengaruhi oleh adanya aliran udara lingkungan dari inlet, dimana posisi rak 4 dan inlet berada pada ketinggian
yang sama. y =10 cm
y =20 cm y =30 cm y =40 cm y =50 cm
y =60 cm SD = 3
Tabel V-2. Nilai ragam suhu udara pengering disain skenario 1 Rak 1 Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 Rak 6 Rak 7 Rak 8 Rata-rata
seluruh rak Ketinggian m
0.4 0.6
0.8 1
1.2 1.4
1.6 1.8
Suhu rata-rata setiap rak
o
C 44.1
44.9 44.4
43.6 43.8
44.9 46.0
47.5 44.9
Standar deviasi setiap rak
o
C 0.5
1.3 2.2
2.5 2.3
1.5 1.8
2.2 2.2
Distribusi pada rak 1 Gambar V-14 cenderung seragam dengan keragaman dan nilai rata- rata suhu udara terendah diantara rak lainnya standar deviasi 0.5
o
C dan rata-rata 44.1
o
C. Kipas bawah meniupkan udara panas ke rak-rak di atasnya. Pengaruh aliran panas ini terjadi pada rak 4
Gambar V-15, dimana kontur yang terjadi sangat beragam, hingga menghasilkan keragaman terbesar 2.5
o
C. Akibat adanya radiasi surya yang menimpa rak 8, maka pada rak ini suhu udara yang terjadi lebih besar dibandingkan rak-rak di bawahnya 47.5
o
C. Pada Gambar V-16, kipas bawah dan kipas tengah belum sepenuhnya dapat menurunkan suhu udara di rak 8, selanjutnya
karena outlet berada sejajar dengan rak 8, maka udara panas ini ditunjukkan oleh warna kuning pada Gambar V-13 langsung bergerak keluar menuju outlet, sebelum sempat mengenai rak-rak di
bawahnya
Gambar V-13. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Gambar V-14. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada rak 1
Gambar V-15. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada rak 4
Gambar V-16. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 1, pada rak 8
Disain skenario 2.
Gambar V-17 memperlihatkan distribusi suhu udara pengering pada bidang XY pada Z = 1.8 m. Distribusi suhu udara di rak diperlihatkan pada Gambar V-18 hingga V-19 dan hasil
kuantitatif suhu udara dinyatakan pada Tabel V-3. Rata-rata suhu udara dari seluruh rak adalah 45.3
o
C dan nilai ragam 1.91
o
C. Nilai ragam yang diperoleh dari simulasi disain skenario 2 lebih baik dibandingkan dengan nilai ragam suhu pada skenario 1.
Tabel V-3. Nilai ragam suhu udara pengering disain skenario 2 Rak 1 Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 Rak 6 Rak 7 Rak 8 Rata-rata dari
rak 1 hingga rak 8
Jarak mm 0.4
0.6 0.8
1.0 1.2
1.4 1.6
1.8 Suhu rata-rata
setiap rak
o
C 43.5
44.8 45.4
45.8 45.6
44.6 45.3
47.5 45.3
Standar deviasi setiap rak
o
C 0.6
1.0 0.9
1.3 1.7
2.4 1.9
1.9 1.9
Gambar V-17. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 2, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Udara lingkungan masuk melalui inlet ketinggian 1.4 m bersuhu 30
o
C, sebagian mengalir ke bawah karena tarikan kipas bawah, dan melewati penukar panas suhu udara menjadi 59
o
C. Oleh kipas bawah, udara disebarkan ke rak 1 hingga rak 7. Udara lingkungan yang melewati inlet
sebagian lagi ke atas menuju ke rak atas rak 8. Udara ini dipanaskan oleh adanya radiasi surya. Kipas tengah mendistribusikan udara ke rak-rak di bawahnya, yaitu rak 7, rak 6 dan rak 5 dan
akhirnya menuju outlet. Di sini udara panas dari rak atas sebelum keluar melewati outlet, masih dapat dimanfaatkan oleh rak-rak di bawahnya.
Rata-rata suhu tertinggi berada di rak atas rak 8, yaitu 47.5
o
C akibat pemanasan dari radiasi surya, dan terendah terjadi pada rak bawah rak 1, yaitu 43.5
o
C. Dengan merubah posisi ketinggian inlet dan outlet, diperoleh distribusi suhu udara yang
lebih seragam pada skenario 2. Suhu udara pada rak 1 Gambar V-18 memiliki kecenderungan yang seragam, terlihat dari bentuk kontur yang sederhana. Karena posisi inlet berada pada
ketinggian 1.4 m sejajar dengan rak 6, maka pada rak 6 udara terdistribusi lebih beragam Gambar V-19. Namun udara panas pada rak 8 akibat dari radiasi surya dapat lebih menyebar ke
bawah akibat dari efek hisapan dari outlet yang berada pada ketinggian 0.8 m Gambar V-17.
Gambar V-18. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 2, pada rak 1
Gambar V-19. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 2, pada rak 6
Berdasarkan kedua skenario disain di atas, ternyata disain skenario 2 memberikan hasil yang terbaik, dengan rata-rata nilai ragam pada seluruh rak sebesar 1.9
o
C. Selanjutnya disain skenario 2 ini akan dipilih untuk analisis posisi dan jumlah kipas pada skenario 3.
5.5.3.2. Distribusi Kecepatan Udara Pengering pada Pengering ERK.
Disain skenario 1.
Distribusi kecepatan pada penampang bidang XY pada Z = 1.8 m dinyatakan dalam Gambar V-20. Arah aliran udara pada penampang bidang XY pada Z = 1.8 m ditampilkan pada
Gambar V-21 dan data kuantitasif hasil simulasi dinyatakan pada Tabel V-4. Rata-rata kecepatan dari seluruh rak adalah 0.048 mdt dan nilai ragam kecepatan dari seluruh rak adalah 0.026 mdt.
Udara di atas rak 4 ketinggian 1 m mempunyai nilai terbesar yaitu 0.072 mdt, dimana posisinya tepat di depan inlet. Hal ini menyebabkan suhu udara di rak tersebut mempunyai nilai
yang rendah. Kecepatan udara di rak 6 mempunyai nilai terkecil, yaitu 0.027 mdt, karena pengaruh posisi outlet bertepatan pada posisi rak 6 ketinggian 1.6 m. Udara di bagian atas ruang
pengering mempunyai nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan udara di bawahnya, karena daya kipas tengah yang digunakan lebih rendah dibandingkan dengan kipas bawah.
Gambar V-20. Distribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Gambar V-21. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Gambar V-22. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada rak 2.
Gambar V-23. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada rak 6.
Gambar V-24. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 1, pada rak 8. Pada Gambar V-22, di bagian tengah rak, akibat dorongan kipas bawah, udara bergerak
dengan kecepatan besar, kemudian mulai menurun ke bagian tepi rak. Rak 1 hingga rak 4
memiliki pola kontur aliran udara yang hampir sama, dengan nilai ragam kecepatan terbesar pada rak 2.
Pada Gambar V-23, pengaruh kipas bawah semakin berkurang, sehingga kecepatan udara di rak 6 cenderung lebih seragam dibandingkan rak-rak lainnya. Pada Gambar V-24, kecepatan
udara terpengaruh oleh adanya kipas tengah dan outlet. Udara terputar langsung menuju outlet. Tabel V-4. Nilai ragam kecepatan udara pengering disain skenario 1
Rak 1 Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 Rak 6 Rak 7 Rak 8 Rata-rata dari rak 1
hingga rak 8 Ketinggian
m 0.4
0.6 0.8
1.0 1.2
1.4 1.6
1.8 Kecepatan
rata-rata mdt 0.043 0.049 0.059 0.072 0.081 0.037 0.027 0.034 0.048
Standar deviasi rata-
rata mdt 0.034 0.038 0.020 0.014 0.015 0.009 0.011 0.019 0.026
Disain skenario 2
Distribusi kecepatan dan vektor kecepatan pada penampang bidang XY pada Z = 1.8 m masing-masing dinyatakan dalam Gambar V-24 dan Gambar V-25. Kecepatan pada beberapa rak
ditampilkan pada Gambar V-26, V-27 dan V-28. Data kuantitasif hasil simulasi dinyatakan pada Tabel V-5. Rata-rata kecepatan dari seluruh rak adalah 0.045 mdt dan nilai ragam kecepatan dari
seluruh rak adalah 0.025 mdt. Tabel V-5. Nilai ragam kecepatan udara pengering disain skenario 2
Rak 1 Rak 2 Rak 3 Rak 4 Rak 5 Rak 6 Rak 7 Rak 8 Rata-rata dari rak 1
hingga rak 8 Ketinggian m
0.4 0.6
0.8 1.0
1.2 1.4
1.6 1.8
Kecepatan rata- rata mdt
0.041 0.044 0.026 0.023 0.050 0.075 0.062 0.042 0.045
Standar deviasi kecepatan mdt
0.032 0.031 0.013 0.007 0.009 0.013 0.010 0.018 0.025
Distribusi kecepatan pada rak 6 ketinggian 1.4 m, yang tepat berada di depan inlet mempunyai nilai rata-rata kecepatan yang tertinggi. Kecepatan rata-rata terendah terletak pada rak
4, yaitu 0.023 mdt, hal ini disebabkan oleh adanya pemisahan aliran udara, sebagian ke atas sejajar dengan posisi inlet, dan sebagian lagi ke bawah sejajar dengan posisi kipas bawah. Rak 4
tepat merupakan batas antara keduanya, oleh karena itu mempunyai nilai rata-rata terendah Gambar V-25.
Gambar V-25. Distribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 2, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Gambar V-26. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 2, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Gambar V-27. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 2, pada rak 1.
Gambar V-28. Vektor kecepatan udara simulasi disain skenario 2, pada rak 4. Nilai ragam yang dihasilkan dari simulasi disain skenario 2, juga lebih baik dibandingkan
dengan disain skenario 1. Oleh karena itu berdasarkan hasil ini, disain skenario 2 selanjutnya akan digunakan untuk menentukan posisi dan besarnya kipas, yang akan disimulasikan ke dalam disain
skenario 3.
5.5.3.3. Distribusi RH Pengering pada Pengering ERK.
RH udara dihitung berdasarkan nilai suhu udara yang dihasilkan dari simulasi CFD. Rata-rata RH udara pengering pada disain skenario 1 dan 2 serta nilai ragam masing-masing rak
diperlihatkan pada Tabel V-6. Keragaman RH udara juga mengikuti pola suhu udara. Disain skenario 2 ternyata memberikan keragaman RH udara pengering yang lebih dibandingkan dengan
disain skenario 1. Sehingga selanjutnya disain skenaio 2 dipergunakan untuk menentukan tahap simulasi berikutnya.
Tabel V-6. Nilai ragam RH udara pengering disain skenario 1 dan 2 RH disain skenario 1
RH disain skenario 2 Rak ke-
Ketinggian rak m
Rata-rata Nilai ragam
Rata-rata Nilai ragam
1 0.4
48.8 1.4
50.3 1.6
2 0.6
46.9 3.0
46.9 2.3
3 0.8
48.3 5.2
45.5 2.0
4 1.0
50.3 6.2
44.6 2.9
5 1.2
49.8 5.8
45.1 3.7
6 1.4
46.9 3.7
47.9 5.9
7 1.6
44.4 3.9
46.1 4.7
8 1.8
41.1 4.6
41.1 4.3
Rata-rata dari seluruh rak
47.1 5.3
46.0 4.5
5.5.4. Simulasi Aliran Fluida Pengering ERK Skala Lapang Modifikasi
5.5.4.1. Distribusi Suhu, RH dan Kecepatan Udara Pengering pada Pengering ERK
Skala Lapang Modifikasi Disain skenario 3.
Berdasarkan hasil analisis pola aliran udara pada point 5.5.3. dapat disimpulkan bahwa disain skenario 2 memberikan nilai ragam yang lebih kecil dibandingkan dengan disain skenario 1.
Oleh karena itu, modifikasi dilakukan pada disain skenario 2, untuk mendapatkan keseragaman suhu dan kecepatan yang lebih baik. Penambahan kipas atas berdiameter 0.2 m dan daya 100 W
diberikan, dengan alasan bahwa, suhu udara di rak atas rak 8 masih terlalu tinggi dibandingkan dengan suhu udara di rak-rak di bawahnya. Dengan meletakkan kipas atas di atas penukar panas
di ketinggian 1.8 m sejajar dengan rak 8, maka diharapkan udara panas di rak 8 menjadi turun dan dapat didistribusikan secara merata ke rak-rak di bawahnya.
Distribusi suhu dan serta vektor arah kecepatan udara pengering, masing-masing ditampilkan pada Gambar V-29, V-30 dan V-31. Sedangkan hasil kuantitatif suhu, kecepatan dan
RH udara pengering dinyatakan pada Tabel V-7, V-8 dan V-9.
Gambar V-29. Distribusi suhu udara simulasi disain skenario 3, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
Gambar V-30. Distribusi kecepatan udara simulasi disain skenario 3, pada bidang XY pada Z = 1.8 m.
